天然色素的生产及应用.docx
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天然色素的生产及应用
第1章绪论…………1
1.1天然食用色素及其在国民经济中的作用……1
1.2天然食用色素发展简史、现状和展望……2
1.3天然食用色素的筛选原则………6
1.4天然色素的生理功能…………8
1.5天然色素的应用……10
第2章天然色素分类……15
2.1概述………15
2.2异戊二烯衍生物类天然色素……16
2.3吡咯类天然色素….…19
2.4多酚类衍生物天然色素……20
2.5酮类衍生物天然色素………22
2.6醌类衍生物天然色素……24
第3章食用天然色素各论……25
3.1甜菜红……25
3.2越橘红……26
3.3落葵红……27
3.4黑豆红……29
3.5红曲红……30
3.6黑加仑红……………31
3.7桑葚红……32
3.8天然苋菜红………33
3.9辣椒红…..34
3.10辣椒橙.......36
3.11葡萄皮红………..37
3.12酸枣色.........38
3.13紫胶红..........39
3.14紫草红..........40
3.15萝卜红..........42
3.16红曲米..........43
3.17红米红...........43
3.18玫瑰茄红………44
3.19高梁红........45
3.20蓝靛果红………..47
3.21栀子黄….47
3.22姜黄素….48
3.23玉米黄….50
3.24红花黄-….51
3.25菊花黄浸膏…….52
3.26柑橘黄….53
3.27沙棘黄….54
3.28密蒙黄........55
3.29茶黄色素………57
3.30姜黄…......58
3.31橡子壳棕……59
3.32可可壳色素….....60
3.33金樱子棕……...61
3.34多穗柯棕……62
3.35栀子蓝..........62
3.36藻蓝.............63
3.37茶绿色素……64
3.38植物炭黑……65
3.39焦糖….....66
第4章天然色素的提取工艺与设备…....69
4.1天然色素的提取………….69
4.2天然色素的分离………….87
4.3天然色素的去杂和纯化…..95
4.4天然色素的浓缩………….98
4.5天然色素的干燥……….102
第5章主要天然色素的生产…....10
5.1叶绿素铜钠盐的生产…．..10
5.2紫胶色素的生产……….114
5.3栀子黄色素的生产……115
5.4甜菜红色素的生产…….117
5.5红曲红色素的生产…….118
5.6纽花色素的生产……….l20
5.7姜黄色素的生产……….121
5.8多穗柯棕色素的生产.....124
5.9焦糖色素的生产………125
5.10胭脂树橙色素的生产…．129
5.11玫瑰茄红色素的生产….130
5.12萝卜红色素的提取…………131
5.13花生红衣色素的提取...........132
5.14板栗棕色素的提取……………133
5.15栀子蓝色素的提取……………134
5.16苦荞麦棕色素的提取............…134
5.17叶黄素的提取…............135
5.18藻蓝色素的提取…………137
5.19紫甘薯色素的提取……....39
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第6章常用食用色素分析方法……………l41
6.1天然口一胡萝卜素………………………….141
6.2高梁红….................145
6.3甜菜红...............148
6.4萝卜红.....................150
6.5红曲红..............151
6.6越橘红.................153
6.7黑豆红.................155
6.8红曲米...................157
6.9紫胶红色素...............158
6.10辣椒红…….159
6.11天然苋菜红……........162
6.12红米红…………163
6.13菊花黄………….165
6.14红花黄色素………166
6.15姜黄色素………171
6.16栀子黄（粉末、浸膏）……………173
6.17辣椒橙…………174
6.18可可壳色素……176
6.19叶绿素铜钠盐…………178
6.20焦糖色…………183
第1章绪论
天然食用色素的生产及应用是研究天然食用色素生产及应用的历史、现状和发展趋势；天然食用色素的分类、结构和性质，以及生理和保健功能作用；天然食用色素的生产和应用技术，相关法规和分析检测方法的一门应用科学与技术。
1.1天然食用色素及其在国民经济中的作用
天然食用色素是从天然原料（主要是植物原料）提取并经过精制而制得的产品。
是一种食品添加剂，用于食品或药物的着色，可用于果汁、汽水、酒、糖果、糕点、果味粉、罐头、冷饮等食品的着色，也可用于日用化工产品（如牙膏等）的添加剂，在医药工业用作药片外衣的着色，还可用于化妆品的着色。
近年来，我国食品工业发展很快，每年的产值增长率大约以10%的速度在增长，目前，全国食品工业产值仅次于机械、纺织而跃居第三位。
随着旅游业的发展、人民生活水平的提高和生活节奏的加快，以及独生子女和老年人的增多，食品工业将以更快速度发展，到2005年，我国食品工业总产值达到20344.83亿元，销售收入19899.94亿/元，利税总额3365.26亿元。
食品工业的发展，需要更多、品种更齐全的食品添加剂，天然食用色素是重要的食品添加剂之一，随着各国对使用合成色素的种类限制越来越多，各国政府批准使用的品种及FAO/WHO（联合国粮农组织／世界卫生组织）评价通过的品种仅为几种，使得天然食用色素有着重要的作用，它在食品中主要有：
（1）食品的颜色常常意味着食品的新鲜程度，用天然食用色素着色，会使食品颜色接近新鲜食品的颜色和自然色，使食品具有更好的自然新鲜感。
（2）食品的各种色泽，是评定食品质量的一个重要方面，许多食品合理的着色，使食品更鲜艳，可以诱发人的食欲，增加诱人的力量。
（3）许多天然食用色素，本身就是或者含有人体需要的各种营养物质，例如p-胡萝卜素，本身是天然食用色素，而且也是人体中维生素A的来源，又如玫瑰茄天然色素含有17种氨基酸（其中天冬氨酸1.71%，谷氨酸0.8%）和大量维生素C（含量达0.5%），都是对人体具有营养价值的物质。
此外还有一些天然食用色素，对某些疾病具有疗效作用，对人体有保健功能，例如姜黄色素有降血脂、降血清胆固醇、抗动脉粥样
硬化等药用功能，对人体健康有利。
如叶绿素铜钠盐具有止血消炎作用，用作牙膏添加剂，可防止牙龈出血，具有较好效果。
（4）有了品种齐全的天然食用色素，可以生产各种配制食品，填补纯天然食品的不足，例如可以利用黄色素等各种原料生产配制橘汁，并与天然橘汁十分相似。
由此可见，天然食用色素将随着食品工业的发展继续得到发展。
此外，天然食用色
素的原料绝大多数是植物，往往是森林地区或山区的丰富资源，发展天然食用色素的生产，对开发山区资源，发展繁荣山区经济有很大意义。
这些植物资源都是再生资源，可以人工培育、永续不止，满足人民生活需要。
发展天然食用色素生产，一般不受到资源枯竭的限制。
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据资料统计，1971~1981年世界公开发表的食用色素专利数为126个，其中
87.5%是食用天然色素。
其主要表现在以下几方面：
①用量剧增：
日本1995年食用天然色素的用量达23604t，食用合成色素仅186t，日本目前有45家工厂生产食用天然色素。
美国1976年食用天然色素的使用量为4500多t，是化学合成色素的5倍。
而中国1996年合成色素的产量约为800t，而食用天然色素的产量约达1亿t（其中焦糖色素7000t）。
目前，在中国生产食用天然色素的工厂有百余家，1998年产量已达2.5亿t。
②产值猛增：
全世界食用色素的总金额约为13.4亿美元，其中合成色素约4亿美元，天然色素约9.14亿美元。
近年来合成色素的增长量不大，而食用天然色素却以每年4%的速度递增。
③原料丰富：
提取食用天然色素的原料多为植物性原料，主要包括：
从人工种植的植物提取食用天然色素；从农产品副产物或废弃物提取食用天然色素；从野生植物和野浆果类提取食用天然色素，上述资源在我国取之不尽、用之不竭，如能科学合理地应用，不但可以大大降低食用天然色素的成本，增加经济收入，同时对国家农业种植业结构的调整都将具有潜在的意义。
④研究
动态：
食用天然色素原料资源广泛，色调丰富，如何选择那些资源丰富、成本低廉、色素稳定、色调艳丽、无毒无害、市场需求的品种，是科研人员最迫切的任务。
随着未来研究的不断深入，食用天然色素也将会在实验室中通过克隆所需材料进行生产，使食用天然色素生产从头到尾实现工厂化、工业化。
1.2天然食用色素发展简史、现状和展望
1.2.1发展简史
我国使用天然色素已有悠久历史，《史记·货殖传》记载：
“茜栀千亩，亦比千乘之家。
”说明古代就利用茜草科植物和黄栀子等天然色素。
北魏末年（公元6世纪）农学家贾思勰所著《齐民要术》一书中就有从植物中提取色素的记载。
我国古代使用天然色素，在日本近年出版的《天然着色料》一书就引证了这些文献。
公元前1500年，埃及墓碑上就绘有着色的糖果。
公元前4世纪，葡萄酒就用色素着色，大不列颠的阿利克撒人就开始利用茜草色素。
公元10世纪，美洲的托尔铁克人与阿芝特克族人相继栽培胭脂虫的寄生植物，繁殖胭脂虫，并提制胭脂红用于食品着色等。
然而，这些天然色素不论在品种上或是性能上都远不能满足食品工业发展的需要。
天然色素着色力低，对光、热、氧气、pH等稳定性差，成本高。
随着科学技术的发展，特别是染料化工的发展，出现了合成色素。
1856年英国W.H．珀金斯（Perkins）发明了第一个合成有机色素苯胺紫，以后，又不断合成了许多新的有机合成色素，并有一些被应用在食品上，使得合成色素在食品的应用上得到迅速发展。
由于合成色素具有色泽
鲜艳、着色力强、稳定性好、无臭无味、易于溶解和调色、成本低等优点，几乎取代了天然色素在食品中的应用。
到20世纪初，用于食品着色的合成色素已发展到近80种之多。
20世纪初，随着医学的发展，很多国家发现，许多合成色素对人体有害，除了它本身的化学性能危害人体健康，而且在合成过程中，还可能被砷、铅及其它有害化学物质所污染。
许多发达的资本主义国家，如英国、美国、德国，对市场销售的几百种合成色素进行了化学分析、毒理学试验和其它生物学试验，删去了许多对人体有害的合成色素。
特别是自20世纪60年代以来，从事食品色素研究学者越来越多，专家们认为食品着色首先应当符合卫生学观点，必须对人体是无害的，尽管合成色素价格、色泽均优于天然色素，但不能提高食品的营养价值，有的甚至对人体有毒，因此，大部分国家先后制定出合成色素使用的立法条例，严格限制合成色素的应用，准许使用的数目逐年减少，1958年世界各国曾作为食用色素的品种有90余种，而现在仍在使用的仅50余种。
在这种情况下，人们对天然食用色素的兴趣就大大提高了，各国政府对使用天然食用色素的限制比较少。
特别是以农作物和果菜类为原料的天然色素，人们安全感更高。
目前国外食品色素都是以天然色素为主，合成色素为辅。
所以，食用色素的发展可以概括为这样三个阶段：
最初是以使用原始型天然色素（动、植物为原料）再发展到以合成色素为主、加工天然色素为辅的阶段，目前是以精制天然色素为主、合成色素为辅的阶段。
1.2.2现状与展望
目前，大多数国家都建立了相应的色素使用管理机构，并制定了严格控制质量的法规条例。
例如，美国政府FDA规定允许使用的天然色素为10余种，见表1-1。
表1-1美国允许使用的天然色素
色素名称
备注
色素名称
备注
胭脂树橙、胭脂红
β一胡萝卜素
焦糖
胡萝卜油
葡萄皮提取物
每磅固体或半固体食品，每品脱液体食品最大35mg
仅限用于饮料
仅限用于饮料
仅限用于饮料
仅限用于饮料
辣椒粉
核黄素
藏红花
姜黄
蔬菜汁
水果汁
仅限用于饮料
仅限用于饮料
仅限用于饮料
仅限用于饮料
仅限用于饮料
仅限用于饮料
英国、日本、EEC（欧洲经济共同体）FAO/WHO允许使用的天然色素见表1-2。
值得提出的是，日本食品添加剂发展很快，1978年政府投资1000多万美元建立了拥有现代化设备的安全试验中心，可进行系统毒性试验。
据报道，日本实际使用的天然色素有33种之多。
此外对天然食用色素的研究也十分活跃，例如利用生物发酵技术从栀子黄色素生产栀子红色素和栀子蓝色素，都是近年的研究成果。
日本1979年出版了《食品添加物公定书》，收集了许多天然食用色素，并根据新的技术水平重新进行了评价。
表1-2英国、日本、EEC、FAO/WHO允许使用的天然色素
天然色素种类
英国
日本
EEC
FAO/WHO
叶绿素铜钠盐叶绿素铜钾盐
核黄素
胭脂树橙
栀子黄
辣椒红
类胡萝卜（天然）
葡萄皮色素
葡萄果汁色素
玉米黄色素
浆果果汁色素
红花黄
红花红
高粱红
可可色素
角豆色素
甘草色素
胭脂虫红
紫胶红
茜草色素
紫根色素
甜菜红
红曲红色素
藻蓝素
焦糖色素
叶绿素
番茄红素
叶黄素
堇菜黄质
藏红花
花色苷
檀香木
姜黄
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注：
√表示允许使用。
我国党和政府对广大人民健康无比关怀，对食品添加剂安全性非常重视，1960年
国务院颁布了《食用合成染料管理暂定办法》规定饮料和食物中应当尽可能不使用染
料着色，如必须使用染料着色时，则应当尽可能使用无毒性天然食用色素，此外还规定
了某些饮料食品不得使用人工合成染料着色。
国务院还指示，为了积极解决食用染料问
题，有关单位要积极发掘、总结与推广我国民间使用天然食用色素良好传统。
近年来，我国合成色素的品种逐渐减少，目前允许使用的有苋菜红、柠檬黄、靛
蓝、赤藓红、新红、亮蓝几种。
对天然色素的研究日趋活跃。
随着城乡经济改革的逐步
完善，国民经济迅速发展，人民生活不断改善，促进了食品工业的发展，对食用色素的
需求也在增长，考虑到世界食用色素发展总趋势，从食用色素安全性与社会效益及经济
效益出发，更多地发展天然食用色素。
我国有丰富的生物资源，有些是人们长期食用的
植物，发展天然食用色素有广阔的前景。
目前，已被国家添加剂标准委员会允许使用的
天然食用色素有甜菜红、姜黄、红花黄、紫胶红、叶绿素铜钠盐、越橘红、辣椒红、辣
椒橙、焦糖色素、红米红、栀子黄、菊花黄、黑豆红、高粱红、玉米黄、萝卜红、可可
色素、橡子棕色素、红曲红、玫瑰茄红和p-胡萝卜素等40余种。
改革开放以来，我国的食用天然色素由科研、开发起步，进而投入中试，迅速产业
化。
现在，我国已经成为食用天然色素的品种和产量大国。
已经形成了一个初具规模的
产业化行业。
2004年我国食用天然色素总产销量约为21.013万t。
绝大部分产品用于国
内，有约17个食用天然色素品种有出口，出口金额约2.8亿元。
出口品种为红曲米、
功能红曲、红曲红、辣椒红、高粱红、叶黄素、萝卜红、甜菜红、可可壳色、虫胶红、
姜黄素及姜黄油树脂、红花黄、叶绿素及叶绿素铜钠盐、栀子黄、紫甘薯色素、甘蓝
红、紫苏红。
我国食用天然色素科研、新产品开发、产业化发展迅速。
近几年来，在
GB2760-1996名单以外，又已经投入生产和销售的新品种有甘蓝红、万寿菊色素（叶
黄素）、紫甘薯色素、紫苏色素、番茄红、功能红曲、洋葱色素、红曲黄等。
这些天然
色素急需制订使用卫生标准和质量标准。
此外，我国科技人员正在研究开发新的天然色
素，它们是紫玉米色素、沙雷氏菌红色素、马蹄皮棕色素、枸杞红色素、红毛藻藻蓝蛋
白、低聚木糖液色素、大麦麦绿素、大黄色素、石榴皮黄色素、大蒜皮色素、小檗叶红
色素、苏木色素、草莓色素、阳荷色素、仙桃红色素、菰红色素、红菜苔色素、亚麻籽
色素、山竹果壳红色素、凤仙花红色素、木菠萝黄色素、甘蔗皮红色素、紫穗槐花色
素、碱蓬红色素、血红素、山楂红色素、鸡冠花色素、映山红色素、牵牛花色素、柿子
皮色素、仙人掌果红色素、女贞果红色素、灰白毛霉红色素、虾青素、商路红色素、五
味子红色素、美人蕉色素、茄子皮色素、板栗壳棕色素、丹参色素、黑芝麻色素等。
这
说明，我国食用天然色素有进一步发展的很大潜力。
与其它先进国家相比，我国目前天然食用色素工业还处于落后状态，主要问题是：
（1）生产设备简陋，生产工艺落后，产品纯度不高，质量较差，还有很多剂型是
浸膏或液体，产品质量和产品标准与国际标准不接轨，很难销售，经济效益差。
（2）工厂生产基本是单一产品，由于产品单一所以受到市场影响很大，容易产生
波动。
我国各地资源种类很多，应该因地制宜，生产多品种色素，满足市场不同需要，
具有较强的应变能力。
（3）国内食品工业每年消耗大量食用色素，但大多是使用合成色素，天然食用色
素在国内尚未形成大规模市场，虽然国家提倡使用天然食用色素，但有些厂家我行我
素，只从工厂本身经济利益考虑，大量使用合成色素，甚至超过规范，有些个体户更是
无视法规，竟然用染料着色食品。
由于我国地大、面广、食品量大，卫生部门很难一一
检查，这些都严重阻碍着天然食用色素的销售和发展。
（4）外贸销售的渠道不通畅，至目前为止天然食用色素的出口销售，多是各工厂
自行与有关部门联系，国内也无固定的外贸单位统一经营这个商品，国外信息不能及时
反馈，也严重地影响了产品的出口。
但是尽管天然食用色素工业在我国还是刚刚发展阶段，存在不少问题，但也有很多
有利条件。
我国地大，处于寒、亚热、热带几个区域，动植物资源十分丰富，尤其是植
物资源，品种多、分布广，为发展天然食用色素提供了丰富的原料。
而且随着经济的发
展、人民生活水平的不断提高，有越来越多的人研究天然食用色素，生产设备不断改
进，技术日趋完善，工艺也逐步成熟，可以肯定，我国天然食用色素的研究和生产今后
必将迅速发展，为我国食品工业现代化作出贡献。
1.3天然食用色素的筛选原则
我国目前正式批准使用的天然用用色素品种只有40余种，但又具有很丰富的天然
食用色素资源，这种情况随着我国经济的发展必然发生变化，所以开发利用我国天然食
用色素资源正在逐步得到越来越多的重视，开发资源就需要懂得合理科学的方法对各种
品种进行研究、筛选。
天然食用色素筛选主要应根据下面几个方面进行。
1.3.1溶解性
不同种色素在各种溶剂中溶解性能不同，一般能很好溶解于水中的称水溶性色素，
而不溶于水只溶解于石油醚、醋酸乙酯、丙酮、酒精等有机溶剂的称脂溶性色素。
例如
栀子黄色素就是水溶性色素，p-胡萝卜素就是脂溶性色素，研究某一种色素时必须测
定其在各主要溶剂中的溶解情况。
色素的溶解性将直接影响着它作为成品的使用范围，
也就可预测在食品工业中某方向的使用价值。
1,3.2pH的影响
绝大多数的天然食用色素在溶液中的色泽和溶液pH有关，有的很明显，有的不明
显。
例如，花青素类色素在酸性溶液中呈紫红色，但在碱性溶液中呈蓝色，并逐步退
色。
一般来说，天然食用色素在一定pH范围内保持原有色泽，此时是比较稳定的，由
于pH改变而使色素颜色发生变化，往往造成色素不稳定。
所以，测定pH对天然食用
色素的影响，实际上是确定该色素使用时的pH范围，我们要求色素能在较大pH范围
内使用，这样在食品中用途也越广。
例如，玫瑰茄红色素使用的pH范围较窄（3~5），
而栀子黄色素可使用范围较广（3~11）。
这就是由它们各自在这方面的性质所决定的。
1.3.3稳定性
天然食用色素一般比合成食用色素稳定性差，作为天然食用色素产品来说，要求稳
定性要好，这样在使用过程中色素的化学结构、色泽都不会发生变化。
稳定性一般
包括：
（一）对热的稳定性
很多天然食用色素在遇热时就会分解，造成退色，其对热的稳定性较差。
天然食用
色素用于食品着色时，常常需加热食品，热稳定差的色素在使用中就有困难或者尽量控
制短的加热时间以保证色素尽可能少的破坏。
（二）对光的稳定性
多数天然食用色素在紫外光照射下都会发生退色，有的甚至放在室内受散射光照射
也会退色。
不同种色素对光的稳定性不同，一般天然食用色素宜放在暗处保存。
（三）对氧的稳定性
天然食用色素化学结构大多含有不饱和双键及其它可氧化基团，在空气氧的作用下
会发生氧化作用而退色，所以天然食用色素大都应密封贮存。
（四）对各种金属盐离子的稳定性
天然食用色素对各种不同金属离子的稳定性不同，一般对少量NaCl、CaCl2影响不
大，但对Cu2+、Zn2+等离子有较大影响，特别是Fe3+影响最大。
在色素使用中必须注
意到这个问题。
对某些天然食用色素，例如焦糖色素，在用作酱油或醋着色时就要求对
NaCl有较高的稳定性，否则就不能使用在这一方面。
1.3.4安全性
天然食用色素是用于食品的，是关系到人民身体健康的大事，所以，对天然食用色
素的安全性要求很高，要求对人体无毒害作用，并长期食用不会引起各种人体器官的任
何病变。
所以在选择天然食用色素品种时，首先要对其安全性做出科学的评价。
主要包
括以下几个方面。
（一）毒理实验
是评价天然食用色素安全性较科学的一种方法，它包括几个方面的内容。
1．毒性剂量的测定
即测定某种天然色素对机体造成损害的能力，毒性较高的物质，较小剂量就会造成
损害；毒性较低的物质，必须用较大剂量才出现毒性作用。
医学上规定使用小白鼠做试
验求出致死量（Lethaldose，LD），其中最常用的是半数致死量（LDso。
），根据LDso可将
物质毒性分级：
毒性分级大白鼠一次口服LDso（mg/kg）人的可能致死量（mg/kg）
剧毒1或<10.06
高毒1～54
中毒50—50030
低毒500—5000250
实际无毒5000N150001200
基本无毒15000以上>1200
天然食用色素其LDso应在基本无毒范围内。
2．毒性试验
毒性试验是研究动物在一定时间内以一定剂量进入机体所引起的毒性反应，其中包
括急性毒性试验、亚急性毒性试验、慢性毒性试验，通过
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