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天然食用色素的功能及应用研究进展

   色泽是食品重要的感官性状,是评价食品质量的指标之一。食用色素按其来源和性质可分为天然色素和合成色素两大类。许多化学合成色素不仅有一般毒性和致泻性,还有致癌、致突变性。随着人们食品安全意识的提高和健康饮食理念的增强,使得“天然、营养、安全、多功能”的天然食用色素备受亲睐,开发功能性天然色素也成为世界食用色素发展的趋势。
    本文从理化性质、生理功能及应用等方面对番茄红素、姜黄素、红曲色素三种天然食用色素的国内外最新研究进展进行综述。意在为功能性天然食用色素的开发、应用提供一些理论参考,加快我国食用色素行业发展,促进国民经济增长。
    1· 番茄红素
    番茄红素(Lycopene)是类胡萝卜素的一种,主要存在于成熟的红色水果和蔬菜中,如西瓜、草莓、番石榴、木瓜、胡萝卜、甜杏、柚子等,在番茄中含量最高,每100 g 番茄含番茄红素3~14 mg。番茄红素是类胡萝卜素中抗氧化性较强的品种之一,有极强的清除自由基的能力,是一种很有开发价值的功能性天然食用色素〔1〕。
    1.1 理化性质
    番茄红素为红色长针状晶体,分子式为C40H56,结构式见图1。相对分子质量为536.85,熔点174 ℃,可燃,是胡萝卜素的异构体。番茄红素不溶于水,难溶于甲醇、乙醇,可溶于乙醚、氯仿等有机溶剂〔2〕。番茄红素稳定性很差,对氧化反应十分敏感,存在顺反异构和氧化降解现象。相关实验发现动物有机体对番茄红素有良好的耐受性。FAO/WHO 规定:番茄红素(包括从布拉霉生物合成)的ADI 为0~0.5 mg/kg〔3〕。
   
    1.2 生理功能
    1.2.1 抗氧化性
    番茄红素能有效淬灭单线态氧和清除超氧阴离子自由基、增强抗氧化活性酶活性,防止蛋白质和DNA 受到氧化破坏〔4〕。因而可抑制机体老化、减缓疲劳〔5〕,防止或减轻紫外线对皮肤的损伤〔6〕。
    1.2.2 抗癌活性
    通过对前列腺癌、子宫癌、乳腺癌、口腔癌、肺癌、消化道癌、皮肤癌等的研究证实,番茄红素具有明显的抗癌效应〔7〕。膳食中番茄红素含量降低会使皮肤癌发病率上升〔8〕。
    1.2.3 其它功能
    番茄红素可以增强细胞免疫及体液免疫功能,增强单核巨噬细胞的活性〔9〕,对非特异性细胞免疫也有明显的作用。番茄红素在糖尿病的发生和进展中起着保护作用。番茄红素可预防视网膜黄斑病变,保护视力〔10〕。除它之外还具有抗炎症、抗血凝等多种生理功能〔11〕。
    2· 姜黄素
    姜黄素(Curcumin)是从姜科姜黄属植物姜黄、莪术、郁金等的根茎中提取的一种天然黄色酸性酚类物质,是姜黄发挥药理作用的最主要的活性成分〔12〕。姜黄素既可用来当作药物,亦可当作着色剂、调味品、香料及防腐剂。目前,姜黄素是世界上销量最大的七大天然食用色素之一〔13〕。
    2.1 理化性质
    姜黄素制品为橙黄色结晶性粉末,味稍苦。化学分子式为:C21H20O6,结构式见图2。相对分子质量为368.39,熔点为179~182 ℃,不溶于水,微溶于苯和乙醚,溶于甲醇、乙醇、丙酮、丙二醇、醋酸乙酯、冰醋酸以及碱液。着色力很强,尤其对蛋白质着色力强。抗氧化性差,耐还原性好。FAO/WHO(2001)暂定其ADI 为0~1 mg/kg。
   
    2.2 生理功能
    2.2.1 抗氧化性
    姜黄素具有清除自由基活性的作用,能保护机体组织、延缓器官衰老,还可以减轻脂质过氧化物对心血管系统的伤害。
    2.2.2 抗炎抑菌免疫作用
    姜黄素对多数细菌抑制效果显著,特别是对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑制作用更强。姜黄素对急性、亚急性、慢性炎症均有抑制作用,可以治疗皮肤病或改善肠道菌群。李新建等〔14〕的研究发现姜黄素具有免疫调节作用,可提高机体的特异性免疫能力,还能提高巨噬细胞的吞噬功能。
    2.2.3 其它作用
    姜黄素具有较好降血脂、抗动脉粥样硬化作用〔15〕。美国国立肿瘤研究所已将姜黄素列为第3 代癌化学预防药。姜黄素具有刺激胃酸分泌和抗胃及十二肠溃疡等作用。常食用富含姜黄素的食物能够保护神经,改善认知功能〔16〕。
    3 ·红曲色素
    红曲是红曲霉繁殖于大米或其它粮食作物上的制品,红曲色素是红曲霉菌丝产生的色素〔17〕。红曲色素所具有的降血脂、降胆固醇、抗菌消炎、抗疲劳等功能的相继被发现,使得红曲色素在食品、医药等领域的应用也有很大发展,成为目前发展最快的功能性天然食用色素之一〔18〕。
    3.1 理化性质
    红曲色素属酮类色素,主要含六种成分,红色色素、紫色色素、黄色色素各两种(详见图3,表1)。
    
    红曲红是深紫红色液体或粉末或糊状物,略带异臭,不溶于水、甘油,易溶于中性及偏碱性水溶液。熔点160~192 ℃,对环境pH 稳定,几乎不受氧化剂、还原剂的影响。耐热性及耐酸性强,其醇溶液对紫外线相当稳定,对蛋白质着色性能极好〔19〕。
    3.2 生理功能
    3.2.1 消炎抑菌抗癌
    《天工开物》中记载红曲有抑菌抗菌作用,现代研究也证明红曲霉菌在生长代谢过程中可以产生具有杀菌或抑菌作用的活性物质〔20〕。红曲红素可通过对抗炎症反应而起到抑制肿瘤的作用,是优良的防癌物质〔21〕。
    3.2.2 降低血脂
    国内外有研究证明,红曲色素有降低血清中甘油三酯,降低胆固醇、改善紊乱性脂质代谢,防止动脉粥样硬化等保健作用〔22〕。
    3.2.3 抗疲劳、增强免疫力
    红曲的消除疲劳和增强体力的作用被陈运中等〔22〕证实:与对照组相比,肝糖原含量提高、血清尿素氮含量降低(ρ <0.01)、以醇溶性红曲红色素高剂量组的作用最显著,即醇溶性红曲红色素可能是红曲抗疲劳作用的重要功能因子。
    4· 应用
    4.1 在食品上的应用
    目前番茄红素还不是我国批准使用的食品添加剂,国家卫生部2008 年第17 号增补公告规定:在发酵乳和饮料类(包装饮用水除外)食品中番茄红素的最大使用量为6 mg/kg。饮料类单指液态饮料,固态饮料按稀释倍数增加使用量〔23〕。中国目前是世界番茄酱生产大国,年产番茄酱达到3 060 万吨,且逐年递增〔24〕。以色列生产商已生产出高番茄红素的产品,并被许多家生产营养补充剂的公司采用。日本也有一种番茄红素含量为5±0.25% 的红褐色液体。番茄红素的纯品不如其在有机体中稳定,而番茄皮富含大量的番茄红素,因此,番茄皮中的番茄红素成为近年来的热点。Luisa 等〔25–26〕研发了一种以番茄皮为辅料的牛肉汉堡。不仅优化了牛肉汉堡的色泽,还改善了产品的质构(这或许是由于纤维素的加入)。番茄红素在一定程度上可部分替代亚硝酸盐,作为肉类食品的防腐剂。番茄红素在保健品方面的应用主要有:①用于防止紫外线灼伤、保护皮肤的产品;②用于延缓衰老的产品;③用于类胡萝卜素、胶囊或液体复合产品;④用于预防前列腺癌的产品〔27〕。
    我国GB2760–2007 规定:姜黄素可用于人造黄油及其类似制品(如黄油和人造黄油的混合品)、冷冻食品(食用冰除外)、巧克力和巧克力制品(包括类巧克力和代巧克力)以及糖果和胶基糖果、面糊(如用于鱼和禽类的拖面糊)、裹粉和煎炸粉、碳酸饮料和果冻。我国规定,姜黄素用于糖果、冰淇淋、碳酸饮料、果冻,最大使用量为0.01 g/kg,也可用于萝卜干和咖喱粉中。FAO/WHO 规定还可用于汤料、咖喱粉、干酪、水果饮料、利久酒、法式菜、芥末酱等食品的着色和增香〔28〕。
    实际生产中,姜黄色素除了在面类食品行业中大量使用外,还在焙烤、膨化食品、肉制品、调味品、乳化香精、腌渍食品、保健品等中都有广泛应用〔29〕。在日本,姜黄素用于米糠腌制萝卜咸菜、维也纳香肠等,用量按标准添加。
    我国GB2760–1996 规定,红曲色素可用于各种肉制品、水产品、饼干、冰棍、雪糕、冰淇淋、配制酒、糖果、腐乳、果冻、膨化食品、调味类罐头和奶制品、植物蛋白和果品中,按正常生产需要适量添加〔30〕。红曲用于肉类食品的着色剂和保存剂,可使产品色泽自然,且对热稳定〔3〕。又可代替亚硝酸盐发色,减少致癌等危害,而且具有降低胆固醇,改善紊乱的脂肪代谢等保健功能。此外,红曲色素还广泛用于食醋、酱制品等调味料、果酱、果茶、糕点、面食、豆腐糕及仿生食品加工中的着色。在日本,红曲色素被广泛应用在水产熟制品〔30〕、清酒、红烧肉、红曲面包等中〔31〕。
    4.2 在饲料中的应用
    番茄红素用于动物饲料中,不仅使水产、动物体色鲜艳,还可作为抗氧化剂,抑制有害的氧化作用,提高动物免疫力,替代或减少抗生素的使用量,降低成本〔32〕。
    姜黄素可提高动物的生产性能和免疫机能,同时起到改善脂类代谢、提高肉品品质、显著提高产蛋率等作用。在促进鱼类生长、提高鱼类抗氧化力、增强免疫功能及改善鱼体色泽等方面也具有一定作用〔33〕。
    4.3 在医药方面的应用
    美国、日本已生产出以番茄红素为主要成分的具有降低血压,治疗高胆固醇、高血脂,降低癌细胞活性等药品。
    姜黄素软胶囊,主治各种类型高脂血症,基本解决了姜黄素几乎不溶于水、口服吸收差、水溶液稳定性差等问题〔34〕。国内已有企业正在用姜黄素开发抗癌药物〔35〕,国外已有抗癌成药面市〔36〕。
    《本草纲目》中就有记载红曲的医药价值。以红曲为主的传统发酵韩药也逐渐走向科学化、现代化及国际化,并拓展至现代发酵生药领域。在我国以红曲为主要成分的药物已经正式面市。如“天曲牌益脂康片”、“血脂康”胶囊、“地奥心血康”等〔3〕。
    4.4 其它应用
    番茄红素和姜黄素可用作化妆品色素,可作为发用染料的补色剂,姜黄素还可用于纺织品染色和美白、防晒护肤用品中[37]。
    5 ·前景展望
    目前,我国天然食用色素研究与应用还与国际先进水平存在一定差距。因此,需要对天然色素进行全面深入的研究,挖掘资源,降低成本,改进工艺,提高产品实际利用率,生产出多功能营养化纯天然食用色素。此外,还要加大政府扶持和对市场的有序管理,努力开拓市场,增强我国天然食用色素产品在国际市场上的竞争力。
    随着科学技术的不断进步和生产工艺的优化创新,以及人们“原生态”健康饮食理念的不断加深,相信在不久的将来功能性天然食用色素的研究与应用会有大幅度的提升。A

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