摘 要：色素是一种能使生物体呈现不同颜色的物质。由于其着色效果，广泛应用于食品添加剂和纺织染料中; 此外，一些天然色素因其特殊的生物活性而被广泛应用于化妆品和保健品行业。天然色素又称天然染料，它主要来源于植物的根、叶、花、果、动物或矿石。天然色素来源广泛，可再生性强，生物相容性好，易降解，无毒无污染。一些天然色素具有抗菌、抗炎、抗氧化、止血消毒、抗癌等作用，受到越来越多的关注和青睐。
本文以天然色素为原料，对不同种类的天然色素及其相应的提取来源进行了分析和研究，并对现有色素的主要提取方法（主要包括溶剂提取、超声波提取、微波提取、超临界提取、酶提取等）进行了分析比较，并对各自的特点、优缺点进行了研究，对提取工艺有一定的指导作用。
关键词：色素；天然色素；提取工艺
TITLE: Research progress of pigment extraction technology
Abstract: Pigment is a kind of substance that can make the organism present different colors. Pigment is widely used in food additives and textile dyes due to its coloring effect.In addition, some natural pigments are widely used in cosmetics and health care industry because of their special biological activities.Natural pigment, also known as natural dye, mainly comes from roots, leaves, flowers, fruits, animals or ores of plants. Natural pigment has a wide range of sources, strong renewability, good biocompatibility, easy degradation, non-toxic and pollution-free. Some natural pigments have antibacterial, anti-inflammatory, anti-oxidation, hemostasis and disinfection, anti-cancer and other effects, which are gradually concerned and loved by more and more people.In this paper, natural pigments are used as raw materials to analyze and investigate the categories of different natural pigments and their corresponding extraction sources. The main extraction processes of existing pigments, including solvent extraction, ultrasonic extraction, microwave extraction, supercritical extraction and enzyme extraction, are analyzed and compared. Their respective characteristics, advantages and disadvantages, and extraction processes of pigments are studied It has a certain guiding role.
Keywords: Pigment; Natural pigment; Extraction process
1 绪论
1.1 色素概述
色素指的是一种可以让有机体表现出各种颜色的物质。由于其带有着色效果，在食品添加剂和纺织染料被广泛应用；另一方面，一部分带有某些特殊生物活性的天然色素，在化妆品和医疗保健行业被广泛应用[1]。
1.2 人工合成色素
人类历史上第一个人工合成色素是Perkin成功合成的苯胺紫。人工合成素带有的合成工艺简单、品质均一、稳定性好、色彩鲜艳、着色力强、成本低等特色，它迅速取代了天然色素的地位。但因其不具备任何营养价值且存在潜在毒性，天然色素逐渐恢复了其主导地位。
1.3 天然色素
天然色素也被称作天然染料，通常来源于动物、植物的根、叶、花、果以及矿石，天然染料来源广泛、可再生性强、生物相容性好、易于降解，无毒无公害，某些天然色素还有抗菌、消炎、抗氧化、止血消毒、抗癌等功效，渐渐受到了越来越多人的关注与青睐[2,3,4]。
1.4 本论文的研究内容
本文以天然色素为原料，分析和调研了不同天然色素的类别及其相对应的提取来源，并对现有色素的主要提取工艺方法（主要包括溶剂提取法、超声波提取法、微波提取法、超临界提取法、酶提取法）进行了分析和比对研究了其各自的特点及其优缺点，对色素的提取工艺具有一定的指导作用。
2 天然色素类别和其提取来源
2.1 依据来源分类
天然色素通常可依据其来源分为植物色素、动物色素、微生物色素、矿物色素四大类：
2.1.1植物色素
植物色素是一种天然色素类型，其来源丰富、种类繁多并且产量巨大，现今有记录的天然植物色素高达4000~5000种，分为黄色、蓝色、红色、紫色、绿色、黑色等多种色系，主要分布在菊花、红花、木蓝、马蓝、银杏、茜草等众多植物之中，虽然种类繁多，但已完成形成成熟的开发应用体系的天然植物色素种类有限，这也致使植物色素成为现如今国内外学者和机构争相研究的热点之一[5,6,7]。天然色素中应用最普遍的一类就是植物色素，现已大量用于饮品、糖果、蛋糕等食用品以及一些化妆品的着色[8,9]。
2.1.2动物色素
与植物色素相比，动物色素的种类偏少，人们研究较多的动物色素有胭脂红、紫胶、五倍子等。其中，紫胶色素主要由黄色素和红色素组成，一般采用膜分离法进行提取和精制；而胭脂红色素是胭脂虫的体内提取物，多用于药品、食品、化妆品等领域。
2.1.3微生物色素
微生物色素种类很少，但其具有产量大、易工业化等特点，目前得到了较大地发展，典型的微生物色素有红曲色素。红曲色素的生产工艺基本上是选用红曲菌属的丝状真菌发酵的方式，红曲菌在代谢过程中会产生一些聚酮类化合物，叫做红曲色素[10]。
2.1.4矿物色素
矿物色素是经过研磨有色矿物，最终制成细粒特色的色素。矿物色素的主要色系包含红色、黄色、白色、淡绿色等。但矿物色素大多含重金属或有害成分，现已不再用于食品的着色，目前主要的矿物色素包括：朱砂、赤铁矿、白云母、石黄、石墨等。
2.2 依据化学结构特点分类
由于天然色素复杂的化学结构，为了对其具有特征结构的天然色素采用最合适的提取和纯化工艺，除上述依据色素来源分类外，通常还可依据其化学结构进行分类:
2.2.1花色苷类色素
目前已知的花色苷类色素有300余种，来源丰富，且通常易于提取，是一种水溶性大然色素，是良好的食用色素来源。花色苷类色素是主要存在于葡萄、玫瑰、紫甘薯、紫玉米、红梅、黑豆、杨梅等红色、蓝色或紫色的植物组织中的一类色素。工业生产的过程中，主要是从蔬菜、水果的部分组织中提取获得的。虽然其具有来源广、提取易、种类多等众多优点，但大部分种类的花色苷类色素还没有被广泛用于食品着色。限制其大规模运用的主要原因是其化学性能不稳定、溶解度小、提纯难等缺陷，与合成色素相比，花色苷类色素的色度远远不足，其颜色和结构极易受到PH值、温度、氧气饱和度、酶等众多因素的影响[11,12,13,14]。
2.2.2黄酮类色素
黄酮类色素的化学结构骨架为黄酮，其颜色主要以黄色或无色为主，主要分布在黄琴、红花、柿子、菊花、沙棘等植物的组织细胞中，是一种具备水溶性特点的色素。现已发现的黄酮类色素高达400 余种，其具有抗氧化、延衰老、抑菌抗癌等功效。黄酮类色素通常采用醇、沸水、碱液等溶剂从植物的果实、花及种皮中提取获得[15,16,17,18]。
2.2.3吡咯类色素
吡咯类色素是以叶绿素为主的一类含镁卟琳类衍生化合物的泛称，常见的吡咯类色素包含叶绿素A、叶绿素B、叶绿素铜等。吡咯类色素具有良好的促进伤口愈合、降低胆固醇等功效，广泛运用于治疗肝炎、贫血、胃溃疡等疾病。吡咯类色素广泛存在于高等植物的叶和果实、以及部门藻类中，其精晶通常为具有金属光泽的蓝黑色粉末，易溶于各种有机溶剂，熔点120℃左右，其化学性质不稳定，加热、光照、氧化等作用均会对其造成损坏，因而工业提取和保存时，通常以络合的铜原子替代镁，从而获得稳定的吡咯类色素精晶。吡咯类色素的提取通常采用乙醇、乙醚、丙酮等脂肪溶剂作为提取液进行提取[19,20]。
2.2.4类胡萝卜素类色素
类胡萝卜素指的是通过类异戊二烯途径合成的一类物质的统称，是一种多烯类物质，其主要的化学元素是由C和H组成。目前，已发现的类胡萝卜素色素大于 600 多种，类胡萝卜素类色素是叶黄素和胡萝卜素的总称，两种色素结构类型有异，类胡萝卜素还能过分成无环胡萝卜素类、无环叶黄素类、芳香族类胡萝卜素等。类胡萝卜素主要发现在植物的果实、花（主要源自植物的叶绿体）以及昆虫、哺乳动物体内，通常呈橙红色、黄色、红色等，具有良好的防夜盲症、防衰老、防癌等功效。类胡萝卜素具有较强的亲脂性特性，是一类脂溶性的色素，绝大部份很难溶于水，拥有很好的耐酸碱性，但对光照、加热、氧化等因素较为敏感，因而一般用极性较小的有机溶剂进行提取[21,22,23]。
3 天然色素主要提取方法
3.1 溶剂提取法
溶剂提取法是最具有传统意义的色素提取方法，其提取方法主要包含浸绩法、渗漉法、煎煮法和回流提取法[24]。
溶剂提取法通常根据不同的色素类型运用不同的提取溶剂来进行提取：比如说会利用甲醇、乙醇、丙酮等亲水性溶剂提取花色苷类色素，这是由于该类溶剂提取率高，且安全性强，适合花色苷等食用型色素的提取，在采用溶剂提取法提取色苷类色素的同时，防止花色苷类色素的降解并提高提取率，往往要在溶剂中添加一定量的盐酸、碳酸、甲酸、乙酸、柠檬酸等食用酸，将溶剂的pH维持在较低的水平，从而提高其色素溶出率。再比如说会利用溶剂提取法提取黄连等植物中的生物碱类色素，由于生物碱类色素不易挥发，且能很好的溶于水，生产中往往利用其水溶性的特点，提取溶剂为水。
溶剂提取法具有提取法剂价格低廉，提取设备简单高效，操作步骤简单易行，提取率较高、生产成本低廉，近年来取得了较为成熟的发展。但与此同时，部分溶剂提取法需要进行较为频繁的人工操作且溶剂选择等方面的局限性，从而导致耗时久、效率低、纯度低、有溶剂残留，大大影响溶剂提取法的应用范围[25]。
3.2 超声波提取法
超声波提取法，基于溶剂提取法，利用剧烈振动、空化效应使提取剂渗透到细胞中，从而提高提取效率的新方法。
国内外大量学者对不同种类的色素进行超声波提取法实验，结果表明，超声波提取法具有溶剂耗费少、提取效率高、使用便捷、能量损耗低、色素品质高等特点，表现出良好的提取效果和极佳的提取质量[26]。
3.3 微波提取法
微波提取法的本质也是一种特殊的溶剂提取法，微波提取法的关键是利用微波进行辅助，进而提高提取率的工艺方法。该方法的主要提取流程如下图1所示：
大批学者研究表明，微波提取法重现性好、提取操作时间短、提取率高、节能低耗、色素稳定性和高抗氧化性等特点，优势显著[27,28]。
3.4 超临界提取法
超临界提取法（又称超临界流体萃取法）是一种独特的色素提取方式，目前超临界提取法运用的最广泛的溶剂是CO2超临界流体，因而超临界提取法通常又被叫做超临界二氧化碳流体萃取法。超临界提取法的第一次运用可以追溯到上世纪60年代，人们利用这种方法从咖啡豆中提取到了咖啡因。采用超临界提取法提取色素，优点在于由于CO2无毒、不燃、不活跃、粘度低、溶解度大等特点，采用超临界提取法提取色素无化学溶剂的消耗和残留，对环境无污染；另外，超临界提取法具有提取操作工艺简单、提取产品纯度较高、绿色且环保、色素品质好、活性高的许多优点，在行业的发展中应用前景一片大好。
然而与此同时，超临界提取法相较于传统方法技术尚不完善，工业化生产设备复杂、费用高昂、运行成本高，对于亲水性好、分子量较大、极性较大的色素类型，超临界提取法提取率较低，这也使得该工艺的发展和运用均受到了一定的限制，需要不断发展、探索和强化[29,30]。
3.5 酶提取法
酶提取法是当前新兴的一种色素提取方式，酶提取法又称生物酶法，采用酶提取法提取色素的主要机理是通过酶解促使细胞壁软化破碎，从而加速色素的溶出的方法，该方法可有效缩短色素提取时间，从而提高提取率，还具有无毒、绿色、高效等优势。当下，运用酶提取法来提取色素的研究报告相对较少，其发展主要受限于酶解环境较为苛刻，其效率和产量受限于酶的用量、酶解温度、酶解时间、料液比等，因其成本高、产业化规模不大，目前还不适合在大规模工业化中采用。
结 语
1.天然色素通常可依据其色素来源分为植物色素、动物色素、微生物色素、矿物色素四大类，其中以植物色素为主，不同的色素来源致使其需要采取不同的提取方式；
2. 色素可依据其化学结构特点分为花色苷类色素、黄酮类色素、吡咯类色素、类胡萝卜素类色素等，不同种类的色素，为了保证其特有的结构和独一无二的性质需采取不同的提取方式；
3.色素的主要提取方式有溶剂提取法、超声波提取法、微波提取法、超临界提取法、酶提取法等，其方法各有所长各有优劣。
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