摘 要：随着科学技术的发展，人们对色素的提取及运用有着更高的要求，本文第一部分、第二部分分别对对天然色素的提取方法及运用简单的介绍。第三部分就最近受到热议的辣椒红色素的提取展开详细的论述及展望。
关键词：天然色素 萃取 辣椒红色素
随着经济的不断发展，人们对生活质量的要求也越来越高，对色素的要求也越来越高，从天然物质中提取无毒无害的食用色素、医用色素已经成为时代发展的潮流。天然色素大多来自于天然物质，现在大多从植物组织中提取，小部分从动物或微生物中提取。相对于人造色素而言，天然色素更安全、更健康，在一定程度上还具有保健功能和营养价值。
一、天然色素的提取方法
1.超临界流体萃取法(SFE)
在SFE技术中所普遍使用的溶剂是CO2。截止目前用二氧化碳进行萃取的历史已经有二十多年。在使用超临界二氧化碳进行萃取时不仅具有能耗低、萃取便宜、工艺简单都能特点，而且其提取的产品的纯度较高，无毒副作用。Rozzi．NL做的一项研究表明在32~86℃的温度下、在13.7800~48.2686kPa的压力下，从番茄产品中提取番茄红素。数据表明在86°C及34.7486KPa的条件下的提取率是最高的，高达38.8%。虽然超临界二氧化碳流体萃取技术已经被很多行业广泛应用，但其在技术上还存在一些相对不完善的地方。
2.有机溶剂提取法
目前在提取色素普遍应用的方法是溶剂提取法。提取高粱红色素的过程为：在浓度为0.1％的盐酸水溶液中浸泡大约两小时，然后对杂质和杂色进行清理，之后在40℃的环境中用浓度为7%的乙醇水溶液进行浸提。最后经过过滤、浓缩机干燥等步骤便可得到。以下为几种色素提取过程：用盐酸溶液将虾壳浸泡了大约24小时后过滤，再用浓度为95%的乙醇对滤渣进行浸泡，最后蒸馏并浓缩提取液便可得到虾青素。辗米机可以剥下黑米表层的米糠，限用植物油将米糠里的油脂提出，然后用乙醇的水溶液对米糠进行浸提，最后除去杂质并浓缩干燥即可得到色素成品。紫薯中含有花青素，用浓度大约为1%的甲醇溶液浸提，之后再进行过滤及浓缩便可以得到最终的花青素。将干辣椒研磨成粉状物后浸泡在丙酮、乙醇等有机溶液内。再用溶剂法对其中的辣椒红色素进行浸提，由于辣椒粉的成分比较复杂，而所使用的有机溶液的选择性较差，因此所得到的产品的纯度相对较低且具有一定的异味，因此有必要用相关的浸膏对其进行精制及脱臭。比如：可以用有机溶剂对新疆紫草进行萃取，将实验提取温度设置为60℃，固液比为10:1，实验时间为3小时，乙酸乙酯的萃取率是最高的。与其他萃取方法相比，有机溶液的提取剂是最便宜的，且方法简单，对设备的要求也不高，但其对某些产品的提取在质量上存在一定的缺陷，纯度较低或有异味，对产品的使用带来一定的影响。
3.碱提取
由于碱对多种生物可以产生一定的影响，但其的萃取率相对较低。如在对黑米色素进行提取时，首先将黑米去杂脱脂，然后倒入酸碱值达到9.0~9.5的硼砂-氢氧化钠溶液，连续加热搅拌提取大约三次，便可以得到灰蓝色的碱提液，然后经酸沉及干燥分离便可以得到色素产品。由于姜黄色素相对比较容易溶在碱水中，因此可以用碱水来浸提姜黄色素，浓度大约为l％的NaOH溶液是提取姜黄色素最好的浓度。由于虾壳中含有大量的虾青素，因此可以用碱液对虾壳中的虾青素进行提取。用将虾壳放在热碱液中加热，随着蛋白质的溶出，虾青素也将溶出，这就可以达到对虾青素进行提取的目的。
4.微波萃取法
在密闭的容器内对样品进行微波加热。优点：在短时间内可以实现对多种样品的萃取。微波技术已经逐渐被运用到对色素的提取中来。比如，在对番茄红素进行萃取的众多方法中，微波萃取是最佳的，其萃取了可以达到95%。
二、天然色素的应用
1.番茄红素
大多数红色的果实里都存在番茄红素，在人们的字长膳食中广泛存在的番茄红素便是胡萝卜素，因为其具有多个异戊二稀单元头尾相连组成的共轭双键长链，所以抗氧化性比较强。虽然番茄红素不具备芷香酮环的结构，表现不出维生素A等的生理活性，但实验表明与其它类胡萝卜素相比具有更多的优越特性，比如说他的抗氧化性在类胡萝卜素中是最强的，还有抑制细胞增殖，降低胆固醇和甘油三酯等功效，除此以外还可以对机体免疫力进行调节的作用。据一份医学资料显示，前列腺及子宫发生癌变等于人体内的番茄红素含量是有关的，如果人体内的番茄红素含量过低便可能会诱发癌变。此外，番茄红素还可以激发免疫细胞的活力、防止心脑血管疾病的发生，对除去自由基也有一定的功效，延缓衰老是番茄红素的另一个显著的功效，因此番茄红素被广大保健食品制造商以及药厂大力追捧。
2.类胡萝卜素类
植物及维生素中含有大量的类胡萝卜素，这是一种天然的色素，以多烯类色素为代表，是胡萝卜素(carotene)和胡萝卜醇(xanthophylls)的统称。目前已经在600多种生物中发现有类胡萝卜素的存在。按照类胡萝卜素的成分及溶解性可以将其分为两类：一类是胡萝卜素类，另一类是叶黄素类。类胡萝卜素已经被国际公认为是具有生理活动功能的抗氧化剂，是一种单线态的有效淬灭剂，在一定范围内可以消除羟基自由基，也可以与细胞膜及细胞中的脂类组合，形成有效的抑制脂类氧化。类胡萝卜素可以有效地减少老年人患前列腺症的发生。在抗癌及抗衰老方面也具有很高的价值。因此在食品添加剂方方面，类胡萝卜素拥有相当广阔的空间。
3.叶绿素类色素
在高等植物的叶和果实里广泛存在叶绿素及锌钠盐。叶绿素具有促进造血、活化细胞等功效。前些年的研究还发现叶绿素还有抑制细胞疼痛的功效，是一种具有保健功效的食用色素。叶绿素锌钠也为医用对慢性骨膜炎、慢性溃疡等的治疗上。叶绿素铜钠在医学上也具有一定的生理功能，比如说：叶绿素铜钠盐及其衍生如可以加快机体细胞的新陈代谢，对治疗胃肠溃疡及恢复肝功能具有一定的疗效。因此被广泛的应用在治疗传染性感染、胃及子宫疾患中。
4.辣椒红色素 辣椒红色素被公认为是理想的红色素，因为其外表颜色鲜艳，且色价高并且着色能力较强。辣椒红色素中含有的胡萝卜素及油酸等对人体具有一定的好处，被公认为抗癌明星。
4.1在食品工业中的应用
目前应用到辣椒红色素的行业主要有：果汁、蔬菜制品、调味料、冰淇淋等中往往会有0.05~0.2%的辣椒红色素，饼干、熟食、奶酪等在生产过程中往往也会添加一些辣椒红色素。
据有关机构的研究表明：添加了辣椒红色素的酱油拥有更好的上色效果，在放置三个月之后表面也无浮层离析出来，用其烹调出来的汤汁成红色，这是一种对人体无毒副作用的添加剂，且有利于增加人体内类胡萝卜素。
4.2制造保健品
由于辣椒红色素是一种天然色素，基本不存在毒副作用。不仅如此，辣椒红色素中还含有胡萝卜素和玉米黄质。是一种性能良好的自由基清除剂，同时也具有维生素A的活性。有利于防止动脉硬化和阻止脂肪在血管中沉积，可以增强机体的免疫能力，可以被广泛的应用于保健产品的制造中。
4.3在仿真食品中的应用
由于辣椒红色素的颜色鲜艳，着色能力强，价格相对便宜，来源比较广泛，因此被大量的应用在仿真视频中。通过在仿真食品中添加不同的色素，通过对比可以发现添加的辣椒红色素的仿真食品拥有更长的保质期和更好的着色效果，是一种相对较理想的仿真食品添加剂。
4.4辣椒红色素在医学上的应用
当前的医药中广泛应用了天然色素，如有些药丸的外衣、液体药品的着色等。其中辣椒红色素是糖衣片的主要着色剂，由于其着色的药片颜色更加鲜艳活泼，因此更受小孩的欢迎。
辣椒红色素中含有的 -胡萝卜素还可以有效地防止低密度蛋白质的形成，由于低密度脂肪蛋白在血管里可以破坏血管里细胞的排列，加速形成血栓。因此辣椒红色素对防止及治疗动脉硬化具有一定的效果。
三、辣椒红色素的提取方法
1.溶剂法
将纯净的干辣椒（即不含籽、梗、坏椒等杂质）研磨成粉状物，再侵入有机溶液进行浸提，将浸提液浓缩成初辣椒油树脂，再通过进一步的加工提取辣椒红色素。目前常用的提取方法有：索氏以及回流提取法，还有浸渍法等方法。而在国内外提取辣椒红色素的厂家中最常采用的提取方法则是溶剂法。在提取辣椒红色素的过程中上述方法有着共同的步骤便是事前将纯净的辣椒研磨成粉末，但这项的操作费用相对来说比较高。除此之外，在提取过程中还会有很多残渣产生，成品中杂质含量也较高，残渣的可以利用性也较差，提纯的费用也较昂贵，在生产中面临着较多的困难。
2.硅胶柱层析法
这是分配层析法的一种，参照辣素跟色素在结构上的差异，在洗脱液中进行溶解，由于溶解度与硅胶的固定也不相容，因此得益于洗脱液和固定相之间不同的分配系数才达到分离的效果。硅胶柱层析法对设备的要求相对不高，而且操作也很简便，对辣味的消除很到位，重要的是分离效果很好。
将浓度为90%的乙醇与石油醚按照一定的比例配置成柱洗脱液。具体利用硅胶柱层析分离辣椒红色素的操作方法为：在配置好的乙醇和石油醚的混合溶剂中添入酶后再处理成熟的干辣椒。用硅胶柱层析所分离出来的辣椒红色素是没有辣味的，经过真空处理，形成浓缩的粘稠液体。对这种液体进行药品检测所得到的成分表为：水分以及脂肪含量分别达到 0.5%、91.2%，色素色价达到140，但不含辣素。比如：AA大学在提取红色素的过程中，用100~200目硅胶当做填料进行柱层析，又用体积比例达到1:10的丙酮与石油醚的复合液作为洗脱液用，实验结果数据显示：此时色素的回收率可以达到67%，色价也为65，并且可以观察到淡黄色、红色、橙黄三条色带，这有助于对辣椒红色素中的有效成分进行精细的分离。
3.超声波溶剂提取法
在提取过程中，利用超声波所带来的震动、搅拌、空化作用，把辣椒粉中的辣椒红色素提取出来。与传统提取方法不同的是，超声波溶剂提取法不需要加热，且生产周期也较短，在提取过程中产生较少的破坏成分，但其提取过程对设备的要求则较高。
4.油溶法
在常温下所采用的油溶法也是常用的提取辣椒红色素的一种方法，将干辣椒粉末或辣椒果皮完全浸渍在食用油中，在通过特定的方法提取辣椒红色素。制作步骤具体为：辣椒、浸提、蒸馏、辣椒油树脂、水解、过滤、固型物、浸泡、减压过滤、提取液、减压蒸馏、浓缩精制色素、烘干、粉末状辣椒色素，色素和油难分离。这种提取方法对辣椒红色素的提取率是相对较低的，对色价高的产品提出更加困难，这也是当前用油溶法提取辣椒红色素所面临的困难及需要改进的地方。
四、总结
我国的动植物资源十分丰富，很动植物的花、叶，果实、果皮以及动物的肉、壳中含有丰富多样的色素，这些色素不仅可以被当做染色剂来用，也可以从可食用的动植物种提取天然色素，以满足不同人群对食品药品等的需求，随着食品科学以及毒理研究的进一步发展，
天然色素的应用有着更为广阔的应用空间及前景，其中可以把研究重点放到对辣椒红色素提取的探讨上。
参考文献
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[4] 张华，吕玉璋．辣椒红色素的制取和应用研究概述[J]．杂粮作物，2009，（6）．
作者简介：陶文典（1961.12-），男，湖北浠水人，大学本科学历，工程师职称，研究方向：天然产物的提取及化学工程方面的研究。
伍建林（1964.6-），男，湖北广水人，大学本科学历，工程师职称，研究方向：天然产物的提取及化学工程方面的研究。