食品著色劑是食品添加劑之一, 人們幾乎一生都在連續攝食。它不一定具有營養價值, 但必須對人體無毒無害。隨著醫學毒理學和生物學試驗研究工作的不斷深入, 發現在允許使用的化學合成色素中, 不少品種對人體是有害的, 特別是近年來發現的致癌問題, 引起了各國有關部門的重視。化學合成色素的原料主要是煤焦油, 通常稱煤焦或苯胺色素, 其多屬偶氮化合物, 偶氮化合物在體內代謝生成日一蔡胺和一氨基一一蔡酚, 這兩種生成物具有強烈的致癌性。因此, 近年來, 各國對合成色素的控制也越來越嚴格, 而食用天然色素一般地說則無毒, 尤其植物色素安全性較高, 有的還有一定的營養價值或藥理作用，而天然色素作為食品著色劑已有非常悠久的歷史。因此, 天然色素需求量又大大增加起來。各國對天然色素的管理也不象對化學合成色素那樣嚴格, 并提倡大量應用天然色素。目前可以說是合成色素與天然色素并駕齊驅的時代。
天然著色劑的分類
動物色素
動物血液和肌肉中的血紅素(Heme)是紅色色素, 但不用為食用色素故不贅述。現僅以胭脂蟲紅為例說明動物色素。
1、胭脂蟲色素
胭脂蟲(Coceus Cacti)是寄生在胭脂仙人掌上的昆蟲, 其雌蟲體內含有一種蔥醒色素叫胭脂紅酸(Carminic acid),該色素是用干胭月旨蟲體壓碎后抽提而得。
2、胭脂紅酸的性質及其在食品中的使用
胭脂紅酸溶解于水、乙醇而不溶于油脂。與鐵等金屬離子生成絡合物而變色,可與復合磷酸鹽并用而防止。胭脂紅酸的顏色隨pH值而變化,pH<4為黃色,pH為4現橙色,pH6為紅色, 到pH 8為紫色。用于乳、肉等蛋白質制品時與蛋白質結合變為暗紫色。由于它的耐熱性耐光性及耐微生物性都非常好, 故自古以來均用作化妝品,現代最適用于飲料類著色之用, 一般用量為0.005%。
微生物色素
1、紅曲色素
微生物色素僅舉紅曲色素為例, 該色素是紅曲菌(Monascue SP)產生的色素。用紙層析或薄層層析法分離紅曲色素,可見到黃、橙紅、紫、青等顏色成分、以紅紫色成分最多,有六種組分的化學結構已確定, 均屬氧茆并類化合物(Benzofuran Compounds)。
2、紅曲色素
紅曲色素溶于乙醇、乙醚等有機溶劑而不溶于水, 但可溶于乙醇的水溶液,耐光性耐熱性均較植物色素好。耐化學性也較好, 在400倍稀釋的色素液中, 添加的100ppm抗壞血酸或亞硫酸鈉等經48小時都不變色, 對金屬離子十Ca2+、Mg2+、Fe2+、Cu2+十等也較穩定。經動物試驗口投給1.8克/公斤體重, 未見有死亡例, 慢毒性試驗最大投給量2克/公斤體重/日, 經一年四個月未出現任何問題。由于紅曲色素安全性高, 工藝性能好, 現已廣泛用于肉、豆、面、糖、果醬、果汁等類食品著色。
植物色素
植物色素資源極其豐富, 可謂多彩繽紛,種類很多,是構成食物色素的主體。主要分類有三種，分別是以葉綠素為代表的吡咯色素，有胡蘿卜素類及葉黃素兩類的多烯色素，以及可分為花青素、花黃素和鞣質三大類的酚類色素。在食品工業中用量較大的是類胡蘿卜素和花青素。
類胡蘿卜素的頗色有黃、橙、紅至紫色等, 廣泛存在于生物體組織中, 已知的類胡蘿卜素達300種以上。多數類胡蘿卜素都可看成是蕃茄紅素的衍生物。它的同分異構體為α-β-γ-類胡蘿卜素。以β-型在自然界分布最廣, 合量最高。如藏紅花、萬壽菊屬杭物、紫花茴蓿、胡蘿卜與棕相油、桔皮、玉米、蕃茄等。紅青素又稱花色甙,是花、果、葉、莖等呈現的蘭、紫、紅等顏色。它廣泛分布于植物界, 以甙的形式分布千細胞液中。
天然花青素資源豐富, 提取容易,是很好的天然色素資源。現已制成制品的有：紫葡萄皮色素、朱槿色素(從木槿屬植物朱槿及玫瑰茄的花瓣中提取)、越桔紅(從杜鵑花科越桔屬植物的越桔果實中提取)、甜菜紅等色素。
天然著色劑葉黃素
葉黃素的結構與性質
類胡蘿卜素( Carotenoids ) 是指胡蘿卜素(Carotene) 和葉黃素(Xanthophylls) 兩大類色素的總稱。其中最主要的有黃體素(Lutein) 、玉米黃素(Zeaxanthin) 。其中黃體素和玉米黃素組成的樹脂被習慣成為葉黃素。葉黃素是一種無維生素A 活性的類胡蘿卜醇,其分子式為C40H56O2,易溶于氯仿、二氯化碳,可溶于正己烷,微溶于醇、醚。其穩定性受物理、化學及生物因素的影響較大,例如光輻射、高溫、酸、堿、游離鹵素、水分狀況等,但氧是影響其穩定性的主要因素,特別是純的結晶產品更易被氧化破壞 因而在保存時要將黃體素結晶純品或含黃體素的材料密閉真空或充入惰性氣體包裝,避免光照并且低溫保存。
葉黃素的分布與來源
葉黃素和玉米黃素在自然界分布廣泛,含量也較高,一些綠色蔬菜水果如卷心菜、菠菜、萵苣、綠豆、油菜中均富含葉黃素,但該類植物中同時也含較多的葉綠素、β2胡蘿卜素及其他類胡蘿卜素的環氧、氧代衍生物,遮蔽了葉黃素和玉米黃素的色澤;黃體素是綠葉中主要的類胡蘿卜素;玉米黃素的分布極其廣泛,它一般與黃體素是伴生在一起的。在大多數植物中,黃體素的含量均大于玉米黃素;僅在玉米中玉米黃素的含量高于黃體素。此外一些黃橙色水果如芒果、木瓜、桃子、南瓜等也均富含葉黃素和玉米黃素。
經過人們長期的尋找發現,萬壽菊花中黃體素和玉米黃素的含量極高,其它類胡蘿卜素雜質少,易于分離純化,可作為工業生產的良好來源。萬壽菊花(Marigold.Tageteserectal) ,又名金盞草(或金盞花) ,一年生草本,粗壯直立,高約60cm,葉對生,羽狀深裂,裂片矩圓形或極針形。頭狀花序單生,黃色至橙色,直徑5～10cm。種子繁殖,夏秋連續采摘。采摘后,在閉光發酵池中在發酵菌群的作用下發酵,再經壓榨、干燥、粉碎、制粒等加工工序,可使總類胡蘿卜素的含量達到15—25 克/公斤,成為提取葉黃素的最佳原料。我國是一個發展中的農業大國,萬壽菊花更適合于我國東北、西部地區等地種植,我國具有廉價的農村勞動力,且萬壽菊花的種植成本相對較低,具有國際市場競爭力。
葉黃素的著色作用
葉黃素突出生理作用是其卓越的著色能力。人們主要把含葉黃素的材料作為飼料添加劑,用在家禽、水產動物和鳥的蛋黃、皮膚、羽毛以及肉的著色上。在世界許多國家和地區,特別是美國和許多亞洲國家的消費者,由于習慣和心理作用,多數人偏愛金黃色或橙紅色的蛋黃,喜歡金黃色皮膚的禽類、軟紅的肉質,并且往往從蛋黃的色澤判斷蛋品的營養價值和新鮮程度。消費者根據經驗將黃色的皮膚視為肉質和風味較好的肉雞的標志,直接影響產品的售價。因此在現代養禽業中,飼料公司為了迎合市場的需要,往往在飼料中添加超常量的合成商品著色劑,不僅使成本大大增加,且對人類健康不利。因此,生物來源的含葉黃素和玉米黃素的材料就成為天然飼料著色劑的主要來源,其研究日益受到關注。在以此為飼料的家禽中,禽蛋上有70%的色素為葉黃素,而且當禽蛋煮熟后其著色效果并無變化。因為其良好的著色能力和穩定安全等特性,在歐美等國家已經把葉黃素列為食品著色劑,賦予食品美麗的金黃色。
天然著色劑的優缺點對比
天然著色劑的優點
(1)天然色素多來自動物、植物組織, 因此一般來說對人體的安全性較高。
(2)有的天然色素本身就是一種維生素(如核黃素)或具有維生素活性(如β-胡蘿卜素), 因此兼有營養的效果。有的還具有一定的藥理作用(如強肝、利尿等)。
(3)能更好地模仿天然物的顏色, 著色時的色調比較自然。
天然著色劑的缺點
(1)大部份天然色素的耐熱或耐光或耐金屬性較差, 隨著pH值的變化, 穩定性也不相同, 有的色調會變化。
(2)難于用不同品種的天然色素混合在一起任意調色。
(3)天然色素的染著性較差, 有些品種有時會與加工食品中的某些成分反應, 發生變色。
(4)某些天然色素有異味, 異臭。
(5)一般來說較難溶解, 不易染著均勻。
綜上所述, 從安全性方面考慮, 使用食用天然色素是比較理想的, 至于天然色素的一些弱點,可通過充分了解色素本身的性質及所要添加的食品的成分組成等，對其的深入研究及試驗, 相信是可以逐漸得到解決的。
但亦不必完全排斥合成色素而使用天然色素,須知并非所有的天然色素都是安全可靠的,有個別的植物色素由于有一定的藥物作用, 在常期和大量攝入后, 也是有害的。因此在努力開發天然色素資源的同時, 在認為進行安全性試驗的基礎上, 和從世界范圍內食品工業發展的趨勢看, 也要進行研究天然色素的全合成工作,嚴格按照國家標準規定的品種、范圍和使用量來選擇和正確使用著色劑。
