食用色素

食品添加剂中天然食用色素的研究与发展前景（综述） 【原创】

姓名：王金娟 班级：食品科学与工程1班 学号：312010081401112

摘要：色素是影响食品感官性状的重要因素之一，食品的颜色给消费者视觉以第一印象。天然食品的颜色受光、热、氧以及加工处理过程的影响，有时会失去其天然色泽，使人产生食品变质的错觉，商品价值大大降低。为了使食品的外观色泽均匀一致，就必须利用各种食用色素来改善食品的外观，提高产品的商品性。而食用色素分天然食用色素和合成食用色素，当前商品琳琅满目，消费者对食物是否添加色素，添加的是否天然色素，添加天然色素是否有害健康等存在不少疑惑。鉴于上述种种情况，本文对天然食用色素的种类、功能、开发以及前景进行了综述。

关键词：天然食用色素；功能；开发；应用

一、天然食用色素的概述

天然食用色素由天然资源获得的食用色素。主要从动物和植物组织及微生物（培养）中提取的色素，其中植物性色素占多数。天然食用色素不仅具有给食品着色的作用，而且具有生理活性。近十多年来，我国经国家主管部门批准使用的天然食用色素，从20几种增加到40几种，是目前世界上允许使用天然色素最多的国家。

天然色素种类繁多，按其来源可分为：1）来自生物界的天然色素，如叶绿素、辣椒红、栀子黄等；2）人工合成的天然色素，如β-胡萝卜素、核黄素等。来自生物界的天然色素又可分为植物色素、动物色素、微生物色素。

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按化学结构不同，天然色素一般分为六类：1）四吡咯衍生物，如叶绿素；2）异戊二烯衍生物，如类胡萝卜素；3）多酚类衍生物，如花青素、花黄素等；4）酮类衍生物，如红曲色素、姜黄素等；5）醌类衍生物，如虫胶色素、胭脂虫红等；6）其它类，如栀子红、焦糖等。此外，按其溶解性质的不同，还可以分为水溶性色素和油溶性色素。

为了保持天然色素固有的色泽、产品的稳定性和安全卫生性，生产中色素的提取一般都采用物理方法，生物学方法，而很少采用化学方法。

提取法是最常用的方法，即将原料洗净、干燥、粉碎后，用溶剂提取，经分离、浓缩、干燥、精制取得成品。[1]

目前食用色素大体分为两类：一类是人工化学食用合成色素，这类色素大部分属偶氮类型化合物，对人体有一定的毒副作用；另一类是来源于天然植物的根、茎、叶、花、果实和动物、微生物等的可食用色素，成为使用天然色素。

从添加量来看，食用色素在食品中占得比例很小，一般为产品的千分之几、万分之几甚至是十几万分之几。但是在其他产品中的作用以及在食品中的应用范围是其他任何产品添加剂所不可比拟的。1979年美国的Eskin.N.A.W教授在进行色泽、香气和结构对产品影响的测评后指出：食用色素虽然用量甚微，但在食品总的质量评价指标中，色泽评分约占45%，这从理论上支持了人们延续几百年来对食品的最直接、最传统的评价标准。这个标准就是：衡量一个产品好坏，首先看它的色、香、味，而色泽又是第一位的。从实践看，正是有了赤、橙、黄、绿、紫各种色泽的食用色素才构成了目前市场上五彩缤纷的食品，同时也丰富了绚丽多彩的社会生活。可以断言，随着人类社会的进步和人们物质生活水平的提高，以及人们对自身健康的渴望和追求，植物类型食用天然色素的品种和应用领域将会不断扩大，天然食用色素的质量和对人体的功能性作用将会不断加强，在21世纪，食

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用天然色素产品将长青不衰，前景广阔。

二、天然食用色素的研究发展

发展历史人类为食品着色的发展历程大致可概括为：天然色素--人工合成食用色素--天然色素与人工合成食用色素并用--更加安全、稳定的天然使用色素。

自1856年英国人W.H.Perkins合成第一个人工染料苯胺紫后，人工合成染料借其特有的色艳、稳定性强、易于复配、价廉等优点很快替代了天然色素。随着化学合成色素及其生产技术在我国的传入，食品行业中也开始用合成色素取代天然色素进行相应的产品生产。20世纪初，毒理学和生物学研究的不断深入，发现原先曾允许使用的人工合成食用色素中，大多数种类对人体都有不同程度的伤害，尤其有致癌、致畸、致突变的后果，这一点引起人们的高度重视，大部分具有一定毒性的合成色素被淘汰使用。

天然食用色素的功能性越来越多地被人们认识，如类胡萝卜素类的天然色素可在人体内转化为维生素A，并具有保持上皮细胞健全、维持正常视觉、提高免疫力的多种生理功能；红曲米粉作为天然着色剂，其中含有降血压的Lovastatin.黄酮类天然色素具有软化血管、增强血管弹性的功能，红曲降血脂产品已经打入国内外市场。

天然食用色素的研究与开发，还存在两大难题：一是缺乏具有商业利用价值的色素资源；其二就是天然食用色素本身的稳定性问题。这样就导致了天然食用色素价格昂贵，在很大程度上也其在应用上的普及。 天然食用色素的最大特点是安全性高，市场巨大，国内从事研究、开发的单位也日益增多。有关天然食用色素的新资源、新品种及生产新技术的报道和专利每年都有几十篇。特别是在寻找色素新资源方面，已经取得了一些成果，发现了一些好的苗头，如从海洋生物中提取天然色素。

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在解决天然食用色素稳定性差方面，人们也进行了各种各样的探索，取得了一些进展，例如将甜菜红与茶色素结合使其稳定性大大提高；这样就扩大了天然食用色素的应用范围，从而为天然食用色素的应用开辟了更加广阔的前景。

发展展望在人们“回归自然”的呼声中及随着对天然食用色素的某些生理活性作用的逐步发现，天然食用色素将会越来越受到重视和喜爱，特别是功能性天然色素，由于其来源天然、安全、并兼有某种生理功能，更成为天然食用色素的发展大趋势。

三、天然食用色素的特性与功能

天然色素是从植物、微生物、动物材料中用各种方法提取、精制而得到的着色剂，作为功能性食品添加剂，具有较高的安全性。这里列举几种常用的天然食用色素并简单介绍其特性及功能。

1、 天然胡萝卜素

天然胡萝卜素主要有三种来源；高等植物提取（热带植物油椰果、胡萝卜素含量高的胡萝卜等）、盐藻提取和生物发酵。胡萝卜素是人体必需的微量营养素，在体内可转变为维生素A，故称为维生素A源。天然胡萝卜素的功能：a.抗氧化功能：天然胡萝卜素是一种很好的抗氧化剂，能猝灭生物体内化学活性很高的自由基，从而降低因自由基引起的过氧化作用，具有延缓衰老的功能；b.增强胰岛素的敏感性，降低糖尿病的发病率；c.提高人体免疫力；d.用于食品强化可防止人体维生素A的缺乏症，预防老年性视力退化、抗衰老、使人保持旺盛的精力以及预防癌症、心血管疾病，如中风、心肌梗塞等。

2、 叶黄素

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叶黄素是从天然植物万寿菊中提取的类胡萝卜素的衍生物，为深棕色膏状树脂，含量高时呈桔黄色结晶或粉末，易溶于乙醇、丙酮，不溶于水。叶黄素色泽鲜艳，我国2007年批准叶黄素可用于饮料、冷冻饮品、焙烤食品等。叶黄素的功能：a、强抗氧化能力；b、预防各种疾病，例如癌症、动脉硬化等；c、治疗眼部疾病， 有助于延缓眼睛的老化、退化、病变， 减少眼疾的发生率，还可以保护视网膜免受光线的伤害；d、预防心脏疾病， 维持免疫系统健康。

3、 番茄红素

番茄红素是类胡萝卜素家族的重要成员，是一种脂溶性不饱和化合物，番茄红素在自然界分布很窄，被称为“植物黄金”，主要存在于番茄、西瓜、苦瓜、红色葡萄柚和番石榴等植物中。番茄红素的功能：a.抗氧化作用， 能有效猝灭人体中的单线态氧和清除自由基， 起到抗癌抑癌的作用， 如能有效地预防前列腺癌、子宫癌、肺癌等肿瘤；b.可以预防和治疗脑心血管疾病、动脉硬化和肿瘤等各种成人疾病， 增强肌体免疫功能和抗衰老等；c.临床对照试验表明：中老年男子经常吃含番茄红素的食品可降低80%的前列腺癌发病率；而中老年妇女如常吃番茄红素的食品科预防骨质疏松症、乳腺癌和其他几种与衰老有关的疾病。

4、姜黄色素

姜黄色素是多年生草本植物姜黄的块茎中含有的黄色色素， 为橙黄色粉末或液体。姜黄色素遇铁离子易变色， 对光稳定性较差。姜黄色素的功能：a.抗诱变作用：可以代谢诱变物和间接抑制诱变物代谢；b.抗肿瘤作用：能清除游离基， 减少过氧化物生成， 抑制花生四烯酸代谢产物的生成， 抑制癌细胞表达， 具有抗肿瘤作用；c.抗氧化作用:可以抑制空气和亚铁离子、铜离子氧化脂质，抑制亚氧化血红蛋白以防止DNA的氧化损伤，

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具有抗氧化作用；d.对多数细菌抑制效果很好，特别是对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。因此姜黄色具有抗炎、抗凝、抗感染、防止老年斑的形成等多种生理功能。

5、红花黄

红花黄色素由菊科红花属植物红花中提制而成，为黄色粉末， 能溶于水、乙醇和丙二醇， 不溶于油脂。红花黄色素的功能：a.具有多方面的心血管药理作用，可抗凝、抗血栓形成、抗心肌缺血、抗血小板激活因子、抗自由基等;b.可治疗或预防冠心病、心绞痛等诸多血液循环障碍疾病；c.具有免疫抑制和脑保护等功能。

6、花青素

花青素是一类广泛存在于植物中的水溶性色素，属于酚类化合物中的类黄酮化合物。已知自然界存在的花青素共有18种，常见的6种为天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素。花青素类色素的呈色与溶液的pH值有关，在酸性环境中呈现红色，在碱性环境中则呈现蓝色、花青素的功能：a. 抗氧化剂：花青素是目前所知的、最高效的、抗氧化的自由基清除剂。花青素的自由基清除能力是维生素E的50倍，是维生素C的20倍。与其他抗氧化剂不同，花青素具有跨越血脑屏障的能力，可以直接保护大脑中枢神经系统；b. 视力保护者： 防止糖尿病患者白内障手术后的并发症；c.抗炎功效：可以预防包括关节炎和肿胀在内的炎症；d.增强动脉、静脉和毛细血管的弹性；e.提高记忆力，改善大脑功能；f.抗衰老：通过对弹性蛋白酶和胶原蛋白酶的抑制，使皮肤变得光滑而富有弹性，从内部和外部同时防止由于过度日晒所导致的皮肤损伤等。[2]

四、世界天然食用色素使用现状

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近年来，天然色素发展极为迅速，新品种不断涌现，现列举美国、欧洲共同体及我国允许使用的天然色素，可见其一般，日本现行食品卫生法对天然添加剂不加，可自由使用。

1、美国使用的天然色素 胭脂树橙提取物、干甜菜、群青、斑蝥黄、焦糖、，胭脂红提取物、焙烤后的部分脱脂棉籽粉，葡萄糖酸亚铁、葡萄皮提取物、氧化铁、果汁、蔬菜汁、干燥海藻粉末、万寿菊、玉米胚油、类胡萝卜素油、辣椒粉、辣椒油、藏红花、氧化钛、姜黄和姜黄油脂等。

2、欧洲共同体使用的天然色素 姜黄素、胭脂虫红、叶绿素、叶绿素铜和叶绿素铜纳、焦糖、阿尔法及伽马胡萝卜素、胭脂树素、辣椒黄素、番茄红素、叶黄素、叶黄呋喃素、隐黄质、紫黄质、玉红黄质、玫红 黄质、斑蝥黄、甜菜红或甜菜碱、花色苷、碳酸钙、氧化钛、氧化铁和氢氧化铁、金、银等。

3、我国允许使用的天然色素 包含1988和19年增补品种 甜菜红、姜黄、红花黄、虫胶红、叶绿素铜钠盐、越秸红，辣椒红，辣椒橙、酱色 不加铵盐生产及加铵盐生产、红米红、栀子黄、菊花黄浸膏、黑豆红、高粱红、玉米黄、萝卜红、可可壳色、红曲米、玫瑰茄红、胡萝卜素、焦糖色、多穗柯棕、桑葚红、姜黄素、橡子壳棕、沙棘黄、栀子蓝。黑加仑红、落葵红、红曲红灯。

五、天然食用色素的优缺点

（一）优点

1、毒性低；

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2、天然着色素大多数来自动物、植物组织，因此，一般来说对人的安全性高；

3、有的天然色素本身是一种营养素，具有营养效果，有些还具有一定的药理作用；

4、能更好地模仿天然物的颜色，着色时的色调比较自然。

（二）缺点

1、溶解度小，不易着色均匀。

2、 色素浓度一般较小，染着性较差，某些天然食用色素甚至与食品原料发生化学反应而变色。

3、坚牢度较差，受PH值、氧化、光照、温度等影响较大。

4、 因为从天然物中提取出来的，故有时受其共存成分的影响或自身就有异味。

5、较难于调色。不同的着色剂相溶性差，很难调配出任意的色调。

6、易受金属离子和水质影响。食用天然色素易在金属离子催化作用下发生分解、变色或形成不溶的盐。

7、成分复杂，使用不当易产生沉淀、混浊，而且纯品成本较高。

8、产品差异较大，天然着色剂基本上都是多种成份的混合物，而且同一着色剂由于来源不同，加工方法不同，所含成分也有差别。如从蔬菜中提取和从蚕沙中提取的叶绿素，

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用分光光度计进行测定，会发现两者最大吸收峰不同，这样就造成了配色时色调的差异。

9、天然色素性质不如合成色素稳定，使用中要加入保护剂，这对色素的使用产生一些不良影响。

10、在大多数情况下，天然色素的成本远远高于合成色素的成本。

六、综合利用与新色素资源的开发

我国可利用的植物、动物、微生物资源众多。而且，还有许多尚未利用的二次资源。例如，在湿法玉米淀粉的生产过程中，玉米黄色素与蛋白质一起被分 离，在副产物玉米蛋白粉中玉米黄色素的含量达0．20～0．37 mg／g，具有开发利用的价值¨ 。利用低档茶叶生产茶绿素等对提高资源利用率都很有意 义。大型真菌色素作为天然色素，安全可靠，色泽自然，并兼有营养和保健作用而倍受人们的青睐，极具开发潜力。我国大型真菌资源丰富，但对大型真菌色素的研究还很少，大型真菌色素性质的稳定性是影响在食品工业中应用的原因。因此筛选更多性质稳定、色价较佳、安全无毒的大型真菌色素是未来研究领域之一，而通过改性等措施提高色素的稳定性是可行的技术途径。挖掘微生物菌种资源对于天然色素的开发研究很有意义。菌种筛选将是研究的重点 。藻类中1％ 品种能产生虾青素， 如雨生红球藻(Hacmatococcus pluvial lis)就是很重要的虾青素产生藻，该藻既能自养，也能异养。国外优良的雨生红球藻体中虾青素一般占类胡萝卜素总量的10％ 以上。我国这方面的工作应该加强。与微生物相比，藻类的高效大规模培养还有一些关键技术问题需要解决。

在我国“天然、健康、多功能”已经是食品添加剂的发展方向，目前，几十种天然色素已经允许在食品加工制造中使用，2003年我国天然色素的产量已经 是食用合成色素的

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2l倍。全球天然色素销售额占食用着色剂的60％左右，市场需求量以近10％速率增长。天然又兼具有生理功能的天然色素必将是今后优先快速发展的食品添加剂之一。

七、我国天然食用色素的前景

（一）、我国天然食用色素开发的原料资源

天然食用色素的种类有很多。其主要原料资源可分为：植物天然色素资源、动物天然色素资源和微生物天然色素资源等 。目前，我国研究和应用最多的是植物天然色素资源，已报道的被研究和开发的色素资源植物如：红甜菜(紫菜头)、红心萝卜、紫甘蓝、红辣椒、红苋菜、胡萝卜、菠菜、紫苏、山楂、酸枣、沙棘、桑椹、醋栗、火棘、黑豆、黑米、芝麻、紫草、落葵、红花、花、越桔、栀子、玫瑰茄、一串红、蓝靛果、仙桃(仙人掌果)、红蓝、鸡冠花、红木、乌饭树、云南石梓、五指山兰、螺旋藻、多穗柯、箬竹、樟树等，其中绝大多数是属林产植物。还有以农副产品为原料的有：高粱壳、花生内皮、生产玉米淀粉的黄浆、葡萄酒皮渣等。

用于食用的天然色素动物资源较少，重点集中在某些大型哺乳动物，如提取胆红素、食用血红素的家畜，而动物界中种类最丰富的昆虫资源，则开发利用甚少，已报道的开发较好的2种昆虫是紫胶虫和胭脂虫。

研究和应用最多的天然食用色素微生物资源是红曲菌，它产生的红曲色素具有安全性高、工艺性能好，已广泛用于肉、豆、面、糖、果酱、果汁等类食品的着色。[3]

（二）、我国天然食用色素开发的提取方法

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我国天然食用色素开发的提取方法有溶剂提取法[4]、酶法提取[5]、超临界流体萃取法[4]、物理辅助萃取法（包括微波萃取法、超声波技术辅助萃取）[6]、分子蒸馏技术[7]。

（三）、我国天然食用色素开发存在的问题

我国天然食用色素产业从改革开放以来，随食品工业蓬勃发展而壮大起来，虽发展非常迅速，但也存在着许多问题，主要体现在以下5个方面：①产品质量差，功能性不强。我国生产的天然食用色素，很大一部分是初级品，附加值低，功能性不强。例如，番茄红素是很好的食用色素，在国外发展很快，德国开发的番茄红素能有效地淬灭人体中的单线态氧和清除自由基，起到抗癌抑癌的作用，如能有效地预防前列腺癌、子宫癌、肺癌等肿瘤。而在我国仅仅将其作为调色剂来使用。②产品品种少，系列化程度低。世界上批准使用的天然食用色素品种有60余种，而我国只有40余种，且主要集中在辣椒红、焦糖色、越桔红、玉米黄、萝卜红等几个品种上。③ 高新技术应用较少，设备落后，提取效率较低产品纯度低，生产成本高。④缺少相应的经济支持和规划。许多单位只注重开发，不注重保护，致使色素原料资源开发与资源保护矛盾日益突出，部分色素原料资源枯竭；部分企业盲目上马，一哄而起，造成供大于求，特别是出口产品，自相竞争压价，不利于我国天然食用色素产业的发展。⑤天然食用色素毒理学评价还不完善。如检测天然食用色素中LD卯(引起一群动物半数死亡的剂量)，仅能检测其毒性在低毒到基本无毒的范围内[8]。

（四）、我国天然食用色素开发的发展方向

1、大力发展“天然、营养、多功能”的食用天然色素

对天然食用色素的性质进行全面研究的基础上，选择其有利的稳定的适用范围。

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2、充分利用我国的资源优势，开发天然食用色素新品种。

我国的植物资源和农副产品十分丰富，今后应充分发挥我国的优势资源，积极开发天然食用色素新品种，以适应我国食品工业的发展需要。

3、开发与应用新技术，提高我国天然食用色素业整体技术水平。

我国天然食用色素大多数生产企业在技术、工艺方面比较落后，设备陈旧或简陋，必须不断创新提高，才能使产品上档次，行业有发展。在天然食用色素的生产过程中，可以采用的高新技术有：基因工程、细胞工程、发酵工程、吸附色谱、凝胶过滤、微孔过滤、超滤、电渗析、反渗透、膜分离技术及冷冻干燥等技术，不断提高技术装备水平，提高产品的产量和品质，降低成本，从而提高产品在国内外市场的竞争力。[9]

4、制定相应的经济和规划根据原料、市场、生产设备和技术力量等情况，组织横向协作，研制与定点生产新的食用天然色素，遵守市场供求关系的价值规律，避免一哄而上，盲目生产；避免使有限的资源，尤其是野生资源遭到盲目的开发与利用。制定相应的经济和规划，将眼前利益与造福子孙后代统一起来，使资源得到合理的开发和可持续发展。

5、完善毒理学检测系统。

在大力发展我国天然食用色素业的同时注重天然色素的毒理学检测，加大对天然食用色素中毒性剂量和有害微量元素检测技术的研究，获得并完善毒理学实验数据。

（五）、我国天然食用色素开发的前景

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随着人们对“回归自然”的呼声日益高涨，以及科学研究对天然食用色素生理活性的逐步发掘，具备天然、安全、保健等多种特性的天然食用色素必将愈加受到人们的关注和青睐。

近年来，天然食用色素在国际市场上销售额的年增长率一直保持在10％以上。天然食用色素的市场巨大，需求量逐年上升，各国竞相开发生产。但目前我国天然食用色素的开发生产远不能满足现代工业发展的需要。

我国幅员辽阔，位处寒、温、亚热、热带地区，生物资源丰富，种类繁多，而且许多品种产地集中，如云南的西双版纳、武陵山区、秦巴山以及东北的长白山均是天然食用色素资源较为集中的地区，其他各地都有天然食用色素生产的原料，均可以因地制宜地开发利用。特别是一些农产品，如玉米、高粱、辣椒、萝卜等更是随处可见，为我国天然食用色素的开发提供了丰富的原料。我国应抓住机遇，立足国内市场，开拓国际市场，充分利用资源优势，高度重视科研开发功能性天然食用色素；积极引导企业采纳高新技术，不断提高装备水平，提高产品产量、生产技术与产品的竞争力，我国天然食用色素的开发必将呈现出十分广阔的发展前景。

结论：

随着人们对“回归自然”的呼声日益高涨,以及科学研究对天然食用色素生理活性的逐步发掘,天然食用色素必将愈加受到人们的关注和青睐,特别是功能性天然食用色素,因其来源天然、安全、并兼有生理功能,更成为天然食用色素的发展大趋势。

近年来,天然食用色素在国际市场上销售额的年增长率一直保持在10%以上。天然食用色素的市场巨大,需求量逐年上升,各国竞相开发生产。但目前我国天然食用色素的开发生产

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远不能满足现代工业发展的需要。我国应抓住机遇,立足国内市场,开拓国际市场,充分利用资源优势,高度重视科研开发功能性天然食用色素;积极引导企业采纳高新技术,不断提高装备水平,提高产品产量、生产技术与产品的竞争力,我国天然食用色素的开发必将呈现出十分广阔的发展前景。

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