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浅谈中日天然色素的特性和应用


食品产业网 (2009年11月12日08:39)
浅谈中日天然色素的特性和应用
  钟旭东 工学博士  食味添(上海)贸易有限公司

  众所周知日本是个食品添加剂的使用大国、也是天然色素应用技术非常成熟和先进的国家之一。日本也是个非常宗尚天然志向的国家、因此特别是在食品加工中所使用的添加剂特别是着色剂方面、都喜欢使用天然色素。日本的传统文化是从中国古代传播过去的,所以,日本的饮食文化同中国的饮食文化有着非常相似的可比拟性。特别是食品加工业的发展和消费者的嗜好对中国的同行业来说都有很好的可参照性。如从方便面、到茶饮料等等都是日本几十年前就已经非普及了的食品,而在中国则是刚刚开始流行。所以本文就目前人们所关心的天然色素的特性和应用、安全问题以及今后的发展趋势作一个简单的分析。

  一.中日两国食用色素市场规模及其发展变化和趋势

  日本市场的食用色素的市场规模从2000年的21940吨和销售金额315.8亿日元到2008年达22545吨1)、年销售金额将近330亿日元(按1元人民币=15日元换算、相当于22亿元),将近10年的时间里,不算其它价格的上涨因数,只维持了略微增加的趋势。然而,就2008年的数据来看,其中合成色素部分产量上只占了0.42%, 绝大部分都是天然色素。可见天然色素在日本的市场应用有多么广泛和普及。而且在日本已经是一个非常稳定和饱和的市场。不同的品种之间稍有波动之外,总的市场规模没有太大的变化。而在中国则刚好相反,从2000年的产量2.8万吨发展到2007年33万吨,不到十年的时间里,生产量扩到了将近10倍。销售金额也将近27亿人民币。单从这数据上来看,确实是中国的食用色素市场发生了天翻复地的变化,也说明中国的市场是一个新兴的市场,发展前景是非常巨大。另外也说明一个问题,就是中国的天然色素的生产量是上来了,但是实际的使用还没有真正的开始。中国的大多数食品加工企业所用的食用色素都还是合成色素为主。所以天然色素在中国的应用前景是非常广阔的,但是其道路也不会是一帆风顺的。

  二.天然色素的主要分类和性质

  天然色素的主要可以按其分子结构和功能分为以下六大类

  1.类胡萝卜素类(Carotenoids):胭脂树橙色素、栀子黄色素、胡萝卜素、辣椒红色素、叶黄素、蕃茄红色素等

  2.多酚醌类(Quinoids)   : 胭脂虫红色素、紫胶红等

  3.花青素类(Anthocyanins)   : 甘蓝红色素、紫苏色素、葡萄皮红色素、紫甘薯红色素、紫玉米红色素、葡萄果汁红色素等

  4.类黄酮类(Flavonoids)  :可可壳色素、高梁红色素、洋葱色素、红花红色素、红花黄色素、罗望子色素等

  5.卟啉类(Porphyins)    :叶绿素、叶绿素铜钠,藻蓝色素等

  6.其它(Others)         :姜黄色素、甜菜红色素、红曲红色素、红曲黄色素、焦糖色素、栀子蓝色素、栀子红色素等

  由于天然色素的各不相同的分子结构,决定了天然色素之间的性质和溶解性的极大的差异。主要天然色素的溶解性和性能特性详细见表一2)。天然色素按溶解性的分类可以分为油性天然色素和水溶性天然色素。在不同的领域中使用时,需要根据其食品的特性要求,选择使用油溶性的还是水溶性的。一般水溶性的食品首选应该是水溶性的色素,但是随着现代加工技术(乳化分散技术)水平的提高,油溶性的色素,如β-胡萝卜素、辣椒红色素、叶黄素等原本是油溶性的色素、通过乳化分散技术,先把他们制作成水分散制剂,也可以直接应用到如饮料等水溶性食品中。同时根据表一也可以看出,不是所有的天然色素都具有很好的耐光、耐盐、耐碱等特性的、而且有的天然色素在不同的pH值条件下容易产生沉淀或颜色变化。

  三.天然色素的优缺点

  1.天然色素的优点

  1) 来自天然原料,是自然界中本身存在的天然颜色

  2) 一般都有天然的都是安全的这样的观念,容易被消费者所接受

  3) 很多直接来自辛香料或中草药的成分,除了着色功能以外很多还有如抗氧化、保健等附加功能

  4) 有些天然色素如胡萝卜素、本身就是人体所必须的维生素类的营养成分

  2.天然色素的缺点

  1) 同合成色素相比,没有什么颜色特别鲜艳和明亮的品种,特别是蓝色系列里。

  2) 因为成分较为复杂,安全性的数据不是十分的完备

  3) 因为除臭和除味技术的不够先进,容易在食品中的应用领域受到限制

  4) 由于是天然原料,根据不同产地和气候的影响,使原料的供应和产品的质量受波动较大

  5) 天然原料的大量使用,产生大量的废弃物和废水的处理问题,而且有颜色的废水处理不当很容易造成环境的污染

  6) 因为单一的成分较少,给分析和品质管理带来很大的困难

  7) 一般天然色素的颜色的浓度都较低,需要增加添加量,势必会造成使用成本的增加,而且本身制造成本也都较高

  8) 一般天然色素的品种,对光、热、酸、碱、金属离子等都比较敏感,而且对

  随着时间的推移,相对稳定的品种比较少

  9) 因为分子结构不同,和酸碱性条件所呈现的颜色不同,所以不同色素之间的复配较为困难

  以上所述,确实天然色素的缺点是不少,但是也不是就没有解决的办法了。随着复配技术和应用技术的提高,以及分离分析技术的提高,以上所列举的问题都可以相应的改善和解决的。





  四.天然色素的应用2)

  天然色素品种繁多,根据不同的产品性能和要求以及不同的加工工艺要求需选择不同种类的天然色素,或则需要用两种以上的天然色素进行复配使用,才能达到所需要的颜色的目的。表二列举了日本常见天然色素在不同食品中的应用案例,因为中国的GB2760对不同的色素使用范围有规定,实际使用时请查询国家有关规定。







  五.天然色素的安全性

  天然色素的一般都认为是安全的,因为大多是自古以来有食用历史,或本身就是作为食品素材和原料,如从胡萝卜中提取的胡萝卜素,从蕃茄皮中提取的蕃茄红色素,从葡萄果汁或葡萄皮中提取的葡萄皮红色素等等都是历来可食用的原料。另外象紫甘薯提取的紫甘薯红、紫包菜提取的甘蓝红、紫玉米中提取的紫玉米红色素等、也都是可食用的食品素材。这些原料经过酸碱处理、热水或碱水提取、再经过精制加工、除臭、除味等必须的工艺从而得到精加工产品。可以方便的应用于各种食品的着色。所以这些类的天然色素都是非常安全的、也被一般消费者普遍接受。另外从上表一的安全性数据LD50值、也即半致死量的数据可以看出、其LD50值是相当大的、也就是说其安全系数是非常高的。但是也不是说一定天然的就是安全的、有的天然的色素中有可能会残留少量的有毒物质、如红曲红色素中、在日本的指标要求中会有一项 橘霉素的指标不能超过2ppm、因为橘霉素具有致癌性。所以、除个别品种以外、大多数的天然色素也都设有最大使用量。这也是为了保障人体的安全而设定的。当然因为天然色素很多都是种植的蔬菜水果类作为原料的、所以必然也要注意农药残留的问题。这在日本已经是非常普遍的要求了、中国的国内的法规虽然还没有特别的规定,但是确实也有必要引起广大生产企业的重视。因为出口到日本的天然色素肯定需要检测农药残留的指标的。而且还需要提供农药使用的追踪记录。

  六.天然色素应用过程的注意事项

  一般的天然色素在原料中是比较稳定的,但是一旦从原料体系分离抽提出来以后,很多成分会变得不稳定,主要表现在对热、光、酸、碱以及金属离子等比较敏感、或受这些因素的影响引起变色、退色等等。所以在食品加工过程如果想使用天然色素的必须对其独特的性能进行详细的了解,从而才能运用得当、达到最佳效果。

  1. pH的影响

  天然色素中有的分子结构会随pH值的变化而变化,从而引起色调的改变。如胭脂虫红和紫胶红是属于多酚醌类结构的色素,在酸性条件下呈橙色,但随着pH值的增大,色调会慢慢变成红色至紫红色。花青素类的色素在低pH值下呈现鲜明的红色,但是在pH值4-7时,颜色变淡,且稳定性低下,在碱性条件下则变成蓝色,且色调极不稳定。

  主要对策:为了防止食品体系中pH值的波动,需要保持食品体系中pH值的缓冲体系。

  2. 氧气的影响

  几乎所有的天然色素都会受氧气的存在而发生氧化分解,从而随着时间的推移,色调低下。尤其是在有水和金属离子等存在下,更加会加速氧化分解的发生。

  主要对策:在食品中加入抗氧化剂和脱氧剂,或从包装上进行改良,尽可能减少氧气的存在或进入包装袋中。

  3. 水份的影响

  液体状态的食品中因为有溶存的氧气从而会是天然色素氧化分解而造成退色。液体状态的产品比粉状和固体食品比较起来更容易退色。

  主要对策:保持食品中水份的恒定很重要。

  4. 热的影响

  通常情况下,温度上升会使加速品质的劣化发生,同时也会加速氧化分解或其他聚合反应的发生。特别是花青素类天然色素遇热会发生褐变反应。另外特别对热不稳定的还有甜菜红和藻蓝色素。

  主要对策:尽量避免高温状态下使用,和选择耐热性较好的品种。

  5. 光的影响

  几乎所有的天然色素都会因为紫外线的照射而分解、退色。店头摆设的照明一般都是比较强的、所以在使用透明包装的食品一定要在流通、运输和储藏过程中注意避光。红曲色素、辣椒红、胭脂树橙、甜菜红、姜黄色素、栀子黄、藻蓝色素等都对光比较弱。

  主要对策:注意避光和使用不透明的食品包装

  6. 金属离子的影响

  很多天然色素在有金属离子存在下会加速氧化分解的速度,另外象花青素类,紫胶红色素,胭脂虫红色素会与金属离子形成络合物,会发生性质的变化。所以在加工过程中一定要注意水中的金属离子的存在。

  主要对策:使用去离子水,或软水

  7. 食品成分的影响

  食品中的成分有时也会对天然色素有影响,如在含有蛋白质的食品中需要注意。因为象胭脂虫红和紫胶红等色素会与蛋白质反应变成紫色或灰色。花青素类色素也会变色和产生不溶化现象。含有氧气的食品中也会使天然色素分解而变色,如栀子黄色素着色的面会发生绿变就是这一原因引起。另外如抗氧化剂Vc对胡萝卜素有稳定作用,但是对花青素类色素就会有破坏稳定的作用。所以不同的食品成分对天然色素的影响是不同的。

  主要对策:针对不同的食品选择合适的天然色素品种很重要。

  七.天然色素的将来的应用和发展趋势

  我国的天然色素应用市场刚刚起步,前景非常广阔,但是如果单纯的从着色剂功能的方面考虑的话,会因为前面提到的很多缺点以及价格成本的问题而影响其使用,但是如果多从天然色素的优点、即很多天然色素是本身就是有很好的其它附加功能,如营养、保健、抗氧化、抗衰老等等方面考虑其使用的话、则天然色素的应用前景将更加广泛。这也是今后中国天然色素发展趋势。另外我国的天然色素应用技术和复配技术的研发有待于进一步的提高和努力,这也是我国天然色素是否能成为象日本一样被广泛使用的前提条件。当然政府部门从法律法规的角度也得给予积极的支持和扶持。

  参考文献

  1) 日本食品化学新闻   2009年1月15号

  2) 藤井正美《新版食用天然色素》  日本光琳出版社,2001年
文章编辑:aimee 文章来源:中国食品产业网 文章作者:
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