Food Chemistry：天然食用色素的来源、分类、生物合成途径、提取分离方法及应用

临沂大学Na Shen（第一作者）、辛化伟教授（通讯作者）与崔玉磊老师（通讯作者）在国际期刊《Food Chemistry》（JCR一区，IF=9.231）上发表题为“Natural edible pigments: A comprehensive review of resource, chemical classification, biosynthesis pathway, separated methods and application”的高水平综述论文。

研究背景

五彩斑斕的世界因为不同的颜色而绚丽多彩。色素既能作为食品添加剂使食品具有诱人的色彩，又能作为染料使纺织品呈现出美丽的颜色。1856年，随着第一种合成有机颜料的出现，世界上各种合成颜料相继问世。于是，不能满足工业生产需要的天然颜料逐渐被合成颜料所取代。然而，随着时间的推移，合成色素的毒性、对环境有害等缺点逐渐暴露出来，天然色素凭借其安全无污染的特性再次回到人们的视野中。

近年来，随着消费者对食品安全的日益重视，天然食用色素越来越多地应用于食品添加剂和印染行业。天然食用色素主要来源于植物、动物和微生物的次生代谢产物。大多数天然食用色素都是细胞内物质，它们从细胞内释放出来，通过多孔膜壁扩散到溶液中。为提高提取率，选择最佳的提取方法显得尤为重要。此外，为获得高纯度颜料，还需要在柱层析、膜分离、超滤等常用工业方法的基础上，对粗提物进行进一步的分离纯化。综上，本文围绕常见天然食用色素的来源、化学分类、生物合成途径、提取分离方法及应用等方面进行了综述。

主要内容

天然食用色素因其安全、低毒、营养和药理作用，近年来备受关注。但也有稳定性差、溶解度差、保色差、易褪色等缺点。同时，天然食用色素对环境要求高、应用范围有限、提取难度较大、成本较高，大大限制了其在工业上的应用。本文对天然食用色素的来源、分类、生物合成途径、提取分离方法及应用进行了综述，为天然颜料的工业应用提供参考。

天然色素的来源：天然食用色素主要来源于植物、动物、微生物等。其中，植物色素的研究和应用最为广泛。最丰富的色素资源植物是红甜菜根（主要为β胡萝卜素，14.20 mg/100 g），紫甘蓝（主要为花青素，1 g/100 g），胡萝卜（主要为类胡萝卜素，800 mg/100 g），菠菜（主要为类胡萝卜素，22.1 mg/100 g；叶绿素，77.7 mg/100 g），紫苏（主要为类胡萝卜素，3 g/100 g；叶绿素，200 mg/100 g）、栀子花（主要为栀子苷，3 g/100 g）、姜黄（主要为姜黄素，2.6 mg/100 g）和大黄（主要为蒽醌，11.6 g/100 g）。甜菜黄素是黄花梨和红花梨的主要色素（3.7 mg/100 g；4.5 mg/100 g）。此外，桑树、醋栗、黄菊、樟树以及农副产品如高粱皮、花生内皮、玉米淀粉黄浆、酒皮等也含有大量色素。特别是可食性蓝藻螺旋藻，还含有大量的藻蓝素（0.172 g/100 g）、叶绿素（0.012 g/100 g）和β-胡萝卜素（0.211 g/100 g）等色素。

天然色素的分类：①根据溶解度分类，可分为水溶性色素（花青素、栀子花蓝等）、脂溶性色素（类胡萝卜素、叶绿素等）和醇溶性色素（醇溶性红曲、醇溶性栀子花蓝等）。②根据色相分类，可分为暖色相（番茄红素、姜黄色素等）、冷色相（叶绿素、靛蓝等）和其他色相（黑色素、可可色素等）。③根据化学结构分类，可分为类胡萝卜素、环烯醚萜、吲哚类、多酚类、吡啶类、吡咯类等。

天然色素的合成途径：通过对不同色素生物合成途径的研究发现，可以通过植物和微生物工程获得天然的食用色素。目前的研究热点主要集中在寻找有前途的无毒真菌用于生产具有工业应用潜力的颜料。有研究人员从葡萄中分离出内生真菌Arcopilus aureus，该真菌随温度的变化保持稳定，随pH的降低而增加，有望在工业生产中成为天然的黄色着色剂。另外，有研究人员发现一种短密青霉（Penicillium brevicompactum）可以合成具有高稳定性、无毒条件和抗氧化活性的色素。

天然色素的提取分离：大多数天然色素都不稳定，会受到pH值、光照、温度和金属离子等的很大影响。与传统的依赖有机溶剂、加热、提取时间长的提取方法相比，酶辅助提取法等现代提取方法因其反应条件温和而被证明具有巨大的应用潜力。然而，酶辅助提取法在使用过程中，酶的选择和酶的最佳配比是关键问题，这将依赖于大量的实验研究数据和具有丰富经验的相关人员。当然，酶辅助提取法并不是万能的，例如，用酶辅助提取法提取黑木耳的黑色素，即使确定了合适的酶，提取率仍然很低。因此，不同天然色素的最佳提取分离方法有待进一步研究。

天然色素的应用：天然颜料已被广泛应用于各个领域，除了传统的纺织染色、食品着色和商品添加外，它还扩展到生物医学领域，如制作生物试剂，预防和治疗人类疾病等。

图1 天然食用色素的来源

图2 天然食用色素来源的分类

图3 类黄酮和类胡萝卜素色素的生物合成途径

图4 环烯醚萜、吲哚、多酚和蒽醌类色素的生物合成途径

图5 吡啶类色素的生物合成途径

图6 吡咯类色素的生物合成途径

参考文献：

[1] Na Shen, Jiani Ren, Yanxia Liu, et al., Natural edible pigments: A comprehensive review of resource, chemical classification, biosynthesis pathway, separated methods and application. Food Chemistry, 403（2023）134422.

原文链接https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134422