天然色素的研究和应用

天然色素的研究与应用

摘要：本文主要论述了天然色素的特点与特性、分类、性质与作用、应用与开发，简要介绍了合成色素给人们带来的危害，倡导人们进一步研制开发出品种多样的天然色素。

关键词：色素；天然色素；花色素；应用开发；

1天然色素的概况

随着社会的进步，天然色素在食品业和化妆行业的使用逐渐普及，使用技术逐渐提高，天然色素逐渐成为美化社会生活不可缺少的一部分。天然色素的研究与开发受到世界各国的重视。目前国际上已开发的食用天然色素共100余种。中国正式批准的(1998)共47种，日本列为允许使用的共102种，欧共体13种，英国26种。

目前，我国提取天然色素的原料多为植物性原料，主要包括以下三种:(1)从人工种植的植物中提取的天然色素，如辣椒红色素、甜菜红色素、姜黄色素、红花色素、黑芝麻色素、红甘蓝色素、黑米色素等；(2)从农产品副产物或废弃物中提取的天然色素，如高粱红色素(高粱壳)、β-胡萝卜素(蚕沙)、桔皮色素(桔皮)、紫草红色素(紫草根)等；(3)从野生植物和野浆果类提取的天然色素，如越桔红色素、黑加仑色素、万寿菊色素、茜草色素、桑椹色素等。这些资源在我国取之不尽，用之不完，如能科学合理的应用，不但可以大大降低天然色素的成本，增加经济收入，而且对国家农业种植结构的调整都将具有潜在的意义[1、2]。

2天然植物色素的特点及特性

2.1天然色素的呈色机理

植物的花、叶、果实、皮等往往呈现出各种各样的颜色，这与植物自身内部的天然色素有关。植物体内的一些有机分子(色素)在阳光的照射下，吸收了一定频率的有色光后，使分子内电子发生振动跃迁现象。由于各种植物的有机分子(色素)中的电子成键能力不同，电子激发跃迁时所需的能量也就不一样，故对吸收光的频率就有一定的选择性。不同植物具有合成适应自身特点的有机色素分子的能力各有差异，因此，不同的植物就表现出不同的体色及花色，从而使大自然呈现出姚紫嫣红的美丽景色。

2.2天然植物色素的特点

(1)绝大多数天然色素无毒和无副作用，安全性高；

(2)天然植物色素大多为花青素类、黄酮类、类胡萝卜素类化合物，它们不但具有着色作用，而且具有增强人体功能、保健防病等功效；

(3)天然色素的着色色调比较自然，更加接近天然物质的颜色；

(4)天然色素对pH值变化十分敏感，色调会随之发生很大变化。如花青素在酸性时呈红色，中性时呈紫色，碱性时呈蓝色。

诚然，天然色素也并不是完美无缺的，也存在一些缺陷:

(1)溶解性差，溶解度较低，使用时不易混合均匀，有时易发生沉淀，不易调色和着色[3]；

(2)纯度较低。天然色素是从天然动、植物等生物体中提取出来的化合物，常共存有其它成份，纯化难度较大；

(3)色调不稳定，受周围环境影响较大。大部分天然色素对光、热、氧、金属离子、pH值等的变化敏感，稳定性较差[4]；

(4)天然色素种类繁多、性质复杂，就一种天然色素而言，应用时专用性较强，运用范围较窄。

2.3天然色素的特性

2.3.1溶解性

天然植物色素中以叶绿素为主要代表的吡咯色素，它不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂中；胡萝卜素类为脂溶性色素，一般难溶于水和乙醇，而易溶于油脂、汽油或乙醚等，而胡萝卜醇类是以醇、酮、酸的形式存在，易溶于甲醇、乙醇；酚类色素是植物中水溶性或醇溶性色素的主要成分，一般易溶于极性溶剂，难溶于非极性溶剂。

2.3.2 在不同pH值下的显色

天然色素中的类胡萝卜素是包含红色、橙色及黄色在内的一大类色素，它对pH值的适应性强，颜色不会因酸碱性的不同而轻易改变。类黄酮可呈现出浅黄至深黄的各种色泽，酸性越强，黄色就变得越浅，碱性越强，黄色就变得越深。花青素呈现的色泽是一个幅度较大的色域，如橙色、红色、紫色、蓝色等，它因酸碱性的改变所引起的颜色变化更大，一般酸性时呈红色，中性时呈紫色，而碱性时呈蓝色。

2.3.3 稳定性

一般对天然色素稳定性的检验主要考虑以下几方面的因素:第一, pH值的影响：它是指色素在不同的酸碱条件下，其色泽的稳定情况或变化规律等；第二，光照的影响：一般是指在紫外线和阳光直射的条件下色泽的变化情况；第三，温度的影响：主要考察在不同的环境中色素的耐热性；第四，金属离子的影响：是指食品中常见的金属离子Na+, Ca2+,Cu2+, Mg2+,

A13+,Fe3+ ,Zn2+等对色素的影响。有些金属离子可能会使色泽变色或褪色，而有些金属离子却有增色的作用；第五，色素的抗氧化和还原能力：试验中常用的抗氧化剂和还原剂有

H2O2,NaClO,Vc,K2S2O8,Na2S2O3等；第六，碳水化合物的影响：在一定浓度的色素溶液中加葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉等试验色素的稳定性。

3 天然色素的分类

色素分为天然色素和合成色素两大类。天然色素来自天然物，主要从植物组织中提取，也包括来自动物和微生物的一些色素。合成色素是指用人工化学合成方法所制得的有机色素，主要是以煤焦油中分离出来的苯胺染料为原料制成的。

天然色素可根据化学结构、来源、溶解性等分类：

按来源可分为：植物色素、动物色素和微生物色素三大类；

按其溶解性质不同又可分为水溶性色素和脂溶性色素；

按其化学结构分类，可以分为以下五大类:

3.1 类胡萝卜素类

多烯类色素是由异戊二烯(CH2=C(CH3)-CH=CH2)残基为单元组成的共轭双键相连的一类色素，为脂溶性色素。类胡萝卜素是多烯类色素的代表，它是胡萝卜素(carotene)和胡萝卜醇(xanthophylls)的总称。它们广泛分布于生物界中，目前已发现的类胡萝卜素就有600多种。类胡萝卜素按其组成和溶解性质可分为两类：①胡萝卜素类，此类色素结构中含有大量共轭双键，如番茄色素，α、β、γ-胡萝卜素等；②叶黄素类，此类色素是共轭多烯的含氧衍生物，辣椒红素、玉米黄素、叶黄素等都是此类色素。

类胡萝卜素类是国际公认的具有生理活性的功能性抗氧化剂，单线态氧的有效淬灭剂，能消除羟基自由基，在细胞中与细胞膜中的脂类相结合，有效抑制脂质氧化。较多地摄入类胡萝卜素能减少老年性前列腺症和老年性视网膜黄斑变性[5]。近来还报道说它们在抗癌、抗衰老等方面也有不少创新的功能价值，因此类胡萝卜素类色素是一类开发前景十分广阔的功能性食品添加剂。

3.2 花青素类

花色素又叫做花青素，存在于植物的果实、花、茎和叶中的液泡内，是植物体内的一种水溶性色素。由于各种花色素分子结构上的差异或酸碱度的不同，花色素就显出红、紫、蓝等不同的颜色。花青素广泛存在于植物的花、果实、根、茎、叶中，是各种花色苷的总称。据初步统计，27个科，72个属植物均含花青素[6]。现在已知的有20多种，一般为六种花青素即天兰葵色素(pelargonidin)、