天然色素加工新進展及發展對策研究

李宗哲，李德遠，蘇 丹，邵劍鋼

(1軍事經濟學院研究生一隊，武漢 430035;2軍事經濟學院軍需系，武漢 430035;3軍事經濟學院院務部，武漢 430035)

近年來，我國天然色素業發展迅速，開發天然色素已成為色素和醫藥等行業的發展趨勢之一。我國天然色素產量正在逐年上升。目前我國有65 種色素在食品中使用，其中植物類色素48 種，每年生產的色素中天然色素占了90%［2］。我國的辣椒紅、梔子黃、紅曲等色素均已實現規模化生產，并打入了國際市場［3］。然而天然色素由于存在穩定性差、著色弱等缺點以及加工水平落后等原因，使得我國還處在合成色素與天然色素并存及同時發展的狀態。同時，我國色素行業面臨色素質量問題頻繁爆發等嚴峻形勢，與行業發展需求存在較大差距。提高天然色素質量和加工水平是當前亟待解決的問題。本文分析我國天然色素加工存在的問題，探討，提升我國天然色素加工水平的發展對策。

1 天然色素在加工過程中存在的問題

多數天然色素安全性高，有些還具有著色自然、生理活性等優勢，使得天然色素更易被接受，成為色素行業消費的主流，發展十分迅速。但是，天然色素由于存在穩定性差、著色弱等缺點，再加上傳統的加工技術和工藝落后、加工設備簡單等原因，使得天然色素加工行業還存在諸多問題，制約了天然色素加工的快速發展。

1.1 加工工藝落后

傳統的天然色素加工過程主要包括粉碎、提取、分離精制、濃縮和干燥等。經過多年的發展，天然色素加工工藝取得了長足的進步，出現了超臨界流體萃取、微波提取等提取工藝以及柱層析、膜分離等分離工藝，促進了天然色素加工的發展。但由于新型工藝應用范圍有限，無法完全替代傳統工藝，加上天然色素自身缺點等原因，天然色素加工工藝仍存在著一定的問題。比如，傳統工藝無法有效解決天然色素純度不達標、穩定性差及提取率低等問題，某些色素無法避免顏色轉移作用等問題，使得色素產品的附加值、科技含量大大降低，限制了天然色素的開發利用向多元化方向發展［4］。我國引進和開發了許多先進加工技術，但由于成本較高、技術不完善等原因，其應用范圍受到制約，很難滿足消費需求，限制了我國天然色素加工的發展。附表列舉了幾種常見的天然色素提取與分離工藝的優缺點。

附表 幾種天然色素提取與分離工藝的優缺點

我國大多數天然色素加工企業仍然采用傳統的干燥技術，微波干燥技術仍然沒有得到普及。傳統干燥技術加工效率低，加工過程中過度重視天然色素的提取與分離，而忽視了資源的重新利用，造成了巨大的資源浪費，加工過程中排出大量廢水，且廢水的處理一直難以有效地解決，不僅增加了能耗，降低了產品的附加值，還造成了嚴重的環境污染。

天然色素在提取分離過程中存在著安全隱患。目前，天然色素的提取仍采用正己烷、甲醇溶液、丙酮等有機溶劑，甚至有些企業使用苯等有毒溶劑，這些溶劑的安全性以及在后續工藝中的殘留都會對天然色素的安全性造成一定的影響。此外，從微生物中提取的天然色素，其安全性有待考證，比如紅曲霉素，雖然產品性能優良，但其安全性仍是限制其發展的一大障礙。

1.2 加工設備落后

我國目前的天然色素加工企業多為鄉鎮企業，加工能力小、加工設備簡單、能耗高、技術力量薄弱、抗風險能力差，導致產品質量差、原料消耗大、價格高、附加值低;此外，加工企業沒有做到標準化、系列化，除個別產品外，大都沒有標準化產品，難以進入國際市場。比如，溶劑提取法所需加工設備十分簡單，但提取的天然色素質量差、純度低，影響產品的適用范圍。超臨界流體提取具有加工能力強、效率高、環保等優點，但其加工設備存在操作復雜且昂貴、運行成本高等問題，使用范圍較窄。因此，盡管天然色素具有美好的前景，但其加工設備卻沒有同步，限制了天然色素加工的快速發展。

1.3 加工過程不規范

色素行業在加工過程中存在許多不規范的現象，企業在加工過程中未采取有效的措施來控制天然色素的質量，然而天然色素成分復雜，有些可能存在毒性，有些在提取中化學結構可能發生變化，此外在加工過程中可能被污染。因此，天然色素在加工過程中必須進行毒理試驗［5］，確定其質量符合標準后，方能對其進行加工，并嚴格控制加工過程，避免二次污染。天然色素加工過程存在諸多問題，制約天然色素加工的發展，需要進一步規范。

2 天然色素加工新進展

近年來，我國色素業發展迅速，國家對色素行業提出了“天然、營養、多功能”的發展方針。天然色素營養價值高，且具有一定的生物活性，這些優勢決定了天然色素必將取代合成色素，成為消費的主流。在GB 2760—2011《食品添加劑使用標準》中我國允許使用的天然色素已有40 多種。通過多年的競爭和結構調整，我國色素行業開始規模化經營，生產相對集中，競爭力明顯提高，國內一批天然色素加工企業迅速崛起，出現了一批知名企業［6］。

天然色素加工工藝取得了明顯的進步，新加工工藝使用范圍正在逐步擴大，如微波和酶法提取等提取工藝以及膜分離、柱層析等分離工藝在天然色素中的應用大大地節約了資源，提高了加工效率。微波提取具有加熱均勻、節能減排、環保和成本低等優點［7］，可以提高天然色素的產率和提取物純度。微波提取克服了超臨界萃取和溶劑提取的缺陷，既符合環保的要求，又降低了操作費用，發展前景良好。王偉華［8］等發現利用微波提取番茄紅素，在最佳工藝條件下可以使番茄紅素的提取率達到95%，從而大大縮短提取時間。黎或［9］等人使用微波提取野菊花黃色素，與溶劑法相比，提取率從88.6%提高到91.1%，提取時間由12h 減為450s，大大提高了提取效率。

酶法提取的應用也促進了天然色素加工的發展。酶法提取不破壞植物成分，且可以提高活性成分的提取率。如余清［10］等研究出添加纖維素酶及果膠酶提取烏飯樹葉中的色素，與傳統方法相比，提取率提高了13.2%。

膜分離、柱層析等分離工藝也促進了天然色素加工的發展。膜分離工藝簡單、效能高，可用于可可色素、紅曲色素等色素的分離，可將90%以上的果膠等大分子物質脫除，常溫操作即可實現對色素100%截留。大孔吸附樹脂對天然色素具有良好的吸附和提純效果，利用大孔吸附樹脂的吸附和篩選作用可達到分離物質的目的。

天然色素的精制工藝也在飛速發展。引入先進的分離純化技術對天然色素進行精制，可以提高天然色素的性能，擴大使用范圍。目前應用于天然色素的精制技術主要有:超濾精制法、吸附樹脂精制法、凝膠層析法等技術。隨著生物技術、核磁共振技術等先進技術的出現，我國應將這些先進技術應用到天然色素的精制工藝，從而大大提高天然色素的加工效率，提高產品的綜合利用率和附加值。

穩定性差、著色強度弱一直是限制天然色素向更大市場范圍發展的重要因素。近年來，我國針對解決天然色素的穩定性差問題進行了各種探索，取得了顯著的成績。比如，利用微膠囊技術可以提高天然色素穩定性;利用生物技術改變天然色素的色調來改善其穩定性、溶解性與著色力;控制適當的加工條件，如避免高溫加熱、穩定色素最佳pH 值等;2011年哈爾濱工業大學攻克了天然色素分離純化系統及花色苷類色素穩定化技術，解決了以往天然色素加工過程中提取率低、穩定性差及純度不達標等技術難題，促進了天然色素加工的發展。然而，大多數天然色素的穩定性差問題仍難以解決，需要我國繼續加大投入力度，研究和探索新技術，解決天然色素穩定性差的技術難題。

3 天然色素加工發展對策

3.1 樹立現代加工理念

傳統天然色素加工過度重視天然色素質量，而忽視資源的重新利用，導致副產品綜合利用率低，附加值小，已經不符合現代天然色素加工要求，必須樹立現代加工理念。現代加工理念要求在保證天然色素質量的前提下，提高副產品的綜合利用率，做到加工過程中實現零排放，從而達到節約資源、提高產品附加值的目的。按照循環經濟的理念，樹立高效、環保和節能意識，積極發展低消耗、低排放、高效率的現代加工模式，加大節能環保力度，降低資源消耗，減少廢棄物排放，提高天然色素資源綜合利用水平，增加產品附加值［11］。建設安全、環保、高效、低耗、高附加值的現代天然色素加工體系，促進我國天然色素加工的發展。

3.2 改進加工工藝

用先進加工技術改進傳統加工工藝是研究天然色素的熱點之一。利用酶技術、核磁共振等技術改進傳統工藝，解決了天然色素的穩定性、著色度等缺點，提高天然色素加工的整體水平，實現加工過程零排放，提高產品的附加值，促進天然色素加工快速發展。比如，在加工過程中應用酶技術可減少對健康不利的化學品的使用，節約設備投資，減少污染物的排放，有利于環境保護，符合“綠色、高效、安全”的要求。再如，利用酶的催化分解作用，可將雜質通過酶反應除去，起到精制天然色素的作用。如蠶紗提取葉綠素，利用酶精制方法可除去令人不愉快的氣味，得到優質的葉綠素［12］。

微波提取克服了溶劑提取和超臨界提取方法的缺陷，既降低了操作費用，又節約了資源，符合高效、環保、節能的要求，表現出良好的發展前景和巨大的應用潛力。有人利用微波處理柚皮，發現微波提取天然色素的效率大約是傳統加工方法的30 倍，且純度較高、耗能少，有利于工業化生產，充分利用現代微波技術推動天然色素加工行業快速發展。

在天然色素加工過程中建立科學的管理機制規范天然色素加工，提高產品質量。在加工過程中實施HACCP 管理方法，能夠最大限度地保證天然色素產品的安全性，做到從原料采購到加工、銷售、包裝等環節統一標準，并制定可行工藝參數，規范加工過程，使其符合工業化食品廠的標準，促進天然色素加工規范化生產［13］。

3.3 提高加工設備水平

在充分利用現代加工技術和加工工藝的基礎上，加工設備水平也要同步提高，從而能夠提高天然色素行業整體競爭能力。不斷更新和研發包括粉碎、提取、分離精制、濃縮和干燥等全過程所需的加工設備，提高天然色素加工能力和效率。通過引進和創新，研發與先進加工技術相配套的加工設備，同時研究和開發節能減排、高效、環保的加工設備，節約資源，保護環境，提高天然色素產品的附加值。通過提高天然色素加工設備水平，促進天然色素加工又好又快的發展。

3.4 加強有特殊生理活性天然色素的開發

我國天然色素資源眾多，已開發的有:姜黃色素、茶色素、紅曲色素等。新型天然色素不僅優點突出，而且具有眾多生理功能，是我國開發功能性色素的重要資源。比如，姜黃色素具有著色強度好、抗氧化、抗腫瘤、降血脂等作用。此外，姜黃色素還具有抗炎、抗感染、抗凝、防止老年斑的形成等多種生理功能［14］，是一種不可多得的功能性天然色素。

我國茶資源豐富，茶葉在加工過程中產生大量修剪葉、茶末、甚至滯銷的粗老茶，若不加以利用，會造成巨大的資源浪費。若將其作為茶色素加工原料，會大大提高茶資源的利用率，為茶葉的綜合利用開辟一條新途徑。茶色素富含維生素、氨基酸和生物堿、黃酮類、甾體化合物等物質，營養價值高;茶色素不僅著色效果好、穩定性佳，而且具有一定的保健功能，具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤、調節血糖血脂等作用，被廣泛的應用于食品與醫藥衛生領域［15］。但是，茶色素提取工藝仍缺乏有效的分離純化技術等問題。目前對茶色素的研究主要集中在對多種混合物的綜合研究，各組分間是否存在協同拮抗作用仍有待探討。需要進一步開發茶色素提取新工藝，促進天然茶色素的開發研究。

天然色素營養價值高，且具有一定的生物活性，研究與開發天然色素成為色素業的發展趨勢。目前我國天然色素需求旺盛，正是發展新興天然色素的大好時機。加快新型天然色素的研究與開發，有利于發展我國的優質天然色素資源，提高天然色素產量，有利于滿足人們在營養與健康方面日益增長的需求，促進天然色素行業的發展。

4 結論

隨著人們崇尚自然、追求健康和食品毒理學等領域的發展，開發和應用天然色素將成為我國色素行業發展的趨勢。天然色素由于自身的優點，如品種多樣、原料豐富、安全性高、功能性強等，發展十分迅速，市場潛力非常巨大。我國有著豐富的天然色素資源，在我國開發天然色素有著廣闊的前景。我國一直注重對天然色素的開發和利用，然而，天然色素存在穩定性差、著色弱等缺點，加上加工水平低的原因，限制了天然色素加工的快速發展。針對目前天然色素加工現狀，必須堅持現代加工理念，利用先進加工技術改進傳統加工工藝，更新和研發新的加工設備，加快天然色素加工進程，提高加工效率，降低生產成本，改善產品質量，爭取做到加工過程中實現零排放，提高副產品的綜合利用率，增加產品的附加值，從而提高天然色素加工行業的整體競爭力，促進天然色素加工業健康、快速發展。

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