天然食用色素主要从自然界各种植物中提取，其中很多品种均具有生理活性。相对合成着色剂而言，天然色素更加安全无毒，是近年来国际上竞相开发的重点。
近十年来，我国经国家主管部门批准使用的天然着色剂品种，从20多种增加到40多种，即叶绿素铜钠盐、β－胡萝卜素、诱惑红、甜菜红、姜黄、红花黄、紫胶红、越菊红、辣椒红、辣椒橙、焦糖、红米红、栀子黄、菊花黄、黑豆红、高粱红、玉米黄、萝卜红、可可壳色、红曲米、红曲红、落葵红、黑加仑红、栀子蓝、沙棘黄、玫瑰茄红、橡壳棕、多穗壳棕、桑椹红、天然苋菜红、金樱子棕、姜黄素、酸枣色、花生衣红、葡萄皮红、蓝绽果红、藻蓝、植物炭黑、密蒙黄、紫草红、茶黄色、茶绿色、柑橘黄等，是目前世界上批准天然着色剂最多的国家。
天然着色剂（包括食用和非食用）按其功效成分分类可分为：类胡萝卜素类；黄酮类色素；花青苷类色素；叶绿素类色素；其他类如甜菜红、紫草红、紫胶红、姜黄、红曲、蓝藻等。
1．类胡萝卜素色素类胡萝卜素常和叶绿素共存于植物的叶子和果实中，目前已发现有几百种。按其化学结构和溶解性，又可分为两类：
胡萝卜素类（carotenes）：系共轭烯烃，易溶于石油醚，如β－胡萝卜素（C4OH56）存在于胡萝卜及水果蔬菜中；番茄红素（lycopene）（C4OH56）存在于番茄、西瓜、杏等水果中。
叶黄素类（xanthophylls）：系共轭多烯烃的含氧衍生物，易溶于乙醇，主要品种有玉米黄素（zeaxanthin）C40H56O2，存在于玉米、辣椒、桃、柑橘、蘑菇中；隐黄素（crytoxanthin）C40H56存在于番木瓜、南瓜、黄玉米中；辣椒红（capsanthin）C40H56O3存在于辣椒中；叶黄素lutein存在于万寿菊属植物金盏花（亦称万寿菊tagetse-erecta）；胭脂树橙存于胭脂树中；栀子黄存在于栀子果实；藏红（藏花素）存在于藏花属及栀子属的花中。
类胡萝卜素包括β－胡萝卜素和叶黄素类，均是国际公认的具有生理活性的功能性抗氧剂，是氧自由基的有效淬灭剂，能消除羟基自由基，在细胞中与细胞膜中脂类相结合，有效抑制脂质氧化，防止LDL的氧化从而降低心血管疾病的发病率。研究表明，较多地摄入类胡萝卜素能减少老年性前列腺症和老年性视网膜黄斑变性。美国流行病研究表明：富含叶黄素和玉米黄素的饮食，能降低老年性视网膜黄斑变性和白内障的危险性。
2．黄酮类色素黄酮类广泛存在于植物界，包括各种衍生物，已发现有数千种。在自然界以单体黄酮存在极少见。在我国长白山报春植物叶表面被发现，一种淡黄色粉末黄酮。黄酮类泛指两个芳环（左和右），通过三碳键相互连接（成中间环）而成的一系列化合物。其左和右之间的中间环，可以是开环，也可以是闭环，主要在中间环的变化产生各类黄酮。各种黄酮分类大致可分为：黄酮类（flavones）、黄酮醇类（flavonols）、黄烷酮类（flavanones）、双氢黄酮醇（flavanonls）、查尔酮类（chalcones）、异黄酮类（isoflavones）、噢黄类（aurones）、异黄烷酮类（isofalvanones）／黄烷类（flavanes）、黄烷醇类（foavanols）、双氢查尔酮类（dihydrochalcones）、双黄酮类（biflavones）。黄酮类化合物因连接有发色基团而呈色，从淡黄色，黄色，至橘红不等。一般查尔酮呈黄色，噢黄呈黄至橘红色，黄酮醇有游离羟基时呈淡黄色，有的则不呈色如异黄酮，双氢黄酮。不同种类的黄酮，存在于不同科、目、属、种的植物中，在植物的不同器官如皮、根、花中，存在的黄酮也不一样。
主要常见的黄酮类色素有a．芸香苷（rutin）淡黄结晶，存在于烟叶、茶叶、无花果等植物中；b．槲皮素（quercetin）黄色结晶，中药常用于利尿消炎，存在于苹果、梨、柑橘、啤酒花、玉米、洋葱中；c．山奈酚（kacempferol）黄色结晶，存在于苦楝、草棉、连香树中；d．金丝桃苷（hyperin）存在于大果山楂的花和种子和越橘、熊果、胡桃叶中，有降低胆固醇和防止胆固醇在血管中沉积的作用；e．红花（carthamin）中药常用于活血通经，存在于红花的黄色素，开花初期为淡黄色（新红花苷），中期呈深黄色（红花苷），后期呈红色和深红色（红花醌苷）。
近年来经国内外大量研究结果表明：黄酮类具有抗氧化，消除自由基，抗脂质过氧化活性，预防心血管疾病以及抗菌，抗病毒，抗过敏等功效，是当今国内外从天然物中提取功能性添加剂和配料的研发热点。
3．花青苷类色素（anthocyanin）花青苷类色素又称花色素，存在于植物的花、叶、果中，由糖苷配基和糖组成。一般情况下为水溶性，但受pH值影响会变色，酸性
呈红色，碱性呈蓝色，对光、温度、氧均敏感。主要的花青苷色素有：a葡萄皮红，含锦葵花素－3－葡萄糖苷；芍药素、花青素配糖体呈红至紫红色。从压榨葡萄汁的残留物葡萄皮中提取，有较好的抗氧化功能，有益于预防冠心病和动脉硬化；b．红甘蓝色素，含瑰甘蓝素，呈紫红色，存在于红甘蓝叶表皮，主要成分为矢车菊苷。欧盟及美国均列入食品添加剂名单。据报导，甘蓝还富含叶黄素和玉米黄素达39．6mg／100g；紫苏色素，主要成分为紫苏素C36H29015和紫苏宁C36H28020等，在酸性中呈紫红色，对光和热较稳定。从我国食药两用的紫苏提取，有解毒，散寒，行气和胃的功效，国内习惯上用于调料。
4．叶绿素（卟啉类色素）叶绿素是由叶绿酸、叶绿醇和甲醇三部分组成，广泛存在于高等植物的叶、果和藻类中，和蛋白质形成叶绿体。由于叶绿素单体不稳定，食品添加剂叶绿素是其衍生物铜钠盐，一般可从蚕粪中用溶剂提取，具有补血，促进造血，活化细胞，抗菌消炎等功效。近年又发现叶绿素有抑制癌细胞生成的作用。
5．其他类色素该类色素如姜黄、红曲米、红曲红、花生衣红、藻蓝、紫草红等品种，均有研究报告，证明它们具有促进健康的功能。有些用量有一定限制，有些基本无毒，可按使用需要，适量添加。
a．红曲（redkolicrice）是我国传统产品，古代《天工开物》《本草纲目》均有记载，用于红曲酒和红腐乳。我国GB2760规定可在食品中按生产需要适量使用。由于发现了红曲中含有降血脂因子莫那克林K（monacolinK），它和洛佛他丁（lovastatin）是同一性质的物质。国内近年加强了研究力度，使红曲洛佛他丁含量提高到0．4％～0．8％，并以食物补充剂形式出口到美国。
在红曲降血压功能因子－r氨基丁酸方面，研究亦有一定进展。在红曲生产技术方面，除传统的固态发酵外，深层发酵亦实现工业化，并开展了色素多糖的菌丝体多方面综合利用的研究。
b．姜黄色素（curcumin牞turmericyellow）是姜科植物姜黄的提取物，是一种多酚类物质，主要产区在亚热带。姜黄色素的主要成分为姜黄素，有辛辣味，呈鲜艳的黄色，着色力极强，是传统咖喱粉配料。国际规定姜黄的ADI值为0～2．5mg／kg牷姜黄素为0～0．1mL／kg。我国GB2760规定姜黄可按生产需要适量使用，但姜黄素为0．01g／kg。姜黄在我国一直为食药两用，具破血行气，通经止痛，在中药使用。1997年由于日本蘖京都医大和美国新泽西州大学癌嵇症研究所共同发现姜黄素有较强的抑制皮肤癌作用，引起国内外有关方面的注意。过去我国只能生产纯度不超过30％的姜黄油树脂，现今通过高新分离技术，可以生产姜黄粉、姜黄素、水溶性和油溶性系列产品，纯度可达90％以上。
c．紫草红（gromwdllredalkanet）含紫草素，系萘醌类色素。纯品为紫红色结晶，从传统中草药紫草根提取，在酸性中呈紫红色，碱性中呈蓝色。我国GB2760规定最大使用量为0．1g／kg，紫草在中草药中使用，具有抗菌、消炎、促进肉芽生长的作用。最近广州美晨药业有限公司开发成紫草为原料的“口疮泰”软胶囊，适用于口腔溃疡，有清热解毒，消炎止疼，收敛生肌之功效。
总之，天然食用色素很多具有防病抗病的生理功能。我国有丰富的多样化的植物资源，很多植物的花、叶、果、皮均含有类胡萝卜素，黄酮类，花青苷等多种功能成分，有些植物在古籍书中曾有记载，具有某些功能。例如我国江浙和贵州等地有一种乌饭树，多少年来，民间将其树叶捣成汁，然后用汁将大米染成黑色，制取糕团，作为节日的点心，用以供奉和送礼。古籍记载，乌饭树叶有止咳，强筋，明目，润肤色的功效。近代研究证明：乌饭树汁含有槲皮素，花青苷，黄酮类，微量元素等功效成分。目前，卫生部批准有几十种食药两用的草药，可供开发天然色素选择。相信随着毒理学研究的进展，功能性天然色素在食品中的应用会更加广泛，前程似锦。
