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【科普】：天然色素的主流提取方式

2022-02-01

色素分天然色素和合成色素兩大類，天然色素的應(yīng)用有著悠久的歷史，我國古代就有使用天然色素作紡織品染料、米飯、釀酒、化妝品等色料的記載。自從1856年英國人帕金合成出第一種人工色素—苯胺紫之后，合成色素因其色澤鮮艷、著色力強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定且價(jià)格便宜等特點(diǎn)，在人們的生活中就開始扮演著非常重要的角色。

隨著毒理學(xué)和分析化學(xué)的不斷發(fā)展，人類逐漸認(rèn)識(shí)到多數(shù)合成色素品種對(duì)人體有較為嚴(yán)重的毒性和致畸、致癌性，世界各國嚴(yán)格限制使用尚未弄清其安全性的合成色素品種，不少合成色素相繼從各國許可使用的名單中刪除。因而，現(xiàn)在利用無毒無害的天然物質(zhì)提取食用、化妝品和醫(yī)用色素，成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。

天然色素來自天然物質(zhì)，現(xiàn)今主要由植物組織中提取，也包括來自動(dòng)物和微生物的一些色素。天然色素具有安全、健康的特點(diǎn)，許多還具有一定的營養(yǎng)價(jià)值和藥理功能。

天然色素的生產(chǎn)和獲得主要有三條途徑：一是直接提取；二是人工合成；三是利用生物技術(shù)生產(chǎn)。目前絕大多數(shù)品種的天然色素是采用直接提取方法生產(chǎn)的。色素的提取主要有下列方法：溶劑提取法、萃取法、酶法、壓榨法、粉碎法、組織培養(yǎng)法、微生物發(fā)酵法及人工合成法等，下面僅介紹幾種常用的、具有發(fā)展前景的天然色素提取方法。

1.1溶劑提取法

溶劑提取法是目前從動(dòng)植物中提取色素的一種普遍常用的方法。溶劑提取法包括浸漬法、滲漉法、煎煮法和回流提取法。以水為溶劑提取天然色素可用浸漬法和煎煮法，前者適用于有效成分能溶于水，對(duì)濕、熱穩(wěn)定且不易揮發(fā)的原料用有機(jī)溶劑提取可采用回流提取法。

提取高粱紅色素是用0.1％的鹽酸水溶液浸泡2h，除去雜質(zhì)和雜色后，再用7％的乙醇水溶液在40℃下浸提，然后過濾、濃縮、干燥而得。

利用有機(jī)溶劑如甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等提取姜黃中的姜黃色素。

將蝦殼用鹽酸浸泡24h后過濾，濾渣用95％乙醇浸泡，提取液經(jīng)蒸餾后得到濃縮的粗制蝦青素提取物。

相對(duì)而言，有機(jī)溶劑提取法萃取劑便宜，設(shè)備簡單，操作步驟簡單易行，提取率較高，但用其提取的某些產(chǎn)品的質(zhì)量較差，純度較低，有異味或溶劑殘留，影響產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

1.2超臨界流體萃取法

目前在超臨界流體萃取(SFE)技術(shù)中使用最普遍的溶劑是CO2。超臨界二氧化碳流體萃取是近一二十年發(fā)展起來的一種新型物質(zhì)分離、精制技術(shù)。它兼?zhèn)溆袣怏w低粘度、高擴(kuò)散和流體的高密度、大溶解度兩方面的特點(diǎn)。由于超臨界CO2提取工藝簡單，能耗低，萃取劑便宜，提取的產(chǎn)品具有純度高、溶劑殘留少，無毒副作用等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。

Rozzi.NL研究了32～86℃、13.7800～48.2686kPa條件下從番茄副產(chǎn)品中提取番茄紅素。結(jié)果表明，在86℃、34.478 6 kPa條件下得到了38.8％的最大提取率。超臨界CO2流體萃取技術(shù)是一種新型的綠色分離技術(shù)，但因?yàn)榇嬖诩夹g(shù)尚不完善、設(shè)備復(fù)雜且昂貴、運(yùn)行成本高等問題，使這種萃取方法在該領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用受到了一定的限制。

1.3微波萃取法

微波萃取是在密閉容器中用微波加熱樣品及有機(jī)溶劑，將待測(cè)物質(zhì)組分從樣品基體中提取出來的一種方法。其能在短時(shí)間內(nèi)完成多種樣品組分的萃取，溶劑用量少，結(jié)果重現(xiàn)性好。

目前，微波技術(shù)用于提取色素的報(bào)道不斷出現(xiàn)，涉及生物堿、黃酮、單寧類等物質(zhì)。王偉華等人研究出了利用微波萃取番茄紅素的最佳工藝條件，使得番茄紅素的提取率達(dá)到95％，使提取時(shí)間大大縮短，與超臨界CO2萃取相比，它成本低，投資少，提取率高。微波萃取天然色素技術(shù)在實(shí)驗(yàn)工作中雖然已經(jīng)取得一定重要成果，但由于受它的特性的限制，應(yīng)用范圍受到了一定的影響。

1.4酶法

在植物色素提取的過程中，色素往往被包裹在細(xì)胞壁內(nèi)，而大部分植物的細(xì)胞壁由纖維素構(gòu)成。用纖維素酶可以破壞β-D一葡萄糖苷鍵，使植物細(xì)胞壁破壞，有利于成分提取。

根據(jù)此原理，在提取植物成分前先用纖維素酶酶解，使植物細(xì)胞壁破壞后再進(jìn)行提取，可提高活性成分的提取率。而不管是否使用酶，提取物的成分一致，這說明酶解沒有破壞植物色素的成分。

總結(jié)，傳統(tǒng)的提取方法如粉碎法、壓榨法、有機(jī)溶劑提取法、回流法等存在著提取時(shí)間長、勞動(dòng)強(qiáng)度大、原料預(yù)處理能耗高、熱敏性組分易被破壞、生產(chǎn)的色素產(chǎn)品純度差、有異味和溶劑殘留等缺點(diǎn)，直接影響了天然色素的發(fā)展及應(yīng)用。

對(duì)人工合成法而言，由于生物合成代謝的復(fù)雜性，許多天然色素物質(zhì)很難在人工控制下化學(xué)合成，人工合成的方法只能生產(chǎn)極個(gè)別的具有天然色素化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，如胡蘿卜素。

近年來隨著生物技術(shù)的發(fā)展，利用生物技術(shù)生產(chǎn)天然色素已為人們開闊了廣泛的領(lǐng)域，利用微生物發(fā)酵方法生產(chǎn)藍(lán)色素、紅曲色素等多種天然色素已成為現(xiàn)實(shí)。

END

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[10]vowing, 天然色素, 新浪博客

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