天然色素的研究

天 然 色 素 的 研 究 提 要 本文就食品加工中为什么要用天然色素进行了论述，并从天然色素的品种及食品种类两 个不同角度阐述了一些最常用的天然色素在食品中应用的主要限制因素以及克服方法，最后 提 出这些天然色素的适用范围和参考用量。 1前言 我们的周围到处都有颜色一一无论是天 空田野，还是在人们的衣着和食品中都少不 了颜色的存在。对于食品，颜色的重要性是 不容忽视的。经验告诉我们，食品的外观不 仅与人们的食欲密切相关，而且还常被用作 食品质量好坏的判断依据，如新鲜的水果和 蔬菜是很好的倒子。 ， 为什么要在加工食品中添加色素呢?首 先由于食品原有的颜色在加工过程中常常被 减弱甚至改变，故需加入色素使其与新鲜食 品有相近的颜色I其次，由于食品原料本身 的颜色受季节、气候和产地的影 响 而 有 差 异，但用这些颜色不同的原料生产出的产品 应具有相同的颜色，因此，为了使产品 化，也需加入色素 第三，在某些食品中如 糖果和酸奶等，加入色素可使其 更 有 吸 ；I 力。此外，还可用不同的颜色来区分不同风 味的食品。 过去，在食品工业中，曾经大量地采用 合成色素，然而，许多合成色素现己被怀疑 有毒理学问．如中国现在允许使用的苋莱 红在美国、泰国，瑞典和挪威等国家己被禁 用·而法国和意大利则只允许在鱼耔酱及其 代用品中使用， 日落黄和柠檬黄被认为可引 起风疹，哮喘病和鼻炎等。由于这些原因，人 们又开始对那些从天然动植物中提取的己有 数 千年应用历史的天然色素发生了必趣． 鉴于不同天然色素的理化性质 差异 报 大，因而，其使用范 围也各不相同，必须精 心选择适当的色素系统，方能使产品外观和 货架期满足要求。本文着重阐述一些最常用 的天然色素在应用中的限制因素及其克服方 法，并对这些天然色素的主要应 用范围和参 考用量简介如下。 2各种天然色素在使用中的限麓因素 2．1姜黄索 (El00÷) 姜黄素是香料植物姜黄Cur c um^Ioaga 中的主要色素成份，现主要有姜黄树脂和姜 黄素两类商品供食品着色用。其中，姜 黄树 脂是用溶剂从植物姜黄中提取的产品，通常 含45嘶的色素J姜黄素由姜黄树脂经提纯， 脱昧后得到，其色素含量>9O呖。 姜黄素的颜色受pH的影响，在PH 1—7 时呈黄色，>7．5时变为桔色，而且稳 定 性 下降，姜黄素可溶于乙醇，冰醋酸和碱水， 几乎不溶于纯水，如欲把姜黄素用于水相食 品，需经特殊处理，如可先把姜黄素溶于 乙 醇再加水稀释，也可利用明胶和醋酸制成水 溶性姜黄混台物。 姜黄素作为食用色素的主要限制是它对 光不稳定，通常只能用于避光食品，低水份 食品或冷冻食品等，此类产品包括冰淇淋， 蛋糕和干燥混合物如固体饮料等(见表 1)． 崇：E××X为欧洲共同体的食品添 加 荆编号 维普资讯 http://www.cqvip.com 姜黄素对热较稳定，但对So；不稳定， 当so ~100ppm时，可使姜黄素褪色。 金 属离子的存在，特别是铜，铁和锡离子可 【 起产品的褐变。当蛋白质存在时，由于蛋白 质一姜黄素复台物的形成，致使姜黄素的稳 定性增加。前面提到的用明胶和醋酸制备水 溶性产品的工艺就是利用这一原理。 2．2类胡萝 素类色素 保守的估计，自然界每秒钟可产生3．5t 的类胡萝 素，现已鉴别的约400种。 其 中 胭脂树橙B一胡萝 素，藏花索和辣椒色 素 等天然类嘏萝 素己被大量用于食 品 的着 色。 (1)膪脂树橙 (E16O(6)) 胭脂树Bixa orell~na在南美，印度 和 东非都有种植，主要色素成分是油溶性胭脂 树橙和水溶性降胭脂树素。前者存在于油溶 性提取物中，为黄色，后者存在于水溶性提 取物中，略带桔色，=者的稳定 性 也 不 一 样。油溶性胭脂树橙主要用于高脂肪含量的 脂相溶浓，如人造黄油和糕点的裱花等，水 溶性的降胭脂树素则有较大的应用范围 (见 表 1)。 降胭脂树素可溶于碱性溶液，而在酸性 介质中产生沉淀。虽然，一般来说这是个缺 点，但在加工某些水果和蔬菜的工艺中，这 又是个优点，因为这能使色素在漂洗过程中 不被漂洗掉 许多二价甩离子都能与降胭脂 树索反应而生成沉淀，如硬水里 的 钙镁 离 子，因此，配制色素液必须使用去离子水， 但是，有些商品降胭脂树索已克服了这些缺 点，使其对酸和硬水稳定。SO z浓 度>100 ppm时，将使降胭脂树素褪色故须采用其它 防腐荆，而对油溶性胭脂树橙，SO。熨fJ无影 响，因为，它们存在于不同的相中，和其它的 类胡萝 b素一样，胭脂树橙很易氧化，抗坏 血酸作为抗氧剂可提高它的稳定性 热对胭 脂树橙影响较小，但有时会发生一些色泽的 变化，这种变化是顺式胭脂树橙异构化和洚 解的结果。后二者的色泽更黄。 蛋白质与腰脂树橙结合，可增强其稳定 性，并使产品变得更红。这种结台在面类制 品加工中尤 为重要。因为胭脂树橙可与面筋 结合，如果加工时闯和条件不标准，将使产 品的色泽发生变化。因此，在开发含胭脂街 橙和蛋白质的产品时，重要的要 有 充 分 时 间，使结台达到平衡。 (2)藏花素 藏花索存在于植物藏红花cf0cn s sati e 花的柱头 内，藏红花通常作为香料食用，如 作为提取藏花素的原料，从经济观点看，颇 不台算。提取25‘藏花素，大约需要l磅的藏 红花，相当于70，000朵花 但是，藏花素也 存在于栀子的种子中。栀子Gardenie jBsm inoides在亚洲主要作为中草药使厢。 通常 用溶剂从栀子中提取色素。 影响藏花素使用的蛀主要因素是防腐剂 So z的用量，金属离子和酶的活力。SOt> 50ppm就会使藏花素褪色，铁和铜 离 子 的 存在则使它的稳定性下降，在蛋 白质 存 在 时，某些酶的作用可使栀子中提取的藏花索 变绿，这是由于与藏花素一起提取出来的萜 类化合物栀子苷所引起。此现象在面类制品 的着色中非常重要，因为面粉中糖化酶和蛋 白质的存在可在几小时内使栀子苷生成兰色 化台物。通过烘烤使酶失活可阻止此现象的 发生，因此，应尽量缩短加入色素至烘烤的 时间。但是，对于那些面团在烘烤前需静置 数小时的产品，就必须使用不含栀子苷的藏 花素。 (3)辣椒色素 辣 椒红色素和辣 椒 玉 红 索 是 红 辣 椒 c p^ sicum -nnu m中两种主要的类胡萝 b 素类色素。现有两种主要产品，辣椒油脂和 辣椒红色素，前者采用溶剂从红辣椒粉中提 取，是一种深黄色牯稠液体，具有特有的香 维普资讯 http://www.cqvip.com 味和辣昧，后者则是辣椒油脂经进一步精制 得到的无味红色素。 辣椒油脂和色素都是油溶性的，部分溶 于乙醇，经特殊加工可制成水分散性色素。 辣椒色素对光热和 pH非常稳定， 但 对 o 敏感，可用抗坏血酸增强其对o z的稳定性。 与其它天然色素明显不同的是，辣椒色素的 色泽髓着其澈度的不同，可由桔黄色变至红 色，因此，当与其它色素配合使用时，应注 意不 同浓度的产品色泽不一样。 辣椒油睹由于有特殊的风味，主要用于 调味料，香肠和某些肉制品，快餐 等食 品 中，脱味的辣椒色素则 用于色拉油，奶酪和 糕点裱花等}其水分散性产品还 可 用 于 饮 料，糖果，果冻制品和番茄汁等食品中 (见 表 1)。 2．3甜菜红色素 (E162) 甜菜红色素是由红甜菜Beta Vulga ri s 中提取主要成份是红色的甜菜苷和黄色舶甜 菜黄素，一般是用压榨法提取果汁，再进一 步浓缩至68Btix浓度的产品。 甜菜红在食品中应用的主要限制是它对 热和o z的不稳定性 。长时间的高温非 常 有 害， 巴氏消毒和超高温短时灭菌是可行的， 但应迅速冷却。另一个影响因素是食 品的含 水量，用甜菜红着色的食品在含水量高时很 不稳定。此外，色素还受 pH影响，于 pH 4—6 时，呈红色，比较稳定，当 pH上升时 ， 颜 色逐渐变兰，稳定性也随之下降。但不如花 色苷变化明显，So 的存在限制了甜菜红在 食品中的应用，必须改用其它防腐剂。金届 离子铁、铜、锡和铝盐的存在可与色素形成 复合物，而使甜菜红褪色，可通过加入适当 的螯合剂来降低这种效应 基于以上性质，甜菜红色素的应用仅限 于短货架期或低水分含量的食品，且只经过 温和的加热过程，不暴露于空气中的产品， 这类食品包括乳制品，冰淇淋和干燥混合物 等 (见衰 1) 2．4_叶绿素 (E140，E1 41) 叶绿素是绿色植物中进行光合作用的化 台物，广泛存在于人类 日常食用的各种绿色 蔬菜和水果中。商品叶绿素 (E140)是白然 界最广泛存在的形式 ，而 叶绿 素铜钠(E141) 则是叶绿素经过化学改性后的产品 ，在 中 国，叶绿素主要来源于蚕纱，而欧、洲，主要 是从青菜如苜蓿，荨麻等中提取的。 天然形式的叶绿酸和叶绿素：镁 盐 及 化 学改性后的铜盐的色泽各不相同，反映在不 同化合物的最大吸收波长也不一样，叶绿素 a和b的最大吸收波 长 为660nm和643nm， 而叶绿素铜钠盐的色泽则更绿一些，最大吸 收波长为565nm。 叶绿素铜对光和热的稳定性要比天然存 在 的叶绿素镁稳定得多。叶绿素 是 油 溶 性 的，叶绿素铜钠盐则是水溶性的，后者在酸 性条件下易生成沉淀，因此要想在酸性条件 下使用，就必须采用经特殊加工的耐酸性叶 绿素。 2．5花色苷 (E163) 花色苷在自然界分布广泛，在红色和紫 色的浆果，蔬菜和花中都有花色苷存在，并 类胡萝 h素类色素一同描绘出绚丽多彩的 颜色。现已发现有225种花色苷，其中 在 葡 萄中有2O种。天然存在的花色苷在不同的水 果中其比例和颜色各不相同。葡萄皮是食用 花色苷类色素的主要原料。其资源丰富，价 格便宜。其它的原料还包括黑莓，接骨木， 木槿，葡萄汁和红甘蓝。提取物的色泽取决 于所用的原料，通常是用含SO z或酸化的 乙 醇水溶液提取，再精制而成。 花色苷最重要的特性是它的两性特征， 当 pl{<4．5N，呈红色，pH>4．5时，变为 兰 色，而且花色苷的总颜色强度 也 随 pH变 化 I卣变 化，当pH由2．0调至4．0时，其颜色强 度将下降50师。 维普资讯 http://www.cqvip.com 当氧存在时，抗坏血酸对花色苷有害， 可导致色素稳定性下降。SO z也可 引 起 褪 色，而且此反应是可逆的。花色苷对 巴氏消 毒是稳定的，但颜色强度有所损失，长时间 处于较高温度下(如烘烤)，将会发生褐变。 当花色苷与其它黄酮类物质结合成复合 色素时，其色泽趋向兰色，相似的变化也发 生在花色苷与一些金属离子如锡，铁和铝等 结合时，这种反应可在含花色苷的酸性水果 锡听罐头加工中，导致罐内物质变兰。 来源于葡萄的花色苷与蛋白质反应将引 起沉淀，这是由于提取物中的单宁类与蛋白 质结合所致，这类反应对于餐桌上的果冻制 品特别重要，由于有明胶的存在，就必须选 用特殊的花色苷色素。 3限制天然色素应用的关键因素 3．1 pH值{pH值的的影响主 要 有 三 个方面。 (1)影响花色苷，姜黄素和 甜 菜 红等的色泽，因此，在使 用天然色素着色时， 必须注意产品的最终pH值。这一点对那 些 食物系统本身没有缓冲毹力的食品如糖浆和 糕点裱花等尤 为重要 在这些食品里，加入 色素的多少就决定了最终产品的pH值和色 泽。 (2)影响甜菜红，花色苷和胭脂 树 橙 等的化学稳定性。 (3)水溶性胭脂 树 橙， 姜黄和叶绿素等色素的物理稳定性 (如溶解 性 )，所以，不仅要考虑簸终产品的 pH值， 而且要考虑加工过程中的pH值。 此外，天然色素与香精系统的混合也会 带来 问题 ，因为，许多香精属强酸性，如加入 碱性 的色素系统，就需要有足够的时间来使 其达到平衡，这一过程一般需要数小时。 3．2 防腐剂。SO 对于多数天然色素 都 有负作用．应尽量选用其它防腐 剂。对 于花 色苷 ，SOt可使颜色立即消失，但此反应是可 逆的，随着SO：的挥发，颜色又转红，这种 现象在果酱的制备 中特别重要。 3．3色素在不同相之间的扩散对于 任 何 8 色素系统都是个难题。对于某些天然色素如 胭脂虫红，胭脂树橙和叶绿素，可利用其在 酸性条件下产生沉淀的特性，使颜色周定于 酸相中，而不致引起扩散 4天然色素在★品中的应用 4．1面类制品：在 面类制品中最常用的 颜色主要是蛋黄色，为选到这一日的，使用 藏花素比较理想，姜黄呈柠檬黄色，需用桔 色的胭脂树橙调色，方能调制出诱人的金黄 色。胭脂虫红通常与藏花素合用，可呈桔红 至粉红色曲产品，这 4种色素对 热 均 很 稳 定，可用于烘烤加 工。但由于姜黄对光不稳 定，只适用于整个的蛋糕或面包的着色，而 应用于片状蛋糕或面包时，必须注意使切开 的糕点表面不暴露在光中，否则将使姜黄褪 色，产品的色泽随之发生变化。此时，可改 用 B一胡萝 素或藏花素代替姜黄。 4．2软饮料：如何将天然色素成功地应 用于软饮料，对食品专家来说是一项挑战。 成品的高水分含量，所需的长货架期和光照 是主要的限制因 素。其 次，防 腐 剂 (如 亚 硫酸和苯甲酸钠 )和酸的存在也会影响天然 色素的物理稳定性 因此，一些天然色素的 性质如 姜黄的光敏特性，SO 对藏花素和 叶绿素稳定性的影响，甜菜红对 热加工的不 稳性和高水分台量的影响等，均限制了这些 色素在饮料中的应 用。 目前，胭脂树橙，胭脂虫红，红花黄， 辣椒色素和花色苷类等天然色素均可用于软 饮料。花色苷特别适用子软饮料，从葡萄皮 中提取的花色苷对酸性条件稳定，常被用于 着色黑莓味的饮料。应注意的是将花色苷类 用于不透明饮料时，会产生一种明显的兰化 效果。经特殊加工的对酸和硬水都稳定的胭 脂树橙是一种理想的软饮料着色剂，对于不 透明的柠橡酸饮料的着色，需要以物理扩散 的方式使色素分布在整个饮料中 可选 用具 有适当分子量的胭脂树橙浓缩物来实现，红 维普资讯 http://www.cqvip.com 化黄用于软饮料可得到一种黄色．也可与花 色苷配合使用，以得到黄至桔黄色的颜色。 辣椒色素经乳化制成水溶性产品后可用于软 饮料，对于不透明的桔汁饮料，水分散性辣 椒色素特别适用，可得到桔黄至桔黄色的颜 色。 4．3糖果制晶：在太多数糖果制 品 中， 要求所加入的组分能耐受高温，最严峻的考 验之一是熬糖工艺，这个系统要求色素，香 料和酸味剂等在140℃下保持数分钟， 除 甜 菜红外，其它天然色素在此温度都较稳定， 因此，都可应用。 4．4腊、树胶，果胶类的果诛制品； 在此类制品中也可成功地应用各种天然 色素，然而，当选用姜黄时，必须考虑到产 品见光后所引起的褪色。花色苷类虽然可用 于果胶类果冻，但用于明胶基的草莓或黑莓 也的果冻时，就会产生沉淀，必须寻找代用 晶，可选用低多酚含量的花色苷如从木槿中 提取的花色苷 以避 免产生沉淀。 4．5乳制品和冷冻制品： (1)冰淇淋：冰淇淋是一种水、 油 和 气 二{4【构成的均质体系，不经高温处理， 直接见光，贵架期较短。因此，除花色苷因 PH不适合，不宜采用外，其它天然色崇 论是水溶性还是油溶性的均 口J直接用 于珠淇 琳生产。 销售量最大的珠淇淋姓香草冰淇淋，住 英国，这种冰淇淋呈金黄色，利用天然色素 着色，这种颜色可用姜黄与删脂树橙混合使 用，这是最经济的，也可 用 减 花索 着 色。 胭脂树橙与姜黄的混合程序必须严格地 标准化，这种浓缩的色素混合物在贮存期坷 颜色会发生变化，向光潜的桔色区域偏移， 这种变化在几天内即达到平衡，因此，这种 混合物必须马上使用或至少放置 三 天 后 再 用。另一个问题是胭脂树橙可与蛋白质结台 而使颜色变得更红，姜黄的存在可抑制这种 结合反应．因此当使用这二种色素的混合物 着色时，必须使加入色素的次序和方法标准 化。 草莓味的冰淇淋常用甜菜红与少量的姜 黄或藏花素配合得到所 需颜色，时缘素及其 衍生物通常与姜黄结合使用，使产生薄荷绿 色，焦特呈现褐色，还可用甜菜红加深它的 颜色使形成巧克力色。桔味冰淇淋可用辣椒 色素着色，使呈现桔黄至拮红色。 (2)酸奶和牛奶：此 类 食 品不 宜 见 光，货架期一般较短。从理论上说，冰淇淋 中可用的天然色素都可用于酸奶 和 牛 奶 制 品，而且由于酸奶酸度的增加，还可使用花 色苷着色，它呈现红紫色。列于长货架期的 乳制品，必须用胭脂虫红取 代甜菜红，因后 者稳定性较差。 4．6肉类和鱼类制品： 胭脂虫红和红曲色素是较理想的肉类着 色剂，它们与各种防腐剂都不起反直，而且 呵耐受加上时的高温。甜菜红可用 j：那些含 水量低和不用SO z防腐的肉类制品。 在鱼类 制品中比较成功的例 J 是用藏花 素着色，呈黄色， 能耐受进一步的朋工如 熏制， 燕煮和贮存，也呵采J}]胭指树橙得到 桔黄色。 以上是对于食品专家来说，在天然色素 的应用中带来较多困难的问题，此外，还有 许多其它类型的食品如干燥混合物，餐桌食 品，果酱、裱花和沙司等均可用天然色素着 色，总之，天然色素可呈现各种 各 样 的颜 色，尽管不同的天然色素有着不同的适用范 出，但是，儿乎所有的食品都可用天然色素 着色。 9 维普资讯 http://www.cqvip.com 裹l 常用天然色素的应用范圈和参考用■ 色素品名 !E ictn最大帔民 应用范围 色素品名； El嘶最大波民 匝用范围 ] 一 I i 3(粉末 ) 胭脂虫红 参考用量 (W／W嘶 ) 革莓 味酸奶 (+藏花素 ) 悬沟子味酸奶 冰淇淋 (+藏花素 ) 速溶饮料粉 悬沟予味奶 蛋糕 肉制品 糖果 0．2(0．O4) 0．2 0．5(0．05) 0．2 0．08 0．1 O．05 0．2 番茄酱 l 0．15 花色苷 3 黑莓味酸奶、果酱 0．4 黑莓味饮料、糖果 0．3 辣椒色素 50 快餐食品、糖果 0．2 番茄酱 0．3 姜黄 lOO 柠檬昧酸奶 0．02 冰淇淋 (+胭脂树橙 ) 0．04(0．16) 藏花素 30 香蕉味奶 0．06 蛋糕，糖浆 0．05 肉制品 0．6 胭脂树橙 3O 桔味酸奶 0．1 (水溶性 ) 奶酪 0．06 蛋糕 0．2 糖果 0．25 冰淇淋 0．5 (油溶性 ) 人造黄油 0．05 快餐食品 O．2 1988 参考文献 l C．J．Knewstubb & B．S．Henry Food Technology International-- Europ e 2 John W alford Developments in Food C01our‘一 1 3 A．Jitaylor Developments in Food Colo Jrs～ 2 159--205 4 Com Tnission of the European Comm uniti e s Bruss els 19 Sep．19 85 (程 磊 编译 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com