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1、天然色素开发中的应用生物技术在背景介绍人类使用天然色素的历史由来已久，最早可追溯到古埃及时期。1865年，第一个合成有机色素苯胺紫被发明，合成色素有了飞跃式的发展。20世纪后，人们逐渐对合成色素进入身体后的转化机理得以了解，发现合成色素对人体有较为严重的慢性毒性。现在，世界各国又开始重视天然色素和无毒无害食品添加剂的开发与应用，从而使天然色素取得了巨大的发展。而生物技术在色素生产工艺上的应用又使色素生产的效率得以大大提高，天然色素生产涉及到的生物技术有植物细胞和组织培养、微生物发酵和细胞以及酶工程等方面的研究工作。主要内容一、天然色素的主要
2、特点二、天然植物色素的种类三、天然色素举例——番茄红素四、生物技术在其他天然色素中的应用五、天然植物食用色素开发利用中的问题及对策一、天然色素的主要特点１、从卫生学的观点来看，绝大多数的天然色素安全性高，无毒、副作用。2、在营养价值方面，天然植物色素大多为花青素类、黄酮类、类胡萝卜类化合物，因此很多食用天然色素都含有人体必需的营养物质或本身就是维生素或具有维生素性质的物质。3、在医学药理方面，有一些天然色素具有一定的药理功能，对某些疾病有预防和治疗作用，具有增强人体功能、保健防病等功效。二、天然植物色素的种类按来源植物色素动物色素微生物色素
3、按结构异戊二烯衍生物（类胡萝卜类色素）酚、酮衍生物胡萝卜素胡萝卜醇胡萝卜醇的酯类胡萝卜酸黄酮与黄酮醇类查耳酮类花青素类黄素类卟啉类衍生物（四吡咯衍生物）醌类色素其他天然植物色素分类叶绿素血红素和胆色素三、生物技术在天然色素生产中的应用举例番茄红素我国幅员辽阔，植物资源丰富，品种多，许多品种产地集中，从南到北都有天然食用色素生产的原料，都可以加以开发利用。利用生物技术选取含有植物色素的细胞，在人工精制的条件下进行培养、增殖，可在短期内培养出大量的色素细胞，然后用通常方法提取。这些方法克服了许多天然食用色素生产的不足，不受自然条件的限制，能在短
4、期内生产大量的色素，这就为天然食用色素的开发提供了丰富的原料，也为农副产品深加工开辟了新的途径。为了保持天然色素固有的色泽、产品的稳定性和安全卫生性，生产色素一般都采用物理方法、生物学方法，而很少采用化学方法。其中，生物学方法主要有组织培养法、微生物发酵法和酶处理法。番茄红素番茄红素是植物中所含的一种天然色素，是类胡萝卜素的一种。它主要存在于番茄及其制品、西瓜、石榴、秋橄榄和紫色葡萄柚中。番茄中番茄红素72%～79%存在于皮及番茄籽周围的类脂物中,与大分子物质紧密结合,释放困难。它是目前自然界中被发现的最强抗氧化剂。它越来越受到营养学界和医
5、学界的关注，具有可观的开发利用前景。因此被誉为“植物黄金”。分子式C40H56，相对分子质量536.88；红色晶体；熔点174℃，可燃；易溶于氯仿、二硫化碳、苯、油脂；可溶于乙醚、石油醚、己烷、丙酮；不溶于水；难溶于甲醇等极性有机溶剂；无毒。番茄红素在自然界中主要以全反应式结构存在，是一种具有11个碳碳共轭双键的多不饱和脂肪族烯烃。如图：（1）理化性质番茄红素的生物合成过程为：异戊烯焦磷酸（IPP）与其异构体二甲基丙烯基二磷酸（DMP）缩合生成二甲基辛烯二甲基辛烯焦磷酸（GPP），在GPP合成酶的作用下，继续与IPP缩合，生成二甲基辛烯二甲
6、基辛烯焦磷酸（GGPP），2个GGPP缩合为预八氢番茄红素焦磷酸（PPPP），再进一步转变为八氢番茄红素，在脱氢酶作用下，脱氢生成番茄红素。番茄红素性质十分活泼,易受氧、紫外线、温度的影响而迅速氧化。其中，受温度的影响最显著，在25℃以下，温度升高，酶的活性增加，色素的转变也愈快。但当温度升高到25℃以上，番茄红素的形成就缓慢，如温度达到30℃以上时，番茄红素难于形成。如果温度升高35℃时，番茄红素不能生成，更高温度甚至已形成的番茄红素还会分解。番茄红素可以被完整吸收,其吸收率受许多因素的影响,食物中蛋白质、藻酸盐、果胶、瓜胶、树脂、纤维素
7、等，人的肠道疾病和缺铁、缺锌状态均可干扰其吸收。摄入未经加工的番茄等富含番茄红素的食物,血浆番茄红素浓度变化不大,而经加热或用较多油脂同时加热后食用,血浆番茄红素的浓度增加3倍。这是因为生番茄中的番茄红素可能被截留基质中,加热后细胞壁破裂,减弱番茄红素与组织基质间的结合力从而使番茄红素溶出,增加了生物利用度。（2）吸收、分布吸收：番茄红素是人血清中的主要类胡萝卜素,人体血清中番茄红素含量在不同人群之间差异较大。有报道认为，女性体内的番茄红素和B2胡萝卜素显著高于男性,且番茄红素和B2胡萝卜素的浓度高度相关。在人体胃中的酸性条件下,全反式番茄
8、红素异构化为顺式结构,这可能有助于增加小肠对它的吸收。番茄红素主要分布在肾上腺、睾丸、前列腺中,在人的晶状体中不含有番茄红素和B2胡萝卜素。分布：一般采用直接粉碎法和浸提法。此外
