生物色素是生物細胞中的一類化學(xué)物質(zhì),，它們因為一些特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu),，能夠?qū)饩€造成反射、干涉,、散射或吸收等效果,。生物色素種類繁多，來源廣泛,，工業(yè)生產(chǎn)中的許多色素來源于植物和微生物,，比如花青素、胡蘿卜素,、靛藍,、番茄紅素,、葉綠素,、紅曲色素、黑色素等,。動物的皮膚,、毛發(fā)、眼睛等部位具有不同種類的色素細胞,。目前.天然色素主要可以通過植物提取或者微生物發(fā)酵獲得,。和人工合成色素相比，天然色素的安全性高,，色澤自然鮮艷,，且具有很高的營養(yǎng)價值和藥理功能。

物料種類

　　紅曲色素

　　紅曲色素是一種由紅曲菌屬的絲狀真菌經(jīng)發(fā)酵而成的優(yōu)質(zhì)天然食用色素,，是紅曲菌的次級代謝產(chǎn)物,。作為天然色素，紅曲色素一直以來被認為是安全性較高的食用色素,，試驗已證明它不含黃曲霉毒素,。紅曲色素作為食品色素廣泛應(yīng)用于食品行業(yè),，也可用于醫(yī)藥和化妝品的著色，不僅具有增香,、增色,、防腐的功效，還具有抗氧化,、抗疲勞,、抗腫瘤、調(diào)節(jié)血氨,、調(diào)節(jié)血脂水平等功效,。

　　紅曲色素主要通過微生物發(fā)酵獲得，微生物發(fā)酵產(chǎn)紅曲色素中含一種毒性的真菌毒素——桔青毒素,，其可以通過各種育種手段篩選低桔青毒素或不含桔青毒素的菌株,，也可以通過發(fā)酵等藝優(yōu)化，獲得低桔青毒素或不含估青毒素的產(chǎn)品,。紅曲色素的生產(chǎn)工藝有固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵,。根據(jù)生產(chǎn)工藝的不同，紅曲色素的溶解性也有所不同：一類是水溶性紅曲色素,，可溶于水,，微溶于乙醇，不溶于氯仿;另一類是醇溶性紅曲色素,，可溶于乙醇,、氯仿，但不溶于水,。

　　黑色素

　　黑色素是酪氨酸經(jīng)過一連串化學(xué)反應(yīng)所形成的,，動物、植物與原生生物都有這種色素,。最普遍被了解的是經(jīng)常被太陽照射后,，人的面部會出現(xiàn)黑斑。這是因為在人體皮膚細胞受到紫外線照射時,，肌膚就會處于“自我防護”的狀態(tài),，生成一種叫“多巴”的物質(zhì)，釋放出黑色素,，使面部出現(xiàn)黑斑,。其實，黑色素還有很多生理功能,，在人體內(nèi)不可或缺,。它還被廣泛應(yīng)用于食品著色劑、化妝品,、染發(fā)劑,、新型藥物載體等,，還用于治療與黑色素缺乏有關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病,、阿爾茨海默病,、亨廷舞蹈病等。

　　黑色素主要通過黑芝麻,、黑豆皮,、黑米來提取制備，但是由于天然物質(zhì)中黑色素含量較低,，提取成本較高,，且受到時間、原料等限制,，目前有利用鏈霉菌,、嗜麥芽假單胞或基因工程大腸桿菌菌株進行生產(chǎn)，并可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),。鑒于黑色素巨大的發(fā)展?jié)摿?，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)黑色素將被廣泛應(yīng)用。

　　類胡蘿卜素

　　類胡蘿卜素是另一類重要的色素,，包括β-胡蘿卜素,、番茄紅素、蝦青素,、花青素等,。這類色素的特點是不溶于水、具有高抗氧化性;不僅對保護人的視力,、心血管等方面具有直接效用,，而且在藥用輔料、保健品,、食品添加劑,、飼料添加劑等方面有著非常重要的地位。目前,，這類色素的批量生產(chǎn)還主要依靠化學(xué)合成法。但化學(xué)法生產(chǎn)出的多為混合物,，即具有不同構(gòu)型和活性的手性物質(zhì)混合物,，所以其產(chǎn)品主要用于飼料添加劑、著色劑等;藥用,、食品的高端市場仍要依靠傳統(tǒng)的植物提取法獲得此類天然色素,。

　　發(fā)酵法生產(chǎn)類胡蘿卜素始于20世紀50年代。1956年美國報道采用三孢布拉氏霉菌兩性菌株發(fā)酵生產(chǎn)β-胡蘿卜素,，產(chǎn)率為1265毫克/升培養(yǎng)液;日本也報道了利用紅色精元桿菌生產(chǎn)類胡蘿卜素.在此基礎(chǔ)上可以較容易地生產(chǎn)番茄紅素,。目前,。我國部分企業(yè)已經(jīng)掌握了生物法生產(chǎn)β-胡蘿卜素和番茄紅素的工藝。并已有相關(guān)產(chǎn)品而世,。而蝦青素的生物法制造仍然是世界范圍內(nèi)的研究熱點,。從長遠來看，生物發(fā)酵生產(chǎn)類胡蘿卜素是生產(chǎn)天然色素的最佳途徑.而現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展勢必推動此類技術(shù)的快速發(fā)展,。

　　葉綠素

　　葉綠素(Chlorophyll)是植物體內(nèi)光合作用膜中的綠色色素,，是植物光合作用過程中捕捉光能的綠色有機化合物，存在于所有綠色植物中稱為葉綠體的細胞器內(nèi)的盤形膜(稱為類囊體)中,。葉綠素有四個類型：葉綠素a,、葉綠素b、葉綠素c和葉綠素d,。其中葉綠素a和葉綠素b是主要類型,，存在于高等植物的葉綠體及綠藻中，其分子式為C40H70O5N4Mg,。

　　葉綠素是綠色植物進行偉大的光合作用的主要成分,，它吸收、傳遞光能,，參與將空氣中的二氧化碳和土壤中的水分轉(zhuǎn)變成化學(xué)能——葡萄糖,，并釋放出氧氣，從而為植物界自身的生長及動物界的生存提供了源源不斷的糧食,，同時又制造了生物界所必需的氧氣,，維持了大氣成分的穩(wěn)定平衡。光合作用是自然界無與倫比的化學(xué)反應(yīng)過程,，無論是參與反應(yīng)的物質(zhì)數(shù)量,、時間、空間及功能效果,，都是任何化學(xué)反應(yīng)無法比擬的,，所以說光合作用是偉大的，而葉綠素作為光合作用的“始作俑者”則不愧為第一功臣,。

　　葉綠素除進行光合作用外,，其制品還有某些藥用價值。因葉綠素與人體血紅素的分子結(jié)構(gòu)非常相似,，唯一的區(qū)別是分子核心分別為鎂原子和鐵原子,。所以飲用葉綠素對產(chǎn)婦和失血者有幫助。據(jù)營養(yǎng)專家說,，服用葉綠素能去除殺蟲劑與藥物殘留毒素,，并能與輻射性物質(zhì)結(jié)合而將其排出體外。另外,，葉綠素還有養(yǎng)顏美膚的功效,。

　　葉黃素

　　葉黃素又叫植物黃體素,，化學(xué)名稱為3-3'-二羥基-β-胡蘿卜素，分子式為C40H56O2,，分子量為568.85;不溶于水,，易溶于油脂和脂肪性溶劑;純?nèi)~黃素為黃色棱狀晶體，有金屬光澤,，對光和氧不穩(wěn)定,，應(yīng)貯存于陰涼干燥處，避光密封,。

　　葉黃素在自然界中與玉米黃素共同存在,，是構(gòu)成玉米、蔬菜,、水果,、花卉的植物色素的主要成分，含于葉綠體中,。葉黃素將吸收的光能傳遞給葉綠素,，對光氧化、光破壞具有保護作用,。葉黃素還是構(gòu)成人眼視網(wǎng)膜黃斑區(qū)的主要色素,。葉黃素是一種廣泛存在于植物體中的天然色素，屬于類胡蘿卜族,。目前已知自然界中存在著600多種類胡蘿卜素,，其中只有約20種存在于人的血液和組織中。在人體中發(fā)現(xiàn)的類胡蘿卜素主要有α-胡蘿卜素,、β-胡蘿卜素,、隱黃素、葉黃素,、番茄紅素和正未黃素,。醫(yī)學(xué)實驗證明，植物中所含的天然葉黃素是一種性能優(yōu)良的抗氧化劑,，在食品中加入一定量的葉黃素可預(yù)防細胞衰老和機體器官衰老,，同時還可預(yù)防老年性眼球視網(wǎng)膜黃斑退化引起的視力下降與失明。經(jīng)一系列醫(yī)學(xué)研究,，胡蘿卜素類已被建議用作癌癥預(yù)防劑,、生命延長劑、潰瘍抵制劑,，心臟病與冠狀動脈疾病發(fā)作抵制劑。另外,，葉黃素還可用作飼料添加劑,、食品著色劑和營養(yǎng)保健劑,。

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