食用天然色素的生產(chǎn)工藝
(一)提取法
常用方法。原料經(jīng)分選、洗凈、干燥、粉碎后，用溶劑(如水、乙醇)提取，再經(jīng)分離、濃縮、精制等工序制得成品
(二)組織培養(yǎng)法
用植物組織細胞進行培養(yǎng)增殖，短期內培養(yǎng)出大量有色素的細胞，然后用通常方法提取。組織培養(yǎng)法生產(chǎn)色素不受自然條件的限制
(三)粉碎法
原料洗凈后，浸漬于含1%碳酸氫鈉和氯化鈉的弱堿性滲透液中，待葉片表面完全粘附有滲透液，冷凍使細胞膜破裂。再室溫解凍，離心脫水，除去細胞液，經(jīng)干燥得產(chǎn)品。
(四)微生物發(fā)酵法
常用的紅曲色素就是將秈米或糯米經(jīng)水浸、蒸熟后，加紅曲霉發(fā)酵制取。
(五)酶處理法
日本現(xiàn)采用酶處理法生產(chǎn)梔子藍色素、梔子紅色素、梔子綠色素等，工藝過程為：
梔子果實提取液---基質溶液---大豆蛋白---氨基酸及其肽---混合液---酶處理---酶失活---過濾---分離---濃縮---干燥---成品
例：赤蘚紅(Erythrosine)
別名：櫻桃紅，食用紅色14號
食用赤色3號（日本）
2Na+·H2O
性狀：
耐熱(105℃)、耐還原性和耐堿性好。耐鹽、耐光和耐酸性差(在酸性溶液中可發(fā)生沉淀)，易溶于水呈櫻桃紅色。
毒理學依據(jù)：
①LD50：小鼠口服6.8g/kg體重
②ADI：0~0.1mg/kg

使用注意事項：
①粉狀著色劑宜先用少量冷水打漿后，在攪拌下緩慢加入沸水
②水須是蒸餾水和去離子水，以避免Ca2+的存在引起著色劑沉淀
③過度爆曬，會導致著色劑褪色，因而要避光
使用范圍：肉灌腸、復合調味料、膨化食品、果蔬汁飲料、碳酸飲料、配制酒等。
赤蘚紅鋁色淀(ErythrosineAluminum Lake)
別名：C.I.食用紅色14?1號
化學結構：
展布于氧化鋁水合物上的水溶性食品著色劑赤蘚紅的鋁色淀
性狀：
不溶于水和有機溶劑，耐光、耐鹽和耐熱優(yōu)于赤蘚紅
制法：
將赤蘚紅水溶液加入AlCl3、Al2(SO4)3水溶液和Na2CO3作用所形成的氧化鋁水合物中，使之沉淀吸附，形成赤蘚紅鋁色淀（其它鋁色淀的制作也是如此）
例：葉綠素銅鈉鹽(SodiumCopper Chlorophyllin)
葉綠素的結構：高等植物葉綠素有a, b兩種，當3位上的R為甲基時為葉綠素a；為醛基時為葉綠素b，通常a∶b=3∶1。其分子結構如下：

葉綠素性質：
葉綠素a藍黑色，熔點117~120℃，乙醇溶液呈藍黑色
葉綠素b深綠色，熔點120~130℃，乙醇溶液呈綠色或黃綠色
很不穩(wěn)定，對光熱敏感。酸性條件下分子中鎂原子可被氫原子取代，生成暗綠色至綠褐色的脫鎂葉綠素。
綠色蔬菜在加工前可用石灰水或Mg(OH)2處理，防止脫鎂葉綠素形成，保持蔬菜的鮮綠色澤。但用堿過多易損害植物的組織及其風味，維生素C也損失。
適當條件下，葉綠素分子中的鎂原子可被銅、鐵和鋅等取代，其中以銅葉綠素酸鈉的色澤為鮮亮，對光和熱穩(wěn)定，在食品工業(yè)中作為著色劑使用。
葉綠素在加熱達到它的沸點時容易被氧化失去綠色，如綠色蔬菜在加工之前用60~75℃的熱水進行燙漂，可以排除蔬菜組織中的氧氣，以避免高溫處理時的氧化變色。
例：番茄紅素(Lycopene)
研究發(fā)現(xiàn)，番茄紅素的低攝入與某些癌癥的發(fā)生呈一定相關性。常吃番茄的人比不常吃番茄的人，患前列腺癌的機會減少45%。肝硬化、胰腺癌、消化道癌和膀胱癌等患者的番茄紅素水平都較低。
類胡蘿卜素中番茄紅素的抗氧化能力強，是?-胡蘿卜素的2倍、VE的100倍，防止細胞的氧化損傷，活化免疫細胞。因此，番茄紅素具有良好的防癌抗癌的功能，能抑制癌細胞的增殖作用。但體內不能合成番茄紅素，只能通過飲食攝取。
番茄紅素為一種類胡蘿卜素，早在1875年就被發(fā)現(xiàn)并提取，但由于它不是維生素A原，所以很久以來并未引起注意。然而，新近的研究表明，番茄紅素不僅是一種良好的天然色素，而且還具有優(yōu)越的生理功能。
性狀：
脂溶性色素，可溶于乙醚、石油醚、己烷和丙酮。具有較好的熱穩(wěn)定性，能耐K+、Na+、Mg2+、Fe2+、Al3+和Zn2+等離子，但不耐Fe3+和Cu2+等離子。鹽酸對番茄紅素有破壞作用，耐堿性較好，耐氧化還原性較強，但不耐光。
制法：
廣泛存在于自然界中，主要分布于番茄、西瓜、紅色葡萄和柚等果實以及紅色棕櫚油中，其中番茄中含量高，但番茄的品種和成熟度不同而異。
加工用番茄中番茄紅素含量3~3.5倍鮮食用番茄，成熟度越高，番茄紅色的含量也越高。
新疆番茄醬中番茄紅素的含量一般在400mg/100g以上。生產(chǎn)番茄醬的副產(chǎn)品（番茄皮和番茄籽）大多廢棄。番茄皮中含有較為豐富的番茄紅素，一般為20mg/100g左右。
番茄紅素的提取有以下幾種方法：

(1)直接粉碎法
(2)浸提法
(3)酶反應法：
(4)超臨界CO2萃取
例：玉米黃(CornYellow)
別名：玉米黃色素
化學結構：玉米黃色素屬于類胡蘿卜素，主要著色成分為玉米黃素(zeaxanthin)和隱黃素(cryptoxanthin)
性狀：
溫度：10℃以上為血紅色油狀液體，隨溫度升高，玉米黃降解速度加快。40℃以下較穩(wěn)定，高溫對玉米黃有一定的破壞作用，100℃下7h褪色
溶劑：溶于乙醚、石油醚、酯類等非極性溶劑，可被磷脂、單甘酯等乳化劑乳化.
pH及Mn+：影響不大
光和熱：敏感。日光的直接照射有明顯的破壞作用，而室內自然光對其影響較小。因此，采用玉米黃著色的食品在貯存和運輸過程中應盡量避免陽光的直接照射，以保持食品的色澤
制法：
玉米黃色素主要存在于玉米的角質胚乳中。在玉米生產(chǎn)淀粉過程中，玉米黃大多進入副產(chǎn)品——黃漿水或其沉淀物（玉米蛋白濕粉）或其干燥物（玉米蛋白粉）中。因此，玉米生產(chǎn)淀粉的副產(chǎn)物是制取玉米黃的原料
①常規(guī)提取工藝
②超臨界丙烷萃取
使用：
玉米黃是一種功能性天然食用色素，具有較強的生理活性，可添加至氫化植物油和糖果中。目前，應研究分離純化玉米黃的工業(yè)化方法，以提高玉米黃色素產(chǎn)品的質量。
例：焦糖(Caramel)
別名：焦糖色、醬色
分類：根據(jù)生產(chǎn)方法不同可分為四類：
Ⅰ普通焦糖(Plain Caramel)：用或不用酸或堿，但不用銨或亞硫酸化合物加熱制得。所用的酸可以是硫酸、亞硫酸、磷酸、乙酸和檸檬酸。所用的堿可以是氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣。
Ⅱ苛性硫酸鹽焦糖：在硫酸鹽存在下，用或不用酸或堿，但不使用銨化合物加熱得到。
Ⅲ氨法焦糖：在銨化合物存在下，用或不用酸或堿，但不使用亞硫酸鹽加熱制得。
Ⅳ亞硫酸銨焦糖：在亞硫酸鹽和銨化合物兩者存在下，用或不用酸或堿加熱制得。
化學結構：
本品系糖類物質在高溫下脫水、分解和聚合產(chǎn)生，故為許多不同化合物的復雜混合物，其中某些為膠質聚集體。
性狀：
焦糖為深褐色的液體或固體，有特殊的甜香氣和愉快的焦苦味，屬于膠體物質聚合體，可以分散在水中，可部分分散在乙醇-水溶液中，呈紅棕色。滲透性不大，有一定的還原能力。在額定使用條件下無味或只有極弱的味道。對光和熱穩(wěn)定，具膠體特性，等電位點可在相當寬闊的范圍內變化，其pH依制造方法和產(chǎn)品不同而異，一般為pH3~4.5。
制法：
以食品級糖類如葡萄糖、轉化糖、麥芽糖漿、糖蜜、蔗糖和淀粉水解物及其衍生物為原料（其中常用的是玉米淀粉水解物，即高葡萄糖玉米糖漿），在酸或堿或鹽的存在下，高溫加熱或加壓使之焦化，并進一步處理得到。

毒理學依據(jù)：
①LD50：大鼠口服大于1900mg/kg體重
②ADI
Ⅰ普通法焦糖：無需規(guī)定(FAO/WHO,1994)
Ⅱ苛性硫酸鹽焦糖：不能提出(FAO/WHO,1994)
Ⅲ氨法焦糖：0~200mg/kg體重(FAO/WHO,1994)
Ⅳ亞硫酸銨法焦糖：0~200mg/kg體重(FAO/WHO,1994)
應用：
Ⅰ普通法焦糖和Ⅲ氨法焦糖：可在果汁（味）飲料、餅干、醬油、食醋、雪糕、冰棍、冰淇淋中按生產(chǎn)需要適量使用或有大使用量限制。
Ⅱ苛性硫酸鹽焦糖：白蘭地、威士忌、朗姆酒和配制酒中大使用量為6.0g/L。
Ⅳ亞硫酸銨焦糖：可在碳酸飲料、黃酒、葡萄酒中按生產(chǎn)需要適量使用。
注意事項：
用焦糖對某一產(chǎn)品著色時，焦糖粒子所帶電荷應該與被著色物的膠體粒子電荷相同。如把焦糖投入帶有相反電荷的膠體溶液，則不同電荷相互吸引形成大粒子而沉淀。由于軟飲料通常含有負電荷膠體粒子，應該使用負電性焦糖色素。負電性焦糖通常稱為“耐酸型”焦糖。
軟飲料是世界上焦糖用量大的領域。在美國，75%的焦糖產(chǎn)品用于軟飲料工業(yè)。一般以每3升4g以下的用量，應用于可樂飲料。由于它在每升的飲料中只會增加1卡熱量，因此在減肥飲料加工中成為首選的色素。在碳酸飲料中，焦糖的乳化作用可阻止芳香物分離出來。在餅干中加入焦糖可補充其色調，改善其外觀。
02
護色劑
定義：又稱發(fā)色劑，呈色劑，是能與肉及肉制品中呈色物質作用，使之在食品加工、保藏等過程中不致分解、破壞，呈現(xiàn)良好色澤的非色素物質。
一、發(fā)色劑的種類和作用
發(fā)色劑：硝酸鹽、亞硝酸鹽
作用：發(fā)色、抑菌、增風味
發(fā)色助劑：抗壞血酸、煙酰胺
二、護色機理
在貯存、加工過程中，肉類會從鮮紅色逐漸變成暗紅色至棕褐色。這是由于肉的呈色物質肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)中的Fe2+被逐步氧化為Fe3+，成為高鐵肌紅蛋白和高鐵血紅蛋白，使肉變色。
NO2-的作用：
加入的NO2-與肉類中乳酸作用生成HNO2，常溫下不穩(wěn)定的HNO2分解出NO(一氧化氮)，NO與Mb和Hb反應，分別生成MbNO(亞硝基肌紅蛋白)和HbNO(亞硝基血紅蛋白)，這兩種物質很穩(wěn)定，不易褐變。
NO3-的作用：
硝酸鹽則需在食品加工中被細菌還原生成NO2-再起作用
發(fā)色機理
MbNO遇熱后放出巰基（－SH），生成較穩(wěn)定的具有鮮紅色的亞硝基血色原。
L－抗壞血酸的作用：
L－抗壞血酸用來防止肌紅蛋白氧化，且可把氧化型的褐色高鐵肌紅蛋白還原為紅色的還原型肌紅蛋白。
煙酰胺的作用：
煙酰胺可與肌紅蛋白結合生成很穩(wěn)定的煙酰胺肌紅蛋白，難以被氧化，故在肉類制品的腌制過程中添加適量的煙酰胺，可以防止肌紅蛋白在從亞硝酸到生成亞硝基期間的氧化變色。
三、發(fā)色劑的安全性問題
亞硝酸鹽具有一定毒性，尤其可與胺類物質生成強致癌物亞硝胺。
LD50 mg/kg：硝酸鹽3236 亞硝酸鹽220
到目前為止，尚未見有相同作用的替代品。
經(jīng)權衡利弊，各國都在保證安全和產(chǎn)品質量的前提下，嚴格控制使用。同時使用護色助劑，以降低亞硝胺的生成。
(一)NO2-的毒性
形成高鐵Hb：NO2-可與血紅蛋白(Hb)結合形成高鐵Hb，而使Hb失去攜氧功能，可窒息而死。對人的致死劑量為32mg/kg體重。
生成亞硝胺：在蛋白質代謝產(chǎn)物中有仲胺存在，在動物和人的胃腸中它能與NO2-反應生成亞硝胺.
亞硝胺種類很多，大多對動物和人有強烈的致癌性和毒性，甚至可通過胎盤或乳汁對下一代起致病作用。在食品中適當添加抗壞血酸、異抗壞血酸或維生素E以阻止亞硝胺的生成。
(二)NO3-的毒性
NO3-可在食物、水或胃腸道中，尤其在6個月以內的幼兒胃腸道中被還原為NO2-。
四、亞硝酸鈉的使用
性狀：白色至淡黃色結晶性粉末，易溶于水，易吸潮。能緩慢吸收空氣中的氧，逐漸氧化為NaNO3。
本品與肉制品中肌紅蛋白(Mb)、血紅蛋白(Hb)除生成鮮艷、亮紅色的亞硝基肌紅蛋白(Mb-NO)和亞硝基血紅蛋白(Hb-NO)而護色外，尚可產(chǎn)生腌肉的特殊風味。此外，本品對多種厭氧性梭狀芽孢菌（如肉毒梭菌、綠色乳桿菌等）有抑菌和抑制其產(chǎn)毒的作用。
毒理學依據(jù)：
①LD50 小鼠口服220mg/kg體重
②ADI 暫定0~0.2mg/kg體重
使用：
①嬰幼兒食品中不得加入
②肉制品大使用量0.15g/kg
③殘留量以NaNO2計：肉類罐頭殘留量不得超過50mg/kg，西式火腿(熏烤、煙熏、蒸煮火
腿)）類殘留量不得超過30mg/kg，其它肉制品殘留量不得超過30mg/kg
④為了促進護色和防止生成強烈致癌物亞硝胺，肉中可加入抗壞血酸鈉或異抗壞血酸鈉或α-生育酚，以降低腌肉中亞硝胺的生成量。
關于亞硝酸鹽替代品問題：
到19世紀末，才認識到亞硝酸鹽可使腌肉產(chǎn)生顏色。有些國家在沒有使用亞硝酸鹽之前，肉毒梭菌中毒率很高，使用后，肉毒梭菌中毒才得到了控制。
亞硝酸鹽除抗菌作用外，還有抗氧化及增強風味的作用。
由于亞硝酸鹽的安全性即致癌問題，使其應用越來越受到限制，全世界都在尋找理想替代品。
目前人們使用的亞硝酸鹽替代品有兩類：
替代亞硝酸鹽的添加劑
這種替代物由發(fā)色劑、抗氧化劑/多價螯合劑和抑菌劑組成，發(fā)色劑用的是赤鮮紅，抗氧化劑/多價螯合劑為磷酸鹽/多聚磷酸鹽，抑菌劑用的是對羥基苯甲酸和山梨酸及其鹽類；
在常規(guī)亞硝酸鹽濃度下阻斷亞硝胺形成的添加劑。
抗壞血酸能與亞硝酸鹽作用以減少亞硝胺的形成。此外，α-生育酚、山梨酸、山梨酸醇、鞣酸、沒食子酸等也可抑制亞硝胺的形成。
NO2-和NO3-水平分析
發(fā)色劑的使用
食鹽96%、砂糖3.5%、亞硝酸鈉0.5%、混合鹽約為原料肉的2%～2.5%，抗壞血酸鈉0.55g/kg、α-生育酚0.5g/kg,亞硝酸鈉0.04～ 0.05g/kg合用，既足以護色、又可阻抑亞硝酸胺的生成。
護色劑的發(fā)展趨勢
1.降低硝酸鹽及亞硝酸鹽的使用量
2.氨基酸的效果
3.用一氧化氮發(fā)色
4.發(fā)色助劑與品質改良劑的應用
5.天然色素的利用
03
漂白劑
定義：是指能破壞、抑制食品的發(fā)色因素，使其褪色或使食品免于褐變的食品添加劑。
使用漂白劑的原因：
下列因素可導致食品色澤不一或不好看而影響其質量：
由于品種、運輸、貯存方法、采摘成熟度的不同，造成食品原料顏色有差異；
在加工過程中有時會產(chǎn)生不令人希望或喜歡的顏色。
一、作用
防止褐變，使產(chǎn)品色彩均一整齊。
漂白。以花青素（紅色）褪色效果好，類胡蘿卜素（黃色）次之、葉綠素（綠色）差。
因為是強還原劑，可消耗食物中的氧，可抑制好氣性微生物的活性，起防腐作用。
二、種類
還原漂白劑：一般都屬于亞硫酸及其鹽類。作用比較和緩，除有漂白作用外，還有抑菌及抗氧化等作用。
氧化漂白劑：主要有過氧化苯甲酰（BPO）、過氧化氫（H2O2）。作用較強，會破壞食品中的營養(yǎng)成分，殘留量也較大。過氧化苯甲酰不允許在食品中使用；GB 2760-2014規(guī)定過氧化氫可作為加工助劑在各類食品加工過程中使用,殘留量不需限定。
還原型：與著色物質的發(fā)色基團發(fā)生還原反應，抑制褐變因素
特點：實際應用較廣，且多屬亞硫酸及其鹽類，以所產(chǎn)生的具有強還原性的SO2起作用
缺點：①被還原漂白劑漂白的色素物質一旦再被氧化(如遇空氣中O2)，可再次顯色；②有一定毒性，應嚴格控制使用量和殘留量。
氧化型：與著色物質的發(fā)色基團發(fā)生氧化反應，抑制褐變因素。
特點：作用較強烈
缺點：會破壞食品中一些營養(yǎng)成分。這類漂白劑實際應用很少。
三、亞硫酸及其鹽類
還原漂白劑應用較廣，且多屬亞硫酸及其鹽類，它們都是以其所產(chǎn)生的具有強還原性的SO2而起作用，廣泛應用于食品的漂白與保藏等。
使果蔬褪色
花色素苷>類胡蘿卜素>葉綠素
抑菌及抗氧化
我國古代發(fā)明的“熏硫”一直沿用至今，也是利用其所產(chǎn)生SO2的作用
漂白方法一般可分為三種：
①氣熏法。即我國從古至今所用的“熏硫”漂白，采用硫磺(S)加熱的方法產(chǎn)生二氧化硫
S + O2 →SO2↑
②加入法。采用鹽類，即焦亞硫酸鉀，亞硫酸氫鈉，低亞硫酸鈉，焦亞硫酸鈉，亞硫酸鈉等
③浸漬法。采用SO2，通入液體中。
這類漂白劑主要用于糖制品、蔬菜罐頭（蘑菇、竹筍）、果酒、冷凍米面制品、蔬果干（杏干、蜜餞、葡萄干）等。
四、使用亞硫酸鹽注意事項
①亞硫酸鹽破壞硫胺素，不宜用于魚類食品。
②金屬離子可將亞硫酸氧化，也會顯著地促使已被褪色的著色劑氧化顯色。可以使用金屬螯合劑除去食物中原有的這些金屬離子。
③亞硫酸鹽類的溶液不穩(wěn)定，好現(xiàn)配現(xiàn)用。注意控制好殘留量?？捎眉訜?、攪拌、抽真空等方法脫硫。
④亞硫酸對果膠的凝膠特性有損害。處理水果時，只限于制作果醬、果干、果脯、果汁飲料、果酒等，不能作為整形罐頭原料。而且如用殘留量大的原料做罐頭，罐壁腐蝕嚴重，還會產(chǎn)生有害硫化氫，應避免。