天然食用色素在食品中的應(yīng)用及其穩(wěn)定性探討?

摘 要：天然食用色素因其天然、健康、安全的特點(diǎn)在食品工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，賦予食品豐富多樣的色彩。天然食用色素相比于合成色素而言，毒性更低，且具有良好的可持續(xù)性和生物可降解性。然而，天然食用色素的穩(wěn)定性問(wèn)題一直是制約其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文探討了食品中天然食用色素的應(yīng)用并深入分析了影響其穩(wěn)定性的因素，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：食品；天然食用色素；穩(wěn)定性

Application and Stability of Natural Food Coloring in Food

YANG Juan， ZHOU Tingting， DENG Qing， TANG Xinrong， LIU Hao， MAO Yixuan

（China Grain Reserves （Hunan） Quality Inspection Center Co.， Ltd.， Changsha 410000， China）

Abstract： Natural food coloring has been widely used in the food industry because of its natural， healthy and safe characteristics， giving food rich and diverse colors. Natural food coloring is less toxic than synthetic coloring and has good sustainability and biodegradability. However， the stability of natural food coloring has always been a key factor restricting its further promotion and application. This paper discusses the application of natural food coloring in food and analyzes the factors affecting its stability for reference.

Keywords： food; natural food coloring; stability

天然食用色素以其天然、健康、安全的特點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。相較于合成色素，食用天然色素不僅能夠?yàn)槭称分€兼具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和健康促進(jìn)功效。色素主要提取自植物、動(dòng)物組織以及礦物質(zhì)來(lái)源，通過(guò)一系列提取和加工過(guò)程得到，能賦予食品豐富多樣的色彩。天然食用色素的穩(wěn)定性主要受到光、熱、氧、pH值、金屬離子等多種因素的影響，導(dǎo)致顏色變化、褪色甚至變質(zhì)，從而影響食品的品質(zhì)和感官效果。通過(guò)探討天然食用色素的穩(wěn)定性，能夠有效促進(jìn)其在食品工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

1 天然食用色素的分類及提取方法

1.1 動(dòng)物色素

殼類水生動(dòng)物能夠吸收藻類中的類胡蘿卜素，并在體內(nèi)經(jīng)歷復(fù)雜的代謝過(guò)程將其轉(zhuǎn)化。例如，甲殼類動(dòng)物能將吸收的β-胡蘿卜素轉(zhuǎn)化為蝦青素，此轉(zhuǎn)化導(dǎo)致蝦青素在其外殼、甲殼、卵及卵巢中逐漸累積，從而實(shí)現(xiàn)色素由β-胡蘿卜素的黃色向蝦青素的紅色轉(zhuǎn)變。還有一種寄生于仙人掌的特殊昆蟲，即胭脂蟲[1]。從胭脂蟲中提取的紅色素，在耐熱性和色彩鮮艷度方面均超越植物色素。然而，盡管動(dòng)物來(lái)源的色素在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，但其提取成本顯著高于植物色素，且顏色范圍也不及植物色素廣泛。

1.2 植物色素

甜菜色素，以紅、黃兩種形態(tài)存在，可通過(guò)超聲波輔助配合有機(jī)溶劑法，自莧菜葉、甜菜根、仙人掌果及火龍果等原料中有效提取。此色素不僅色澤鮮艷，還兼具抗氧化與抗菌特性。但需留意，高溫及堿性環(huán)境會(huì)促使紅色甜菜色素中的醛二胺鍵水解，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為黃色形態(tài)[2]。葉黃素與類胡蘿卜素均屬多烯色素家族，是食物中特有的淡黃色或橙色色素。采用超臨界流體萃取技術(shù)，可從胡蘿卜、南瓜、辣椒及番茄等食材中高效分離這些色素[3]。花青素是一種廣泛分布于多數(shù)蔬菜與花卉中的酚類天然色素，其顏色表現(xiàn)受環(huán)境酸堿度影響顯著，在弱酸性條件下呈現(xiàn)紅色，而當(dāng)環(huán)境呈中性至堿性時(shí)則轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙玔4]。

1.3 微生物色素

微生物生產(chǎn)的天然色素具有顯著優(yōu)勢(shì)，它們不受季節(jié)限制，且能減輕化學(xué)提取過(guò)程對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。以花青素為例，從植物中提取易受地域、儲(chǔ)存條件等多因素制約，而通過(guò)基因工程技術(shù)將花青素合成基因?qū)氪竽c桿菌，并優(yōu)化其培養(yǎng)環(huán)境，即可實(shí)現(xiàn)花青素在微生物代謝過(guò)程中的直接生產(chǎn)。同樣，微藻如雨生紅球藻也是類胡蘿卜素和蝦青素的重要來(lái)源。通過(guò)補(bǔ)料分批培養(yǎng)策略，并適時(shí)添加營(yíng)養(yǎng)物，可以誘導(dǎo)雨生紅球藻高效合成蝦青素[5]。此外，紅曲紅色素是紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物，抗氧化性能強(qiáng)，可替代亞硝酸鹽用于腌制肉類，維持腌肉期間的鮮紅顏色，降低亞硝酸鹽的潛在危害。

2 天然食用色素在食品中的應(yīng)用

2.1 烘焙食品中的應(yīng)用

胭脂蟲提取的紅色素在酸性環(huán)境下，能穩(wěn)定地展現(xiàn)出鮮艷的紅色。而在堿性環(huán)境中則轉(zhuǎn)變?yōu)樽仙Ｓ葹橹匾氖牵僦x紅色素對(duì)光熱條件表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，并能與金屬離子結(jié)合形成穩(wěn)定的胭脂紅復(fù)合物，這一特性使其非常適合用于面包等烘焙食品的著色[6]。此外，由紅曲米發(fā)酵加工而成的紅曲米粉，少量使用時(shí)加熱后呈肉粉色，用量較多時(shí)成品會(huì)呈現(xiàn)紅色或深紅色。紅曲米粉不僅可以為烘焙食品提供鮮艷的紅色，還帶有獨(dú)特的紅曲風(fēng)味，常用于制作蛋糕、面包等烘焙食品。例如，在制作紅絲絨蛋糕時(shí)，紅曲米粉可以與可可粉搭配使用，創(chuàng)造出獨(dú)特的紅色與棕色相間的視覺(jué)效果；在制作紅曲餅干時(shí)，紅曲米粉則可以為餅干帶來(lái)鮮艷的紅色和濃郁的紅曲風(fēng)味[7]。

2.2 肉類中的應(yīng)用

肉類食品因其富含脂質(zhì)，易受脂質(zhì)氧化影響而導(dǎo)致品質(zhì)下降。為保持肉類產(chǎn)品的健康色澤并延長(zhǎng)其保質(zhì)期，加工過(guò)程中常需添加紅色素及抗氧化物質(zhì)[8]。?相較于其他添加劑，紅曲色素更適合用作腌肉制品的著色與保鮮劑。有研究指出，向肉末中加入1.00%的紅曲色素，在經(jīng)歷7～14 d的儲(chǔ)存期后，紅曲色素表現(xiàn)出突出的抗氧化作用。它不僅能夠有效抑制貯藏過(guò)程中氧化產(chǎn)物的形成，還能減輕亞硝酸鹽的潛在危害性[9]。德國(guó)肉類研究中心的研究表明，在腌制類產(chǎn)品中添加紅曲色素后，可將亞硝酸鹽的使用量減少60%，而產(chǎn)品的感官特性和可貯性均不受影響[10]。

2.3 飲料中的應(yīng)用

花青素色彩多樣，且在酸性環(huán)境下能維持鮮紅的色澤，常被作為添加劑應(yīng)用于酸奶等乳制品中[11]。商業(yè)實(shí)踐中，含有豐富花青素的提取物，在作為飲料色彩添加劑受到廣泛青睞的同時(shí)，于40 mg·mL-1的濃度下，還顯示出對(duì)淀粉分解酶約1%的抑制能力[12]。在pH值為3～7的條件下，甜菜紅色素展現(xiàn)出良好的顏色穩(wěn)定性[13]。洛神花蘊(yùn)含豐富的花青素，可應(yīng)用于飲料以及明膠甜品的著色之中。通常情況下，僅需添加0.03%～0.04%的天然色素，便可實(shí)現(xiàn)理想的著色成效。這些飲料中所添加的色素在長(zhǎng)達(dá)28 d的儲(chǔ)藏期間內(nèi)，其顏色和性質(zhì)均能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)明顯的褪色或變質(zhì)現(xiàn)象。

3 天然食用色素穩(wěn)定性影響因素及優(yōu)化建議

3.1 影響因素

光照作為影響天然食用色素穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，其效應(yīng)因色素種類而異。眾多天然色素在紫外線或室內(nèi)漫反射光照射下，均展現(xiàn)出褪色趨勢(shì)。以火龍果紅色素為例，研究揭示，無(wú)論是室外自然光照還是室內(nèi)散射光，均會(huì)加速其降解過(guò)程，且光照強(qiáng)度與色素穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)。

溫度同樣顯著影響著天然食用色素的穩(wěn)定性。在高溫條件下，色素分子容易出現(xiàn)褪色或結(jié)構(gòu)分解的現(xiàn)象。以紫甘薯色素作為研究對(duì)象，當(dāng)其在40、60、80、100 ℃下分別處理6 h后，色素的保留率依次降低至91.47%、84.65%、59.23%和43.23%。這一數(shù)據(jù)明確地揭示了隨著溫度的升高，色素的穩(wěn)定性會(huì)受到不利的影響。

氧氣對(duì)天然食用色素的穩(wěn)定性亦構(gòu)成威脅。以紫甘薯色素為例，作為一種水溶性天然色素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中大多含有不飽和雙鍵及其他可氧化基團(tuán)。結(jié)構(gòu)特性使紫甘薯色素在空氣中氧的作用下容易發(fā)生氧化作用，從而導(dǎo)致褪色。研究結(jié)果表明，當(dāng)紫甘薯色素暴露在氧氣環(huán)境中時(shí)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，色素的穩(wěn)定性顯著降低[14]。

此外，pH值的變化對(duì)天然食用色素的穩(wěn)定性具有重要影響。許多色素對(duì)pH值極為敏感，其顏色和穩(wěn)定性隨pH值的變化而顯著改變。以姜黃色素為例，當(dāng)pH值為2時(shí)，出現(xiàn)黃色沉淀，吸光度顯著下降；而在pH值為3～7時(shí)，色素顏色相對(duì)穩(wěn)定；當(dāng)pH值升至8時(shí)，顏色轉(zhuǎn)為橙黃，吸光度增加；當(dāng)pH值超過(guò)9時(shí)，顏色進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色[15]。

3.2 優(yōu)化建議

3.2.1 優(yōu)化提取工藝

為了顯著增強(qiáng)天然食用色素的穩(wěn)定性，必須從提取工藝上進(jìn)行深度優(yōu)化。例如，精細(xì)地調(diào)控提取過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，如溫度、pH值、溶劑類型及其濃度，以及提取時(shí)間等。通過(guò)精確控制這些條件，可以最大限度地減少色素分子在提取過(guò)程中的結(jié)構(gòu)破壞和降解，從而保留其原有的色澤和穩(wěn)定性。

3.2.2 改進(jìn)儲(chǔ)存條件

為了確保色素在儲(chǔ)存過(guò)程中的穩(wěn)定性，必須嚴(yán)格控制儲(chǔ)存環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)，包括溫度、濕度、光照強(qiáng)度以及氧氣濃度等。對(duì)于易受光影響的色素，應(yīng)采用遮光或避光包裝材料，以減少光線對(duì)色素的破壞；對(duì)于熱敏性色素，則需儲(chǔ)存在低溫環(huán)境下，以降低其分解速率。此外，還可以添加適量的抗氧化劑或穩(wěn)定劑，如維生素E、抗壞血酸鈉等，它們能與色素分子競(jìng)爭(zhēng)性地與氧反應(yīng)，從而保護(hù)色素免受氧化損傷，有效延長(zhǎng)色素的保質(zhì)期。

3.2.3 生物工程技術(shù)

生物工程技術(shù)為天然食用色素的穩(wěn)定性提升開辟了新的途徑。通過(guò)基因工程技術(shù)，可以定向改良色素產(chǎn)生菌或植物的遺傳特性，使其能夠合成具有更高穩(wěn)定性、色澤更鮮艷的色素分子。例如，通過(guò)基因編輯技術(shù)，可以優(yōu)化色素合成途徑中的關(guān)鍵酶基因，提高色素的合成效率和穩(wěn)定性[16]。同時(shí)，利用酶工程技術(shù)對(duì)色素分子進(jìn)行化學(xué)修飾或結(jié)構(gòu)改造，也能顯著增強(qiáng)其抗環(huán)境變化的能力。

3.2.4 微膠囊化與納米封裝技術(shù)

通過(guò)將色素分子包裹在微小的膠囊或納米粒子中，可以形成一層保護(hù)屏障，有效隔絕外界環(huán)境（如光、熱、氧等）對(duì)色素的直接作用，從而顯著提高其耐光性、耐熱性和耐氧性等性能。此外，這些技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)色素的精準(zhǔn)釋放和控制，使得色素在食品加工和儲(chǔ)存過(guò)程中能夠按照預(yù)定的時(shí)間和方式表現(xiàn)出相應(yīng)的色澤和風(fēng)味，為色素在食品工業(yè)中的廣泛應(yīng)用提供了更多可能性和靈活性。例如，通過(guò)微膠囊化技術(shù)，可以將易揮發(fā)的色素分子固定在膠囊內(nèi)部，減少其在加工過(guò)程中的損失；而納米封裝技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)色素分子的納米級(jí)分散和穩(wěn)定，提高其在食品中的均勻性和穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

天然食用色素作為食品著色劑的重要組成部分，不僅賦予了食品豐富多彩的色澤，還滿足了消費(fèi)者對(duì)健康、安全、環(huán)保日益增長(zhǎng)的需求。通過(guò)提取工藝的優(yōu)化、儲(chǔ)存條件的改進(jìn)及生物工程技術(shù)創(chuàng)新等，能夠提高色素的耐光性、耐熱性、耐氧性等性能，實(shí)現(xiàn)色素的精準(zhǔn)釋放和控制，為食品工業(yè)帶來(lái)更加豐富多彩、健康安全的著色解決方案。

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