天然色素的應(yīng)用及發(fā)展

舒冠雄，賈 佳，孫 虎，成 堃

（齊魯理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東濟南，250200）

天然色素的應(yīng)用及發(fā)展

舒冠雄，賈 佳，孫 虎，成 堃*

（齊魯理工學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，山東濟南，250200）

天然色素使用安全，應(yīng)用價值巨大。本文綜述了番茄紅素、姜黃素、辣椒紅色素、紅曲色素等在食品、飼料、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)中的應(yīng)用，指出了天然色素在發(fā)展過程中存在的問題及研究方向。

天然色素；發(fā)展趨勢；應(yīng)用

1.天然色素概況

人類很早就開始使用天然色素為食品著色，我國古代就有將梔子黃、茜草紅、蓼藍等用于著色的記載[1]。天然色素相比于人工合成色素而言，營養(yǎng)價值豐富、色調(diào)柔和、安全性高，有些還具有降壓、利膽、補肝和益腎的藥理作用[2]；但天然色素不穩(wěn)定，著色力較差。

截至2005年，世界上允許使用的食用天然色素有50多種[3]。FAO/WHO允許使用的植物源天然食用色素有葉綠素銅鈉（鉀）鹽等；美國允許生產(chǎn)和使用的色素主要有胭脂樹橙等；日本在植物源天然食用色素研究方面處于領(lǐng)先地位，其允許使用的天然色素達40多種；我國允許使用的天然色素有柑橘黃、焦糖色、番茄紅、紅花黃、姜黃、玫瑰茄紅、辣椒紅、辣椒橙、茶黃素、茶綠素、胭脂樹橙、胭脂蟲紅等。

2.天然色素的應(yīng)用

2.1 食品工業(yè)

番茄紅素主要存在于成熟的番茄中，是一種不含氧的類胡蘿卜素。2008年，我國衛(wèi)生部在第17號增補公告中規(guī)定：在發(fā)酵乳和飲料類（包裝飲用水除外）食品中番茄紅素的最大使用量為6 mg/kg。肉餡易變質(zhì)，微生物穩(wěn)定性差。Sterlie等[4]向肉餡中添加番茄紅素，發(fā)現(xiàn)番茄紅素能夠有效抑制微生物生長，延長肉制品保質(zhì)期，并使其色澤更佳。在將番茄紅素和胭脂紅添加到西柚汁飲料的研究中發(fā)現(xiàn)，番茄紅素加入果汁后比相同量的胭脂紅效果更好；經(jīng)過24周的儲藏后，

番茄紅素在果汁中的穩(wěn)定性較好[5]。Eyiler等[6]將富含番茄紅素的番茄粉末添加到法蘭克福香腸中，能有效減緩氧化反應(yīng)，明顯降低香腸的氧化程度，香腸顏色有明顯的改善。此外，番茄紅素還可保護皮膚，防止紫外線灼傷；延緩衰老；預(yù)防前列腺癌等[7]。

姜黃素是從姜科、天南星科的一些植物的根莖中提取的色素，為橙黃色結(jié)晶粉末，味稍苦，不溶于水。我國 GB2760-2007規(guī)定：姜黃素可用于人造黃油及其類似制品（如黃油和人造黃油的混合品）、巧克力和巧克力制品（包括類巧克力和代巧克力）、冷凍食品（食用冰除外）以及糖果和膠基糖果、碳酸飲料和果凍。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）規(guī)定姜黃素可以應(yīng)用于咖喱粉、湯料、芥末醬、水果飲料、法式菜、干酪等食品之中，起到增香和著色的功效。實際生產(chǎn)中，姜黃素在焙烤、膨化食品、肉制品、調(diào)味品、乳化香精、腌漬食品、保健品等中都有著廣泛應(yīng)用[8]。例如，姜黃素在日本被廣泛地應(yīng)用于米糠腌蘿卜醬和香腸之中。

紅曲色素是紅曲霉的次級代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)紅曲色素可用于各種糖果、肉制品、餅干、冰淇淋、水產(chǎn)品、腐乳、果凍、膨化食品、植物蛋白和果品中。紅曲色素作為防腐劑和著色劑應(yīng)用在肉制品中，可使產(chǎn)品色澤自然，并且具有降低膽固醇、改善脂肪代謝紊亂等功能。此外，紅曲色素還廣泛用于調(diào)料、果醬、果茶、糕點、面食、豆腐糕和各種仿生食品加工中的著色。

辣椒紅色素提取自辣椒，和番茄紅素相似，屬于類胡蘿卜素的一種。辣椒紅色素已經(jīng)被應(yīng)用于色拉、肉制品、糕點、罐頭、水產(chǎn)品以及各種飲料等食品的著色。辣椒紅色素的色價高，著色力較好，色澤鮮艷，安全性高，因此具有較高的研究價值。辣椒紅色素在美國、英國、日本等已經(jīng)被定為無限性使用的天然食品添加劑，其國際市場十分可觀。夏邦旗等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，將辣椒紅色素應(yīng)用在食品的上色中，3個月后，食品表面幾乎沒有分層的現(xiàn)象。張志強等[10]把辣椒紅色素添加到布丁冰激凌和酸奶中，辣椒紅色素的上色效果較好，保存過程中顏色沒有明顯的變化。

2.2 飼料工業(yè)

番茄紅素用于動物飼料中，可以使水產(chǎn)品和動物的體色更加鮮艷，并且能夠抑制氧化作用，提高動物的免疫力，減少或替代抗生素的使用量，降低動物飼養(yǎng)成本[11]。番茄紅素還可以抑制腫瘤的增殖，有效預(yù)防多種動物疾病的發(fā)生，同時也降低了人類食用畜禽的危險[12]。

姜黃素可以提高動物的繁殖能力和免疫能力，改善動物的脂類代謝、提高產(chǎn)蛋率等[13]。姜黃素在促進魚類的生長、提高魚類抗氧化能力、增強免疫力和改善魚體色澤等方面也具有一定作用。朱元貴等[14]研究了姜黃素對體外培養(yǎng)的大鼠皮層神經(jīng)元氧化損傷的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)姜黃素在體外能通過氧化、清除自由基來減少氧化應(yīng)激引起的神經(jīng)元凋亡。姜黃素干預(yù)組的神經(jīng)元死亡率減少，皮層神經(jīng)元存活率升高，細胞內(nèi)活性氧降低。

辣椒紅色素在飼料工業(yè)也有極高的研究和應(yīng)用價值。辣椒紅色素對改善動物產(chǎn)品品質(zhì)具有重要作用，可對禽類皮膚、蛋黃、魚類、貝類等著色、增色。辣椒紅色素對于改善虹鱒魚肉色和風(fēng)味等也功效明顯。

2.3 醫(yī)藥行業(yè)

已生產(chǎn)出以番茄紅素為主要成分的藥品，具有降血壓，治療高膽固醇、高血脂，降低癌細胞活性等療效。Fuhrman等發(fā)現(xiàn)在培養(yǎng)巨噬細胞的介質(zhì)中加入番茄紅素后，其膽固醇合成降低，低密度脂蛋白受體活性增強。受試者每日口服番茄紅素60mg，連續(xù)3個月后，血漿低密度脂蛋白膽固醇降低了14%，而高密度脂蛋白膽固醇無明顯變化[15]。唐湘宇等[16]研究表明，番茄紅素可以阻止DNA和脂蛋白氧化，降低甘油三酯，保護血管內(nèi)皮，抗動脈粥樣硬化。

姜黃素具有抗菌消炎、清除自由基、抑制毒素和抗癌等性能而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥中。

人體中的低密度脂蛋白可以破壞血管壁的細胞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致血栓產(chǎn)生，而辣椒紅色素能有效防止這種低密度脂蛋白的形成，對防止和治療動脈硬化有一定的效果。同時，辣椒紅色素對癌癥的發(fā)生也有一定的抑制作用，辣椒紅色素還能夠保護細胞的DNA不受輻射破壞，尤其是對于γ射線的傷害，與其他同類物質(zhì)比較發(fā)現(xiàn)，辣椒紅色素的保護功效最為顯著。王明軒等[17]發(fā)現(xiàn)，將辣椒紅色素作為藥品糖衣的著色劑，辣椒紅色素在乙醇和增溶劑吐溫-80的作用下，可均勻分散在糖漿中，用作糖衣片著色劑時，色澤鮮艷，容易被人接受，尤其是用作小兒藥的效果更佳，同時兼有防潮作用。

2.4 化妝品產(chǎn)業(yè)

現(xiàn)代人在化妝品的選擇上除了要求色彩亮麗，同時更加關(guān)注天然、綠色、健康。番茄紅素和姜黃素可用作發(fā)用染料的補色劑[18]。皮膚長時間暴露于日光及其他射線會出現(xiàn)過早老化，即皮膚光老化。人類皮膚的光老化大約90%是紫外線作用的結(jié)果。Fazekas等[19]研究表明，番茄紅素對紫外線導(dǎo)致的皮膚光老化有保護作用，并可減少機體的炎癥反應(yīng)，維持正常的細胞增殖，減少DNA的損傷。Stahl等[20]證明，通過向護膚品中補充番茄紅素，可以避免紫外線照射產(chǎn)生紅斑。于文利等[21]研究表明，番茄紅素與維生素E具有協(xié)同作用，能夠清除自由基，顯著增強超氧化物歧化酶（SOD）活性并降低過氧化物脂質(zhì)。辣椒紅色素具有無毒害、無刺激性、色澤鮮艷、耐熱、耐光及穩(wěn)定性好等優(yōu)點，符合當(dāng)今化妝品流行的趨勢。李曉霞[22]研究了辣椒紅色素在化妝品中的應(yīng)用，考察了溫度、pH、氧化劑、防腐劑、乳化劑等多個因素對色素穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，辣椒紅色素在環(huán)境溫度不高于80℃時基本穩(wěn)定，適用于大多數(shù)化妝品的pH（4-8.8）；由于辣椒紅色素本身具有一定的抗氧化性，因此，低濃度的氧化劑對其影響較小。另外，化妝品中常用的防腐劑G-Plus對辣椒紅色素的穩(wěn)定性沒有影響，乳化劑吐溫80還能提高辣椒紅色素的穩(wěn)定性。

2.5 其他應(yīng)用

焦糖色素是糖類物質(zhì)在高溫下脫水、分解、聚合而成的復(fù)雜紅褐色或黑褐色混合物。將焦糖色素應(yīng)用于啤酒、威士忌、葡萄酒、朗姆酒和利口酒中，有助于形成頂層泡沫和誘人的紅色，并能有效提高產(chǎn)品品質(zhì)。軟飲料、水果飲料和酒精飲料通常都要全面著色，以烘托出風(fēng)味來。如桂花陳酒中加入焦糖色素，能使酒色更迷人。

3.存在的問題及研究方向

與合成色素相比，天然色素還需要不斷改進和完善：絕大多數(shù)天然色素對光、熱、氧、金屬等敏感，穩(wěn)定性較差；染著力較差，染著不易均勻；色調(diào)會隨著pH的改變發(fā)生變化；天然色素種類繁多、性質(zhì)復(fù)雜，色素應(yīng)用專一性較強，應(yīng)用范圍較窄。鑒于這些問題，目前天然色素的研究工作主要集中在生產(chǎn)技術(shù)和可替代的色素資源方面。在自然界中能產(chǎn)生色素的微生物種類非常豐富，且具有不受資源、環(huán)境和空間限制的優(yōu)越性，因此被開發(fā)利用的潛力巨大；尤其是通過微生物發(fā)酵法生產(chǎn)天然色素，成本大大降低，同時保護了環(huán)境和生態(tài)平衡，解決了資源短缺的矛盾，具有可持續(xù)開發(fā)利用的優(yōu)勢；微生物源色素具有天然色素的特點，可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)中，將是天然色素開發(fā)的一大方向。

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2016年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：201613998013）