天然食用色素的来源、制备及应用

２００８年２月　Ｊ７　７４　第２９卷第２期　察品研究与并发　天然食用色素的来源、制备及应用　钟秋。谢建春　。孙宝国　（北京工商大学化学与环境工程学院，北京１０００３７）　摘要：对天然食用色素的来源、制备及其应用进行了较为全面的综述。介绍了微波萃取、超临界萃取、酶反应法等制　备新技术及目前天然食用色素在食品、医药和化妆品领域的应用状况。　关键词：天然食用色素；来源；制备；应用　ｌ’ＨＥ　ＯＲＩＧＩＮ，ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＯＦ　ＮＡＴＵＲＡＬ　ＥＤＩＢＬＥ　ＰＩＧＭＥＮＴ　ＺＨＯＮＧ　Ｑｉｕ，ＸＩＥ　Ｊｉａｎ—ｃｈｕｎ　，ＳＵＮ　Ｂａｏ—ｇｕｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００３７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎ，ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｅｄｉｂｌｅ　ｐｉｇｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｓｕｍｍｅｄ　ｕｐ．Ｎｅｗ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ，ｓｕｐｅｒ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｌｆｕｉｄ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ（ＳＦＥ）ａｎｄ　ｅｎｚｙｍｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ａｎｄ　ｆｕｒ—　ｔｈｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｔｕｒａｌ　ｅｄｉｂｌｅ　ｐｉｇｍｅｎｔ　ｉｎ　ｆｏｏｄ，ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　ｃｏｓｍｅｔｉｃｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ　ｅｄｉｂｌｅ　ｐｉｇｍｅｎｔ；ｏｒｉｇｉｎ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　作者简介：钟秋（１９８３一），女（汉），硕士研究生，主要从事天然产物有效成分分析分离研究。　通讯作者　◆Ｉｌ，Ｏ－・［ｉｉ￣ｉｌ．ｉ◆●◆◆●ｉｉｉ◆◆●●◆　◆◆ｉ◆●◆◆１●◆◆●◆◆＇ｌ◆　◆◆◆◆　●◆　●　◆ｕ◆　◆　一◆１１１－，４１￣，，　１工程方法改造了传统发酵工艺，如氧传递有关的血红　蛋白基因克隆到远青链霉菌，降低了对氧的敏感性，在　［２】施巧琴，吴松刚．工业微生物育种学［Ｍ】．２版，北京：科学出版社，　２０ｏ３：２—３　通气不足时，其目的产物放线红菌素产量可提高４倍。　６展望　［３】房耀维，范赫，牛艳芳，等、工业微生物育种技术研究进展叨内蒙　古师范大学学报，２００３，３２（２）：１５８—１６１　【４】胡卫红，陈有为，李绍兰，等．激光辐照微生物的研究概况［Ｊ】．激光　生物学报，１９９９，８ｆ１）：６６—６９　［５】杨生玉，卫军，刘宇鹏，等．双向复合磁场在诱变育种中增变作用　的研究ｍ．微生物学通报，２００３，３０（５）：８２—８７　【６】毛宁，陈必链．激光在工业微生物育种中的应用研究叨．应用激光，　１９９７，１７（１）：２７－２９　】Ｂａｒｓｋｉ　Ｇ，Ｈｅｂｄ　Ｃ　Ｒ．Ｓｅａｎｃｅ８　Ａｃｉｄ　Ｓｃｉ．［Ｍ】　Ｏｘｆｏｒｄ：Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ，１９６０：　１８２５—１８２７　近２０年来，随着分子遗传学和分子生物学各项新　技术的快速发展，微生物分子育种领域已经得到长足　的进展，人类可以逐步按照自己的设计对微生物进行　改造，使其更好地为人类造福。工业微生物遗传育种在　基因工程、细胞工程、蛋白质工程和酶工程等现代生物　技术的支持下，创造出许许多多的设计技巧、科技含量　【８　Ｏｋｕｄａ　８１Ｙ．Ｅｘｐ　ｃｅｌｌ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ，１９６２：９８—１Ｏ７　［９】Ｆｅｒｅａｃｚｙ　Ｌ．Ｃｕｒｒｅａｔ　ｍｉｃｒｏｂｉｏｔ［Ｍ】．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｃａｍｂｒｌｄｇｅ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，　１９８０：５５０－５７４　高、目的性强、劳动强度低、效果显著的育种方法，为人　类获得稳定性好、高产、新种类的工程菌株，为开发新　药和工业产品，以及提高产品产量和质量提供了有力　［１０】Ｐｅａｒｌ　Ｍ，Ｋｏｎｓｚｋｙ　Ｅ，Ｐｏｌｇａ　Ｊ，ｅｔ　１．ａＦｉｆｔｈ　ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐｒｏｔｏｐｌａｓｔ　Ｓｙｍｐｏ—　的保障。相信微生物遗传育种学将得到更加全面的纵　横发展，将为生产实践提供更多的优良菌株，在各领域　发挥更加重要的作用。　参考文献：　［１】汪天虹　微生物分子育种原理与技术【Ｍ】．北京：化学工业出版社，　２００５：１－５　ｓｌｕｍ　ＩＭ］．Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ：ＷｉｌｌｉⅢｓ＆Ｗｉｌｋｉｎｓ．１９７９：５４　【１１】萨姆布鲁克，ＥＦ弗里奇．分子克隆实验指南［Ｍ】　金东雁，黎孟枫，　译．北京：科学出版社，１９９２：１２—６８　［１２】伍时华，方杰，陈宁．Ｌ＿亮氨酸高产菌的代谢控制育种叫．生物技　术通讯，２００１，１２（３）：２７—３１　［１３】高先富，高年发　丙酮酸高产菌育种原理的研究进展叫．微生物学　杂志，２００３．２３（１）：３—３６　收稿日期：２００７－０５－０７　维普资讯 http://www.cqvip.com 综述　研究与嚣畿　第２２００９卷第２期　８年２月　ｉ７　５　食用色素是主要用于食品着色及其色彩改善的一　类食品添加剂，它能使食品从白色光中吸收一部分可　色素提取上研究的深入，天然色素的开发应用已成为　食品、医药和化妆品行业的发展趋势之一。本文对天　见光，通过反射或透色而呈现颜色，从而促进人们的食　欲，提升食品的商用价值。随着科学技术的进步，合成　色素的弊端日益显现，加之人类生活水平的提高和医　学的发展，人们要求食品及化妆品添加剂天然化的愿　望愈来愈强烈，天然色素的品种和用量不断增加。随着　然食用色素的来源、制备及其应用进行了较为全面的　综述。　１天然色素的来源　天然色素种类繁多，存在于植物的茎、花、叶及动　物和微生物体内（见表１）…。　微波萃取法、酶反应法、超临界萃取法等新技术在天然　表１常见天然色素来源及化学成分　Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｈｅ　ｏｒｉｇｉｎ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｐｉｇｍｅｎｔｓ　例如，单细胞绿色微藻在强光、强盐度及缺少营养　的环境下产生Ｂ一胡萝卜素；很多水生动物，如大麻哈　鱼、鳟鱼及龙虾等中均含有虾青素【２】。类胡萝卜素是自　然界分布最广、研究最广的天然色素之一，它是植物、　２天然色素的制备　天然色素一般稳定性较差，对光、热、酶、菌等较敏　感，为此一般都采用较为温和的物理法制备，制备方法　包括色素的提取和分离精制两个过程。表２列出了几　种常用的制备方法　。　藻类及一些细菌体内生物合成中形成脱落酸及其它类　胡萝卜衍生物的中间物【３】。　表２几种天然食用色素的制备方法　Ｔａｂｌｅ　２　Ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｐｉｇｍｅｎｔｓ　维普资讯 http://www.cqvip.com —　１７６　第　卷第２期　２９　。。瓣瓣　鹣　褥嚣糍撵蕊　综述　２．１微波萃取法　ＳａｔｏＳｈｉｎｇｏ等『５ｊ在制备红花红色素时，依次加人不　同的氧化一还原酶，在一定的催化反应条件下使红花　微波萃取法是利用微波场中吸收微波能的差异使　萃取体系中某些组分被选择性加热，被萃取物从体系　中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对较差　黄色素Ｂ转变为红花红色素，产品得率是未加酶时的　２．５倍～ｌ０倍；又如，提取栀子黄色素后的废液中加人　Ｂ一葡萄糖苷酶，可得到栀子蓝色素、栀子红色素和绿色　的萃取剂中．以达到萃取的目的删。微波萃取与传统热　萃取相比，具有选择性作用、加热速度快、控制方便、受　热体系温度均匀、节约能量等优点　。　唐课文［　Ｏｌ采用微波辅助浸提和ｓ一８大孔树脂吸附　分离法从姜黄中提取姜黄素，其提取率最高的工艺条　素［５１。另外，可利用纤维素酶可以破坏Ｂ—Ｄ一葡萄糖苷　键，使植物细胞壁破坏，有利于植物色素的提取［４１。　２－４膜分离法　膜分离法指利用天然或人工合成的高分子膜，以　件为：体积分数７５％的乙醇水溶液作为提取溶剂，溶　剂与物料比３０ｍＬ：ｌ　ｇ，微波辐射功率３６０Ｗ，辐射时间　６０　ｓ。林琪、魏林海等人㈣用微波萃取法提取福建产花　生壳中黄色素，工艺条件为：以ｐＨ＝３，体积分数７０％　的乙醇水溶液作提取溶剂，溶剂与物料比为５　ｍＬ：１　ｇ，　微波辐射功率为１２０　Ｗ，辐射时间２４０　Ｓ。许正虹…确定　了在微波萃取紫甘薯粉中紫甘薯色素的最佳萃取］－艺　为：微波辐射功率７００Ｗ，温度７０　，辐射时间３９７　ｓ，　以浓度为０．３％的盐酸作萃取溶剂，溶剂与物料比　１５　ｍＬ：１　ｇ。　２．２超临界流体萃取法　超临界萃取是利用超临界流体的物理性质介于气　体和液体之间的特性进行萃取【４Ｉ。　Ｔｓｕｎｃｏ等［６１应用超临界ＣＯ。萃取从虾壳巾提取虾　青素，浓度可达到８－３％；惠百棣等【　２１以番茄皮渣为原　料，利用超临界ＣＯ　流体在压力为３３ＭＰａ、温度为４０　时萃取番茄红素，萃取率是传统溶剂法的１３１％；赵亚平　等旧用超临界ＣＯ　从粉碎的干辣椒中提取辣椒红素，最　佳萃取条件为：粒度＜１．２　ｌｒｌｍ，压力１５　ＭＰａ，萃取温度　５０　，流量６ｍ３／ｈ。　目前利用超临界ＣＯ　流体技术已成功地萃取了辣　椒红色素、红曲色素、叶绿素、紫草素等。理论上，超临　界ＣＯ　流体萃取水溶性色素具有一定局限性。但目前　在水溶性色素的萃取应用上也已经具有较大的进展，　如李雄辉等　以乙醇为夹带剂，在压力和温度分别为　３５　ＭＰａ、６０　ｃＩ＝下萃取２．５　ｈ，得到了栀子中水溶性类胡　萝卜素、栀子黄色素；李守君等．１５ｊ以乙醇为夹带剂，用　超临界ＣＯ：流体在压力３５　ＭＰａ、温度３５　ｃＩ＝的条件下　萃取１００　ａｒｉｎ得到枸杞红素，萃取率达８Ｏ％左右。　２－３酶反应法　在天然食用色素生产中，选用特定的酶，通过酶催　化定向反应，可显著提高天然食用色素的萃取率，同时　除去天然色素粗品中不易去除的杂质，提高产品质量，　并且可以通过控制酶促反应条件，生产出不同色调的　食用色素１５１。　外界能量或化学位差为推动力对混合物进行分离、分　级、提纯和浓缩的方法。Ｓｈｅｕ　Ｅ　】研究用截留分子量　（ＭＷ—ＣＯ）为２０　ｋｕ～５０　ｋｕ的超滤膜回收红莓果浆废　水中的花青素，回收率达８０％，并用反渗透膜进行浓　缩；胡建农ｌｌ７】以膜分离技术为主体，初步研究了提取　玫瑰茄红色素的工艺过程，采用微滤的操作压力为　０．５　ＭＰａ，纳滤的操作压力为３　ＭＰａ，物料温度控制在　４０　以下，过程中替代了传统的酒精提纯与蒸发浓　缩，工艺过程简单，操作方便；Ｇａｎｎａｐａｔｈｉ等　】利用复　合式膜技术，将花色素苷由４０　ｍｇ／１００　ｍＬ浓缩到　９００　ｒａｇ／１００　ｍＬ。　３天然色素的应用　天然色素具有着色自然，仿真性好的特点，有些还　兼有一定的药理作用。但天然色素存在的褪色、变色、　染着均匀性差的缺点，是一个很复杂的需要解决的技　术问题。天然色素在使用前必须通过安全性评价。我国　允许生产和使用的天然食用色素有４０余种，其中主　要是焦糖色素，约占天然食用色素总量的８０％。据报　道＿ｌ９】，欧盟和美国分别批准了大约４３种和３０种色素　作为食品添加剂，其中大部分为天然色素［２ｏ－２２１。　表３列出了目前市面上应用的一些天然色素［２ｏ－￣　此外，还有很多新的天然色素的应用处于理论研　究中。据报道闭，在巴西亚马逊河流域广为人知的某种　深紫色蔬菜汁（Ｅｕｔｅｒｐｅ　ｏｌｅｒａｃｅａ）富含花色素苷及酚类　化合物，其抗氧化性及消除自由基的体系已被广泛研　究。由于Ｅ．ｏｌｅｒａｃｅａ汁的这些特性，Ｆ．Ｔｒａｖａｇｌｉａ等人将　Ｅ．ｏｌｅｒａｃｅａ汁作为功能色素加人到酸奶中，初步研究　得出Ｅ．ｏｌｅｒａｃｅａ汁可作为酸奶的添加剂，并且是未来　可能的天然色素之一。　４展望　随着人们安全意识的提高及天然色素制备技术的　进步，将会有更多的食用天然色素品种得到开发利用。　不少天然色素品种兼有营养和药理作用，除了用于食　维普资讯 http://www.cqvip.com 综述　食晶研究与拜发　第２２００９卷第２期　８年２月　表３市面上应用的几种天然色素　Ｔａｂｌｅ　３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｏｍｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｐｉｇｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｍａｒｋｅｔ　品的着色外，将天然色素向多功能化发展将会更有意　［１２】曹敏惠，陈章广，占升卫，等．超临界ＣＯ　流体在天然食用色素提　义。例如，将虾青素添加到水产动物饲料中，不仅可以　取中的应用研究进展【Ｊ】．化学与生物工程，２００６，２３（６）：８—１０　改善鱼类皮肤和肌肉的颜色，同时丰富了鱼的营养成　［１３】朗中敏，吴刚强．超临界萃取技术在天然色素中的应用前景『Ｊ］．内　分，使其肉质更加鲜嫩　。但天然色素存在的着色稳定　蒙古石油化工，２００６（９）：８３—８４　性差的缺点，是一个亟需解决的技术问题。　［１４】李雄辉，季清荣．栀子黄色素提取及精制新工艺的研究［Ｊ】．食品科　学，２００３，２４（１２）：７０—７４　［１５】李守君．超临界ｃ０　萃取枸杞子红色素的工艺条件研究『Ｊ】．中国　参考文献：　食品添加剂，２００４，１４（２）：２５—２７　［１１马丽，方尚玲．天然食用色素研究现状与进展［Ｊ】＿山东食品科技，　［１６】徐黎，叶兴乾．膜技术及其在水果加工中的应用『Ｊ］．粮油加工与　２ｏ０２（７）：３—５　１５　食品机械，２００４（２）：５９—６１　［２】Ｇｕｅｒｉｎ　Ｍ，Ｈｕｎｔｌｅｙ　Ｍ　Ｅ，Ｏｌａｉｚｏｌａ　Ｍ．Ｈａｅｍａｔｏｃｏｃｃｕｓ　ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ：ａｐ－　【１７】胡建农，郑晓英，膜技术提取玫瑰茄红色素工艺的初步研究［Ｊ】＿亚　ｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｈｕｍａｎ　ｈｅａｌｔｈ　ａｎｄ　ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ『Ｊ］．Ｔｒｅｎｄｓ　ｉｎ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏ—　热带植物科学，２００４，３３（３）：１９—２１　ｇＹ，２００３，２１（５）：２１０－２１６　［１　８】Ｐａｔｉｌ　Ｇ，Ｒａｇｈａｖａｒａｏ　Ｋ　Ｓ　Ｍ　Ｓ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　［３】Ｔａｙｌｏｒ　Ｍ，Ｒａｍｓａｙ　Ｇ．Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ　ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｉｎ　ｐｌａｎｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｒ－　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎｔｈｏｃｙａｎｉｎ［Ｊ】．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｆｏｏｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０ｏ７　ｇａｎｓ：ｒｅｃｅｎｔ　ａｄｖａｎｃｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｐｌｎａｔ　ｆｏｏｄ　ｑｕａｌｉｔｙ　『Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｌａ　Ｐｌｎａｔａｒｕｍ，２００５（４）：１４３－１５１　（１８）：１２３３—１２３９　ｆ４１徒晓茜．天然色素的提取与分离ＩＪＩ．印染助剂，２００６，２３（９）：３７—４０　［１９】ＭａｐａｒｉＳＡＳ，ＮｉｅｌｓｅｎＫＦ，Ｌａｌ￣ｅｎＴＯ，ｅｔａ１．Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇｆｕｎｇａｌｂｉｏｄｉｖｅｒ—　［５】魏安池，谷文英，代红丽．高新技术在天然食用色素生产中的应　ｓｌｔｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ－ｓｏｌｕｂｌｅ　ｐｉｇｍｅｎｔｓ　ａ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｎａｔｕｒａｌ　用『Ｊ］．粮食与食品工业，２００５，１２（３）：５３—５６　ｆｏｏｄｃｏｌｏｒａｎｔｓ【ＪＪ，ＣｕｒｒｅｎｔＯｐｉｎｉｏｎｉｎＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５（２）２３１－２３８　［６】黄俊娴，梁荣选，杨建男，天然色素的提取方法与应用［Ｊ】．广东化　［２０】邱建生，张彦雄，刘铁柱．国内外番茄红素的研究与生产现状［Ｊ】．　工，２００６，３３（６）：６３－６６　中国食品添加剂，２０００（２）：８３—８８　［７】郭春晓，王世宽．高新技术在天然产物有效成分分离中的应用［Ｊ］．　［２１】唐秋琳，赵海，戚天胜，天然食用黄色素研究进展［Ｊ】＿中国食品添　化学与生物工程，２００６，２３（５）：３８—４０　加剂，２００６（２）：６８—７３　［８】朱玉强．微波萃取技术在茶叶加工等领域的应用综述册．中国茶　［２２】徐清海，明霞．天然色素的提取及其生理功　Ｊ】＿应用化工，２００５，　叶加工，２００４（３）：２８—３０　３４（５）：２６８－２７３．　［９】李巧玲．微波萃取技术在天然食用色素提取上的应用［Ｊ】．食品添　［２３】Ｃｏｉｉｓｓｏｎ　Ｊ　Ｄ，Ｔｒａｖａｇｌｉａ　Ｆ，Ｐｉｎａａ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ｅｕｔｅｒｐｅ　ｏｌｅｒａｃｅａ　ｊｕｉｃｅ　ａｓ　ａ　加剂，２００３（１０）：６０—６１，６４　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｐｉｇｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｙｏｇｕｒｔ岍．Ｆｏｏｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００５　［１０】唐课文，易健民，李立．微波萃取吸附分离法提取姜黄素的研究　（８）：８９３—８９７　【Ｊ］．化工进展，２００５，２４（６）：４６７—６５０　［２４】于孝东，姚维志，栾会妮．虾青素应用前景广阔【Ｊ］．北京水产，２００５：　［１　１１许正虹扁彦祥，石素兰，等．微波辅助萃取紫甘薯色素的研究【ＪＪ．　４０—４２　食品科技，２００５，２６（９）：２３４—２３９．　收稿日期：２００７—０５—３１