功能性食用天然色素
《中国食 品添加剂》 China Food Additives 2003 No.1
功能性食用天然色素
郭清泉 陈焕钦
(华南理工大学化工所 ,广州 510640)
摘要:天然色素是色素发展方向,而功能性天然色素是发展的重点。本文论述了几种具有保健功能的食用
天然色素:姜黄色素、8一胡萝 卜素、虾青素、红花黄素,从其分子结构、物理化学性质、生理功能、提取方法以及未
来研究和发展方向等方面进行概述 ,以期促进色素工业进步。
关键词:天然色素,功能性 ,姜黄色素 ,8一胡萝 卜素,虾青素,红花黄素
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《中国食 品添加剂》 China Food Additives 2003 No.1
功能性食用天然色素
郭清泉 陈焕钦
(华南理工大学化工所 ,广州 510640)
摘要:天然色素是色素发展方向,而功能性天然色素是发展的重点。本文论述了几种具有保健功能的食用
天然色素:姜黄色素、8一胡萝 卜素、虾青素、红花黄素,从其分子结构、物理化学性质、生理功能、提取方法以及未
来研究和发展方向等方面进行概述 ,以期促进色素工业进步。
关键词:天然色素,功能性 ,姜黄色素 ,8一胡萝 卜素,虾青素,红花黄素
Functional Edible Natural Pigment
Guo Qingquan,Chen Huanqin
(Chemical Engineering Research Center,South China University of
Technology,Guangzhou 510640)
A 由 ct:Natl瑚 I pigment is the direction of pigm ent development in food industry.Functional natural pigment is the
focal point.The paper discusses solTle kinds of fun ctional natural pigm ents such flS lyeopene,curcmnin,H n pig—
ment,~earotin,astaxan~ n,safflower yellow pigm ent.Itis describedinthe aspectsofmolecular stl~Otul'e,functionality
and reserch prospects.
Key words:Natural Pigment,Functionality,CLll'cumin,[3-carotin,Astaxanthin,Carthamidin
色素与食品的关系密不可分。色素赋予食品
诱人的色泽 ,从而给消费者带来良好的感官质量和
强烈购买欲。食用色素按来源可分为天然和人造
色素两大类。近年来发现人工化学合成色素有的
存在致癌和致突变作用,故天然色素日益受到人们
重视,而开发具有一定营养价值或药理作用的功能
性天然色素,是色素工业发展的重中之重。
本文对几种具有保健功能的食用天然色素进
行概述 ,对其分子结构 、物理化学性质、生理功能、
提取方法以及未来研究和发展方向进行介绍,以期
起到抛砖引玉的作用,促进色素工业的发展。
1 姜黄色素
姜黄色素是一种植物多酚,包括三种化合物:
姜黄素、脱甲氧基姜黄素和双脱甲氧基姜黄素,其
结构如图 1。姜黄色素易溶于 甲醇 、乙醇 、碱和冰
醋酸,微溶于水、苯和乙醚等。在酸性和中性溶液
中显黄色 ,在 pH大于 9.0的碱性溶液 中显红色。
由于姜黄色素分子中含有多个双键 ,酚羟基及羰基
等,所以其化学反应性较强,A1s 、Fe3 和 Cu2 等
金属离子及强光、高温等影响姜黄色素的稳定性,
但蔗糖、淀粉以及 Na 、C1一和 zn2 等离子对色素
的影响不大。姜黄素水溶液不稳定。
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0H 0H
姜黄素
30
CH
0H
脱甲氧基姜黄素
图 1 姜黄色素结构
1.1 姜黄色素的生理功能
姜黄素具有多种生理功能,人们正在逐步认识
和研究。①抗诱变作用,其可以代谢诱变物和间接
抑制诱变物的代谢。②抗肿瘤作用,其能清除自由
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。③抗氧化作用 ,其可以
抑制空气和 Fd 、Cu2 氧化脂质,抑制亚硝酸氧化
血红蛋白利防止 DNA 的氧化损伤。④ 降血脂和
抗动脉粥状硬化作用 ,其能够抑制细胞氧化修饰低
密度脂蛋白匀(U)L),而氧化 LDL在动脉粥状硬
化中起重要作用。此外 ,姜黄色素还具有抗炎、抗
凝 、抗 感 染、防 止 老 年 斑 的形 成 等多 种 生 理 功
1.2 姜黄色素提取【2】
1)有机溶剂提取法 :用乙醇等有机溶剂浸提经
粉碎的姜黄原料 ,采用离心或过滤的方式分离提取
液。分离获得的提取液中除姜黄色素外,还含有大
量酯类等脂溶性杂质。
2)水提取法:姜黄色素易溶于碱水,可用 1%
左右的NaOH加热浸提姜黄中的姜黄色素。由于
姜黄原料中淀粉含量高,所以色素实际上是与淀粉
一 起进入了碱性提取液。
1.3 姜黄色素的精制【3· ]
1)专一性溶剂法:利用对姜黄色素和其它杂质的
溶解能力差别大的单一型或混合型溶剂(如石油醚,
乙醚等)多次处理粗制品,使色素与其他杂质分开。
0H 0H 0H
双脱甲氧基姜黄素
2)酸碱法 :用有机溶剂直接浸提姜黄原料时获
得的提取液蒸发浓缩后得到的产物含有大量酯类 ,
用酸碱对其进行恰当处理,使其中的酯类水解,可
以达到提纯 目的。
3)酶水解法:用水作溶剂提取姜黄色素时,提
取物中淀粉的存在降低了其色素的相对含量。可
用淀粉酶进行处理,从而达到纯化色素的目的。
4)柱层析法:用有机溶剂提取姜黄色素时,大
量脂溶性杂质也进入了提取液。利用姜黄色素组
成结构与其它脂溶性杂质的有所不同 ,它们的吸附
性质也不同,因而可以用吸附柱层析的方法将它们
分离。
1.4 姜黄色素的研究重点
应对姜黄素的生理功能及机制进行进一步研
究和探讨 ,如何提高姜黄素的稳定性,以便于其在
食品加工中的应用,更加高效、简便的提取方法等
是今后的研究与发展重点。
2 一胡萝 卜素
8一胡萝 卜素是类胡萝 卜素的一种,分子式为
C4oH56,两端各有一个紫罗兰酮环,是维生素 A的
前体,可分解成两分子维生素 A,其结构如图2所
示。8一胡萝 卜素主要以全反式、9一顺式、13一顺
式和 15一顺式 四种形式存在,其化学性质活泼 ,易
被空气氧化,紫外线照射能破坏其结构。
图 2 t3一胡萝 卜素结构(R=CH3)
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2.1 8一胡萝 卜素的生理功能
经研究,p一胡萝 卜素主要具有以下生理功能
①抗氧化的功能,能淬灭单线态氧和清除体内自由
基,对脂质过氧化有抑制作用,防止视网膜的光损
伤。②是维生素 A的前体,维生素 A是人体必需
的微量营养素。③免疫功能,能提高人体免疫力。
④能预防癌症 ,延缓癌症的发展。⑤能促进细胞间
联结交流,间隙连接(gapjunction,GJ)是细胞间的
一 种重要连接方式 ,它允许分子量为 1000—1600
Pa以下的离子或小分子通过 ,从而保证细胞间正
常生长控制信号的传递。⑥能增强胰岛素的敏感
性,降低糖尿病的发病率。
2.2 p一胡萝 卜素的生产
以前 8一胡萝 卜素主要由化学法生产,但由于
毒性问
等原因,现在的发展重点放在发酵法上。
①由光合细菌发酵生产。牟海津等人对光和
细菌的培养条件进行研究后发现提高菌种接种量、
增加光照强度以及微需氧性培养,均有助于提高光
合细菌的生长速度,而胡萝 卜素的产量基本上与菌
体生物量呈同步增长关系 ]。
②由酵母发酵生产。胡萍对红酵母 Yh3发酵
生产 胡 萝 卜素 的培 养条件进行 优 化,结果 表 明
30g/L麦芽糖、lOg/L酵母 膏分别作为碳源和氮
源,在 Ph=6.0、摇床转速为 150rpm/min,添加
3×10 mol/L的优化条件下,红酵母 Ⅵ 的色素产
量可达到 10.38mg/LL 6l。
目前我国最大天然胡萝 卜素生产基地内蒙古
兰泰生物工程公 司正在进行技改,不久可望完成 ,
其是从盐藻中提取胡萝 卜素。国家重点科技攻关
项目的“发酵法生产天然 一胡萝 卜素”在湖北武
汉已通过验收,该项 目实现了年产 2000公斤 p一
胡萝 卜素产业化,技术在国际上也居领先地位。
2.3 B一胡萝 卜素的吸收
p一胡萝 卜素与食品中其它脂类物质在肠道中
经胆汁乳化成乳糜 ,然后由肠粘膜细胞吸收。8一
胡萝 卜素具有很好的吸收性,其维生素 A合成受
体有 自我调控能力,不至于达到维生素 A的毒性
水平_7]。生的胡萝 卜中 8一胡萝 卜素很难吸收,而
与脂类配合到一起的 p一胡萝 卜素或经过机械加
工处理的则容易被吸收。适度加热会促进 一胡
萝 卜素吸收 ,而过度加热会造成其活性损失 J。
2.4 8一胡萝 卜素的发展趋势
8一胡萝 卜素稳定性较差 ,对提高其稳定性的
研究是发展趋势之一。p一胡萝 卜素抗癌效果与机
理 目前还有不同的观点:p一胡萝 卜素在细胞水平
上的调控机理;同其它抗氧化物的关系,这些均有
待进一步研究。
3 虾青素
虾青素是存在于某些水生动物体内的一种类胡
萝 卜素,是一种红橙色物质,其化学名是:3 73 二羟
基一4,4 一二 酮基 一p一胡 萝 卜素;分 子式 是 :
G0}I52O4;结构式如图 3所示。虾青素易氧化成虾红
素。
3.1 虾青素的生理功能
①虾青素具有抗氧化作用,能清除自由基,抑制
脂质过氧化反应。②虾青素能抑制和杀死肿瘤细
胞。
3.2 虾青素的生产
虾蟹壳中含有丰富的虾青素,而我国大多将其
用于提取几丁质或废弃掉。故从虾蟹壳中提取虾
红素大有前途。目前多采用有机溶剂萃取的方法
从虾蟹壳中提取虾青素 ,而从藻类和酵母中富集和
提取虾青素的研究也正在进行 9。
虾青素具有优异的生理功能,故研究和开发很
有必要。虾青素的具体生理功能机制及提取物腥
味的去除是当前的研究重点。虾青素产品主要应
用到药品、水产品佐饵和禽畜饲料中。
o
图 3 虾青素结构(R=CH3)
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4 红花黄素
红花是 中医临床上 的常用 中药 ,具 有活血祛
瘀,通经止痛的功效。而红花黄素是从红花中提取
出来的一种水溶性黄酮类色素。红花黄素是水溶
性色素,溶于水及乙醇,不溶于乙醚、氯仿等有机溶
剂 ,遇醋酸铅产生沉淀,能被活性炭吸附,其颜色随
pH的不同而改变。
近几年来 ,中外学者对红花黄素的提制和药理
作用进行广泛而深入的研究 ,研究发现红花黄素不
仅是一种很有价值 的天然食用色素 ,具有色泽艳
丽,耐高温、耐高压、耐低温、耐光、耐酸、耐还原和
抗微生物等优点[10],而且还有扩张冠脉、抗氧化、
保护心肌、降血压、免疫抑制和脑保护等多种药理
功能[1l,l 2l。
4.1 红花黄素的提取工艺
红花黄素的传统工艺如下 :
红花一粉碎一蒸馏水浸提得浸提液一精制过
滤一滤液减压浓缩 (70℃)一浓缩液沉淀一离心分
离一真空干燥一粉碎一成品
传统工艺过于复杂且所得红花黄素品质较差、
色泽发暗。李倬等对传统工艺进行改进,工艺如
下 [13]:
红花一粉碎一加水提取 2次滤液合并一滤液
减压浓缩一加乙醇一放置过滤一沉淀一 千燥一 粉
碎一成品
改进后的提制工艺简单 ,成本低 ,精制过程 中
损失少,收率由原来的20%提高到25%,所得成品
色泽好 。杨志福等人发现水和 70%甲醇对红花黄
色素的提取效果很好 ,认为采用水提方法对红花色
素进行提取效果好、快速、便捷【HJ。
红花在我国分布广泛 ,产量较大 ,故红花黄素
的开发在我国大有潜力,今后要进行的研究重点是
提取工艺的进一步简化与产品质量的提高,红花黄
素对心肌保护的机理机制等。
此外 ,具有功能性的天然食用色素还有番茄红
素、红 曲色素、辣椒红素、叶黄素、血红素、黑色素、
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核黄素等,如发现辣椒红素可用来治疗脑血管硬化
症 ,叶黄素可以防止动脉硬化 、治疗眼部疾病 ,血红
素可以提高人体对铁的吸收率等。
我国食用色素产业今后发展方针是大力发展
“天然、营养、多功能”的食用天然色素 ,故今后应当
着力研究 、开发、生产、使用对人体具有某些生理功
能的天然色素。可以预见具有保健功能的天然食
用色素的开发与应用大有潜力。
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