食品及其原料中的黑色素研究進展

沈玥祺，吳文標

（西南大學食品科學學院，重慶 400715）

黑色素是含芳香基團的高分子聚合物，它吸收可見光（一般可采用分光光度計在405 nm等處測定吸光度以檢測黑色素的含量），具有黑色特征[1]。一定量的黑色素賦予食品黑色，各類消費者對于“黑色的天然/加工食品”的接受程度變得越來越高，近年來甚至有將“黑色的天然/加工食品”作為健康食品標志的趨勢。黑色素在食品中分布廣泛，普通人群對黑色素的攝入量達到約10 g/d[2?3]。奧利奧黑色餅干的每年世界消費次數達到75億以上，其年銷售額達到20億美元以上，是目前世界消費量最大的餅干品種[4?5]。聯合國糧農組織預測到2023年具黑色的紅茶年增長率將達到2.9%，總產量達到417萬噸，產值達到10億美金以上[6]。黑色的咖啡在全球市場的銷售額達到1730億美金[7]；黑色的巧克力在全球市場的銷售額預計至2026年將達到1899.9億美金[8]；黑色的可口可樂在2020年的全球銷售額達到715億元[9]，此外，還有許多具有黑顏色的暢銷食品或飲料。

目前，越來越多的研究表明許多存在于食品及其原料中的黑色素（定義為食品黑色素）對人體健康有利。對于“黑色食品”的基礎應用以及開發研究正日益增長。例如，利用墨魚汁[10?11]、紅茶[12]、食用菌[8,13]和其它各種食品或食品原料[14]所含的黑色素開發功能食品和食用色素。常見的食品黑色素主要有三種：天然食品黑色素、美拉德反應生成黑色素和焦糖型黑色素。本文就上述三類黑色素的食品來源、組成及結構、功能特性和食用安全性等方面進行綜述。

1 生物體內合成的天然食品黑色素

黑色素廣泛地存在于天然黑色食品中，例如，各種類別的黑米、黑豆、黑麥、各類黑色水果（如黑莓、桑葚）、黑玉米、黑色真菌（如黑木耳）、黑藻類（如紫菜）、黑肉（如烏雞肉）、黑色魚皮、黑色發酵食品（如黑豆豉）和黑色螞蟻等昆蟲，其分布的廣泛性使得天然黑色素的種類、結構和性質具有一定差異，從而表現出特異性。因此，以下根據天然食品黑色素不同來源分為形成黑色素的前體物質、動物黑色素、植物黑色素、食用菌黑色素、細菌黑色素和昆蟲黑色素幾個方面分別論述。

1.1 天然食品黑色素的前體物質

圖1中展示的是天然食品黑色素在生物體內合成的主要或最常見的前體物質。以L-酪氨酸和L-多巴為前體物質可形成真黑素（eumelanin），L-多巴可由L-酪氨酸衍生而來。一般而言，以5-硫-半胱氨-多巴為前體物質可形成假黑（褐）色素（pheomelanin），這類色素中，有的可能會增加癌癥風險，具有危害食品安全方面的風險，需要嚴格控制其在食品中的含量[15?17]；以多巴胺和5-硫-半胱氨-多巴胺為前體物質可形成神經黑色素，這類色素在非人靈長動物大腦中有少量存在，在許多低等動物組織中及其它食品或原料中沒有發現[18]。以N-乙酰-多巴胺為前體物質可形成昆蟲類黑色素，其在食物中作為色素的適用性可能取決于可食昆蟲作為食品資源的發展潛力[19]。以兒茶酚為前體物質可以生成植物類兒茶酚-黑色素，此類色素的顏色為黑褐色至完全黑色，在紅茶中的黑色素可能主要屬于這類色素。由于其分布廣泛，特別是加工或儲藏過程中的酶促或非酶促褐變產生的黑色或褐色物質都屬于此類色素，所以其隨日常飲食被攝入的概率較高。以1,8-二羥基萘（DHN）為前體物質可生成真菌類DHN類-黑色素，有的可能會成為毒性因子，進而存在危害食品安全方面的風險，需要監測其含量[20?22]。以4-谷氨酰胺基羥基苯（GHB）為前體物質可形成蘑菇類GHB類-黑色素（此類色素既可能在食用菌中形成，也可能在致病菌中形成，實際應用時應該小心區分；雖然基本只在蘑菇中發現此類色素，但其不一定是蘑菇中存在的唯一黑色素）。以2,5-二羥苯乙酸（HGA）為前體物質可形成膿黑素（pyomelanin）多為細菌黑色素，通常因為致病菌的生長而產生，有的可能會成為毒性因子，從而產生危害食品安全方面的風險，因此，對其含量進行監測很重要[23?24]。

圖1 天然黑色素在生物體內合成的主要前體物質Fig.1 Main precursors of forming melanin in bio-tissues

1.2 動物黑色素

在一些動物體內，以酪氨酸為前體物質形成黑色素是主要途徑。這種途徑主要產生褐色至黑色的真黑色素。真黑色素是一種高分子聚合物，由于其溶解性較差且不易分解，難以得到結晶態的純品，所以研究其結構較為困難。這也是至今為止，對此類黑色素的結構不能完全確定的原因。盡管有研究運用核磁共振技術對此類黑色素的結構進行了研究，但是這類研究所獲得的結果對于準確地判定這類黑色素的分子結構而言仍具有局限性[25?27]。

1.2.1 組成及結構 日本學者Ito及其團隊研究表明，通過用堿性介質中的高錳酸鉀或雙氧水加熱化學降解真黑色素可得到不同比例的5,6-二羥基-2-吲哚甲酸（5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid，DHICA）和5,6-二羥基-2-吲哚（5,6-dihydroxyindole，DHI）。這些吲哚碎片能在堿性過氧化氫的氧化作用下轉化為吡咯-2,3,5-三羧酸（pyrrole-2,3,5-tricarboxylic acid，PTCA）、吡咯-2,3-二羧酸（pyrrole-2,3-dicarboxylic acid，PDCA）、吡咯-2,3,4,5-四羧酸（pyrrole-2,3,4,5-tetracarboxylic acid，PTeCA）、吡咯-2,3,4-三羧酸（pyrrole-2,3,4-tricarboxylic acid，isoPTCA）以及少量其它吡咯羧酸和氨基羥苯丙氨酸（AHP）[28?32]。科學界一般普遍接受5,6-二羥基-2-吲哚是構建黑色素的基本單元，其2，3，4和7位通常是參與聚合的活性位置，在位點2可能會羧化[29,32?36]，但至今沒有新的聚合理論或模式提出，傳統認定的動物黑色素的經典推導模式如圖2所示，可用傅里葉變換紅外光譜儀對芳香烴骨架、脂肪族烴基和酚型或醌型碎片進行鑒定[37]。

圖2 推導的天然動物黑色素的經典分子結構模式[38]Fig.2 Structural model of eumelanin commonly accepted[38]

1.2.2 在可食動物組織或器官中的含量 表1中展示了一些可食動物組織中黑色素的含量。除了表中展示的數據以外，烏骨類動物的其它可食組織中也含有相當高的黑色素；例如，黑色骨骼肌中的尺側腕屈肌的黑色素可占其在烏骨雞中總量的3.19%[42]。

表1 一些動物組織或器官中黑色素的含量Table 1 Melanin content of some animal tissues or organs

一般而言，絕大多數天然動物黑色素不溶于水，但是也有少量能存在于水基介質中的黑色素。例如在山羊血清中發現有黑色素[41]，墨魚的墨汁中存在有大量的黑色素[41]。這些可溶性黑色素為膳食發展提供了一定的貢獻。

1.2.3 功能特性及食用安全性 由于水溶性差和不容易降解，所以多數天然動物黑色素很難被人體消化吸收，但是隨飲食攝入后，其在人體的腸胃系統中會停留一定的時間，因而對人體會產生一定的作用。有研究結果表明這類黑色素具有很強的抗氧化活性[43?44]，可能具有強的抗氧化損傷或衰老的作用；海洋動物黑色素被發現具有抗炎癥作用[45]；動物黑色素具有螯合重金屬離子的作用，因而具有抗化學損傷的功能；其還可能抑制腸胃系統潰瘍病的發生[46]。動物黑色素是否具有其它方面的功能特性有待于進一步研究。

因為多數此類黑色素的水溶性和降解性較低，理論上而言，其對人體致毒的可能性比較低，文獻中難以找到有關這類色素的毒性方面的實驗科學評價信息，未來值得在這方面開展研究。

1.3 植物黑色素

相對于動物黑色素而言，植物體內天然形成的黑色素更為復雜。除了可能具有以酪氨酸為前體物質形成的黑色素以外[4]，還可能含有以酚類化合物為前體物質在多酚氧化酶的作用下氧化而形成的黑色素。此外，還有花青素類黑色物質。關于食品或食品原料中具有黑色的此類物質的信息資料非常有限；有大量關于食品中由原花色素產生的具有各種不同顏色的花青素的研究報道[47?48]，天然食品原料或加工食品的顏色可能有各種花青素或原花色素貢獻的復合色，這類色素經深度氧化后也可能產生黑色素；原花色素是由含有兒茶酚（鄰苯二酚）單元的兒茶素或表兒茶素為基礎單元組成的高分子酚類化合物等。

關于一些黑色植物食品例如黑豆、黑米、黑麥中本身具有黑色的物質的組成及結構研究資料很有限。一般而言這些黑色食品中的花青素含量相對較高，其深度氧化后也可能變成黑色素，這對組成和結構研究應該會有一定的啟示作用，也難以找到關于在這些食品中黑色素的含量及其功能評價等方面的實驗研究報道，未來值得加強上述方面的研究工作。

1.3.1 酚類氧化形成的黑色素 不以酪氨酸為前體物質的植物黑色素形成途徑較為多樣化，其主要涉及以酚類化合物為前體物質的氧化過程。根據形成機制不同，分為酶促和非酶促作用形成的黑色素。

關于酶促作用下形成的黑色素，學者普遍接受在植物酚類（多酚）氧化酶的作用下形成黑色素的機制。常見的有以兒茶素為前體物質形成的兒茶素類黑色素或異黑色素（allomelanin），關于兒茶素在多酚氧化酶作用下形成黑色素的過程展示于圖3。兒茶酚（鄰苯二酚）還可以由苯酚氧化而得。除了圖3所示的途徑以外，酚類氧化成醌類后可與含硫化合物（R’-SH；例如半胱氨酸、谷胱甘肽）反應在銅藍氧化酶（laccase）作用下或進一步與O-醌反應形成黑色的或褐色的高聚物，與水反應并進一步與O2或O-醌反應在多酚氧化酶作用下形成深色的高聚物。

關于非酶促作用形成的黑色素，酚類氧化成醌類后可與氨基酸、低聚肽或蛋白質反應并進一步與O2或O-醌反應形成深色的高聚物。根據反應程度不同或氨基酸等反應物的不同，可能產生黑色的高聚物，也可能產生其它類深色化合物。

1.3.2 組成及結構 酚類氧化而形成的黑色素不含氮、硫等，其具體的組成非常復雜，目前現有的研究結果尚難以完全揭示其組成與結構。除了如圖3以兒茶酚為前體形成的黑色素外，還有以其它酚類例如咖啡酸為前體物質形成的黑色素。

圖3 推導的兒茶酚黑色素的形成機制Fig.3 Predicted mechanism of forming catechol melanin

在這方面已進行大量的初探性研究。對此類黑色素進行組成和結構研究時，一般采用堿提酸沉的方法予以初步純化，得到能溶于堿不溶于水、有機溶劑和酸的、有光澤的黑色粉，然后通過強氧化劑例如溴水、高錳酸鉀或雙氧水分解，得到失去原來顏色的物質[49]。這種物質不溶于稀氯化鐵溶液中，但能溶于高濃度氯化鐵溶液，鑒定發現其含有醌型和酚型化合物[13]。有研究利用紫外-可見光分光光度計輔助確證不同來源黑色素的結構特征，其在190～300 nm有最高吸收峰[50]。此類黑色素中的脂肪族烴基、芳香烴骨架和酚型或醌型碎片可用傅里葉變換紅外光譜儀鑒定；芳香環上的碳、氫、連接氮或氧的甲基或亞甲基、連接吲哚基的氨基、烷基碎片可用核磁共振予以鑒定；半醌自由基可用電子順磁共振波譜法鑒定[51]；此外，可用分光光度法對以下的一些植物組織中的黑色素組成/結構進行過初步分析：西瓜籽、葵花籽、蕎麥、葡萄籽、番茄籽、桂花籽、夜茉莉籽、芝麻籽、甘薯（紫色）、黑芥籽和油菜籽、板栗、大蒜、燕麥和大麥[13,52?59]。飛行時間質譜（MALDI-TOF MS）顯示，燕麥黑色素是由p-香豆素組成的單一高聚物；含有3～9個單元[13]。

此類黑色素的結構也較為復雜，至目前為止完全揭示其具體結構的研究報道仍然很有限。或許未來在這方面值得進行較為深入的研究。

1.3.3 在可食性植物組織中的含量 幾乎難以查找到關于此類黑色素在各種植物性食品中的含量的直接測定值。因其由酚類化合物氧化而產生的，所以在酚類化合物含量高的食品中此類黑色素的含量可能會高。這跟酚類化合物暴露在空氣中的程度有關，因此，不同的加工方法可能得到黑色素含量不同的食品。例如，馬鈴薯、蘋果等被切開或打碎后很快就會變成黑色或黑褐色。

雖然關于一些植物組織中黑色素的含量報道較少，但是有一些有關其提取率方面的結果發表。例如，自紅茶中能提出約2 g/100 g黑色素，自黑豆中能提出約0.17 g/100 g黑色素[60]；焙烤過的咖啡中能提出約25 g/100 g[61]，其中有一部分是此類黑色素。

1.3.4 功能特性及食用安全性 涉及以酚類化合物為前體物質形成的黑色素的功能特性方面研究文獻資料較少，特別是對應于精確結構的功能研究結果信息更為有限。例如，用堿提、酸解和重復沉淀制得的紅茶黑色素類似物被發現具有促進免疫功能的活性[62]，來源于茶葉[63]和咖啡[64]等的黑色素具有強抗氧化活性和保護大腦功能，杏子類黑色素能通過阻止線粒體氧化和膜去極化而防止氧化型內皮細胞死亡[65]，來源于黑種草（Nigella sativa）籽的黑色素具有預防腸胃潰瘍的作用[46]，來源于茶葉[66]、葡萄[67]和黑種草[68]等的黑色素具有保護肝臟的作用，來自于黑豆和黑芝麻中不含蛋白質的黑色素被發現具有抗腫瘤的作用[69]，來源于黑種草[70]和葡萄[67]的黑色素具有抗炎癥作用。

在過去已發表的文獻中可以找到大量關于抑制此類黑色素生成的研究報道[71]，主要集中于對酶促褐變抑制方法的研究，即開發多酚氧化酶抑制劑。例如，用生姜萃取物和桂皮油抑制多酚氧化酶以阻止蔬菜和水果褐變[72]；用辣椒、洋蔥和菠蘿萃取物抑制生姜多酚氧化酶的活性[73]，還有通過抑制多酚氧化酶制止蔬菜和水果褐變的綜述性文章[74]。這可能主要是基于對感官性質影響的考慮。黑變或褐變后對人體健康是有利還是有害，可能取決于所形成黑色素的組成與結構。需要注意的是：黑變或褐變可能是有害微生物生長的標志，這種變化可能會伴隨有其它有害變化（例如壓榨油或臘肉變黑可能伴隨有苯并芘（Benzopyrene），即一級致癌物的產生）等。總之，在這方面的研究還不是很充分，或許未來應該加強這方面的實驗研究工作，關于抑制和加強此類褐變誰更有利的爭議仍將繼續。

1.4 食用菌類黑色素

從食用菌中也能分離出以多巴或酪氨酸為前體物合成的黑色素，其合成途徑和分子結構組成與前述的基本類似（見“1.1”和“1.2”）。此外，還能分離出含硫的黑色素。在黑木耳中，還發現有以1,8-二羥基萘（DHN）為基本單元形成的黑色素，1,8-二羥基萘由1,3,6,8-四羥基萘轉化而來。還有一類只在蘑菇或其它擔子菌中發現的黑色素，其以4-氨基苯酚（PAP）或谷氨酰胺-4-羥基苯（GHB）為前體物合成的。

1.4.1 GHB-黑色素 這類色素又稱為PAP-黑色素。芳香環最初來源于分支酸，其轉化成4-氨基苯酚后，與谷氨酸結合形成谷氨酰胺-4-羥基苯，在酪氨酸酶的作用下逐步轉化成醌類化合物后聚合成黑色素。圖4展示了其形成機制。此類黑色素主要由2-羥基對亞基苯醌（2-HpIBQ）為基本單元聚合而成，但是有少量的中間體，即4-谷氨酰胺基二羥基苯（GDHB）和4-谷氨酰胺基苯醌（GBQ）參與到最終形成的黑色素分子中。

圖4 GHB-黑色素的形成機制Fig.4 Mechanism of forming GHB-melanin

1.4.2 組成及結構 關于菌類黑色素的具體組成和結構非常復雜，缺乏對其進行完全揭示的科學數據。但是，文獻中能找到給出部分相關信息的研究報道。例如，黑木耳黑色素中含41%碳、5%氫和1.6%氮（含S少）；可能是DHICA/DHI-和 DHN-類黑色素的混合物；關于DHN-類黑色素和含硫黑色素的結構式也有建議[72]。對于雞樅菌（Termitomyces albuminosus）中的黑色素的結構用掃描電鏡（scanning electron microscopy）、元素分析、紫外-可見分光光度計、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transformed infrared spectroscopy）、電子順磁共振（electron paramagnetic resonance）和13C（CP/MAS）核磁共振進行過表征研究，這種純黑色素中含有碳、氮、氧和硫[75]。

1.4.3 在食用菌組織中的含量 在一些黑色的食用菌或某些食用菌組織中，黑色素的含量相對很高。例如，黑色素在黑木耳中的含量可以高達10%。黑色素在雙孢蘑菇（Agaricus bisporous）和四孢蘑菇（Agaricus campestris）的孢子壁中的含量分別高達26%～28%和24%～26%[75]。

1.4.4 功能特性及食用安全性 關于食用菌中特有的一些黑色素的功能性質評價研究結果相對不多。但是，其肯定具有較強的抗氧化性。有研究認定食用菌具有降血壓、調節免疫力、降血脂、抗癌、抗炎癥或抗菌作用[76]，這些功能是否全部或部分由其特有的黑色素貢獻的尚待進一步實驗研究。

關于來源于食用菌的黑色素的食用安全性的評價研究資料或結果仍然有待于加強。但是，考慮到原料被長期食用而沒有出現中毒現象，此類黑色素能被安全食用的可能性很大。實際應用中需要注意的是：有研究認為DHN-黑色素可以具有毒性[77]，應當加強其監測工作，未來值得加強獲取其食用安全性方面數據的實驗研究。

1.5 細菌黑色素

一般而言，在動物、植物食品和食用真菌中能發現的黑色素也可能存在于細菌中。此外，細菌中還有可能形成2,5-二羥苯乙酸（HGA）-型黑色素，其生成途徑如下：酪氨酸在轉氨酶的作用下變成p-羥基-苯酚基丙酮酸，然后在對羥基苯丙酮酸雙加氧酶作用下轉化成2,5-二羥苯乙酸（HGA）；在缺乏高龍膽酸雙加氧酶活性的情況下受銅藍氧化酶或其它酚氧化酶的作用將2,5-二羥苯乙酸轉化成p-醌；p-醌可進一步轉化成2,5-二羥苯乙酸二聚合體；2,5-二羥苯乙酸、p-醌或2,5-二羥苯乙酸二聚合體可轉化成2,5-二羥苯乙酸（HGA）-型黑色素.

1.5.1 組成及結構 與前面所述其它類黑色素一樣，至今為止，細菌類黑色素的組成與結構也沒有完全被理解或揭示清楚。這主要受其不溶于水的限制，不破壞其原始結構很難將其萃取出來。不過，學術界對揭示細菌類結構也作了一些初步探索。例如，采用掃描電鏡、紫外-可見分光光度計、傅里葉變換紅外光譜和核磁共振對淡青鏈霉菌（Streptomyces glaucescensNEAE-H）黑色素的結構進行了表征[61]。

1.5.2 功能特性及食用安全性 至今為止，對于細菌類黑色素的功能性質的研究非常有限。這類黑色素中有一部分是無毒的，即可以被安全食用。此外，有少量關于此類黑色素的生物活性方面的研究，例如，自淡青鏈霉菌中分離純化出來的黑色素具有抗氧化性和抗癌性[78]。

2,5-二羥苯乙酸（HGA）-型黑色素可能是致毒的，因此在利用細菌生產應用于食品中的黑色素時，應該充分考慮其存在的可能性，如果存在就需有合適的方法予以除去或脫毒。過去對于此類毒素的研究動力主要是源于了解其毒性的欲望。未來在細菌黑色素的功能性質或生物活性、毒性評價和脫毒方面加強研究具有很好的前景。

1.6 昆蟲黑色素

對于昆蟲黑色素方面的研究相對于動植物或甚至微生物黑色素而言較為有限。一般認為昆蟲黑色素是以酪氨酸或多巴為前體物質而形成的，但是相比較而言，具有不同的途徑。一種典型的昆蟲黑色素形成途徑如下：酪氨酸→多巴→多巴胺→N-乙酰-多巴胺→N-乙酰-多巴胺醌→黑色素[79]或見圖5。

圖5 N-乙酰-多巴胺醌異構成亞甲基醌中間體以后形成黑色素機制Fig.5 Mechanism of forming melanin after N-Ac-Dopamine tautomerized to a quinone methide

關于此類黑色素在可食昆蟲（如螞蟻）中含量的數據、組成與結構、功能性質或生物活性、食用安全性方面的數據都很有限。未來值得在這些方面加強實驗研究。但是，近年來對存在于可食用昆蟲-黑兵蠅幼蟲（Black Soldier Fly，Hermetia illucens）[80]中的黑色素有較為廣泛的研究，內容涉及抗氧化性等功能性質[81]、抗菌活性[82]和物理化學性質/抗氧化性[83]等。

2 美拉德反應生成的黑色素

食品中含有的還原糖性基團例如葡萄糖的醛基、果糖的酮基、及其它類有機化合物的羰基可以與自由氨基例如氨基酸、多肽或蛋白質中的氨基發生羰胺反應，并進一步發生系列聚合反應而最終形成黑色素。這種反應主要發生在對食品進行蒸煮、烘烤等熱加工處理過程中。雖然有大量關于此類反應的研究報道[84]，對其反應機理也有大量的探索[85?86]，但是至今對于其終端產物-黑色素的結構仍然沒有完全了解。

2.1 在食品中的含量

美拉德反應生成的黑色素在未經加工的食品原料中含量很少，但是它在經過熱加工處理的食品，尤其是富含還原糖和氨基酸或肽或蛋白質的食品中含量卻較高。例如，咖啡、可可粉或可可飲料、面包、松餅或蛋糕、其它烘焙食品、早餐谷物或麥片、烹飪過的肉、制麥芽、蜂蜜、加工牛乳（尤其是高溫滅菌乳）、黑啤、深色酒或甜葡萄酒、香醋、加工番茄、烤土豆、醬油都含有一定量的此類黑色素。此類黑色素在咖啡飲料干物質中的含量約為7.2%～35%[87?89]、在面包皮中的含量為14%～30%[90]。此類黑色素在部分其它加工食品中的含量如下：含55%可可粉的巧克力約15%、100%可可粉約22%、餅干10%～20%、早餐谷物約25.5%、全面包1.6%～6.0%、占傳統香醋干物質的74%～93%、大麥咖啡約1.44%、每100 mL啤酒0.06～10.4 g、每100 mL甜葡萄酒11～17 g[91]。

2.2 功能特性及食用安全性

關于此類黑色素（一種不溶于水的黑色素蛋白復合體）通過化學保護機制抑制腸胃癌發生的研究始于2002年[92]，當時以面包皮為原料進行了實驗，結果證明有效。2003年，用餅干中的水溶性黑色素蛋白復合體做實驗，也證明其具有抗癌潛力[93]。2005年，以面包皮和制麥芽為原料做實驗證明其所含的黑色素蛋白復合體有抗癌性[94]。2011年，咖啡黑色素被實驗證明具有抗癌潛力[95]。2014年，對不同來源黑色素的抗癌潛力進行了比較研究，結果證明咖啡黑色素最具潛力[96]。

除上一段中所述的以外，此類黑色素還具有其它多種功能特性。比如較強的抗氧化性。存在于膳食例如面包皮、咖啡和黑啤中的此類黑色素能提高低密度脂蛋白的氧化穩定性；過去研究得最多的是咖啡（一種典型的黑色素飲料）中的黑色素，其具有防止DNA氧化損傷的能力[97]；由于此類黑色素不能被消化吸收，所以它可能具有膳食纖維功能，其結構特征在一定程度上類似于含有阿魏酸的阿拉伯木聚糖，其在腸道內可能被發酵[91,98]；自咖啡、啤酒和甜葡萄酒中分離出來的純黑色素具有血管緊張素轉化酶（ACE）抑制活性[99]。此外，從葡萄糖-氨基酸反應產物中純化出來的黑色素也具有ACE抑制活性[100]。因此，此類黑色素具有降低血壓的潛力，螯合金屬離子的作用。因此此類黑色素對于食品中可能有的重金屬污染具有消除毒性的作用[101?102]、抗菌和抗炎癥的作用。當然，這種作用與黑色素的具體組成和結構、濃度、形成條件、培養基pH和溫度、以及分子量（一般高于1000 Da的抑菌活性高于低分子量的）有關[95,103]；最新研究表明咖啡和面包中存在的黑色素具有降低能量攝入量的作用[104]。盡管自日本黑醋中分離出一種黑色素是否美拉德反應生成的尚待進一步研究，但是它具有抑制脂肪細胞或組織形成的作用[105]。咖啡黑色素具有保護細胞的作用[106]。

關于此類黑色素的食用安全性方面的資料較為有限。既然此類黑色素具有螯合金屬離子的作用，那么就應該在應用的過程中注意避免引起微量礦質元素缺乏的問題。另外，美拉德反應過程中可能產生具有致基因突變的物質，但是關于其終端產物-黑色素在這方面的作用尚需可靠的科學證據。在制作和應用此類黑色素時應該嚴格控制各方面條件，尤其需要嚴格控制雜質含量，以避免風險，或許分離和純化此類黑色素后再評價其食用安全性是一種好的方法。

3 焦糖色素

焦糖色素屬于人造黑色素，其顏色為黑褐色至黑色，形態為液體或固體，氣味有燒焦的糖味，食味令人愉悅但略帶苦味。目前此類色素被大量地應用于某些加工食品或飲料（例如可口可樂、啤酒）中。

一般將糖與堿或酸混合一起加熱通過醛和酮縮合反應聚合而成。氨型焦糖色素通過美拉德型反應制得，即羰基與氨基或氨反應形成的黑色素。硫酸鹽型焦糖色素也是美拉德型高分子聚合物。 目前生產的有四類焦糖色素：焦糖色素I（不能用氨或硫酸鹽制作，又稱為酒焦糖）、焦糖色素II（用硫酸鹽但不用氨制作）、焦糖色素III（用氨但不用硫酸鹽制作，又稱為啤酒焦糖、面包或糕點焦糖）、焦糖色素IV（使用硫酸銨制作，軟飲料焦糖或耐酸焦糖）。

關于焦糖色素的功能性質或生物活性方面，有研究證明其具有抗氧化活性[107?110]。至今為止，難以找到其它功能性質方面的科學研究證據，值得進一步加強相關研究。

在焦糖色素的食用安全性方面，目前對于焦糖色素I還沒有可接受攝入量設定值，其它焦糖色素的可接受攝入值（mg/kg體重）如下：焦糖色素II 0～16、焦糖色素III 0～200、焦糖色素IV 0～200[110?111]。

4 結論

黑色素品種繁多，形成機制也是多種多樣，這主要與酪氨酸酶和多酚氧化酶的催化活動有關。酶促生成的天然黑色素存在于許多動物、植物、微生物（尤其是真菌）、昆蟲食品或原料中；美拉德反應形成的黑色素廣泛地存在于許多加工食品中。目前雖已對于各類食品原料或食品中以及一些熱加工食品存在的黑色素的形成機制、黑色素結構進行了大量的探索，也提出了普遍接受的模式，但是由于其非常復雜，尚需更多的和可靠的科學數據以將其完全揭示出來。

在黑色素的功能性質或生物活性方面，已開展了大量研究。現有研究結果證明其具有以下幾方面的功能特性：抗氧化性、抗癌性、抗菌和抗炎性、降血壓或血脂性、保護腸胃系統、螯合金屬離子。酚類氧化形成的色素還被證明有護肝和調節免疫功能的作用。除了抗氧化性以外，對于常用于加工食品或飲料的人造焦糖色素是否具有其它方面功能性質尚需可靠的評價結論，在這方面仍有廣闊研究前景。

在食用安全性方面，根據長期飲食實踐應該可以推定食品中存在的絕大多數黑色素是安全的。雖然在形成或生產黑色素的過程中可能伴隨有致毒因子產生，并且有部分天然形成的黑色素具有毒性，但是對于各種食品或食品原料中的黑色素或人造焦糖色素本身是否具有毒性尚無相關方面的研究證據，未來值得在各種黑色素的純化和毒性評價方面進一步開展實驗研究。