论文标题：Natural Dyes and Pigments: Sustainable Applications and Future Scope

论文链接：https://doi.org/10.3390/suschem6030023

期刊名：Sustainable Chemistry

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/suschem

一、引言

合成染料凭借色彩鲜艳、成本低廉、工艺成熟等优势，已成为纺织、食品、化妆品等众多工业领域不可或缺的原料。然而，其大规模生产与应用带来了显著的职业健康危害与环境毒性问题。部分偶氮染料在降解过程中会释放芳香胺，具有潜在致癌性与内分泌干扰效应。纺织行业作为合成染料最大消费领域，每年产生大量印染废水，未经妥善处理会破坏水生态、抑制水生生物生长、污染土壤与沉积物。随着全球合成染料市场持续扩张，欧盟REACH法规、美国EPA等监管政策不断收紧，消费者对安全、无毒、环保着色产品的需求日益提升，天然染料与色素正成为替代合成染料的重要方向。天然染料与色素来源于植物、微生物等，具有可生物降解、低毒、环境友好等特点，同时具备抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性，应用潜力巨大。但受限于分子结构特性，天然染料普遍存在溶解度有限、热分解、光降解、光异构化、交叉反应和pH敏感性等挑战，应用范围仍较为受限。

在此背景下，来自University of Helsinki的Arvind Negi博士发表于Sustainable Chemistry的综述系统梳理了天然染料与色素的来源、分类、结构特性、应用现状、关键挑战与发展前景，为该领域的科学研究与产业应用提供了参考。

二、主要内容

文章别围绕天然染料与色素、品类分类展开论述。首先区分了染料与色素的核心差异：染料溶解性好，可渗透入基质内部着色；而绝大多数天然着色物质水溶性差，因此更常被归为色素。天然着色剂原料主要分为植物、微生物、藻类三大类，植物资源取材部位多样、获取便捷；微生物与藻类不受季节、地域限制，可通过人工培育、发酵实现规模化生产，是极具潜力的新型原料。

天然染料和颜料根据其化学结构进行分类

相较于合成产品，天然染料生态友好、安全无毒，还附带多种生物活性，可实现着色与功能增效结合。但先天缺陷也十分突出：这类物质易受热分解、遇光降解或发生异构化，酸碱环境变化、接触金属离子也会破坏其分子结构，造成褪色、变色，成为工业化应用的主要阻碍。

作者以化学分子结构为依据，将天然染料与色素划分为五大类别，并逐一解析特性。花青素多存在于花果中，水溶性强、色调随pH改变，抗氧化性佳但稳定性差；类胡萝卜素拥有长共轭结构，以黄、橙、红色为主，耐温性较好，却极易被光照氧化；黄酮类色素多呈浅黄色，生物活性优异，但高温、氧化环境下易变质；甜菜红素主打红、粉色，水溶性良好，不过对热、碱和氧化作用耐受度低；叶绿素依托镁卟啉结构呈现绿色，酸性及高温条件下易脱镁褐变。

颜色稳定性：花青素在 pH 值影响下的颜色变化。

文章同时结合各类色素特点，列举了其在食品、纺织、日化等领域的实际应用案例。直观展现了不同品类的性能差异，客观呈现了天然着色剂的优势与现存技术难题，为原料筛选、工艺改良提供了理论依据。

三、总结

在可持续发展理念驱动下，天然染料与色素凭借绿色安全、可生物降解以及多样的生物活性，成为替代传统合成着色剂的优选方案，在纺织、食品、化妆品、医药等多个行业拥有广阔发展空间。植物、微生物、藻类等多元化原料体系，也为产业持续发展提供了充足的资源保障。

但不可否认，分子结构带来的稳定性短板仍是制约行业发展的核心瓶颈，光、热、酸碱及金属离子都会影响天然色素的着色效果与储存周期。通过创新配方、稳定技术和严格的环境控制来解决这些结构挑战，对于提高这些天然着色剂的有效性和商业可行性至关重要。与此同时，生物技术领域的进步，例如实验室培育的胭脂红、微生物色素和藻类染料，为合成和动物基色素提供了极具前景的替代方案。这些创新正在为更可持续、更符合伦理且更环保的选择铺平道路。随着研发的不断深入，色素的未来前景更加光明，有望涌现出更多环保的新型解决方案，这些方案不仅能够减少我们对环境的影响，还能保障消费者的健康和安全。

引用格式：

Negi, A. Natural Dyes and Pigments: Sustainable Applications and Future Scope. Sustain. Chem. 2025, 6, 23.

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Matthew Jones，University of Bath, UK

Sustainable Chemistry (ISSN 2673-4079) 是一个国际型开放获取英文学术期刊，旨在为化学工程中可替代的绿色可持续技术提供国际化的学术交流平台。期刊研究领域涵盖绿色工艺、绿色试剂和原料、可再生能源、绿色合成、可持续化学的应用以及绿色化学的影响。其中包括工艺设计、分离纯化技术，绿色溶剂、可再生原料、废物回收利用、二氧化碳的捕获储存，可替代能源、生物质燃料、电池、能源存储、能源效率，有机无机催化合成，仿生和生物传感器的应用、绿色吸附剂、生物质基材料，生命周期评估、污染防治和减少、生态毒理等具体研究问题。我们鼓励科学家尽可能详细地发表实验和理论研究，这些研究既可以是具有学报特色的创造性研究论文，也可以是具有通报特色的综述文章。

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