从19世纪开始兴起的化学合成工业，在20世纪达到高潮。从此我们的日常生活当中，从用的一直到吃的，都充斥着人工合成的化学物质。可以说我们生活在一个人造化学物质的世界里面，须臾不可分。其中最显著的如塑料﹑化肥﹑化学药物，为我们的生活带来了极大的便利，甚至让人类彻底消灭了饥饿和很多疾病。但是，当人工合成化学品侵入到我们的食品里面的时候，却给人类健康带来了潜在的威胁。其中，于1856年发明的人工色素就一直是为人所诟病的主要对象。
由于现代食品加工以及化妆品工业的极度发达，为了迎合消费者对于色泽的要求，人工色素的使用一度达到了泛滥成灾的地步。这种滥用随着时间而逐渐展现其恶果，现在基本确认人工色素在进入人体并沉积下来之后，大都对健康具有一定的危害。因此现代消费者已经意识到有必要排斥人工色素，重新回归天然色素。但由于滥用人工色素的根本原因，还是在于天然色素的生产成本一般都比人工色素要高，所以找到廉价的天然色素生产方式的问题，摆在了染料工业研究人员的面前。
传统的天然色素的来源非常广泛，包括植物色素﹑动物色素﹑和微生物色素。由于很多的蔬菜﹑水果和香辛料都具有种类繁多的天然色素，因此植物色素是天然色素的主要来源。来自植物的天然色素主要包括花青素﹑叶绿素﹑姜黄素﹑甜菜红，以及类胡萝卜素等种类。
其中花青素广泛存在于植物界，能够呈现红色到蓝色的多种色素，其最主要的生产来源是葡萄皮，每年在欧洲就有1万吨的葡萄皮被用来抽取花青素，能够达到大约50吨的花青素成品。不过由于花青素会随着PH值而发生变色，因此一般主要用于清凉饮料﹑蜜饯﹑糖果等食品当中，也可以用于把酸性的发酵乳调成蓝莓的颜色。
由于现代消费者对于绿色的偏好，使得叶绿素也成为研究人员的发展对象，但是要用叶绿素作色素，有一个很大的困难就是它很不稳定，温度和光照都能轻易地破坏它，因此目前一般只应用于冰激凌和牙膏等少数产品上面。
甜菜红来自甜菜的根，而姜黄素来自生姜。由于甜菜红对PH值敏感，也不能承受高温灭菌处理；姜黄素则不溶于水，其在生姜里面的含量也不高，因此在实际应用当中，都具有一定的局限性。
天然色素当中使用最多的﹑也最为人熟知的是类胡萝卜素。它广泛存在于各种植物当中，例如海藻当中的海藻黄素，绿叶当中的叶黄素﹑紫黄素﹑新叶黄素，番茄当中的番茄红，红辣椒当中的辣椒红﹑辣椒玉红素，以及胭脂树籽所含的胭脂树籽红，都是属于类胡萝卜素，只是由于其分子结构上所带的β-芷香酮的不同而不同。目前已知自然界存在超过600种类胡萝卜素，其所呈现的颜色从黄﹑橘黄，一直到红色都有，是由其中所包含的共轭双键的数目决定的。
林林总总的类胡萝卜素当中，最古老﹑最昂贵的是藏红花素，早在公元前23世纪就出现了使用其作为色素的记载。它作为色素是非常合适的，因为它溶于水，染色能力强，更重要的是它对光照﹑氧化作用﹑微生物﹑PH值的变化都非常稳定，但它的产量很难提高，因为它来自藏红花的柱头，需要15万朵花才能够获得1公斤的色素，成本决定了它难以得到大规模的应用。在类胡萝卜素里面应用最多的是胭脂树籽红。
胭脂树籽红来自胭脂树的种子外层，这种胭脂树原产北美大陆，早期印第安人就已经开始提取胭脂树籽红作为食用色素。由于胭脂树籽红能够溶于油脂，对PH值和热都比较稳定，只是对氧化﹑金属﹑光照以及二氧化硫敏感，所以现在被广泛地应用于食品和化妆品当中，目前在所有天然色素的全球产量里面它排第二。
不过所有这些天然色素都面临一个问题，就是它们在植物体内的天然含量都不是很高，算是比较高的如胭脂树籽红也只有约2%的含量，这就意味着难以在大幅度地提高产量的同时，降低生产成本，这点是无法和人工化学合成的色素相比的。由于目前每年全球食用色素的市场总值达到近10亿美元，其中人工合成色素仍然占有4亿美元的份额，再加上人工合成的天然色素所占有的2亿多美元的份额，因此随着消费者越来越偏好用天然色素替代合成色素的产品，仍有巨大的市场空间有待天然色素来开拓。
要降低天然色素的生产成本，只有两个途径：一是寻找新的在植物体内具有高含量的天然色素种类；二是寻找现有天然色素的新的生产方法。前一种途径受限于大自然，因为如果大自然本身不存在具有高含量的合适的色素的植物品种，那么一切搜寻工作都会是徒劳的。后一个途径呢，由于现有植物的色素固有含量是一定的，再怎么提高生产技术，只可能降低一定的生产成本，却不可能获得产量上的突破，因此似乎也看不到什么前途。不过，现代的基因工程技术却给人们带来了前所未有的新的可能性。
要运用基因工程技术来提高象色素这样的低分子量天然产物的产量，其基本的原理就是：首先要搞清楚天然产物在植物体内的合成途径，看植物自身生产该产物所使用的原料是什么，也就是生物合成该产物的前体是什么，然后看在植物体内整个的合成途径中，需要涉及到哪些酶，因为酶可以说是生物制造工厂里面最主要的生产工具。然后再找到与那些酶对应的基因，把那些基因复制出来，插入到低成本而高产量的宿主植物的DNA序列当中，使得该宿主植物在从自身DNA开始加工自身所具有的蛋白质的时候，顺便也生产出插入基因所决定的酶，这样在宿主植物体内就有可能由这些酶而生产出我们需要的天然产物出来，而从这种宿主植物当中提取该产物，和从原来的植物当中提取相比，能够获得高得多的产量。
最近，一组法国的科学家正是成功地运用基因工程的技术，获得了大量生产胭脂树籽红的崭新方法。他们首先分析了胭脂树籽红在胭脂树里面生物合成的途径，发现胭脂树籽红的前体居然就是番茄红素，而番茄红素本身作为一种天然色素很容易被氧化降解，因此限制了它的广泛应用。而研究人员发现，胭脂树还对番茄红素进一步加工，通过三种关键的酶的作用，使得番茄红素逐步被改造为胭脂树籽红。
然后研究人员把这三种酶的基因找了出来，复制为DNA片断，再把这些片断插入到大肠杆菌的DNA序列当中，使得这些外来的基因也能够被大肠杆菌当成自己的基因，一样得到大肠杆菌的复制和用来制造相应的蛋白质。而这些作为宿主的大肠杆菌已经预先经过类似的加工，使得它们能够制造番茄红素，这样在这些被改造过的大肠杆菌体内，就同时拥有了制造胭脂树籽红的原料和加工机器。不出所料，研究人员最终发现这些大肠杆菌也能够顺利地生产出胭脂树籽红！再把这些胭脂树籽红抽取出来，进行化学分析，结果是和由胭脂树生产的完全一样。
大肠杆菌生产胭脂树籽红的能力并不弱，能够达到在干重时，每克大肠杆菌提取5毫克胭脂树籽红。当然这还不能显示基因工程技术的优势，研究人员下一步的工作计划，就是直接把那三种制造胭脂树籽红的酶的基因，插入到番茄的基因组里面去，这样就可以直接利用番茄自身大量生产的番茄红素来制造胭脂树籽红。考虑到番茄能够在低成本下大量栽培生产，那么利用这种经过基因改造的番茄，未来肯定能够大量而廉价地生产胭脂树籽红。
目前除了胭脂树籽红之外，世界各国的研究人员也正在探索其他种类的天然色素的基因工程生产方法，可以乐观地估计，随着我们对于那些五彩缤纷的天然色素的生物合成过程有了越来越多的了解，就一定能够通过已经很成熟的基因工程技术，获得大规模生产天然色素的新方法，这对于彻底抛弃人工合成色素，无疑是最彻底的方法，这个方面的进步也将成为人类告别化学合成时代，进入生物合成时代的一个里程碑。