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(xì)胞進(jìn)行培養(yǎng)增殖，短期內(nèi)培養(yǎng)出大量有色素的細(xì)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(xì)胞膜破裂。再室溫解凍，離心脫水，除去細(xì)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(lán)色素、梔子紅色素、梔子綠色素等，工藝過程為：
梔子果實(shí)提取液---基質(zhì)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(xué)依據(jù)：
①LD50：小鼠口服6.8g/kg體重
②ADI：0~0.1mg/kg

使用注意事項(xiàng)：
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(dǎo)致著色劑褪色，因而要避光
使用范圍：肉灌腸、復(fù)合調(diào)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(xué)結(jié)構(gòu)：
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(jī)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(jié)構(gòu)：高等植物葉綠素有a, b兩種，當(dāng)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(jié)構(gòu)如下：

葉綠素性質(zhì)：
葉綠素a藍(lán)黑色，熔點(diǎn)117~120℃，乙醇溶液呈藍(lán)黑色
葉綠素b深綠色，熔點(diǎn)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(fēng)味，維生素C也損失。
適當(dāng)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(dá)到它的沸點(diǎn)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(jìn)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(guān)性。常吃番茄的人比不常吃番茄的人，患前列腺癌的機(jī)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(qiáng)，是?-胡蘿卜素的2倍、VE的100倍，防止細(xì)胞的氧化損傷，活化免疫細(xì)胞。因此，番茄紅素具有良好的防癌抗癌的功能，能抑制癌細(xì)胞的增殖作用。但體內(nèi)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(qiáng)，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(shí)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(yīng)法：
(4)超臨界CO2萃取
例：玉米黃(CornYellow)
別名：玉米黃色素
化學(xué)結(jié)構(gòu)：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(nèi)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(yùn)輸過程中應(yīng)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(zhì)胚乳中。在玉米生產(chǎn)淀粉過程中，玉米黃大多進(jìn)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(qiáng)的生理活性，可添加至氫化植物油和糖果中。目前，應(yīng)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(zhì)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(xué)結(jié)構(gòu)：
本品系糖類物質(zhì)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(fù)雜混合物，其中某些為膠質(zhì)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(zhì)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(diǎn)可在相當(dāng)寬闊的范圍內(nèi)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(zhuǎn)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(jìn)一步處理得到。

毒理學(xué)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(yīng)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(xiàng)：
用焦糖對某一產(chǎn)品著色時，焦糖粒子所帶電荷應(yīng)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(fù)電荷膠體粒子，應(yīng)該使用負(fù)電性焦糖色素。負(fù)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(lǐng)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(yīng)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(bǔ)充其色調(diào)，改善其外觀。
02
護(hù)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(zhì)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(zhì)。
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(fēng)味
發(fā)色助劑：抗壞血酸、煙酰胺
二、護(hù)色機(jī)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(zhì)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(yīng)，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(zhì)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(xì)菌還原生成NO2-再起作用
發(fā)色機(jī)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(jié)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(zhì)生成強(qiáng)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(quán)衡利弊，各國都在保證安全和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，嚴(yán)格控制使用。同時使用護(hù)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(jié)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(zhì)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(yīng)生成亞硝胺.
亞硝胺種類很多，大多對動物和人有強(qiáng)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(dāng)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(nèi)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(jié)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(hù)色外，尚可產(chǎn)生腌肉的特殊風(fēng)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(xué)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(jìn)護(hù)色和防止生成強(qiáng)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(guān)于亞硝酸鹽替代品問題：
到19世紀(jì)末，才認(rèn)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(qiáng)風(fēng)味的作用。
由于亞硝酸鹽的安全性即致癌問題，使其應(yīng)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(hù)色、又可阻抑亞硝酸胺的生成。
護(hù)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(zhì)改良劑的應(yīng)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(dǎo)致食品色澤不一或不好看而影響其質(zhì)量：
由于品種、運(yùn)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?yàn)槭菑?qiáng)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(qiáng)，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(zhì)的發(fā)色基團(tuán)發(fā)生還原反應(yīng)，抑制褐變因素
特點(diǎn)：實(shí)際應(yīng)用較廣，且多屬亞硫酸及其鹽類，以所產(chǎn)生的具有強(qiáng)還原性的SO2起作用
缺點(diǎn)：①被還原漂白劑漂白的色素物質(zhì)一旦再被氧化(如遇空氣中O2)，可再次顯色；②有一定毒性，應(yīng)嚴(yán)格控制使用量和殘留量。
氧化型：與著色物質(zhì)的發(fā)色基團(tuán)發(fā)生氧化反應(yīng)，抑制褐變因素。
特點(diǎn)：作用較強(qiáng)烈
缺點(diǎn)：會破壞食品中一些營養(yǎng)成分。這類漂白劑實(shí)際應(yīng)用很少。
三、亞硫酸及其鹽類
還原漂白劑應(yīng)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(qiáng)還原性的SO2而起作用，廣泛應(yīng)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(xiàng)
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。可用加熱、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(yán)重，還會產(chǎn)生有害硫化氫，應(yīng)避免。