生物色素是生物細胞中的一類化學物質，它們因為一些特殊的化學結構，能夠對光線造成反射、干涉、散射或吸收等效果。生物色素種類繁多，來源廣泛，工業生產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、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發酵而成的優質天然食用色素，是紅曲菌的次級代謝產物。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用于食品行業，也可用于醫藥和化妝品的著色，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、調節血氨、調節血脂水平等功效。

　　紅曲色素主要通過微生物發酵獲得，微生物發酵產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，也可以通過發酵等藝優化，獲得低桔青毒素或不含估青毒素的產品。紅曲色素的生產工藝有固態發酵和液態發酵。根據生產工藝的不同，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

　　黑色素是酪氨酸經過一連串化學反應所形成的，動物、植物與原生生物都有這種色素。最普遍被了解的是經常被太陽照射后，人的面部會出現黑斑。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，生成一種叫“多巴”的物質，釋放出黑色素，使面部出現黑斑。其實，黑色素還有很多生理功能，在人體內不可或缺。它還被廣泛應用于食品著色劑、化妝品、染發劑、新型藥物載體等，還用于治療與黑色素缺乏有關的神經系統疾病，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，并可實現連續生產。鑒于黑色素巨大的發展潛力，利用微生物發酵生產黑色素將被廣泛應用。

　　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還主要依靠化學合成法。但化學法生產出的多為混合物，即具有不同構型和活性的手性物質混合物，所以其產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的植物提取法獲得此類天然色素。

　　發酵法生產類胡蘿卜素始于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酵生產β-胡蘿卜素，產率為1265毫克/升培養液;日本也報道了利用紅色精元桿菌生產類胡蘿卜素.在此基礎上可以較容易地生產番茄紅素。目前。我國部分企業已經掌握了生物法生產β-胡蘿卜素和番茄紅素的工藝。并已有相關產品而世。而蝦青素的生物法制造仍然是世界范圍內的研究熱點。從長遠來看，生物發酵生產類胡蘿卜素是生產天然色素的最佳途徑.而現代生物技術的發展勢必推動此類技術的快速發展。

　　葉綠素

　　葉綠素(Chlorophyll)是植物體內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變成化學能——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定平衡。光合作用是自然界無與倫比的化學反應過程，無論是參與反應的物質數量、時間、空間及功能效果，都是任何化學反應無法比擬的，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構非常相似，唯一的區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婦和失血者有幫助。據營養專家說，服用葉綠素能去除殺蟲劑與藥物殘留毒素，并能與輻射性物質結合而將其排出體外。另外，葉綠素還有養顏美膚的功效。

　　葉黃素

　　葉黃素又叫植物黃體素，化學名稱為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;純葉黃素為黃色棱狀晶體，有金屬光澤，對光和氧不穩定，應貯存于陰涼干燥處，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。葉黃素還是構成人眼視網膜黃斑區的主要色素。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。在人體中發現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。醫學實驗證明，植物中所含的天然葉黃素是一種性能優良的抗氧化劑，在食品中加入一定量的葉黃素可預防細胞衰老和機體器官衰老，同時還可預防老年性眼球視網膜黃斑退化引起的視力下降與失明。經一系列醫學研究，胡蘿卜素類已被建議用作癌癥預防劑、生命延長劑、潰瘍抵制劑，心臟病與冠狀動脈疾病發作抵制劑。另外，葉黃素還可用作飼料添加劑、食品著色劑和營養保健劑。