繆少霞，王鵬，徐淵金，孫健，李昌寶，李麗

（1.建德市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)測中心，浙江建德311600；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣西南寧530007；3.廣西作物遺傳改良重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007）

植物源天然食用色素及其開發(fā)利用研究進(jìn)展

繆少霞1，王鵬1，徐淵金1，孫健2，3，*，李昌寶2，李麗2

（1.建德市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)測中心，浙江建德311600；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，廣西南寧530007；3.廣西作物遺傳改良重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007）

植物源天然食用色素色調(diào)自然，安全性高，有些兼具營養(yǎng)和藥理作用，目前已逐漸替代人工合成色素。結(jié)合近年來的研究，從植物源天然色素的發(fā)展歷史、分類、性質(zhì)特點(diǎn)及適用范圍、提取與純化方法、分析鑒定及篩選等幾個方面進(jìn)行系統(tǒng)的論述。以期為植物源天然食用色素的深入研究及其開發(fā)利用奠定理論基礎(chǔ)。

植物源；食用色素；開發(fā)；利用；理論基礎(chǔ)

Abstract:Natural edible pigments from plants exhibit inartificial color in appearance.They are safe for our health,and some of them possess nutritional and medicinal benefits.Therefore,at present,the natural plant pigments have gradually substituted for artificial ones.This paper systematically reviewed history,category,property and utilization,extraction and purification,as well as identification and selection of natural edible pigments from plants.This review would be a theoretical foundation for further research on their development and utilization.

Key words：plant sources;edible pigments;development;utilization;theoretical foundation

天然食用色素直接從天然資源（如動植物組織、微生物）中獲取，使用較多的是植物性色素。天然植物性色素能使食品形成一定顏色，刺激人們的視覺，從而增進(jìn)食欲，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于飲料、酒類、調(diào)味品、糖果、醫(yī)藥等行業(yè)生產(chǎn)中。

1 植物源天然食用色素的研究概況

人類很早即已使用天然色素為食品著色，我國古代就有關(guān)于梔子黃、茜草紅、蓼藍(lán)等用于著色的記載[1]。植物源天然色素具有營養(yǎng)價(jià)值豐富、色調(diào)柔和、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，有些還具一定的藥理作用（如降壓、利膽、補(bǔ)肝和益腎等）[2]，但其色素不穩(wěn)定，著色能力較差。相反，人工合成色素穩(wěn)定性好、著色力強(qiáng)、色彩鮮艷，并且生產(chǎn)成本較低，在食品中被迅速推廣使用。隨著蘇丹紅事件的爆發(fā)，大多數(shù)化學(xué)合成色素具有的致瀉性、慢性毒性和潛在的致癌性等危害陸續(xù)被報(bào)道，這些危害主要是由于砷、鉛、銅、苯酚、苯胺和硫酸鹽等有毒物質(zhì)殘留所致[3]。20世紀(jì)中期，全世界大概有100多種化學(xué)合成色素，現(xiàn)只剩60多種；日本曾批準(zhǔn)使用27種化學(xué)合成色素，現(xiàn)已減少到9種；美國當(dāng)時允許使用35種，現(xiàn)僅有7種；此外，挪威等一些國家已完全禁止使用任何化學(xué)合成色素。其他國家，如印度、挪威、瑞典、芬蘭、法國、丹麥等已禁止使用偶氮類合成色素[4]。目前我國批準(zhǔn)使用的食用合成色素包括胭脂紅、莧菜紅、新紅、赤鮮紅（櫻桃紅）、誘惑紅、日落黃、檸檬黃、亮藍(lán)、靛藍(lán)和它們各自的鋁色淀[5]。

截至2005年，世界上允許使用50多種食用天然色素[6]。FAO/WHO允許使用的植物源天然食用色素有葉綠素銅鈉（鉀）鹽等多種；美國允許生產(chǎn)和使用的主要有胭脂樹橙等[7]；日本在植物源天然食用色素研究方面處于領(lǐng)先地位，其允許使用的天然色素達(dá)40多種，包括焦糖色素、紫草紅色素、胭脂樹橙、葡萄皮色素、甜菜紅、可可色素、葉綠素、萬壽菊色素、紅花黃素、番茄色素、梔子黃素等[8]。在國標(biāo)GB2760-2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中我國允許使用的食用天然色素共40多種，包括柑橘黃、葉綠素銅鈉鹽、焦糖色、番茄紅、紅花黃、姜黃、玫瑰茄紅、辣椒紅、辣椒橙、茶黃素、茶綠素、胭脂樹橙、胭脂蟲紅等。我國食用著色劑產(chǎn)量約28000 t，其中大多數(shù)是天然色素，其年產(chǎn)量約為25000 t。我國的焦糖色、紅曲紅、辣椒紅、葉黃素、梔子黃等色素均已規(guī)模化生產(chǎn)，打入了國際市場[3]。

我國植物資源豐富，云南西雙版納、武陵山區(qū)、秦巴山及東北長白山是天然色素植物資源較為集中的地區(qū)，其中玉米、紅花、辣椒、梔子等品種為我國發(fā)展天然色素工業(yè)提供了充足的原料[9]。

2 植物源天然食用色素的分類

植物源天然食用色素種類多樣，可根據(jù)以下進(jìn)行分類。根據(jù)原料來源不同分類見表1。

表1 植物源天然食用色素原料的來源Table 1 The source of materials for the natural edible pigmentsfrom plants

根據(jù)形態(tài)分為：（1）以原始形態(tài)使用的，如果醬類和濃縮果汁類等；（2）對原材料直接采用干燥、粉碎處理得到的，如茶葉末等；（3）提取原料中的色素成分，濃縮或直接干燥成粉末狀，如玫瑰茄紅色素、番茄紅色素、柑橘黃色素等，現(xiàn)在大部分研究的天然色素都屬此類；（4）經(jīng)酶處理后得到的天然色素，如梔子黃色素；（5）人工合成的原本是天然存在的色素，如核黃素，β-胡蘿卜素[10]。根據(jù)色調(diào)不同大致分為：藍(lán)綠序列、紅紫序列和黃橙序列等。此外，由于溶解性不同還可分為脂溶性和水溶性色素兩大類。

植物源天然食用色素化學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種較多，大致包括：吡咯色素、多烯色素、酚類色素、醌類色素和其他植物源天然食用色素。

2.1 吡咯色素

這是一類具有卟啉類結(jié)構(gòu)的化合物，主要指葉綠素，易溶于各種有機(jī)溶劑。葉綠素中研究得較多的是藍(lán)綠色的葉綠素A和黃綠色的葉綠素B，是由葉綠酸、葉綠醇和甲醇縮合而成的二醇酯[11]。在植物體內(nèi)以與蛋白質(zhì)結(jié)合的形式存在，它能使瓜果蔬菜呈現(xiàn)綠色，具有補(bǔ)血、活化細(xì)胞、抗菌消炎和抑制癌細(xì)胞生成等功效。它的性質(zhì)很不穩(wěn)定，在熱、光、氧化等條件作用下均可受損。在稀堿條件下穩(wěn)定性好，在稀酸條件下由于Mg2+被H+取代作用后失色[12]，但如果用含銅化合物代替鎂，絡(luò)合的銅原子比Mg2+牢固的多，得到的綠色制品相對比較穩(wěn)定，因此一般將葉綠素制成銅鈉鹽以提高其穩(wěn)定性。

2.2 多烯色素

多烯色素，又叫類胡蘿卜素，它是由異戊二烯殘基組成、以共軛雙鍵相連而成的一類色素。其在預(yù)防疾病、清除自由基、提高免疫力和延緩衰老等人類健康方面起重要作用[13]。具統(tǒng)計(jì)，全球每年生產(chǎn)的天然類胡蘿卜素約1億噸，是目前國際上開發(fā)和應(yīng)用最廣泛的天然色素之一，大多數(shù)以葉黃素、新葉黃素、巖藻黃素和紫黃素4種形式存在?，F(xiàn)在有600多種天然類胡蘿卜素的化學(xué)結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，其中有50余種能轉(zhuǎn)變成VA，并且自然界中所有的VA都來源于類胡蘿卜素[14]。根據(jù)結(jié)構(gòu)和溶解性差異，類胡蘿卜素分為：①胡蘿卜素類，包括番茄紅素及α、β、γ-胡蘿卜素等。其中，β-胡蘿卜素在自然界中含量最多，分布最廣，顏色黃橙色，它是VA的前體，具較高的營養(yǎng)價(jià)值，常作食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑。②葉黃素類，自然界中該色素主要有胭脂樹橙色素、玉米黃素、藏紅花素等。

類胡蘿卜素相對比較穩(wěn)定，較耐熱，當(dāng)溶液pH變化時不變色，并且遇錫、鋅、銅、鋁、鐵等離子也不改變，著色力強(qiáng)。由于其共軛不飽和雙鍵特性，使其具有較強(qiáng)與氧反應(yīng)的能力，在生物體內(nèi)具有重要的抗氧化防御作用。因此，絕大部分類胡蘿卜素都是單線態(tài)氧及自由基的清除劑，可與氧以及由于亞油酸氧化而產(chǎn)生的自由基快速反應(yīng)，中斷過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。如遇強(qiáng)氧化劑，雙鍵斷裂，發(fā)色基團(tuán)遭破壞而失去色澤[15]。天然色素產(chǎn)品中，類胡蘿卜素常呈很細(xì)微的分散形式存在。

2.3 酚類色素

酚類色素是包含多元酚結(jié)構(gòu)的衍生物，結(jié)構(gòu)骨架為C6-C3-C6，可分為花青素類、花黃素和鞣質(zhì)等3類色素。

2.3.1 花青素類

花青素屬于黃酮類化合物，溶于水。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)23類花青素，它們以不同方式和各種單糖結(jié)合形成500多種花色苷。常見成苷的糖有阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、木糖等5種[16]。食品中主要的花色苷有6種，分別是飛燕草色素、天竺葵色素、芍藥色素、矢車菊色素、牽牛花色素和錦葵色素[17]。這類色素基本結(jié)構(gòu)為2-苯基苯并吡喃，常見的是其氯化物。目前研究較多的花色苷類色素有高粱紅色素、蘿卜紅色素、葡萄皮紅色素、黑米紅色素、玫瑰茄色素、山楂紅色素、越橘紅色素、紫玉米色素、藍(lán)靛果色素等[18]。

花青素對光、熱、氧化劑、抗壞血酸敏感，放置時間久可導(dǎo)致褪色或變成褐色。由于花色苷分子構(gòu)型不同，在不同pH條件下，顏色各異：pH＜7顯紅色，pH 8.5左右顯紫色，pH 11顯藍(lán)色（或藍(lán)紫色）[19]。酸性條件下在醇溶液中溶解度較高，少量的酸可使其穩(wěn)定，并能加快色素分子由細(xì)胞向溶液中擴(kuò)散的速度。 在自然界中，有些理化因素具有保護(hù)和穩(wěn)定花色苷的作用：①輔色素對色素的穩(wěn)定作用。這些輔色素包括核苷酸、有機(jī)酸、黃酮、部分氨基酸、多酚或色素本身。輔色素有豐富的電子云系統(tǒng)，以疏水鍵和氫鍵與花青素結(jié)合，阻止了水分子的攻擊，從而增加了色素的穩(wěn)定性[20]。②金屬離子的穩(wěn)定作用。一般花色苷具有多個酚羥基結(jié)構(gòu)，一些金屬離子如鐵、鋁、錫、銅等能與之發(fā)生絡(luò)合作用，從而使色澤穩(wěn)定。然而在增色的同時形成金屬-單寧絡(luò)合物可導(dǎo)致色素褪色。③其他因素的影響。如糖可降低水分活度，使花色苷發(fā)色團(tuán)不易與水結(jié)合成無色結(jié)構(gòu)形式，從而起到護(hù)色作用。

2.3.2 花黃素類

花黃素類又名類黃酮，該色素化合物中含有1個酮式羰基結(jié)構(gòu)，其羥基衍生物多顯黃色。它是一種水溶性色素，在自然界中廣泛存在。菊花黃素、高粱色素、紅花素、橙皮素、圣草素、槲皮素等都是此類色素。一般很少以游離形式存在，通常與糖結(jié)合成苷。由于糖的數(shù)量、種類、連接方式及連接位置的不同，可以組合成不同種類的黃酮苷。重要的類黃酮有黃酮、黃烷酮、黃酮醇、黃烷醇、黃烷酮醇、異黃酮、查耳酮等。目前類黃酮中有1/3屬于黃酮醇類，其次是黃酮類，約占總量的1/4[21]。截止20世紀(jì)末，黃酮類化合物總數(shù)已超過4000個[22]。黃酮類化合物的顏色與它的分子結(jié)構(gòu)密切相聯(lián)，包括助色團(tuán)（-OH、-OCH3等）的數(shù)目、種類、取代位置，以及共軛體系是否存在交叉現(xiàn)象。

2.3.3 鞣質(zhì)

鞣質(zhì)又稱單寧。其分子中含有多個酚羥基，分為縮合單寧和水解單寧2種。水解單寧能水解成較小的單體，然后通過酯鍵組合成酯式或苷式結(jié)構(gòu)；縮合單寧一般不易水解，其單體間以C-C鍵相連[23]。現(xiàn)已知的單體有兒茶素、焦性沒食子酸、原兒茶酸、沒食子酸等。單寧兼有呈味和呈色作用，這主要與其分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)有關(guān)[16]。

2.4 醌類色素

醌類色素范圍較廣，一些本身具有或能轉(zhuǎn)化成醌類結(jié)構(gòu)的化合物，以及與它在生物合成方面有關(guān)聯(lián)的化合物都屬醌類化合物[24]。在自然界中，醌類色素有：牛舌草色素、紫草色素、茜草色素、紫膠色素、酸棗色素、胭脂蟲色素等[25]。醌類化合物的母核上如無被酚羥基取代，其顏色表現(xiàn)為無色，反之則顯示一定顏色。并且它的顏色隨著酚羥基助色團(tuán)數(shù)量的增加而加深，有黃、橙、棕紅色以至紫紅色等。一般天然存在的醌類物質(zhì)其分子中多有取代而呈現(xiàn)不同色澤。天然醌類化合物分成菲醌、苯醌、萘醌和蒽醌四種類型，多數(shù)是黃色或橙色的結(jié)晶體。自然界紫草中的紫草素類和異紫草素類為萘醌類化合物，茜草中的橙色茜草素則屬于蒽醌類化合物[22]。

2.5 其他植物源天然食用色素

自然界中還有很多其他種類的色素化合物，由于來源不同，其化學(xué)結(jié)構(gòu)存在很大差異，所表現(xiàn)出來的性質(zhì)也不一樣。一般將每種色素作為單個新品種進(jìn)行研究，例如吡咯γ-吡喃酮類和狐衣酸色素等[1]。

3 植物源天然食用色素的性質(zhì)特點(diǎn)及適用范圍

植物源天然食用色素種類繁多、性質(zhì)多樣，穩(wěn)定性差，遇熱、氧、金屬、pH變化等易被破壞，并且染色不均勻，染著力不強(qiáng)，應(yīng)用范圍較窄，專用性強(qiáng)。

一些色素的使用范圍受其化學(xué)性質(zhì)限制，如目前色素品種中綠色素與藍(lán)色素較少，但市場需求量相對較大，胡蘿卜素類色素的脂溶性特性使其很難用于食品工業(yè)中。為了推廣色素的使用，人們進(jìn)行了一系列改性研究，包括色調(diào)改性和溶解度改性。色調(diào)改性是通過生物方法和化學(xué)方法將色素的顏色改變，如梔子藍(lán)和梔子綠色素是梔子黃色素酶法改性得到。輔色素能使色素增色并提高其穩(wěn)定性[26]。溶解度改性主要是改變色素的溶解性質(zhì)，對脂溶性研究的較多，通過微囊和薄膜等高新技術(shù)改變其溶解和分散特性，增強(qiáng)色素的穩(wěn)定性，如水溶性β-胡蘿卜素的成功研制。此外，如黃酮類等水溶性色素的溶解度改性也有見報(bào)道。天然色素的改性研究技術(shù)力量薄弱，需要科研工作者重視和提高。

一般根據(jù)植物源天然食用色素的溶解性及著色對象來確定天然植物色素的適用范圍。對pH變化、金屬離子作用不明顯，并能溶于水和乙醇等有機(jī)溶劑的色素，對蛋白質(zhì)、淀粉、油脂等食品均能著色，還可以和其他色素配色，可用于糕點(diǎn)、糖果、果脯、飲料、肉、水產(chǎn)、乳制品、罐頭等著色和調(diào)色，這樣的色素最理想。為了提高天然色素著色性、穩(wěn)定性，必要時可以添加安全可靠的穩(wěn)定劑或?qū)ι剡M(jìn)行改性處理，使其達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的要求。

4 植物源天然食用色素的提取與純化

植物的莖、葉、根、花、果實(shí)等部位，都是植物源天然食用色素的原料來源。這些原料采收后首先要進(jìn)行篩選，剔除雜質(zhì)，清理干燥，然后根據(jù)天然色素的特點(diǎn)采用不同的工序和方法制取色素。制取天然色素應(yīng)盡量應(yīng)用物理過程，避免或減少化學(xué)反應(yīng)，以保證色素制品的天然性。提取方法大致有以下七種：

4.1 粉碎法

生產(chǎn)工藝為：原料→篩選→水洗→干燥→粉碎→成品。此法工藝簡單，但產(chǎn)品質(zhì)量較差，一般很少用。

4.2 浸提法

根據(jù)色素化合物在不同溶劑中溶解度不同而將其分離，該方法在食品生產(chǎn)中最為常見。其過程為：原料→篩選→水洗→干燥→破碎→溶劑提取→過濾→濃縮→干燥→制成粉劑→成品[27]。浸提法所用的萃取溶劑根據(jù)色素的溶解性選擇，常用熱水、冷水、乙醇、乙醚、石油醚等。如木棉花色素的浸提采用乙醇溶液，因其難溶于水、丙酮和無水乙醚等[28]。李澤鴻等研究了金盞菊花的提取工藝，確定最佳溶劑為90%乙醇，提取溫度 70℃、料液比 1∶8(g/mL)、提取時間 40 min[29]。玫瑰色素在60℃時用0.1 mol/L鹽酸95%乙醇提取2次，提取60 min效果最佳[30]。常規(guī)浸提法操作較簡單、設(shè)備投資少、便于生產(chǎn)，但它存在能耗大、浸提時間長、勞動強(qiáng)度大、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、色素溶解性差、色澤容易變化等缺陷。由于該法要使用大量溶劑，在回收溶劑方面需投入較高成本，因此利用高新技術(shù)節(jié)約成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)成為研究的熱點(diǎn)之一。

4.3 酶反應(yīng)法

一些色素分子被細(xì)胞壁緊緊包圍原料不容易提取，可采用酶反應(yīng)法。酶具專一性和高效性，一般在常溫、近中性條件下進(jìn)行催化作用，特別適于熱敏天然色素的提取。酶法生產(chǎn)工藝包括：原料→篩選→水洗→干燥→萃取→酶反應(yīng)→萃取→濃縮→干燥→制成粉狀→成品色素。余清等利用纖維素酶和果膠酶對烏飯樹葉色素進(jìn)行提取，發(fā)現(xiàn)纖維素酶與果膠酶2∶1添加于原料中，酶解3 h后效果最佳；用兩種或兩種以上的酶提取與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取相比，色素的提取率提高13.2%[31]。由于國內(nèi)酶制劑有限，故此法應(yīng)用較少。

4.4 微生物發(fā)酵法

培養(yǎng)基微—生→物培養(yǎng)→篩選分離→溶劑萃取→除去溶劑→干燥→制成粉劑→成品。此法在番茄紅素的生產(chǎn)方面較常見，其使用的微生物包括能自身合成番茄紅素的革蘭氏陰性菌、基因工程菌和三孢布拉氏霉菌[32]。傅向陽等利用桅子黃廢液為原料，以液態(tài)發(fā)酵方式將它轉(zhuǎn)化生成桅子藍(lán)色素[33]。此外，肖亞中等用紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)梔子藍(lán)色素，確定了搖瓶藍(lán)色發(fā)酵為最優(yōu)生產(chǎn)條件[34]。發(fā)酵法生產(chǎn)不受季節(jié)性影響，操作簡單、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4.5 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法（SFE）中最常見的是超臨界CO2，它是利用CO2在超臨界狀態(tài)下的高滲透和高溶解能力萃取分離混合物。具有萃取率高、純度好、避免萃取物在高溫下熱裂解、無污染、保護(hù)生理活性等優(yōu)點(diǎn)。其生產(chǎn)工藝簡單、無毒、低能耗、可回收利用，是一個較理想的色素提取方法。有研究表明，辣椒色素、番茄紅素等天然植物色素通過超臨界流體色譜（SFC）技術(shù)提取后，其色價(jià)和浸取率明顯高于其他常規(guī)方法，體現(xiàn)它技術(shù)的優(yōu)勢[35]。但是高額的設(shè)備投資和較高的能耗成本，限制了SFE的使用推廣。

4.6 超聲波提取法

超聲波提取是通過其內(nèi)部的空化作用，使提取液局部高溫和高壓，并且在它的機(jī)械擾動帶動下加快固液兩相間的傳質(zhì)速度，從而提高色素提取率，減短提取時間。它具有提取率高、時間短、能耗低、物質(zhì)活性不被破壞等優(yōu)點(diǎn)。利用超聲波輔助提取紅米色素，提取率高達(dá)16.66%[36]。相比于傳統(tǒng)水浴提取法，微波－超聲波協(xié)同提取的提取時間由70 min縮短到2 min，總花色苷含量也提高了41%[37]。

4.7 微波輔助提取法

微波輔助提取技術(shù)（MAE）是利用微波在高溫高壓加速高分子化合物分解、使化學(xué)鍵斷裂、產(chǎn)生自由基等，從而對物料中目標(biāo)成分進(jìn)行選擇性提取的方法。一般工藝流程是將乙醇加入原料中，再置于微波反應(yīng)裝置中處理，最后過濾即得產(chǎn)品。它是一種新型天然產(chǎn)物提取技術(shù)，現(xiàn)已廣泛用于天然產(chǎn)物活性成分的提取[38]。利用該方法從柚皮中提取天然色素，其浸取效率是傳統(tǒng)加熱方法的30倍，并且提取得到的天然色素純度高，能耗低，能很好地用于工業(yè)生產(chǎn)中。此外，在提取花生殼黃色素的研究中，微波萃取方法表現(xiàn)出提取率高、萃取時間短、溶劑用量少等優(yōu)點(diǎn)[39]。然而微波提取法對操作條件要求嚴(yán)格，如對溫度條件的控制等，這在一定程度上影響了它的廣泛應(yīng)用，需要在以后的科研中改善提高。

一般色素產(chǎn)品經(jīng)萃取工藝濃縮后，色價(jià)降低、雜質(zhì)多、異味重，直接影響其使用，因此需要對產(chǎn)品進(jìn)一步精制加工。經(jīng)過純化的粗制色素，其純度得到提高，穩(wěn)定性好，著色能力強(qiáng)。目前天然植物色素的純化方法包括吸附樹脂法、超濾法和酶法等。樹脂法使用的樹脂種類較多，可根據(jù)不同的天然植物色素來選擇。該法能除去糖、有機(jī)酸、無機(jī)鹽等物質(zhì)，已應(yīng)用于玫瑰李紅色素、石榴汁色素和蜀葵色素等純化中[40-42]；該法也可用于除去色素產(chǎn)品中的異味，如用大孔吸附樹脂X-5吸附蘿卜紅色素，可除去蘿卜苷在酶的作用下產(chǎn)生強(qiáng)烈的蘿卜異味[43]。超濾法純化效果較好，是目前較理想的一種純化方法。該法不僅能使產(chǎn)品濃縮，而且還有凈化作用，其效果比一般的蒸發(fā)法和脫水法好。將超濾法應(yīng)用于胭脂蟲紅色素的分離純化中，可截留73%蟲體蛋白，并得到54%的胭脂蟲紅酸[44]。酶是具有專一性的高效催化劑，如在粗提色素溶液中加入適量的果膠酶、蛋白酶、多酚氧化酶等，可相應(yīng)除去果膠和蛋白質(zhì)類等物質(zhì)，從而得到高純度的色素[45]。

5 植物源天然食用色素的分析鑒定及篩選

5.1 天然食用色素的分析鑒定

自然界存在的植物源天然食用色素可根據(jù)以下幾個方面進(jìn)行區(qū)分：①溶解性：類胡蘿卜素一般溶于丙酮、石油醚等非極性溶劑，不溶于水；而花青素類色素則與之相反；黃酮類化合物的溶解度根據(jù)結(jié)構(gòu)和存在狀態(tài)不同而存在明顯差異。②顏色反應(yīng)：一般來說，花青素類色素在不同pH條件下表現(xiàn)出不同色澤；而類胡蘿卜素則無此變化；黃酮、黃酮醇及其甙類色素通常顯灰黃~黃色，查耳酮為黃~橙黃色。③吸收光譜：類胡蘿卜素在波長250 nm~300 nm的紫外區(qū)有一吸收峰，在400 nm~550 nm的可見區(qū)有一最大吸收峰及1~2肩峰；而黃酮類色素在300 nm~382 nm和250 nm的紫外區(qū)各有一吸收帶；花青素類除在270 nm~280 nm的紫外區(qū)有一小的吸收峰外，在465 nm~550 nm還有一明顯的吸收峰；其它天然色素的吸收光譜各異，但都具有本身特有的光譜特性。④層析：不同色素在不同溶劑中，它們的比移值（Rf）相對穩(wěn)定，可根據(jù)Rf與特殊顏色反應(yīng)來判斷是何類色素的哪一種及其定量測定。⑤金屬離子的定性反應(yīng)：不同色素對金屬離子的反應(yīng)各有差異。如楊萬政等發(fā)現(xiàn) Na+、K+、Al3+、Ba2+、Cd2+、Ca2+、Zn2+、Cu2+、Mg2+、Pb2+等對玫瑰花紅色素的穩(wěn)定性好，而Fe3+可使色素變色，導(dǎo)致溶液變黑，Sn4+、Bi3+能使色素發(fā)生沉淀作用[46]。

5.2 天然食用色素的篩選

我國植物源天然食用色素資源豐富，但已批準(zhǔn)使用的產(chǎn)品種類及產(chǎn)量有限，為了開發(fā)出更多的產(chǎn)品，需要應(yīng)用合理科學(xué)的方法進(jìn)行篩選。篩選工作包括以下幾個方面：①溶解性：由于不同色素的溶解性不同，了解它的溶解性就可以確定其使用范圍，也就可以預(yù)測其在食品工業(yè)生產(chǎn)中的使用價(jià)值。②pH的影響：天然植物色素的色澤和溶液的pH有關(guān)，如果色素能在較廣的pH范圍內(nèi)穩(wěn)定，其在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景也較理想。③穩(wěn)定性：植物色素在使用過程中要求穩(wěn)定性好，這樣才能保證著色商品的色澤不會發(fā)生變化，影響色素穩(wěn)定性的因素有pH、溫度、氧氣、光、金屬離子等。如在酸性條件下，甘薯紅色素為紅色，且色澤穩(wěn)定。隨著pH升高，溶液顏色隨之發(fā)生變化，由最初的紅色變?yōu)榧t紫色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、直至綠色[47]。桑椹紅色素在陽光下照射6 h后，其色素降解30%，若在暗處避光存放2個月后，吸光度值卻只減少了0.03%，可以看出光對色素降解有明顯的促進(jìn)作用[48]。此外，大多數(shù)天然色素的發(fā)色基團(tuán)是不飽和共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，它們易與空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用而褪色。所以植物源天然色素一般需要密閉或充氮保存。④安全性：食用安全性是篩選植物源天然色素產(chǎn)品的重要指標(biāo)，色素產(chǎn)品在投放市場之前應(yīng)該做充分的毒理學(xué)檢測和有害微量元素檢測，以保證其是否符合食用級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。⑤著色能力：是指植物色素對食品的著色能力的好壞。著色能力強(qiáng)則表示使用量小且色澤穩(wěn)定，否則用量大且容易褪色。⑥生產(chǎn)工藝的難易：由于色素種類、性質(zhì)以及原料的不同，要求采用的工藝流程也不同。在保證產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性、安全性可靠的前提下，對生產(chǎn)工藝選擇應(yīng)取易棄難，這樣才能有較高的經(jīng)濟(jì)效益。⑦原料和市場：食用天然色素的生產(chǎn)還需尋求原料來源，并考慮其價(jià)格和廢渣的綜合利用等方面的問題。為了發(fā)展我國天然食用色素工業(yè)，應(yīng)大力宣傳天然食用色素的優(yōu)越性，實(shí)事求是的說明使用合成色素存在的問題。

6 結(jié)束語

我國自然資源豐富，植物品種繁多，許多天然色素生產(chǎn)的原料都可以開發(fā)利用。天然食用色素具有安全和色調(diào)自然等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)中的利用受到廣泛重視。隨著物質(zhì)生活水平的提高，以及食品毒理學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，人們開始崇尚自然、追求健康，開發(fā)和利用植物源天然食用色素將成為世界食用色素發(fā)展的必然趨勢。利用新的自然資源開發(fā)新的色素品種，提高天然色素的穩(wěn)定性等方面需要進(jìn)行大量研究。探索合理的色素加工方法，采用細(xì)胞工程、基因工程、發(fā)酵工程、吸附色譜、離子交換色譜、凝膠過濾、微孔過濾、超濾、反滲透、電滲析、超臨界流體萃取、分子蒸餾、冷凍干燥、微膠囊包埋、親和層析、超高溫瞬時殺菌、無菌包裝等高新技術(shù)不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，是該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。

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Review on Development and Utilization of Natural Edible Pigments from Plant Sources

MIAO Shao-xia1,WANG Peng1,XU Yuan-jin1,SUN Jian2,3,*,LI Chang-bao2,LI Li2
（1.Jiande Supervision Testing Center of Quality and Metrology,Jiande 311600,Zhejiang,China;2.Institute of Agro-food Science&Technology,Guangxi Academy of Agricultural Sciences,Nanning 530007,Guangxi,China;3.Guangxi Crop Genetic Improvement Laboratory,Nanning 530007,Guangxi,China）

2012-03-06

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃課題（桂科攻10100009-2）作者簡介：繆少霞（1981—），女（漢），工程師，碩士，主要從事食品檢測。

*通信作者：孫?。?978—），男，副研究員，博士，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工研究。