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1、天然食用色素及其生产工艺,2011.10.11,第一节 天然食用色素,一、什么是天然食用色素？,从植物、部分动物、微生物中提取并经过精制而得到的用于食品着色的一类天然产物或改造物。 植物占绝大多数。在食品行业中又称着色剂。,食品添加剂：着色，甚微，质量品质影响非常大 苏丹红、孔雀石绿等事件，食品安全警示，食品安全问题的重视。 天然色素：安全性高，无毒副作用，含有人体必需的营养物质或具有药理作用。,天然色素与人类生活关系,天然色素从上世纪70年代开始替代广泛使用的合成色素，国际食品添加剂法典委员会一致赞同严格限制合成色素的使用，倡导大力开发天然色素。 在欧、美等发达国家，天然色素已成为主要的食品
2、着色剂，食品使用率达60%，而挪威已宣布完全禁止使用合成色素。在日本天然色素占了90%的食用色素市场份额。,主要的天然多功能食用色素品种,我国目前已经开发出余种食用天然色素,我国允许使用和生产的天然食用色素有48种，已经制定中华人民共和国国家标准或行业标准的食用天然色素共有19个品种。 2003年我国天然色素的产量已经是食用合成色素的2l倍。,能使人的视觉产生各种色感的物质，称为色素。 人肉眼观察到的颜色是由于物质吸收了可见光区（400-800nm）的某些波长的光后，透过光所呈现出的颜色。即人们看到的颜色是被吸收光的互补色。,二、常见天然色素结构及性质,不同波长的颜色及其互补色,不同波长光的颜
3、色及其互补色 物质吸收的光 透过光（互补色） 波长（nm） 相应的颜色 400 紫 黄绿 425 蓝青 黄 450 青 橙黄 490 青绿 红 510 绿 紫 530 黄绿 紫 550 黄 蓝青 590 橙黄 青 640 红 青绿 730 紫 绿,发色团 在紫外或可见光区(200800nm）具有吸收峰的基团被称为发色团,发色团均具有双键。 如：-N=N-, -N=O, C=S, C=C , C=O等. 助色团 有些基团的吸收波段在紫外区，不可能发色，但当它们与发色团相连时，可使整个分子对光的吸收向长波方向移动，这类基团被称为助色团。 如：-OH, -OR, -NH2, -NHR, -NR2,
4、-SR, -Cl, -Br 等。,（一）卟啉类色素 Porphyrin,吡咯色素一般称为叶绿素，叶绿素是一原子镁和卟啉构成的化合物。,叶绿素 Chlorophylls,1、结构 有叶绿素a， 3位为甲基 有叶绿素b， 3位为醛基 a：b=3：1,叶绿素： 能使蔬菜和未成熟的果实呈现绿色。 叶绿体中含有叶绿素分解酶，叶绿素如用60-75的热水进行烫漂，使叶绿素水解酶失去活性，则可保持其绿色，绿色蔬菜在加工前，用石灰水或氢氧化镁处理以提高pH,能减少脱镁叶绿素的形成，可保持蔬菜的色泽，但用碱过多时能损害植物的组织及风味。,用稀硫酸铜溶液处理，能形成较稳定的铜叶绿素，可保持其绿色。青豆罐头中的青豆就
5、是利用硫酸铜稀溶液处理或用叶绿素铜钠盐染色后，而保持其绿色的。 另外叶绿素在低温或干燥状态时，其性质也较稳定，所以低温贮藏的蔬菜和脱水干燥的蔬菜都能较好地保持其鲜绿色。,（二）异戊二烯衍色素,多烯色素是由异戊二烯残基为单元组成的共轭双键相连为基础的一类色素。 按结构及溶解性可分为：胡萝卜素类 共轭多烯 叶黄素类 共轭多烯含氧衍生物 1、胡萝卜素类,性质 类胡萝卜素具有亲脂性、溶于石油醚。 类胡萝卜素耐pH值变化，耐热、耐Mn2+，与蛋白质结合态时稳定。 提纯后，对光、氧、热敏感。脱水后类胡萝卜素稳定性降低，褪色。 易发生氧化而褪色，亚硫酸盐或金属离子的存在将加速-胡萝卜素的氧化。 热、酸或光的
6、作用下很容易发生异构化。 广泛用于油质食品的着色，如人造黄油。,（三）多酚类色素 Polyphenol Pigments,多酚类色素的分子结构的基本母核是苯并吡喃衍生物。 包括类型：花青素、黄酮类、儿茶素、单宁。,1、花色苷 Anthocyans 是黄酮中的一种，具有特征的C6C3C6的骨架结构。在自然状态下以糖苷形式存在，成苷的位置大多在C3、C5，C7也能成苷。 作为花色苷的糖基部分仅发现5种糖，葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖。 花色苷分单糖苷、双糖苷、三糖苷等。 花色苷水解失去糖基后的配体称花色素或花青素（Anthocyanidin） 花色素的水溶性比相应花色苷的差。自然界中从没
7、发现游离的花色素。,（1）pH值影响颜色的改变 如：矢车菊色素（花青素） pH3.0 pH=8.5 pH=11 红 紫罗兰 蓝 （2）与Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Al3+等络合生成深色色素。 （3）与氧气的作用颜色变成暗棕色 （4）光加速降解 （5）二氧化硫，退色、漂白,2、黄酮类 Flavonoids (1) 呈浅黄色主要有黄酮、黄酮醇、黄烷酮、查耳酮及衍生物。 （2）黄酮羟基呈酸性。黄酮可与金属离子生成络合物。 遇三氯化铁可呈兰、紫、蓝黑、棕色。 在碱性条件下，黄酮易开环生成查尔酮型结构呈黄色（橙、棕）,在酸性条件下，又恢复闭环结构，颜色消失，如：马铃薯，小麦面粉、稻米、芦笋
8、、荸荠等在碱性下烹煮变黄。 （3）类黄酮色素在空气中久置，易氧化生成褐色沉淀。,（5）橙皮素，芦丁（芸香苷）等黄酮具有降低血管渗透性作用，为Vp组分，具有降血压作用。黄酮类色素具有抗氧化作用。,目前色素结构鉴定多采用分光光度法测定特征吸收峰再与国外研究成果比对等普通技术 另外也利用红外光谱法、HPLC-MS和核磁等技术测定分子结构,色素结构鉴定,改性研究 对脂溶性色素进行改性，增加色素水溶性，稳定性和染着力，扩大其使用范围及提高其使用价值，以减少其包装、运输和保存中的困难，但目前有关这方面的研究不多。,三、天然食用色素分类,1、来源 动物色素（血红素、虾、蟹皮类、胡萝卜素） 植物色素（绿、红、
9、紫） 微生物（红曲素） 2、化学结构 卟啉类衍生物（叶绿素、血红素） 异戊二烯类衍生物（类胡萝卜素） 多酚类衍生物（花青素、儿茶素） 酮类衍生物（姜黄、红曲） 醌类衍生物（虫胶、胭脂虫红） 3、溶解性 脂溶性色素 水溶性色素,1. 食用天然红色素 高粱红: 是由高粱壳中提取的食用天然色素。 紫草红:是由紫草的根部提取的萘醌类色素。 越桔红: 越桔红是由红豆越桔和笃斯越桔的果实中提取的, 越桔红色素主要含在越桔果皮中。 其他红色素: 红辣椒、红桔皮、黑米、苋菜等红色素。,按色素颜色分类,2.食用天然黄色素 玉米黄: 玉米黄色素是由生产玉米淀粉废弃的玉米黄浆中提取的色素稳定性好, 用途广泛。 沙棘
10、黄: 沙棘黄色素主要成分是类胡萝卜素, 主要存在于沙棘果皮中。 栀子黄色素: 是从黄栀子中提取出来的, 是国际国内都允许使用的天然色素。 多穗柯色素: 是用多穗柯树叶提取而制得的一种黄棕色酚类色素。,3.食用天然绿色素 根据资源情况和色素的特性, 在我国食用天然绿色素是以由蚕砂(蚕粪) 中提取的叶绿素铜钠盐为主, 为蓝黑色带金属光泽粉末状或绿色的膏状。,1 水溶性色素 水溶性天然色素一般是用水、酸碱水溶液或乙醇溶剂等萃取后经过滤、浓缩后制取的。 一般用于水基类的食品中, 如冰淇淋、奶制品饮料、果汁饮料、奶酪、谷物食品以及色拉装饰等。 2 油溶性色素 油溶性天然色素常用植物油直接浸出或溶剂萃取的
11、方法制备。可用于黄油、冰淇淋、起酥油、色拉油、糖果涂层、糖霜、各种饼、派类食品以及微波加工食品等。,按色素的溶解性分类,3 乳浊型色素 乳浊型天然色素是通过添加乳浊剂用特殊的加工方法生产的。常用的乳浊剂有丙烯二醇、多山梨醇酯以及单酸甘油酯等。 可直接将其加入水基或油基食品中, 如黄油、冰淇淋、酸乳酪、果汁饮料、烘焙食品、快餐食品以及糖果食品等。,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。 类胡萝卜素类（carotenes）：胡萝卜素；番茄红素。 叶黄素类（xanthophylls）：系共轭多烯烃的含氧衍生物，易溶于乙醇，玉米黄素，存在于玉米、辣椒、桃、
12、柑橘、蘑菇中；隐黄素存在于番木瓜、南瓜、黄玉米中；辣椒红存在于辣椒中；叶黄素存在于万寿菊属植物金盏花（亦称万寿菊）；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。,一些常见天然色素类型及用途,胡萝卜素和叶黄素类，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
13、酮类色素 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（淡黄结晶，存在于烟叶、茶叶、无花果等植物中； b槲皮素黄色结晶，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山奈酚黄色结晶，存在
14、于苦楝、草棉、连香树中； d金丝桃苷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
15、，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、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。 c. 紫苏色素，主要成分为紫苏素和紫苏宁等，在酸性中呈紫红色，对光和热较稳定。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） 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、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
