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【背景及概述】[1][2][3]
食品著色劑又稱食用色素，是食品中能夠吸收和反射可見光進而使食品呈現(xiàn)各種顏色的物質，是食品添加劑中的重要門類。根據(jù)來源可分為食用天然色素和食用合成色素。天然色素是從天然原料中提取而來，可直接來源于植物組織、動物體或微生物的代謝產(chǎn)物。合成色素則是利用化學方法從煤焦油及其副產(chǎn)品中合成而來，其來源豐富，成本低，收率高，具有呈色鮮艷亮麗，著色強而穩(wěn)定，色調豐富多樣等優(yōu)點。天然色素雖然來源廣泛，但大部分是來自于可藥食兩用的資源，安全性高，呈色自然柔和，具有特殊的芳香氣味，兼有一定的營養(yǎng)價值和藥理作用，因此越來越受人們青睞。但是天然色素的發(fā)色基團為不飽和雙鍵的共軛體系，這種共軛體系性質活潑，導致天然色素的性質不穩(wěn)定，容易受外界條件影響而褪色或變色，如光、熱、金屬離子等，且對酸堿的變化也較為敏感。
姜黃是食品天然黃色色素，具有良好的染著性和分散性，其染色力優(yōu)于其它天然色素和人工合成的檸檬黃素等，尤其對蛋白質有很強的染色能力。姜黃色素通常稱為姜黃素，是中藥材姜黃(Rhiozmacucrumalongae)的有效成分之一，在姜黃中含量約為3%-6%。姜黃素的主要成分包括其主要成分為姜黃素、脫甲氧基姜黃素、雙脫甲氧基姜黃素，是大自然中極為稀少的二酮類有色物質。姜黃色素具有很強的防腐性，無毒副作用，集著色與防腐為一體，被廣泛應用于飲料、果酒、糖果、糕點、罐頭、果汁及烹飪菜肴中，已成為國內外重要的天然食品添加劑之一，同時也是聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)所規(guī)定的使用安全性很高的天然色素之一。
【結構】[3]
姜黃色素分子主要由兩個阿魏酸構成，結構如下：
【理化特性】[3]
橙黃色結晶性粉末，具有特殊的芳香味，熔點為 179℃～182℃，有淡淡
的綠色熒光，呈弱酸性。不溶于水，可溶于乙醇、丙二醇，易溶于堿性溶液和冰醋酸。用 95%乙醇為溶劑所配的姜黃素溶液，在 425nm 處有最大吸收峰。在硫酸溶液中呈紅色，在醚溶液中顯綠色熒光。姜黃色素的顯色受 pH 影響，高純度的姜黃色素溶液偏酸性條件下（pH＜7.0）呈純黃色至橘黃色，在堿性條件下（pH＞9.0）呈棕色至紅棕色，在中性條件下（pH=7.0～8.0）呈玫瑰紅色，故可以作為化學指示劑應用在硼離子的測定中姜黃色素具有一定的抗氧化性和耐還原性，對 DPPH·和羥基自由基均有一定的清除效果，但該色素溶液對光極不穩(wěn)定，放置在室外強日光條件下8h，該色素的吸光度保存率僅為 15.91%。氫氧化鎂會與姜黃色素形成色淀，其他金屬離子如 Fe3+、Ca2+、Cu2+、Fe2+對姜黃色素的穩(wěn)定性影響較大，尤其是鐵離子會打破長鏈中的雙鍵，或取代酚羥基中的氫原子形成螯合物而導致姜黃色素變色，研究表明，當鐵離子量達到色素量的 3.6 倍時，姜黃色素降解率達到43.9%，當鐵離子濃度達到 10ppm 以上時會使其變?yōu)榧t褐色，染色能力降低。
【提取】[3][4]
1. 溶劑提取法
溶劑提取法是提取天然產(chǎn)物最基本的方法，所用溶劑有甲醇、乙酸乙酯、丙酮、乙醇等，其中丙酮的提取率最高，乙醇的提取率最低，原因是姜黃色素在這三種溶劑中的溶解能力不同，有機溶劑對總姜黃素的溶解性越好，就越有利于色素分子的擴散，則越容易將總姜黃素溶解提取出來，丙酮提取率最高，但丙酮有一定的毒性，所以大多研究采用乙醇提取，從提取的工藝上優(yōu)化改進，采用加熱循環(huán)回流提取、滲漉法、分段浸提等工藝提高提取率，以 95%乙醇為萃取劑時，機械攪拌提取、加熱提取、循環(huán)提取對姜黃色素提取液的濃度有不同影響，結果表明經(jīng)過相同時間后，提取物的濃度大小關系為：機械攪拌提取＞循環(huán)提取＞加熱提取。姜黃色素在有機溶劑中的溶解度較高，產(chǎn)品提取率也較高，但是萃取劑的使用量大，回收也需消耗大量能量，導致成本增加，且提取物中會有大量的油脂、樹脂、類脂溶性的雜質存在，加大了粗提物的分離純化難度。為避免上述缺點，減少或者避免使用有機溶劑，許多研究著力于增加姜黃色素的溶解度或者探索新型無毒溶劑的使用，如十二院基硫酸鈉(SDS)，TX-100 和十四院基三甲基溴化按(TTAB)能有效地將姜黃素的溶解度提高到將近 1800 倍。
2. 酶法提取
使用果膠酶和纖維素酶作為復合酶作用于姜黃塊莖，使植物細胞壁的主要成分水解，導致細胞組織結構發(fā)生膨脹、疏松、潰散等變化，減小胞內物質向外擴散的阻力，增大物質的傳質面積，促進色素成分的釋放，從而提高收率，試驗結果表明，酶法提取相對于傳統(tǒng)浸提工藝收率可提高 8.1%。另一方面，植物色素大多吸附在大分子上，可以采用酶將大分子降解成小分子，減小色素的附著力，從而使色素脫落至提取劑中。
3. 超聲提取法
超聲波可明顯加快傳質速率，縮短提取時間，原因是超聲波具有較強的穿透能力，它的沖擊波能在固液體系中引起渦旋湍動，使得固液顆粒高速沖撞，在其邊界層形成沖擊流，使得邊界的傳質速率增大，同時邊界層不斷地受沖擊而減薄，界面更新快，相當于將固體顆粒剝蝕、粉碎，使得傳質表面積不斷增大，而超聲場的聚能效應可使物質局部產(chǎn)生高溫高壓，使物質間的化學鍵斷裂，破壞固體框架，減小束縛力和傳質阻力。超聲提取法與傳統(tǒng)的溶劑提取法相比，具有提取時間短，提取效率高，不需加熱的優(yōu)點，且在一定的強度范圍內不會對活性物質的結構有影響
4. 超臨界 CO2提取法
超臨界CO2提取技術是近年來發(fā)展起來的一種新型物質萃取技術，超臨界CO2具有氣體及液體的雙重特性，即低粘度、高滲透力，使得超臨界CO2提取與傳統(tǒng)的提取方法相比具有提取效率高、無溶劑殘留、操作溫度低等優(yōu)點，因此比較適合用于性質較為敏感的姜黃素的提取，但是應用超臨界CO2提取姜黃素時須加入夾帶劑，通常使用乙醇作為夾帶劑，且乙醇用量低于 35%時，產(chǎn)品的提取率會很低。采用超臨界CO2提取姜黃素時，夾帶劑用量和萃取壓力是影響姜黃素提取效果最重要的因素
5. 微波提取法
采用響應面法優(yōu)化姜黃色素的微波提取條件，得到的最優(yōu)提取參數(shù)為：微波功率 540W、料液比 1∶43、處理時間 30s，乙醇濃度為 73%，在此條件姜黃素的得率為 0.2045%；采用微波輔助萃取姜黃素，微波處理時間僅為 60s，姜黃素就達到最高的提取率，同傳統(tǒng)方法相比，微波萃取時間短、溶劑用量少、無污染等特點，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【藥理作用】[3][4][5]
1. 抗氧化作用：姜黃色素分子結構中的酚羥基可以去除自由基，另外它可作為細胞膜的抗氧化劑防止細胞膜免受鐵的刺激而引起的損傷，可以保護血紅細胞免受亞硝酸的影響而被氧化成高鐵血紅蛋白、可以保護 DNA 免受氧化損傷
2. 抗炎作用：姜黃色素分子中的苯環(huán)上含有 3,5-供電子基、4-羥基及不飽和酮，可以抑制炎癥介質和轉錄因子，從而發(fā)揮抗炎效應，可應用在心肌炎、腸道炎等炎癥治療中。
3. 抗腫瘤作用：其機理比較復雜還有待研究，但初步證明姜黃素能影響細胞周期和細胞凋亡，所以姜黃素可作為抗癌劑和抗突變劑，美國國立腫瘤研究所已將其列為第 3 代抗癌化學預防藥，姜黃素的抗腫瘤功能已經(jīng)成為國內外藥學研究者的探索熱點
4. 降血脂和抗動脈粥狀硬化作用：姜黃素可以減少脂質數(shù)量和膽固醇量，抑制膽固醇與蛋白質結合，從而抑制細胞氧化修飾低密度脂蛋白，結合降脂、抗炎、抗凝等反應，減少動脈損傷面積、抑制血管平滑肌細胞增生、抑制新內膜的形成，達到抗動脈硬化的作用。
此外，姜黃色素還具有神經(jīng)保護、預防老年性癡呆、抑制肥胖、延緩衰老、護肝護腎、抗 HIV 作用等多種生理功能。據(jù)資料顯示，姜黃色素產(chǎn)物中含有人體所需的 18種氨基酸和多種微量元素成分，可降壓利膽，行氣解郁，涼血破瘀，成為天然食用色素行業(yè)中極具開發(fā)前景的黃色素之一。
【應用】[3]
姜黃色素是一種具有良好著色性和分散性的天然黃色素，是國內外允許使用的重要天然食用色素之一。按照 GB2760-2011 的規(guī)定，可用于果凍、飲料、糕點、糖果、罐頭等的著色。此外，研究表明，姜黃色素具有一定的防腐效果，可以用于食品的防腐保鮮，0.025%以上的姜黃色素水溶液對淀粉食品、蛋白食品及肉類食品均有良好的防腐效果，濃度在 0.05%以上時可對蘋果原汁起到防腐作用。將姜黃素應用在臍橙的貯藏保鮮中，研究表明，用 0.05%姜黃素溶液水浴處理的果實在貯藏 180d 后，臍橙的爛果率和質量損失率均得到降低，且果實中的總糖、總酸、可溶性固形物含量等均得到有效地保持，果實仍具有較高的食用品質。
姜黃色素具有抗炎、抗腫瘤、降血壓等多種生理功效，因此在醫(yī)藥領域也被廣泛地應用，用于治療皰疹、痛經(jīng)、心腦血管等疾病，而高純度的姜黃素還可作為新型抗癌藥，甚至可用于 HIV 感染和 AIDS 患者的治療，通過臨床試驗證明，姜黃素的治療效果良好，且無毒副作用，已被列入美國藥典，并有成品藥面市。
除此之外，姜黃色素憑借其天然安全、保健防病、染色力強等多種優(yōu)點，應用在飼料工業(yè)、印染工業(yè)及土壤硼含量的測定中。
【主要參考資料】
[1] 劉樹興, 胡小軍. 姜黃色素的研究進展[J]. 陜西科技大學學報: 自然科學版, 2003, 21(4): 37-39.
[2] 梁錦麗, 孟宇竹, 雷昌貴. 姜黃色素的防腐性研究[J]. 糧油食品科技, 2007, 15(6): 67-71.
[3] 鄭君花. 姜黃色素的提取, 穩(wěn)定化及其應用研究[D]. 貴州大學, 2015.
[4] 狄建彬, 顧振綸, 趙笑東, 等. 姜黃素的抗氧化和抗炎作用研究進展[J]. 中草藥, 2010, 41(5): 18-21.
[5] 趙承光, 梁廣, 邵麗麗, 等. 姜黃素類化合物抗炎和細胞保護作用的構效關系研究進展[J]. 中草藥, 2008, 39(4): 619-622.