天然色素的应用及发展

舒冠雄，贾 佳，孙 虎，成 堃

（齐鲁理工学院化学与生物工程学院，山东济南，250200）

天然色素的应用及发展

舒冠雄，贾 佳，孙 虎，成 堃*

（齐鲁理工学院化学与生物工程学院，山东济南，250200）

天然色素使用安全，应用价值巨大。本文综述了番茄红素、姜黄素、辣椒红色素、红曲色素等在食品、饲料、医药、化妆品等行业中的应用，指出了天然色素在发展过程中存在的问题及研究方向。

天然色素；发展趋势；应用

1.天然色素概况

人类很早就开始使用天然色素为食品着色，我国古代就有将栀子黄、茜草红、蓼蓝等用于着色的记载[1]。天然色素相比于人工合成色素而言，营养价值丰富、色调柔和、安全性高，有些还具有降压、利胆、补肝和益肾的药理作用[2]；但天然色素不稳定，着色力较差。

截至2005年，世界上允许使用的食用天然色素有50多种[3]。FAO/WHO允许使用的植物源天然食用色素有叶绿素铜钠（钾）盐等；美国允许生产和使用的色素主要有胭脂树橙等；日本在植物源天然食用色素研究方面处于领先地位，其允许使用的天然色素达40多种；我国允许使用的天然色素有柑橘黄、焦糖色、番茄红、红花黄、姜黄、玫瑰茄红、辣椒红、辣椒橙、茶黄素、茶绿素、胭脂树橙、胭脂虫红等。

2.天然色素的应用

2.1 食品工业

番茄红素主要存在于成熟的番茄中，是一种不含氧的类胡萝卜素。2008年，我国卫生部在第17号增补公告中规定：在发酵乳和饮料类（包装饮用水除外）食品中番茄红素的最大使用量为6 mg/kg。肉馅易变质，微生物稳定性差。Sterlie等[4]向肉馅中添加番茄红素，发现番茄红素能够有效抑制微生物生长，延长肉制品保质期，并使其色泽更佳。在将番茄红素和胭脂红添加到西柚汁饮料的研究中发现，番茄红素加入果汁后比相同量的胭脂红效果更好；经过24周的储藏后，

番茄红素在果汁中的稳定性较好[5]。Eyiler等[6]将富含番茄红素的番茄粉末添加到法兰克福香肠中，能有效减缓氧化反应，明显降低香肠的氧化程度，香肠颜色有明显的改善。此外，番茄红素还可保护皮肤，防止紫外线灼伤；延缓衰老；预防前列腺癌等[7]。

姜黄素是从姜科、天南星科的一些植物的根茎中提取的色素，为橙黄色结晶粉末，味稍苦，不溶于水。我国 GB2760-2007规定：姜黄素可用于人造黄油及其类似制品（如黄油和人造黄油的混合品）、巧克力和巧克力制品（包括类巧克力和代巧克力）、冷冻食品（食用冰除外）以及糖果和胶基糖果、碳酸饮料和果冻。联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）规定姜黄素可以应用于咖喱粉、汤料、芥末酱、水果饮料、法式菜、干酪等食品之中，起到增香和着色的功效。实际生产中，姜黄素在焙烤、膨化食品、肉制品、调味品、乳化香精、腌渍食品、保健品等中都有着广泛应用[8]。例如，姜黄素在日本被广泛地应用于米糠腌萝卜酱和香肠之中。

红曲色素是红曲霉的次级代谢产物。研究发现红曲色素可用于各种糖果、肉制品、饼干、冰淇淋、水产品、腐乳、果冻、膨化食品、植物蛋白和果品中。红曲色素作为防腐剂和着色剂应用在肉制品中，可使产品色泽自然，并且具有降低胆固醇、改善脂肪代谢紊乱等功能。此外，红曲色素还广泛用于调料、果酱、果茶、糕点、面食、豆腐糕和各种仿生食品加工中的着色。

辣椒红色素提取自辣椒，和番茄红素相似，属于类胡萝卜素的一种。辣椒红色素已经被应用于色拉、肉制品、糕点、罐头、水产品以及各种饮料等食品的着色。辣椒红色素的色价高，着色力较好，色泽鲜艳，安全性高，因此具有较高的研究价值。辣椒红色素在美国、英国、日本等已经被定为无限性使用的天然食品添加剂，其国际市场十分可观。夏邦旗等[9]的研究发现，将辣椒红色素应用在食品的上色中，3个月后，食品表面几乎没有分层的现象。张志强等[10]把辣椒红色素添加到布丁冰激凌和酸奶中，辣椒红色素的上色效果较好，保存过程中颜色没有明显的变化。

2.2 饲料工业

番茄红素用于动物饲料中，可以使水产品和动物的体色更加鲜艳，并且能够抑制氧化作用，提高动物的免疫力，减少或替代抗生素的使用量，降低动物饲养成本[11]。番茄红素还可以抑制肿瘤的增殖，有效预防多种动物疾病的发生，同时也降低了人类食用畜禽的危险[12]。

姜黄素可以提高动物的繁殖能力和免疫能力，改善动物的脂类代谢、提高产蛋率等[13]。姜黄素在促进鱼类的生长、提高鱼类抗氧化能力、增强免疫力和改善鱼体色泽等方面也具有一定作用。朱元贵等[14]研究了姜黄素对体外培养的大鼠皮层神经元氧化损伤的影响，结果发现姜黄素在体外能通过氧化、清除自由基来减少氧化应激引起的神经元凋亡。姜黄素干预组的神经元死亡率减少，皮层神经元存活率升高，细胞内活性氧降低。

辣椒红色素在饲料工业也有极高的研究和应用价值。辣椒红色素对改善动物产品品质具有重要作用，可对禽类皮肤、蛋黄、鱼类、贝类等着色、增色。辣椒红色素对于改善虹鳟鱼肉色和风味等也功效明显。

2.3 医药行业

已生产出以番茄红素为主要成分的药品，具有降血压，治疗高胆固醇、高血脂，降低癌细胞活性等疗效。Fuhrman等发现在培养巨噬细胞的介质中加入番茄红素后，其胆固醇合成降低，低密度脂蛋白受体活性增强。受试者每日口服番茄红素60mg，连续3个月后，血浆低密度脂蛋白胆固醇降低了14%，而高密度脂蛋白胆固醇无明显变化[15]。唐湘宇等[16]研究表明，番茄红素可以阻止DNA和脂蛋白氧化，降低甘油三酯，保护血管内皮，抗动脉粥样硬化。

姜黄素具有抗菌消炎、清除自由基、抑制毒素和抗癌等性能而被广泛应用于医药中。

人体中的低密度脂蛋白可以破坏血管壁的细胞结构，导致血栓产生，而辣椒红色素能有效防止这种低密度脂蛋白的形成，对防止和治疗动脉硬化有一定的效果。同时，辣椒红色素对癌症的发生也有一定的抑制作用，辣椒红色素还能够保护细胞的DNA不受辐射破坏，尤其是对于γ射线的伤害，与其他同类物质比较发现，辣椒红色素的保护功效最为显著。王明轩等[17]发现，将辣椒红色素作为药品糖衣的着色剂，辣椒红色素在乙醇和增溶剂吐温-80的作用下，可均匀分散在糖浆中，用作糖衣片着色剂时，色泽鲜艳，容易被人接受，尤其是用作小儿药的效果更佳，同时兼有防潮作用。

2.4 化妆品产业

现代人在化妆品的选择上除了要求色彩亮丽，同时更加关注天然、绿色、健康。番茄红素和姜黄素可用作发用染料的补色剂[18]。皮肤长时间暴露于日光及其他射线会出现过早老化，即皮肤光老化。人类皮肤的光老化大约90%是紫外线作用的结果。Fazekas等[19]研究表明，番茄红素对紫外线导致的皮肤光老化有保护作用，并可减少机体的炎症反应，维持正常的细胞增殖，减少DNA的损伤。Stahl等[20]证明，通过向护肤品中补充番茄红素，可以避免紫外线照射产生红斑。于文利等[21]研究表明，番茄红素与维生素E具有协同作用，能够清除自由基，显著增强超氧化物歧化酶（SOD）活性并降低过氧化物脂质。辣椒红色素具有无毒害、无刺激性、色泽鲜艳、耐热、耐光及稳定性好等优点，符合当今化妆品流行的趋势。李晓霞[22]研究了辣椒红色素在化妆品中的应用，考察了温度、pH、氧化剂、防腐剂、乳化剂等多个因素对色素稳定性的影响。结果表明，辣椒红色素在环境温度不高于80℃时基本稳定，适用于大多数化妆品的pH（4-8.8）；由于辣椒红色素本身具有一定的抗氧化性，因此，低浓度的氧化剂对其影响较小。另外，化妆品中常用的防腐剂G-Plus对辣椒红色素的稳定性没有影响，乳化剂吐温80还能提高辣椒红色素的稳定性。

2.5 其他应用

焦糖色素是糖类物质在高温下脱水、分解、聚合而成的复杂红褐色或黑褐色混合物。将焦糖色素应用于啤酒、威士忌、葡萄酒、朗姆酒和利口酒中，有助于形成顶层泡沫和诱人的红色，并能有效提高产品品质。软饮料、水果饮料和酒精饮料通常都要全面着色，以烘托出风味来。如桂花陈酒中加入焦糖色素，能使酒色更迷人。

3.存在的问题及研究方向

与合成色素相比，天然色素还需要不断改进和完善：绝大多数天然色素对光、热、氧、金属等敏感，稳定性较差；染着力较差，染着不易均匀；色调会随着pH的改变发生变化；天然色素种类繁多、性质复杂，色素应用专一性较强，应用范围较窄。鉴于这些问题，目前天然色素的研究工作主要集中在生产技术和可替代的色素资源方面。在自然界中能产生色素的微生物种类非常丰富，且具有不受资源、环境和空间限制的优越性，因此被开发利用的潜力巨大；尤其是通过微生物发酵法生产天然色素，成本大大降低，同时保护了环境和生态平衡，解决了资源短缺的矛盾，具有可持续开发利用的优势；微生物源色素具有天然色素的特点，可应用于食品、医药、化妆品等行业中，将是天然色素开发的一大方向。

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2016年国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：201613998013）