天然植物色素在大健康产业中的应用进展

胡玉莉+骆骄阳+胡淑荣+付航+杨世海+杨美华

[摘要] 天然植物色素资源丰富，色彩自然，环境友好，有着广阔的开发空间和市场前景。为了进一步开发和利用天然植物色素，该文主要介绍了天然植物色素在食品、化妆品和医疗保健品等方面的历史发展进程及其应用，并总结和归纳了具有代表性的天然植物色素的应用情况，进而展望了天然植物色素的市场和发展前景，以期为天然植物色素在我国大健康产业中的发展应用提供参考。

[关鍵词] 天然植物色素；环境友好；开发应用

[Abstract] Natural plant pigment is rich in resources， with the features of natural color and environment friendly， which has a broad space for development and market prospects. In order to further develop and utilize of natural plant pigment， this paper mainly introduces the natural plant dyes in the domains of food， cosmetics and health care products on the historical development process and their application. In addition，this paper summarizes the application of representative natural plant pigment， dyes， and prospects the market of natural plant pigment， so as to provide reference for the development of natural plant pigment in the enlarged health industry of China.

[Key words] natural plant pigment；environment friendly；development and application

天然色素主要包括天然植物色素、天然动物色素和天然矿物色素三大类[1]，其中天然植物色素应用最为广泛，涉及食品、纺织品、化妆品、医药、制革工业、印染等各个行业[2]。天然植物色素是指存在于植物的根、茎、叶、花、果实和树皮中的色素成分，如姜黄、苏木、靛蓝、红花、黑豆、青核桃皮等，其绿色环保的特点成为目前新型色素染料开发的重点。人类应用天然色素的历史较悠久，在古代的法国南部、西班牙北部和非洲北部人们就已经开始使用木炭、赭石和锰棕色粘土用来粉刷墙壁和物体[3-4]；在韩国历史上天然无机染料在壁画和木质结构品中的应用达到繁盛[5]。我国早在黄帝时期（公元前2697年—公元前2599年），人类就已经开始懂得从野草、树叶和树枝中挤出汁液用于衣服染色或者绘制各种图案[6]。夏商西周时期，我国染织工艺已得到快速发展[7]。根据《礼记》记载楚国（公元前209年）还设有主持生产靛蓝的“蓝尹”工官[8]。19世纪以前纺织印染的大多数染料来自于植物，自从1856年英国Perkin W H 发明了第一种合成有机色素苯胺紫以来[9]，价格低廉的化学合成染料逐渐代替了天然植物色素在印染界的地位，从而天然色素逐渐淡出历史的舞台。合成色素主要是利用人工化学合成的方法从石油、煤焦油及其副产品中分离出来的苯胺染料为原料而制得的有机色素，具有一定的毒性。

大健康产业是根据时代的发展、社会的需求和疾病谱的改变而新兴的一种“朝阳产业”。“大健康”是一个广泛的概念，主要是围绕人的衣食住行、生老病死，对生命实施全程、全面、全要素呵护的一种理念，既追求个体生理、身体健康，也追求心理、精神以及社会、环境、家庭等各个方面的健康。主要包含两方面的内容：一是指与人体健康紧密相关的产品，比如保健食品、健康饮品、药妆和健康家居用品等；另一方面是指与健康体检、预防保健、医疗康复及社区教育等医疗服务[10]。在大健康产业中，天然植物源健康产品是核心，也是关键的物质基础。本文主要对天然植物色素在大健康产业中的功能应用进行了综述。近年来，随着健康环保、绿色生态意识的增强，天然植物色素重新受到人们的重视，再一次回到大众视野。从环保角度来看，天然植物色素取之于大自然，原料可再生，与环境友好，可生物降解，毒性低危害小，符合当今“回归自然，绿色环保”的主题[11]。从安全角度来看，大部分天然植物色素本身属于中草药或药食两用的材料，绝大部分无害，不会导致过敏或致癌；少数天然植物色素还具有较强的抗菌、消炎等保健功能[12]。从染色效果来看，天然植物色素呈色古朴自然，色调高雅柔和，一般都具有其特殊的芳香气味，也可体现地方/民族特色。

1 天然植物色素在食品方面的应用

在传统饮食中，人们比较注重色、香、味的搭配，喜欢食用感官较好的事物[13]。食用色素可改善食品色泽，作为一种重要的食品添加剂被广泛应用于食品加工生产和研究中，主要分为人工合成食用色素和天然食用色素两种类型[14]。人工合成色素如苋菜红、胭脂红、柠檬黄等，成本低、色调多样且呈色鲜艳亮丽[15]；天然食用色素如花青素类、番茄红素、类胡萝卜素、胭脂虫红等。然而，随着现代医学的发展和对健康的关注，人们逐渐意识到合成食用色素的潜在风险，滥用的合成色素被陆续证明有不同程度的毒性，部分具有致癌、致畸和引发儿童多动症的风险[14，16-17]。为此，人们开始重视天然食用色素的技术开发及推广[15]。国内外大量研究发现，植物源天然食用色素不仅安全性高、来源丰富、色调柔和，某些色素还具有一定的生理活性，如保健、营养、抗衰老等，提高了消费者对食品安全的信赖度[18-19]。目前，世界许多国家正大力研究、开发和利用食用天然色素，日本是开发天然食用色素最先进的国家，其次是美国[20]。近年来，天然食用色素在国际市场上销售额的年增长率一直保持在10%以上。我国天然食用色素的生产己初具规模，允许生产和使用的天然色素有40余种，年产量超万吨[20-21]。现代食品工业的发展，需要更多天然食用色素来美化食品、增进食欲、提高商品价值[22]。根据色素颜色的不同分为绿色、红色、黄色和黑色等应用最多的色素，并对一些代表性植物来源的天然食用色素的最新应用情况进行归纳总结，见表1。从表格中可以看出，含有红色素和黄色素的植物较多且应用较为广泛，主要用于一些副食品如饮料、雪糕、糖果、饼干、罐头等；绿色素和黑色素的来源较少，主要用于主食如面点和烘烤类食品。这些植物色素不仅具有丰富的色彩以改善食品的色泽还能作为调味品来满足人们对食物的需求。随着天然色素提取工艺的改进和成本的降低，天然色素有着非常广阔的前景和发展潜力，必将成为今后优先发展的食品添加剂之一，并有完全取代合成色素的趋势[23]。

2 天然植物色素在化妆品中的应用

“爱美之心，人皆有之”，自有人类文明以来，人们就开始使用天然植物作为美容护肤用的化妆品[24]。在原始社会，一些氏族部落在进行各种图腾崇拜仪式时，便将从自然界采集到的各种颜色涂抹在脸上，画成图腾的模样以示接近于神。在公元前5世纪到公元7世纪，各国也有不少关于制作和使用化妆品的传说和记载，如古埃及皇后用铜绿描画眼圈，古希腊美人亚斯巴齐用鱼胶掩盖皱纹等。中国古代喜好用胭脂抹腮，衬托容颜的美丽和魅力。胭脂、鸭蛋粉、头油、香囊此4大物件是中国古代化妆品的代表。据《中华古今注》记载：“燕脂起自封，以红兰花汁凝作之，调脂饰女面，产于燕处，故称燕脂”。我国自古代殷商之末，人们利用原始植物已发明胭脂用于女子抹腮；魏晋南北朝时期，晋葛洪编著的《肘备急方》已有大量抗衰老，美容护肤的配方；唐朝时期化妆品得到空前的发展，孙思邈编著的《千金翼方》和《备急千金方》中均收载了大量可用作美容的植物以及美容配方；清代李时珍《本草纲

目》中记载了许多中草药祛皱、淡斑、抗衰老、防脱发、美白等护肤养颜的方法[25]。随着石油工业的迅猛发展，为了满足人们对美的追求与渴望，以矿物油为主要成分，添加香料、合成色素等其他化学添加物的合成化妆品诞生了。由于合成类化妆品可以大规模的批量生产，价格更低廉，供求稳定，在当时社会上迅速普及开来。然而由于合成类化妆品是由品种繁多化工原料和合成色素组成的大杂烩，添加了具有潜在危害的化学添加物，长期使用对会对皮肤造成伤害，进而对人体产生慢性毒害作用[26-27]。 这一现象已经引起了爱美人士的高度关注，当今人们在选择化妆品特别是口红、唇彩、眼影、粉底、腮红、胭脂及染发剂等产品时除了要求色彩亮丽之外，更加注重安全无害[28]。随着社会的进步与经济的发展，人们追求天然、健康与安全的意识日益增强，化妆品不再是少数人的奢侈品，越来越多的消费者开始重视对皮肤和毛发的护理与保养，美容化妆几乎成为现代人日常生活中必不可少的组成部分[29-30]。本文对目前在化妆品中应用较多的一些天然植物色素做了总结归纳见表2。随着现代提取分离技术的不断提高，天然植物色素在化妆品中的应用前景十分广阔。

3 天然植物色素在医疗保健中的应用

随着医学的发展和人们对健康意识的加强，很多人已经认识到疾病预防是促进和保障健康的有效手段，而一些天然植物色素由于同时含有中药材特有的有效成分，对人体的多种疾病如高血压、糖尿病等慢性非传染性疾病不仅具有治疗效果，还具有预防和保健的功能[33]。在《医学科技发展“十二五”规划》中，首次提出传统养生保健的理念“治未病”，“上医治未病”最早源自于《黄帝内经》中提出来的防病养生谋略，是我国中医药文化的重要组成部分，是至今我国医疗卫生界所遵守的“预防为主”的思想[34]。近年来，通过对天然植物色素的不断深入研究，发现植物色素具有广泛的生物活性，包括抗氧化、抗衰老、抗辐射、清除自由基、抗癌、抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、预防冠心病、保护心血管功能、增强免疫力等生理功能，在疾病预防和养生保健方面具有广阔的开发与应用前景[35]。

王威[36]对花青素类、黄酮类、类胡萝卜素类和醌类等14种常用天然色素的抗氧活性研究表明，姜黄色素、高粱色素、葡萄皮色素、洋葱色素等具有二酮结构、黄酮结构和花青素结构的天然色素可开发成为抗氧化剂和抗衰老保健品。黑米色素中黄酮类物质花色素苷类化合物不仅具有较强的清除氧自由基和抗氧化的功能，还能明显抑制卵黄脂蛋白的过氧化[37]。目前，在医疗保健中应用较广泛的还有天然黑色素、红色素等，其中辣椒红色素是目前世界上销售量最大的天然食用色素，其既可以作为药品糖衣的着色剂又具有保健功效[26]。高翔[38]对国内外辣椒保健食品进行了研究，总结出辣椒不仅可以用于开发减肥保健食品，还能开发抗辐射的保健食品。同时，辣椒红素对癌症和肿瘤的发生也具有一定的抑制作用[39]，许多嗜辣民族和国家罹患癌症的几率均低于西方国家[26]。紫草素属于萘醌类化合物，研究表明具有抗炎、抗肿瘤的作用，其抗肿瘤作用不仅可以直接对肿瘤细胞产生毒害，还可以通过抑制肿瘤血管新生从而阻碍后期养分来达到抑制肿瘤生长的目的[40-42]。因此，天然植物色素的开发与应用势在必行，不仅来源丰富、色泽自然，而且具有多种生物活性，满足了现代人们对健康的向往。根据植物色素的不同药理作用将天然植物色素分为7类，总结并归纳了天然植物色素在医疗保健中的应用情况，见表3。从表中可以看出清除自由基、抗氧化和抗衰老功能活性的植物色素最多，与目前人们所关注的预防衰老、养生保健的理念不谋而合；抗癌和降“三高”的植物色素也相对较多；抗辐射和缓解视觉疲劳的植物色素相对较少，却与人体健康息息相关。天然植物色素的大力开发为我国医疗保健事业和大众健康提供了支撑和保障。

4 天然植物色素在其他方面的应用

天然植物色素在纺织品、饲料、造纸业和制革工业中的应用也较为广泛。目前市场上已有大量的天然染料纺织品，不仅色泽自然，还具有一定的功能性如防紫外线的功能[49]。

日本、韩国和印度等都相继成立了植物染料研究机构，其研究表明用茜草、靛蓝、郁金香和红花提取色素染色的真丝内衣、睡衣既能防虫杀菌又能保护皮肤[12]；在饲料中，天然植物色素具有极高的应用价值，如辣椒红色素对动物产品外观和风味的改善具有重要的作用，可对动物皮肤、蛋黄、鱼类、贝类等着色和增色[50]。目前辣椒红色素对于改善虹鳟鱼肉色和风味等功效在国内外已广泛应用[51-52]；在造纸中，天然植物色素的应用举足轻重。白色纸张长时间使用容易引起视觉疲劳，降低工作效率，人们也在广泛使用彩色纸张，但长期使用合成染料染色的纸张会对人体造成一定的伤害，因此营造一个多彩安全的紙张使用环境尤为重要。目前已有天然色素染料用于纸张染色，如天然紫荆花色素不仅着色能力好而且符合环境对包装材料的要求[49]；在制革工业中，天然植物色素既能赋予皮革丰富的颜色、饱满的色泽又能满足市场的各种需求和人们对美的追求。其绿色环保、可再生的优势使天然色素应用更加广泛，如厚皮香、木麻黄、红花、茜草、杨梅等已被用于制革染色。这些天然染料不仅可作为制革染料，同时还可以作为皮革杀菌剂使用，如植物色素姜黄、大黄等都具有较好的抗菌活性。因此，天然植物色素的开发将成为一个生态环境友好，益于人类健康发展的重要组成部分，市场前景广阔[53]。

5 展望

我国地大物博具有丰富的植物资源，为天然植物染料的进一步开发、利用与研究奠定了坚实的基础。天然植物色素较化学合成色素有着独特的优势，在色素行业也越来越受到大家的关注，特别是随着现在人们对健康、安全生活理念认识的不断深入，天然植物色素将会逐步取代具有毒副作用的合成色素而成为未来国内色素行业发展的新方向。然而，目前天然色素的研究却停滞不前，主要原因是由于天然植物色素一般都是植物的次级代谢产物，色素成分复杂、提取率低且难以分离、色素含量较低且稳定性差。因此，高效的提取分离技术、开发稳定性高的植物色素来源是目前急需要解决的问题。笔者认为可主要从以下几个方面考虑：一是改进提取工艺，天然色素的提取受诸多因素的影响，比如温度、时间和pH等都可能影响色素的提取率，结合传统水煮提取方法，配合新的提取方法研究出既高效又经济的提取分离技术是关键。二是加强对对天然植物色素的结构、性质、生理活性的研究，为开发高品质的植物色素提供保障，提高色素综合利用率。三是改进生产工艺，保证产品质量，积极采纳先进的生产工艺技术来提高产品竞争力也是天然色素开发的重点。四是拓宽天然色素的应用领域，立足于国内市场进一步拓展国际市场，充分利用我国植物资源丰富的优势，配合高新技术不断提高产品的质量。相信在未来的开发应用中，天然植物色素凭借其天然的特性、较高的安全性、保健性、较低的成本更好的服务于人类，将会在食品、化妆品、医药保健等领域得到更加广泛的应用。

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[责任编辑 丁广治]