几种具有开发前途的功能性食用天然色素.pdf

广州食品工业科技 V o 1 1 8 No 2(总 7 O)几种具有开发前途的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 5 1 0 6 4 0)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 中之重。本 文论述 了几种具 有保健功 能性，具 有开发 前途 的食用 天然色素：番茄 红素、红 曲色素、虾青素。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 素功能性番茄红 素红 曲色 素 虾青 素 Fun c t i o n a l e d i b l e n a t u r a l p i g m e n t wi t h pr o s p e c t s Gu o q i ng q ua n Ch e n h ua n qi n (C h e m i c a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r，S o u t h C h i n a U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y，G u a n g z h o u，5 1 0 6 4 0)A b s t r a c t Na t u r a l p i g me n t i s t h e d i r e c ti o n o f p i g me n t d e v e l o p me n t i n f o o d i n d u s t r y F u n c ti o n a l n a t u r a l p i g me n t i s t h e f o c a l p o i n t Th e p a p e r d i s c u s s e s s 0 k i n d s o ff u n c ti o n a l n a t u r a l p i g me n t s s u c h a sl y c o p e n e mo n a s c u sp i g me n t a s t a x a n t h i n I t i s d e s c r i b e dint h easp e c t s o fmo l e c u 1 a r s tr u c t u r e f u n c ti o n a l i t y a n d r e s e a r c h p r o s p e c t s t O b o o s t p i g me n t in d u s tr y Ke y wo r d s Na t u r a l P i g me n t；F u n c ti o n a l i ty；L y c o p e n e；Mo n a s c u s p i g me n t；A s t a x ant h i n 色素与食 品的关 系密不 可分。色 素赋予食 品诱 人的色泽而给 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 E t 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。1 番茄红素 番茄红素是类红萝 b 素的一种，分子式为 C 4 0 H 5 6，分子量 5 3 6 9，其结构如 图 1所示。因其末端未成环，所 以不能分解成维生素 A，不是维生素 A源。番茄红 素不溶于水，难溶于 甲醇、醇，可溶于乙醚、石油醚、己 烷、丙酮，易溶于氯仿、二硫化碳、苯等有机溶剂。1 1 番茄红素的功能 番茄红素被誉为番茄 中的黄金，具有多种生理功 能：猝灭单线态氧作用，抗 氧化能力强，具有较强的 收稿 日期：2 0 0 23一l 4 作者简介：郭清泉：(1 9 7 5一)男。华南理 工大学 2 0 0 1级博 士研究 生 研 究方 向：食 品科学 3 6 减轻组织氧化损伤作用 防癌、抗癌和抗诱变作用 激活免疫细胞作用，提高人体免疫力防止心脑血管 疾病。人 体 内番茄 红 素 的含 量与 人 的寿 命有 关 1。而最新研究表明番茄红素可 以治疗男性不孕症 。1 2 番茄红素 的提取 番茄红素在 自然界 中广 泛存 在，尤 以成熟番茄皮 中含量最 高，其含 量可达 1 01 5 mg l O O g 。目前 国 内仅利用 番茄 籽来榨 取植 物油，而 将番 茄皮 白 白扔 掉，所 以利用番茄皮来生产番茄红素是大有前景的。在番茄红 素的提取过 程 中应 避光 和加入选 择性 抗氧化剂，以防止氧化的发 生。番茄红 素的提取方法 分为以下几种：(1)直接粉碎法 原料经漂 洗得 到 番茄 皮 后，晾 干后 将 番茄 皮 粉 碎，直接作为着色粉添加到食品中。(2)浸提法 根据番茄红素的溶解 性，选用 亲油性有机溶剂来 提取番茄红素。其一般工艺为：番茄皮干燥一亲油有机溶剂浸提一提取液一过滤一滤液 一真空浓缩一粗产品精制一色素(3)酶反应法 日本一专利介 绍 了利用番 茄皮 自身果胶 酶和 纤 维素酶反应来提取番茄红素【H J。其工艺为 番茄 打浆粉碎一 加碱调 p H值 7 59 O 一4 5 6 o 加 热搅 维普资讯 http:/ 广州食品工业科技 V o 1 1 8 N o 2(总7 0)拌 5 H r 一过 滤一将抽 提液 p H值调 整 为 4 0 4 5 一静 置得 番 茄 红素沉淀一干燥真空浓缩一成品 而 Du b o d e l 等人是通过外加果胶酶和纤维 素酶 的 方法来提取番 茄红素L 5 J。其工艺为 番茄打浆粉碎一添加果胶酶、纤维素酶(O 2 一0 5)一5 0 处理 3 H r 一 离心一 沉淀一 用纯 乙醇洗 涤一 过 滤一 乙醇 与油相分 离一 干燥一 成品(4)超临界 c o 2 流体萃取法 利用超 临界 c o 2 流体萃取技术，从番茄 中萃取分 离番茄红素。因为低温操作，对番茄红 素等 热敏性 成 分破坏小，工 艺简单，能耗低。日本 一专利 介绍 了利 用超 临界 c o 2流体来萃取番 茄红素L 6 J。其工艺 为将 粗番茄和乙烷(1：2)混合，在 3 55 O o c，3 0 0 k g c m2条 件下采用减压法进行色素提取，得到的产品溶于油 中 时，呈鲜明红色，并 于 l 5 放置一个 月后无异 味也不 变色。(5)微生物发酵法 利用真菌和酵母发酵制备番 茄红素，含番茄红素 较高的有红色细菌，利用霉菌 b l a k e s l e a t r i s p o r a 发酵也 可以生产。1 3 番茄 红 素 的稳 定 性 孙庆杰等人从番茄皮 中提取 出番茄红素，结果 表 明其对热、碱、氧化剂、还原剂稳定，对酸、光和 氧化反 应敏感，F le 3 和 C u 2 对其破坏较大【。何碧烟等人研 究了各种食品添加剂对番茄红素稳定性影 响，结果表 明：酸性添加 剂柠檬酸 会降低其 稳定性；防腐剂 中苯 甲酸对番茄红素影响不大，而 山梨酸能显著提 高其稳 定性；酚类抗 氧化剂 能显著提 高番茄红 素的稳定性，而 L一抗 坏 血 酸 刚 好 相 反。S h a r ma S K 认 为 番 茄 红素的降解为拟一级反应，其 降解程度 因环境变化而 有所不 同L 9 J。1 4 人体对番茄红素的吸收 人体 自行不能合成番 茄红素，需靠 外界供 给。番 茄红素的吸收受很多因素 的影 响，食 品中蛋 白质 一胡 萝 卜素复合物、可溶性膳食 纤维、胆固醇及 肠道疾病 等都可能影响番茄红素 的吸收【m J。番茄红素为脂 溶 性，其吸收和消化必须溶于脂肪 中，形成脂肪滴，在 胃 及十二直肠 中通过主动扩散经 过小肠粘膜细胞，再释 放到淋 巴和 血 液 中，以低 密 度脂 蛋 白为 载 体 转运。F e r r e i r a报道，经过热加工的番茄汁中番茄红素 比未经 过加工的易吸收，这是因为加工过程能使细胞壁破裂 有利于番茄红素 的释 放 n J。同时有 研究表 明番茄红 素顺式异构体较反式更容易吸收，而大多数食 品原料 中的番茄红素都是反式构型，加热处理促进其构型的 改变 1 2 ，另有一些学者却持有不 同的观点【b J。1 5 番茄红素研究动态与生产 目前国内对番茄 红素 的研究 主要 集 中在 江南 大 学，据报道其用其用超临界 c o 2流体技术 萃取 法可以 得到番茄红素含量 为 1 3 7 的产 品。由新疆德 隆集 团 自主研究开发 的“天然番 茄红 素提取技术”已获得 国家专利并 实施工业 化生 产。国内市 场上 也有一定 量的番茄红素制剂 出售，如“康 比特 生命红”。世界市 场上番茄红素有 以色列 L Y C O R E D公 司的产品，日本 也有一种番茄红素 为 50 2 5 的番 茄红 素商 品，为 红褐色液体。番茄红素的研究热点 除经济 可行的提取方法外，其具体生理 功能和 在加工过 程 中变 化有 待于进 一步 研究和探讨，同时以提高番 茄 中番茄红素含量为 目的 的番茄育种研究正在从 常规和 基 因育种两方 面进行。目前有报道 已成 功将番茄 红素基 因转移 到大肠 杆菌 重并成功表达 L l 。2 红曲色素 红曲色素是 以粮食 为原料，经 红曲霉 发酵代谢产 生的产物。红曲色素是多种成分混合物，现 已确认红 曲色素中有红色系和黄色系两大类六种成分【1 5 J，并不 断有研究 发现新 的成分 出现【1 6 J。根据 菌种、培 养条 件、制取工艺不同，可以得到脂 溶性、醇溶性和水溶性 3类红曲色素，其 中水溶性 红曲色素 用途 最广。红曲 色素具有对酸 碱稳定性 强、耐热性强、对 金属离 子稳 定性强、耐光性 强、对蛋 白着色力好 及 色调柔和 等特 点。2 1 红曲色素的生产 经发酵得到红曲后，采用直接浓缩法或浓缩结晶 法制取红 曲色素 1 7 。(1)固态发酵 法 传统 红 曲以大米 为原料，经浸 米、蒸饭、冷却后，接种红 曲霉孢子后 发酵。厚层通风 法使生产红曲进入大批量工业化生产 阶段 J。厚层通风法生产红曲的工艺流程如下：二级曲种一浸泡一酱磨一二级曲种酱 大米一浸泡一沥干一蒸熟一 凉饭一接种一装袋一入池保 温一一水发 酵一二 水发酵一 三 水发 酵一 四 水发 酵一 五 水发酵 一断水发 酵一烘干一检 验一 分级一 包装一 成 品(2)液态深层发酵 法 固体发 酵法 劳动强度 大，生产周期长，发酵转化率低，故红 曲色素 大规模 生产 的方 向是 进行 液体深层发 酵。上 海食 品工业研究 所 采用纯种红 曲霉液体 深层发 酵法生 产的红 曲色 素与 固态发酵法相 比，具有色素含量高、杂质少、节约工业 用粮等优点。3 7 维普资讯 http:/ 广州食品工业科技 V o 1 1 8 N o 2(总 7 0)2 2 红 曲色素应用 工业上主要将红曲色素添加到 肉制 品中，赋予制 品诱人的色泽外，还起到增强食 品风味和抗 菌、抑菌，提高产品保质 期的作 用。红 曲色素 的添加 可 以大 为 降低亚硝酸盐或硝酸盐的使用量，这 在健康意识 越来 越强的消 费者 中无疑 具有更 大的 吸引力。而红 曲色 素对肉制 品中常见 的腐败菌抑制能力很强【J，根据最 近 的 研 究 结 果，其 抗 菌 活 性 是 由 红 曲 玉 红 素(mo n a s c o r u b r i n)、红斑 红 曲胺(mb r o p u n c t a m i n e)两 种色 素产生的L 2 O j。2 3 红 曲色素的研究重点 目前对番茄红素的研究热点正从 以下几方面进行：(1)对红曲霉新陈代谢规律进行研究，采用代谢调控或基 因表达，使红曲色素产量有所提高。(2)改进发酵工艺使 有效成分易于分离提 取，如采 取 固定化 发 酵的方 法。(3)有的红 曲霉发 酵产生 的红 曲中存 在类毒 素物质，有必要对红曲色素的生产菌进行筛选纯化。(4)红 曲 黄色 素的开发，采用还原剂还原 红曲红色素来 制取黄 色素，是扩大红 曲色素品种 的重要方法l 2 1 J。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：3，3 一二 羟 基 一4，4 一二酮 基 一p一胡 萝 卜素；分 子式是：C 4 0 H s 2 0 4；虾青素易氧化成虾红素。3 1 虾青素的生理 功能：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【2 2 J。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。我国食用 色素产业 今后 发展是大 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 有生 理 功能 的天 然 色 素。可以预见具 有保健 功能性天然 食用色 素的开 发 与应用大有潜力。3 8 参 考 文 献 1 Ra o A V，e t a1 Ly co p e n e c on t e n t of t o ma t o es a nd t o ma t o p r o d uc t s a n d t h e i r c o n t r i b u t i o n t o d i e t a r y l yc o pe n e Fo od Re s e a r c h I n t e ma ti o n al，1 9 9 8 7 3 7 2 Ng u y e n M L，S c h wa r t z S J L y co p e n e：c h e mi c a l a n d b i o l o g i c a l p r o p e r t i e s F o o d T e c h n o l o g y，1 9 9 9 5 3(2)：3 8 4 5 3 孙 庆 杰，丁霄 霖 番 茄 红素 的保 健作 用 与开发 食 品 与发 酵 工业，1 9 9 7 2 3(4)：7 27 5 4 7 9 2 4 9 4 0(1 9 7 9)(E t 本公 开)5 Du b o d e l N P，e t a1 P i s c h e v a y a P r o my s h l e n n o s t，M o s c o w，1 9 9 5 (1)：1 6 6 平 4 8 o 6 6 5(E t 本公开)7 凌关庭，等 食 品添 加剂手 册 北京：化 学工业 出版社，1 9 8 9 24 32 4 4 8 Ga v r i l o v A S，e t a1 Ind u s tr i a l p r o d u c ti o n o f a mi c r o b i o l o g i c a l me t h o d A p p l i e d B i o c h e mi s t r y a n d Mi c r o b i o l o gy，1 9 9 6 3 2(5)：4 9 24 9 4 9 孙 庆杰，丁 霄霖 番 茄 红素 稳定 性 的初步研 究 食 品 与发 酵 工业，1 9 9 8 2 4(2)：4 7 4 9 1 0 何 碧烟，欧光南 食 品添 加 剂对 番茄 红 素稳 定 性 的影 响集 美大学学 报(自然科学版)，2 0 0 0 5(1)：4 7 5 1 l 1 Sh a r ma S K e t a1 Ki ne ti c of l y c o p e n e d e g r a d a tio n in t o ma t o p u l p s o l i d s u n d e r d i ffe ren t an d s tor a g e c o n diti o n s F o o dRe s e a r c h Int e rna t i o n al，1 9 9 6 2 9(3 4)：3 0 9 3 1 5 1 2 W e s t s t r a t e J A S u c r o s e p o l ye s t e r an d p l a s ma a c a r o t e n o i d c o n c e n t r a t i o n i n h e a l t h y s u b j ect s A m J C li n i c a l N u t r i，1 9 9 5(6 2)：5 91 5 97 1 3 Ka r i n H V an h e t H0 f，e t a 1 1 1 1 e J o u ma l of Nu t r i t i on，2 00 o 1 3 0(5)：1 1 8 9 1 4 李琳等 番茄 红素 的研 究 进展 食 品科 学，2 0 0 0 2 1(5)：8一 l 1 1 5 庄桂 红曲及其生理活性物质的研究与应用 郑州粮食学 院学报，1 9 9 6 1 7(4)：4 45 0 1 6 郭东川等 红 曲色素的两种新结构 真菌学报，1 9 9 3(1 2)：6 5 7 0 1 7 L P a s tr a n a e t a1 P r o d u c ti o n o f Re d P i g me n ts b y M o n a s c us mb e r in Sy n t he ti c M e d i a wi th a St r i c t l y Co n t r o l l ed Ni t r o ge n S o u r c e P r o c e s s B i och e mi s t r y 1 9 9 5 3 0(4)：3 3 3 3 4 1 1 8 庄 桂 酿造调 味品工艺 学 北 京：中国海 洋 出版 社，1 9 9 6 7 6 7 9 1 9 童群义，高 孔荣 红 曲 色素 抑 菌 作 用 的研 究 食 品 工业 科 技，1 9 9 7(5)5 6 2 0 To s h i r o W a t a na be A s i mp l e an d r a p i d me tho d f o r an aly z i ng the Mo n a s c us p i gm e n t me d i a t e d d e g r a d a t i o n of mu t a g e n i c 3一h y d r o x y a mi n o 一1 一m e thy l 一5 Hp y r i d o 4，3一b ind o l e b y in c a p i l l a r y mi c e l l a r e l ec t r o k i n e ti c c h r o ma t o g r a p h y Mu t a ti o n Re s e a r c h 1 9 9 9 4 4 4：7 5 8 3 2 1 甘纯玑，彭 时尧等 红 曲色素资源 的利 用现状与开 发 展望 自然 资源学报，1 9 9 8 1 3(3)：2 7 3 275 2 2 汪振 诚等 虾壳红 色素的抗 氧化和抗 肿瘤作 用 东海 海洋 1 9 9 9 1 7(2)：2 62 9 维普资讯 http:/