植物源天然食用色素及其开发利用研究进展

专题论述植物源天然食用色素及其开发利用研究进展缪少霞1，王鹏1，徐渊金1，孙健2，3，*，李昌宝2，李丽2（1.建德市质量计量监测中心，浙江建德311600；2.广西农业科学院农产品加工研究所，广西南宁530007；3.广西作物遗传改良重点开放实验室，广西南宁530007）摘要：植物源天然食用色素色调自然，安全性高，有些兼具营养和药理作用，目前已逐渐替代人工合成色素。

结合近年来的研究，从植物源天然色素的发展历史、分类、性质特点及适用范围、提取与纯化方法、分析鉴定及筛选等几个方面进行系统的论述。

以期为植物源天然食用色素的深入研究及其开发利用奠定理论基础。

关键词：植物源；食用色素；开发；利用；理论基础Review on Development and Utilization of Natural Edible Pigments from Plant SourcesMIAO Shao-xia 1,WANG Peng 1,XU Yuan-jin 1,SUN Jian 2,3,*,LI Chang-bao 2,LI Li 2（1.Jiande Supervision Testing Center of Quality and Metrology,Jiande 311600,Zhejiang,China;2.Institute of Agro-foodScience &Technology,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,Guangxi,China;3.Guangxi CropGenetic Improvement Laboratory,Nanning 530007,Guangxi,Chin a ）Abstract ：Natural edible pigments from plants exhibit inartificial color in appearance.They are safe for our health,and some of them possess nutritional and medicinal benefits.Therefore,at present,the natural plant pigments have gradually substituted for artificial ones.This paper systematically reviewed history,category,property and utilization,extraction and purification,as well as identification and selection of natural edible pigments from plants.This review would be a theoretical foundation for further research on their development and utilization.Key words ：plant sources;edible pigments;development;utilization;theoretical foundation基金项目：广西科学研究与技术开发计划课题（桂科攻10100009-2）作者简介：缪少霞（1981—），女（汉），工程师，硕士，主要从事食品检测。

*通信作者：孙健（1978—），男，副研究员，博士，主要从事农产品加工研究。

天然食用色素直接从天然资源（如动植物组织、微生物）中获取，使用较多的是植物性色素。

天然植物性色素能使食品形成一定颜色，刺激人们的视觉，从而增进食欲，现已广泛应用于饮料、酒类、调味品、糖果、医药等行业生产中。

1植物源天然食用色素的研究概况人类很早即已使用天然色素为食品着色，我国古代就有关于栀子黄、茜草红、蓼蓝等用于着色的记载[1]。

植物源天然色素具有营养价值丰富、色调柔和、安全性高等优点，有些还具一定的药理作用（如降压、利胆、补肝和益肾等）[2]，但其色素不稳定，着色能力较差。

相反，人工合成色素稳定性好、着色力强、色彩鲜艳，并且生产成本较低，在食品中被迅速推广使用。

随着苏丹红事件的爆发，大多数化学合成色素具有的致泻性、慢性毒性和潜在的致癌性等危害陆续被报道，这些危害主要是由于砷、铅、铜、苯酚、苯胺和硫酸盐等有毒物质残留所致[3]。

20世纪中期，全世界大概有100多种化学合成色素，现只剩60多种；日本曾批准使用27种化学合成色素，现已减少到9种；美国当时允许使用35种，现仅有7种；此外，挪威等一些国家已完全禁止使用任何化学合成色素。

其他国家，如印度、挪威、瑞典、芬兰、法国、丹麦等已禁止使用偶氮类合成色素[4]。

目前我国批准使用的食用合成色素包括胭脂红、苋菜红、新红、赤鲜红（樱桃红）、诱惑红、日落黄、柠檬黄、亮蓝、靛蓝和它们各自的铝色淀[5]。

截至2005年，世界上允许使用50多种食用天然食品研究与开发F ood Research And Development2012年7月第33卷第7期211色素[6]。

FAO/WHO允许使用的植物源天然食用色素有叶绿素铜钠（钾）盐等多种；美国允许生产和使用的主要有胭脂树橙等[7]；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，包括焦糖色素、紫草红色素、胭脂树橙、葡萄皮色素、甜菜红、可可色素、叶绿素、万寿菊色素、红花黄素、番茄色素、栀子黄素等[8]。

在国标GB2760-2011《食品添加剂使用标准》中我国允许使用的食用天然色素共40多种，包括柑橘黄、叶绿素铜钠盐、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。

我国食用着色剂产量约28000t，其中大多数是天然色素，其年产量约为25000t。

我国的焦糖色、红曲红、辣椒红、叶黄素、栀子黄等色素均已规模化生产，打入了国际市场[3]。

我国植物资源丰富，云南西双版纳、武陵山区、秦巴山及东北长白山是天然色素植物资源较为集中的地区，其中玉米、红花、辣椒、栀子等品种为我国发展天然色素工业提供了充足的原料[9]。

2植物源天然食用色素的分类植物源天然食用色素种类多样，可根据以下进行分类。

根据原料来源不同分类见表1。

根据形态分为：（1）以原始形态使用的，如果酱类和浓缩果汁类等；（2）对原材料直接采用干燥、粉碎处理得到的，如茶叶末等；（3）提取原料中的色素成分，浓缩或直接干燥成粉末状，如玫瑰茄红色素、番茄红色素、柑橘黄色素等，现在大部分研究的天然色素都属此类；（4）经酶处理后得到的天然色素，如栀子黄色素；（5）人工合成的原本是天然存在的色素，如核黄素，β-胡萝卜素[10]。

根据色调不同大致分为：蓝绿序列、红紫序列和黄橙序列等。

此外，由于溶解性不同还可分为脂溶性和水溶性色素两大类。

植物源天然食用色素化学结构复杂，品种较多，大致包括：吡咯色素、多烯色素、酚类色素、醌类色素和其他植物源天然食用色素。

2.1吡咯色素这是一类具有卟啉类结构的化合物，主要指叶绿素，易溶于各种有机溶剂。

叶绿素中研究得较多的是蓝绿色的叶绿素A和黄绿色的叶绿素B，是由叶绿酸、叶绿醇和甲醇缩合而成的二醇酯[11]。

在植物体内以与蛋白质结合的形式存在，它能使瓜果蔬菜呈现绿色，具有补血、活化细胞、抗菌消炎和抑制癌细胞生成等功效。

它的性质很不稳定，在热、光、氧化等条件作用下均可受损。

在稀碱条件下稳定性好，在稀酸条件下由于Mg2+被H+取代作用后失色[12]，但如果用含铜化合物代替镁，络合的铜原子比Mg2+牢固的多，得到的绿色制品相对比较稳定，因此一般将叶绿素制成铜钠盐以提高其稳定性。

2.2多烯色素多烯色素，又叫类胡萝卜素，它是由异戊二烯残基组成、以共轭双键相连而成的一类色素。

其在预防疾病、清除自由基、提高免疫力和延缓衰老等人类健康方面起重要作用[13]。

具统计，全球每年生产的天然类胡萝卜素约1亿吨，是目前国际上开发和应用最广泛的天然色素之一，大多数以叶黄素、新叶黄素、岩藻黄素和紫黄素4种形式存在。

现在有600多种天然类胡萝卜素的化学结构已经确定，其中有50余种能转变成V A，并且自然界中所有的V A都来源于类胡萝卜素[14]。

根据结构和溶解性差异，类胡萝卜素分为：①胡萝卜素类，包括番茄红素及α、β、γ-胡萝卜素等。

其中，β-胡萝卜素在自然界中含量最多，分布最广，颜色黄橙色，它是VA的前体，具较高的营养价值，常作食品营养强化剂。

②叶黄素类，自然界中该色素主要有胭脂树橙色素、玉米黄素、藏红花素等。

类胡萝卜素相对比较稳定，较耐热，当溶液pH变化时不变色，并且遇锡、锌、铜、铝、铁等离子也不改变，着色力强。

由于其共轭不饱和双键特性，使其具有较强与氧反应的能力，在生物体内具有重要的抗氧化防御作用。

因此，绝大部分类胡萝卜素都是单线态氧及自由基的清除剂，可与氧以及由于亚油酸氧化而产生的自由基快速反应，中断过氧化链式反应。

如遇强氧化剂，双键断裂，发色基团遭破坏而失去色泽[15]。

天然色素产品中，类胡萝卜素常呈很细微的分散形式存在。

2.3酚类色素酚类色素是包含多元酚结构的衍生物，结构骨架为C6-C3-C6，可分为花青素类、花黄素和鞣质等3类色素。

2.3.1花青素类花青素属于黄酮类化合物，溶于水。

现已发现23类表1植物源天然食用色素原料的来源Table1The source of materials for the natural edible pigmentsfrom plants原料来源色素名称果实仙人掌、桑椹、葡萄果皮、可可、栀子、辣椒、柑橘皮、紫玉米、角豆、黑豆皮、杨梅、西红柿、胭脂树红（红木种子）根茎姜黄、茜草根、红甜菜、甘草、胡萝卜、紫草根花红花、玫瑰花、金盏花、番红花叶各种绿色植物的叶，如：菠菜、茶叶藻类螺旋藻类等专题论述缪少霞，等：植物源天然食用色素及其开发利用研究进展212花青素，它们以不同方式和各种单糖结合形成500多种花色苷。

常见成苷的糖有阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、木糖等5种[16]。

食品中主要的花色苷有6种，分别是飞燕草色素、天竺葵色素、芍药色素、矢车菊色素、牵牛花色素和锦葵色素[17]。

这类色素基本结构为2-苯基苯并吡喃，常见的是其氯化物。

目前研究较多的花色苷类色素有高粱红色素、萝卜红色素、葡萄皮红色素、黑米红色素、玫瑰茄色素、山楂红色素、越橘红色素、紫玉米色素、蓝靛果色素等[18]。

花青素对光、热、氧化剂、抗坏血酸敏感，放置时间久可导致褪色或变成褐色。

由于花色苷分子构型不同，在不同pH条件下，颜色各异：pH＜7显红色，pH8.5左右显紫色，pH11显蓝色（或蓝紫色）[19]。