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1、绪论1.1国外紫甘薯色素发展现状随着世界经济的飞速发展，生活节奏的不断加快，目前国内外天然色素的消费量逐年增加，需要的品种也越来越多。统计显示发达国家天然色素的产量日益减少。这是主要是由于工业化的进展，可耕地面积逐年减少。国际国内市场像其他许多色素一样，紫甘薯红色素也被某些国外居心不良的商人误导，夸大其需求量，其目的就是希望中国厂家一哄而上，造成供大于求，以便压价采购。据我们通过国内外不同渠道了解到，紫甘薯红色素的需求量（以20色价计）大约为：日本510吨左右，韩国3吨左右，台湾1吨左右，欧美无正式大规模应用。目前的市场需求量大大低于国内紫甘薯的种植量，以日本为例，生产该色素的工厂至少有三家，
2、仅日农和三荣源的总产量就已足够供应本国市场，而他们的原料大多来自日本国内。由于紫甘薯红色素还属于新品种色素，除了有个别厂家批量生产供出口外，市场上并无大货供应，所以国内各食品饮料厂对它的认识和应用非常有限。据了解有少数中日合资的酱菜加工企业从日本进口紫甘薯红色素，不过数量有限。日本的食用色素的市场规模从2000年的21940吨和销售金额315.8亿日元到2008年达22545吨1)、年销售金额将近330亿日元(按1元人民币=15日元换算、相当于22亿元)，将近10年的时间里，不算其它价格的上涨因数，只维持了略微增加的趋势。然而，就2008年的数据来看，其中合成色素部分产量上只占了0.42%,绝
3、大部分都是天然色素。可见天然色素在日本的市场应用有多么广泛和普及。而且在日本已经是一个非常稳定和饱和的市场。不同的品种之间稍有波动之外，总的市场规模没有太大的变化。1.2 我国紫甘薯色素市场现状中国是个食品添加剂的使用大国，也是个非常崇尚天然志向的国家、因此特别是在食品加工中所使用的添加剂特别是着色剂方面、都喜欢使用天然色素。中国天然色素产量从2000年的2.8万吨发展到2007年33万吨，不到十年的时间里，生产量扩到了将近10倍。销售金额也将近27亿人民币。单从这数据上来看，确实是中国的食用色素市场发生了天翻复地的变化，也说明中国的市场是一个新兴的市场，发展前景是非常巨大。另外也说明一个问题
4、，就是中国的天然色素的生产量是上来了，但是实际的使用还没有真正的开始。中国的大多数食品加工企业所用的食用色素都还是合成色素为主。所以天然色素在中国的应用前景是非常广阔的，但是其道路也不会是一帆风顺的。紫心甘薯，学名为川山紫1，是我国科技人员从日本川崎农场引进繁育成功的甘薯品种。这种甘薯的薯皮为紫红近黑色，薯肉也为紫红色，故而得名。在崇尚食素、食野、吃黑的今天，川山紫的市场前景极为看好。紫甘薯由于具有营养、着色、保健等多重作用，越来越引起国内外的广泛关注。我国至1995年以来对于紫心甘薯进行了一系列的研究，其中大部分都是着重于色素方面的。经过试验分析，确定了这种甘薯薯肉中所含的红色素主要成分是酰
5、基化花青素，具有花色苷色素的共同性质：易溶于水、酸和碱，不溶于有机溶剂。吸收峰随pH的升高而向长波长的方向移动。色素耐热性好，添加防腐剂时，在食品允许使用的范围之内对其稳定性并没有影响。花青素在食品、化妆品、医药方面有巨大的应用潜力。紫甘薯属旋花科甘薯属一年生草本植物，富含天然花色苷，主要成分为矢车菊色素（花青素）和芍药色素（甲基花青素），其色泽悦目，具有显著的自由基清除能力，能防突变，减轻CCl4引起的肝损伤，是不可多得的兼具营养保健和着色等功能的生理活性物质。紫甘薯花色苷具有明显的抗氧化抗突变减轻肝功能障碍等生理功能，其花色苷的主要类型为芳香酸酰化的矢车菊素和芍药素2。紫甘薯所含的花青素为
6、类黄酮系化合物，以C6-C3-C6为基本骨架，具有类黄酮的典型结构，即2-苯基苯并吡喃阳离子R=H,R=OH或OCH3。紫甘薯色素的主要成分为矢车菊素和芍药素3，其中芍药素是矢车菊素的甲基化衍生物。色素在紫甘薯细胞中以与糖缩合成糖苷的形式存在于液泡中，主要呈色成分为花青素类的氰锭酰基葡糖苷及甲基花青素酰基葡糖苷4。紫甘薯色素是一种水溶性色素，也易溶于稀酸稀碱；pH值对其光谱特性影响很大，在不同的介质中呈现不同的光谱特性；pH值对其稳定性影响不大，它通过影响花色苷的存在形式改变着花色苷的热稳定性；温度对其影响可能与pH有关当为3时该色素对热表现出相对稳定性，因此为减少对色素的破坏，使用时应尽量避
7、免高温和长时间受热。紫甘薯有许多其他色素所不具备的特殊功能。首先它具有抗氧化活性，及自由基清除功能。研究发现大多数酰化的花色苷都具有-生育酚一样的抗氧化活性，特别是从紫甘薯中分离出的芍药素显示出与丁基羟基茴香醚（HBA）相当的抗氧化活性5。花色苷抗氧化作用的主要活性基团是分子中的酚羟基6。紫甘薯色素中有多个酚羟基，是羟基供体，同时也是一种自由基清除剂。它不仅能和蛋白质结合防止过氧化7，而且还能提供质子，有效清除脂类自由基，切断脂类氧化的链式反应，起到防止脂质过氧化的作用8。Furuta考察了21种甘薯的乙醇提取物对叔丁基过氧自由基的清除活性，发现其中含有花色苷的紫甘薯清除该自由基的活性最强。此
8、外还进一步证实，对由亚麻酸自氧化而引起的脂过氧化，紫甘薯具有最强的抗氧化作用。其次它具有抗突变活性，研究发现特别是紫甘薯“Ayamurasaki”中的花色苷可有效地抑制杂环胺、3-氨基-1，4二甲基-5氢-吡哆-（4，3-b）吲哚、等引起的突变作用5。再次紫甘薯花青素具有减轻肝功能障碍的作用，紫甘薯饮料能明显抑制病鼠血清中GOT和GPT的上升，并对血清中的乳酸脱氢酶、硫化巴比土酸反应物，肝脏中的TBA-Rs几氧化脂蛋白的增加都有一定的抑制功能，从而减轻由CCl4引起的肝损伤。同时，将该饮料作用于肝损伤患者也有相似的功效5。经济一体化是当今世界经济发展的大趋势。随着我国加入WTO后，农场品市场的
9、开放，农业生产将面临国内外市场竞争的双重压力。针对我国特用甘薯开发的起步晚，设备和工艺较落后的特点，招商引资，与外资联合，通过引进国外先进的加工机械，开发新产品，提高产品档次，生产无污染营养食品，占领国内外市场。我国是甘薯种植大国，种植面积占全世界甘薯总种植面积的70，加之甘薯具有其他作物无可比拟的高产、稳定、适应能力强等特点，因此，我国开发甘薯花青素有很强的原料优势。从山东东部沿海地区种植日本甘薯品种获得成功的实践来看，甘薯花青素产品在我国的确有得天独厚的原料优势。目前分布在威海和青岛的几家企业已开始进入规模化、专业化生产甘薯色素阶段。发展方向是扩大紫甘薯红色素的应用范围，获得更广泛的应用领
10、域。由于紫甘薯红色素有较好的耐热性和耐光性，以及薯类的芳香，在饮料和果酒上的应用将会比其他茶青素类色素更有前途。加强与其他色素的复配着色研究。通过与葡萄皮色素、萝卜红色素、紫甘蓝色素、黑豆红色素和紫玉米色素的对比实验，我们认为，在这几种色调比较相似的色素中，紫甘薯红色素虽然气味怡人，但在色调上并无突出之处，反而有紫色过重之嫌，应用在多数食品中不易被消费者接受。如果能与其他色素复配，则可能会有更好的效果。比如紫甘薯红与栀子蓝复配，会得到近似长城干红的色调。立足国内市场的开发，避免被国外采购商联合打压。随着国人生活水平的日益提高，在食品中添加天然色素已是大势所趋。越来越多的食品饮料厂家也乐于向他们
11、的产品中添加天然色素以提高产品档次。在天然色素中，红色素也主要集中在花青素的几个品种上，紫甘薯红色素在气味和稳定性上有更强的优势，势必会在天然色素的领域里占有一席之地。通过对紫甘薯红色素进行几年的调查研究，我们认为，紫甘薯红色素作为新的天色色素品种，有它的独特性和优异性，值得推广应用。但由于在天然红色素中，它并没有惟一性，所以对它的发展要建立在客观的市场评估和科学的应用研究基础上。1.3我国天然色素生产状况分析1.3.1 企业分布情况我国天然色素的制备及使用具有悠久的历史，经过十几年的努力，有了长足发展。天然色素新品种不断增加，天然色素产品应用开发拓展了行业发展空间，在与国际接轨、思维创新、管
12、理创新、技术创新等方面取得了可喜的成就。我国天然色素的生产厂主要分布在河北、湖北、天津、浙江、江苏、江西、深圳、北京、河南、山东等20多个省市，其中大部分处于适宜四季生长蔬菜的东南沿海地区。从品种上看，主要生产辣椒红色素、姜黄色素、甜菜红、甘薯红、红品红等9。主要厂家有湖北省潜江市绿海宝生物技术有限公司、河北省曲周县晨光色素厂、丹麦食品配料生产商科汉森公司设于天津的食用色素生产厂、杭州临安色素厂、浙江省永康市阳光天然色素厂、平阳县天然食用色素厂、 南通海天然色素厂、江西省鹰潭市华康天然色素厂、浙江省温州市平阳县利微天然植物色素厂、河北正昌天然色素有限公司 、深圳粤兴天然食用色素厂 、 江苏省句
13、容市天然食品色素厂、北京市金晔天然色素厂、河南广晔天然色素有限公司 、青岛红星化工集团天然色素有限公司(青岛天然色素厂)。1.3.2 主要色素品种我国天然色素品种有30余种天然植物色素分类： 按植物色素化学结构归类，可分为花色苷(花青素)类、类胡萝卜素(多烯色素)类、黄酮类、四吡咯类、醌类、焦糖类及其他类。按类别区分，植物色素主要品种如表1 表1 植物色素类别及主要品种类别色素名称主要化学成分植物来源类胡萝卜素花青素类葡萄皮色素花葵素葡萄皮红莓色素花青素红莓玫瑰茄色素飞燕草素-3-接骨木二糖苷玫瑰茄矢车菊素-3-接骨木二糖苷红球甘兰色素红球甘兰接骨木色素甲基花青素接骨木紫玉米色素锦葵素紫玉米萝
14、卜红色素天然葵苷红心萝卜越橘红色素红豆越橘、笃斯越橘紫苏红色素紫苏苷紫苏类胡萝卜素番茄红素番茄红素番茄胭脂树红红木素胭脂树胭脂树橙降红木素胭脂树-胡萝卜素-胡萝卜素胡萝卜等-胡萝卜素-胡萝卜素胡萝卜素辣椒红辣椒红素辣椒番红花红藏红花酶西红花栀子黄-藏花素、栀子苷大花栀子黄酮类高粱色素3，3，4-三羟基黄酮红高梁种皮可可色素黄酮-3，4-二醇，儿茶酸可可豆菊黄素查耳酮苷菊花类别色素名称主要化学成分植物来源黄酮类红花黄红花苷红花姜黄色素姜黄素、去甲氧基姜黄素及去二甲氧基姜黄素姜黄吡咯类叶绿素铜钠叶绿素铜钠盐蚕沙、雏菊、菠菜醌类紫草红色素乙酰紫草素紫草根檀香木色素檀香木A和B檀香木焦糖类焦糖色素糖类
15、焙烤其它甜菜红甜菜碱甜菜红曲色素红斑红曲素、红曲素、红曲玉红胺等发酵法制备栀子兰色素栀子提取物酶处理列入中华人民共和国国家标准食品添加剂卫生标准GB2760-1996中允许使用的食用色素有48个品种，它们是：苋菜红、胭脂红、叶绿素铜钠盐、-胡萝卜素、甜菜红、姜黄、红花黄、紫胶红、越橘红、辣椒红、辣椒橙、红米红、栀子黄、菊花黄浸膏、黑豆红、高梁红、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、橡子壳棕、多穗柯棕、桑椹红、金樱子棕、姜黄素、酸枣色、花生衣红、葡萄皮红、蓝锭果红、藻蓝、植物炭黑、紫草红、茶黄色素、茶绿色素、柑橘黄、胭脂树橙、胭脂虫红、焦糖色(不加氨生产)、焦糖色(亚硫酸铵法)、焦糖色(加氨生产)、-胡萝卜素(发酵法 )、密蒙黄等。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 。由于我国植物品种资源丰富，一大批植物色素新
