食用色素特性及发展趋势

《中国食品添加剂》 China Food Additives 2oo3 NO．4 食用色素特性及发展趋势 刘梅森 何唯平 (深圳市海川实业股份有限公司，深圳 518040) 摘要：本文对食用化学合成色素和天然色素的特性、使用注意事项及发展趋势作了全面阐述。 关键词：合成色素，天然色素，发展趋势 Character and Develop Trend of Edible Color (Shenzhen Oceanpower Industrious CO．，LTD． Shenzhen 518040) A t：The character。notice items and develop trend of artificial color an d natural color were be introduced l ：Artificial color，Natural color，Develop trend l 概述 色素也称着色剂，以食品着色为主要目的的食 品添加剂称着色剂。由于来源不同，一般分为天然 色素和合成色素两大类。合成色素的优点是颜色 鲜艳，着色力强 ，不易褪色 ，用量较低，性能稳定，但 由于合成色素主要属于苯胺类色素，其中有的在人 体内可以形成致癌物质 p一萘胺和 a一氯基萘酚。 天然色素的优点是安全性高(个别除外)，资源丰 富，但稳定性差，着色力低，成本高。由于安全性方 面的优势，天然色素的发展比合成色素快。 2 颜色与色素分子结构关系 物质结构中化学键的价电子吸收光波，尤其是 兀键中价电子。当兀键共轭时，由于共轭体系中电 子的离域作用，可以使这些结构中电子所吸收光的 波长由短向长方向移动，共轭体系越长，该结构吸 收的波长也越长。 决定色素吸光的关键是其分子结构，一般色素 物质结构中必须含有生色基团。生色基团是指使 物质在紫外及可见光区具有吸收的基团。常见的 生色基团包括：烯基、碳基、醛基、酯基、炔基等。有 些基团女口一OH、一NH2、一CL、一Br、一SR、一OR、 一 NR2等本身不产生颜色，但当它们与共轭或生 色基相连时，可使它们的吸收波长移向长波方向， 这些基团称为助色基。一般而言，引入助色基后， 可使波长移动的范围如下：一NR2：40—95nm，一 SR：23—85nm，所以弄清它们的结构与性质对它的 使用、管理和贮存有重要作用。 3 色素的使用 在使用色素时，应注意以下几点： 3．1 吸光值与色价 色素的染色力是衡量色素质量的重要指标。 通常采用色素溶液吸光值的方法。根据朗伯一比 尔定律，溶液的吸光值(E)与溶液浓度(c)、光程 (L)成正比，E=KCL，其中K为比例常数。吸光值 越高，表明着色力也越高。 对于天然色素的染色力，可用色价表示，色价 是指比吸光值，即 lOOml溶液中含有 1g色素，光程 为Icm时的吸光值：色价=Ei 。 3．2 溶解性 溶解性包括两方面的含义，一方面指水溶性和 油溶性。我国准用的食用合成着色剂均溶于水。 难溶于油。当要溶于油类时，要使用乳化剂、分散 67 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 2003 NO．4 剂来达到 目的。另一方面指溶解度，溶解度大于 1％者视为可溶，在 1％与 0．25％之间视为稍溶， 0—25％为微溶。 溶解度受温度 、pH值、含盐量、水硬度的影响， 一 般合成色素温度高溶解度增大，DH值降低易使 色素形成色素酸，而降低溶解度，某些盐类对色素 起盐析作用而降低溶解度，水硬度高易产生色淀， 溶解度降低。天然色素情况复杂，其溶解度变化情 况应视具体情况而定。 油溶性色素进入体内不易排 出体外，毒性较 大，现世界各国基本不使用这种色素，水溶性的易 排出体外，毒性低。GB2760—1996中只有 J3．胡萝 b素为油溶性的。 3．3 染着性 用食用色素对食品着色时，要注意色素对上色 部分的染着性质，即易不易染色，易不易脱色。 3．4 坚牢度 坚牢度是衡量色素在其所染着的物质上，对周 围环境适应程度的一种量度。色素的坚牢度主要 取决于其化学性质，所染着物质在应用时的操作， 坚牢度是一个综合性评定，包括如下指标： 3．4．1耐热性 色素的耐热性与共存物质如糖、食盐、酸、碱等 有关。当与上述物质共存时，多会促使其变色、褪 色。 3．4．2耐酸性 色素在酸性较强的水溶液中会变色或析出。 而一般食品 DH值大多在酸性范围内，因此要考虑 色素的耐酸性问。 3．4．3耐碱性 有些食品如糕点类因为使用了碱性的膨松剂， 导致食品呈碱性，另外这类食品一般还要经过高温 加工等，所以色素用在此类食品中不仅要考虑 耐碱性 ，同时还要考虑耐高温性。 3．4．4耐氧化性 氧、氧化酸、含游高氯或残留次氯酸钠的水以 及金属离子易使色素变色、褪色。 3．4．5耐还原性 在发酵食品加工过程中，某些微生物、金属离 子及某些食品添加剂，如 vc和亚硫酸盐等，具一 定还原性的物质，对色素有一定影响，1=日氧葸类色 素比较稳定。 68 3．4．6耐光性 自然光中的紫外线会影响色素。 4 变色 色素溶解在不同溶剂中，可能产生不同的色调 和强度，以油溶性着色剂比较明显，在使用两种或 两种以上色素时更为突出。如有时黄色与红色调 配成的橙色，在水中色调较黄，在酒精中较红。在 酒类中，酒精含量不同，同样的色素会变成不同的 色调。 在混合色素中，某些色素的存在会加速另一种 色素的褪色，如靛蓝会促使樱桃红更快地褪色。 5 色素的分类 按来源分可分为：人工合成色素、天然色素。 按结构人 1 合成色素可分为：偶氮类、氧葸类 和二苯甲烷类 一 按结构天然色素可分为：吡咯类 (叶绿素类)、 多烯类(类胡萝 b素)、酮类(红曲素、姜黄素)、醌类 (紫胶、胭脂红、紫草醌)和多酚类(花青素、花黄素、 儿茶素)。 按溶解性町分为：水溶性和脂溶性。 6 合成色素 由于合成色素安全性问题比一般食品添加剂 突出，故各国均有较严格的限制，不在品种和质 量指标上有明确限制性规定，对生产单位也有明确 限制。 各国准许使用的合成色素品种各不相同。曾 经使用过的达 100多种，现允许使用的仅 39种。 美国自 1976年至今只保留 9种 ，坚决废除苋菜红， 不允许用胭脂红。挪威废除用苋菜红、胭脂红、靛 蓝、日落黄、柠檬黄。欧共体允许用胭脂红，但严格 控制用量。诱惑红除美国、加拿大和中国等几个国 家用外，其他国家都禁止使用。至 2000年，我国规 定允许使用如下 9种及各自的色淀，即：苋菜红(0 — 0．75)、诱惑红、亮蓝 (0—12．5)、赤藓红 (0— 0．1)、靛蓝(0．5)、胭脂红(0—4)、日落黄(0—2．5)， 柠檬黄(0—7．5)、新红。另外还有 J3一胡萝 b素、 叶绿素铜钠 、酸性红、二氧化钛等共计 21种。使用 范围限于饮料、配制酒、糖果、糕点、青梅等，禁止用 于肉类、鱼类、水果及他们的制品(红肠肠衣除外)。 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additive 一 般色素在加工过程中由于溶解性而可能造 成混色，因此往往需要能不溶于水和有机溶剂(如 颜料)，增强水溶性色素在油脂中的分散性。提高 色素对光、热、盐等的钝性。铝色淀即为此而开发。 适于各种粉状食品、小吃食品、胶姆糖、糖果和各种 压片食品，我国的各种合成色素均有相应的铝色淀 制品。 合成色素安全性问题，都已通过严格毒理实 验，只要严格按照 ADI值(每日每 kg体重容许摄 人的 mg数)的范围内使用，应该是安全的。我国 规定容许使用的8种合成色素之 ADI值见前面各 色素括号内的值。 这8种合成色素按化学结构可分为偶氮类(如 苋莱红、柠檬黄)和非偶类(如赤藓红、亮蓝等)。 7 天然色素 天然色素大都来 自微生物(如红曲红)，动物 (如紫胶红、胭脂虫红)和植物(如各种花青素、类胡 萝 卜素、辣椒红、姜黄素等)，目前已开发的天然色 素己达 100种以上，我国在 GB2760—1996中允许 使用的为48种，日本对天然色素不加限制，可自由 使用，日本也是天然色素使用量最大的国家之一。 天然色素成分复杂，经过提纯后，其化学结构 可能会发生变化，性质也可能和后来不同，故并不 能保证天然色素总是安全的，故作为食用的天然色 素也必须有一定的毒理安全性实验。 7．1 食用天然色素的一般要求 7．1．1凡从已知食物中分离出来且化学结构无变 化的色素，又应用于原来食物，其浓度又是原来食 物中的正常浓度，这种新产品可以不进行毒理实 验。 7．1．2凡从已知食物中分离出来且化学结构无变 化的色素，当其使用浓度超过正常时，则应对这种 产品进行与合成色素相同的毒理评价。 7．1．3凡从食品原料中分离出来，但在其生产过程 中化学结构已发生变化的色素对它们需要进行与 合成色素相同的毒理评价。 7．1．4凡从非食品原料中分离出来的色素，必须进 行与合成色素相同的毒理评价。 7．2 食用天然色素的优点 7．2．1来自天然原料，且大多数来自食品原料，因 此，一般来说对人体安全性较高。 2003 NO．4 7．2．2有的天然色素可转化成营养素，如 B一胡萝 卜素可转化成维生素 A，有些还具有一定保健功 能，如红曲红可降血压。 7．2．3可更好地模仿天然食物的颜色，着色时的色 调比较 自然。 7．3 食用天然色素的缺点 7．3．1坚牢度较差，使用局限性大，受pH值、氧化、 光照、温度及金属离子等因素影响较大，在食品加 工及流通过程中易受外界影响而变色或褪色，性质 不如合成色素稳定。 7．3．2成分复杂，使用不当易产生沉淀、浑浊。 7．3．3成本较高。 7．3．4产品差异较大。食用天然色素基本上都是 多种成分的混合物，同一色素由于来源不同及加工 方法不同，所含成分会有差别 ，如从蔬菜中和从蚕 沙中提取的叶绿素就有差别。 7．3．5可能有异味，因为是从天然物中提取 出来 的，故有些食用天然色素受其共存成分异味的影响 而带有异味，或 自身就有异味。 由于食用天然色素有上述一些缺点，因此在使 用时应采取一些保护，如和 Vc一起使用，防 止氧化；添加金属螯合剂，避免金属离子的影响。 制成微胶囊 ，增加耐光性等。 8 天然等同色素 天然等同色素是指由人工化学合成，在化学结 构上与自然界发现的色素完拿相同的有机色素归 为第三类食用色素，即天然等同色素。比如目前市 场上的B一胡萝 卜素，大多是用化学方法合成的， 但在化学结构上与 自然界发现 的完全相同。 GB2760—1986以前也将它们列入食用天然色索， 但到 GB2760—1996中就改为食用合成色素了。 最近有人将这种色素称为天然等同色素。 9 色素的发展趋势 9．1 合成色素 重点在如何提高合成色素的安全性方面。现 已研究出一类新的不被人体吸收的聚合色素，其原 理为：人体对物质的吸收在分子量上有一定限制， 如分子量大于 1000时，而无法被肠道吸收而直接 排出。这样不会或大大降低其对人体的危害。美 国 Dynapol公司研究使某些发色团固定在某一聚 69 维普资讯 http://www.cqvip.com 《中国食品添加剂》 China Food Additives 20o3 NO．4 合物上，使其分子量大到足以无法穿过胃肠道黏 膜。该公司已研制 2种分子量约 3万的红色聚合 色素，一种分子量为 13万的黄色聚合色素。经同 位素标记试验证实几乎完全不被人体吸收，而且分 别具有类似苋菜红和柠檬黄的光谱特征，其性能类 似于对应的水溶性合成色素，且更稳定。1987年， Dynapol公司曾向FDA申请，但因不足而被驳 回，后来公司继续探索，完善实验数据，尤其是安全 性方面的数据。 9．2 天然色素 中国是一个资源大国，在天然色素资源方面有 着很大的潜力，近年来作了大量的探索和研究，取 得了不少成果，现在我国有天然色素企业 100余 家，年产量超过3万吨，其中产量最大的是焦糖色， 占七成以上。而对如此蓬勃发展的局面，天然色素 的发展趋势表现在以下几方面。 9．2．1大力发展“天然、营养、多功能”的食用天然 色素 近年来，天然色素如焦糖色、红曲米、红曲红、 辣椒油树脂及栀子黄等发展较快，另外还有姜黄色 素、紫草红，红花黄等 l8种在 GB2760---1996中允 许使用的天然色素。 9．2．2采用高新技术、完善及改进原有工艺 在食用天然色素的生产和进一步加工过程中， 可采用的高新技术包括：基因工程、细胞工程、发酵 工程、吸附色谱、离子交换色谱、凝胶过滤、微孔过 滤、超滤、电渗析、反渗透、超临界 co2流体萃取、 亲和层析及冷冻干燥等技术，这些高新技术的应用 可以提高食用天然色素的得率，提高产量，增加纯 度，保证质量，降低成本。 9．2．3加强原料综合利用 综合利用原料，可以增加产品种类，提高经济 效益，降低主打产品的成本，如用辣椒生产红色素 时，可以同时提取辣椒碱，渣子可以做辣椒粉、辣椒 酱等。 9．2．4加强不被人体吸收的聚合色素的研究。 参考文献 1．凌关庭 ，食 品添加剂手册 (Ⅱ)，北京；化学工业 出版社 ， 1997，2． 2．聂晶、齐兴娟 ，食用合成色素研究动态，中国食品卫生杂志 ， 2oo2(1)，58—60． 3．刘树兴、李宏梁、黄俊榕，食品添加剂 ，北京 ：中国石化出版 社 ，2001，5． 4．刘钟栋 ，食品添加剂原理及应用手册(Ⅱ)，北京：中国轻工 出版社 。2000，4． (上接 44页) 蹄皮色素生产成本约 l7．3l元／Kg。当前，合成棕 色素 180元／Kg，水剂焦糖色素市价 20元IKg，可 见生产马蹄皮棕色素的经济效益是极为显著的。 而且在一定的范围内，该色素性质对光、热以及食 品添加剂十分稳定，结合马蹄皮内含有抗菌成分， 其可以作为一种具有较高经济价值和综合利用性 质的新兴食品添加剂，甚至有可能成为功能色素， 因而具有广阔的发展和应用前景。 参考文献 I．Ma Mingyou，Study on the extract and stability of the natural pigment from zingioer miosd．Journal ofjishan university．Nat一 70 und$cience[J]，1993(6)95—98 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