天然食用色素在食品中的应用及其稳定性探讨 

摘 要：天然食用色素因其天然、健康、安全的特点在食品工业中得到了广泛应用，赋予食品丰富多样的色彩。天然食用色素相比于合成色素而言，毒性更低，且具有良好的可持续性和生物可降解性。然而，天然食用色素的稳定性问题一直是制约其进一步推广和应用的关键因素。本文探讨了食品中天然食用色素的应用并深入分析了影响其稳定性的因素，以供参考借鉴。

关键词：食品；天然食用色素；稳定性

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、安全的特点受到广泛关注。相较于合成色素，食用天然色素不仅能够为食品着色，还兼具营养价值和健康促进功效。色素主要提取自植物、动物组织以及矿物质来源，通过一系列提取和加工过程得到，能赋予食品丰富多样的色彩。天然食用色素的稳定性主要受到光、热、氧、pH值、金属离子等多种因素的影响，导致颜色变化、褪色甚至变质，从而影响食品的品质和感官效果。通过探讨天然食用色素的稳定性，能够有效促进其在食品工业领域的广泛应用。

1 天然食用色素的分类及提取方法

1.1 动物色素

壳类水生动物能够吸收藻类中的类胡萝卜素，并在体内经历复杂的代谢过程将其转化。例如，甲壳类动物能将吸收的β-胡萝卜素转化为虾青素，此转化导致虾青素在其外壳、甲壳、卵及卵巢中逐渐累积，从而实现色素由β-胡萝卜素的黄色向虾青素的红色转变。还有一种寄生于仙人掌的特殊昆虫，即胭脂虫[1]。从胭脂虫中提取的红色素，在耐热性和色彩鲜艳度方面均超越植物色素。然而，尽管动物来源的色素在稳定性方面表现出优势，但其提取成本显著高于植物色素，且颜色范围也不及植物色素广泛。

1.2 植物色素

甜菜色素，以红、黄两种形态存在，可通过超声波辅助配合有机溶剂法，自苋菜叶、甜菜根、仙人掌果及火龙果等原料中有效提取。此色素不仅色泽鲜艳，还兼具抗氧化与抗菌特性。但需留意，高温及碱性环境会促使红色甜菜色素中的醛二胺键水解，进而转化为黄色形态[2]。叶黄素与类胡萝卜素均属多烯色素家族，是食物中特有的淡黄色或橙色色素。采用超临界流体萃取技术，可从胡萝卜、南瓜、辣椒及番茄等食材中高效分离这些色素[3]。花青素是一种广泛分布于多数蔬菜与花卉中的酚类天然色素，其颜色表现受环境酸碱度影响显著，在弱酸性条件下呈现红色，而当环境呈中性至碱性时则转变为紫色[4]。

1.3 微生物色素

微生物生产的天然色素具有显著优势，它们不受季节限制，且能减轻化学提取过程对环境造成的负担。以花青素为例，从植物中提取易受地域、储存条件等多因素制约，而通过基因工程技术将花青素合成基因导入大肠杆菌，并优化其培养环境，即可实现花青素在微生物代谢过程中的直接生产。同样，微藻如雨生红球藻也是类胡萝卜素和虾青素的重要来源。通过补料分批培养策略，并适时添加营养物，可以诱导雨生红球藻高效合成虾青素[5]。此外，红曲红色素是红曲霉发酵产生的次级代谢产物，抗氧化性能强，可替代亚硝酸盐用于腌制肉类，维持腌肉期间的鲜红颜色，降低亚硝酸盐的潜在危害。

2 天然食用色素在食品中的应用

2.1 烘焙食品中的应用

胭脂虫提取的红色素在酸性环境下，能稳定地展现出鲜艳的红色。而在碱性环境中则转变为紫色。尤为重要的是，胭脂虫红色素对光热条件表现出良好的稳定性，并能与金属离子结合形成稳定的胭脂红复合物，这一特性使其非常适合用于面包等烘焙食品的着色[6]。此外，由红曲米发酵加工而成的红曲米粉，少量使用时加热后呈肉粉色，用量较多时成品会呈现红色或深红色。红曲米粉不仅可以为烘焙食品提供鲜艳的红色，还带有独特的红曲风味，常用于制作蛋糕、面包等烘焙食品。例如，在制作红丝绒蛋糕时，红曲米粉可以与可可粉搭配使用，创造出独特的红色与棕色相间的视觉效果；在制作红曲饼干时，红曲米粉则可以为饼干带来鲜艳的红色和浓郁的红曲风味[7]。

2.2 肉类中的应用

肉类食品因其富含脂质，易受脂质氧化影响而导致品质下降。为保持肉类产品的健康色泽并延长其保质期，加工过程中常需添加红色素及抗氧化物质[8]。‌相较于其他添加剂，红曲色素更适合用作腌肉制品的着色与保鲜剂。有研究指出，向肉末中加入1.00%的红曲色素，在经历7～14 d的储存期后，红曲色素表现出突出的抗氧化作用。它不仅能够有效抑制贮藏过程中氧化产物的形成，还能减轻亚硝酸盐的潜在危害性[9]。德国肉类研究中心的研究表明，在腌制类产品中添加红曲色素后，可将亚硝酸盐的使用量减少60%，而产品的感官特性和可贮性均不受影响[10]。

2.3 饮料中的应用

花青素色彩多样，且在酸性环境下能维持鲜红的色泽，常被作为添加剂应用于酸奶等乳制品中[11]。商业实践中，含有丰富花青素的提取物，在作为饮料色彩添加剂受到广泛青睐的同时，于40 mg·mL-1的浓度下，还显示出对淀粉分解酶约1%的抑制能力[12]。在pH值为3～7的条件下，甜菜红色素展现出良好的颜色稳定性[13]。洛神花蕴含丰富的花青素，可应用于饮料以及明胶甜品的着色之中。通常情况下，仅需添加0.03%～0.04%的天然色素，便可实现理想的着色成效。这些饮料中所添加的色素在长达28 d的储藏期间内，其颜色和性质均能够保持稳定，不会出现明显的褪色或变质现象。

3 天然食用色素稳定性影响因素及优化建议

3.1 影响因素

光照作为影响天然食用色素稳定性的关键因素，其效应因色素种类而异。众多天然色素在紫外线或室内漫反射光照射下，均展现出褪色趋势。以火龙果红色素为例，研究揭示，无论是室外自然光照还是室内散射光，均会加速其降解过程，且光照强度与色素稳定性呈负相关。

温度同样显著影响着天然食用色素的稳定性。在高温条件下，色素分子容易出现褪色或结构分解的现象。以紫甘薯色素作为研究对象，当其在40、60、80、100 ℃下分别处理6 h后，色素的保留率依次降低至91.47%、84.65%、59.23%和43.23%。这一数据明确地揭示了随着温度的升高，色素的稳定性会受到不利的影响。

氧气对天然食用色素的稳定性亦构成威胁。以紫甘薯色素为例，作为一种水溶性天然色素，其化学结构中大多含有不饱和双键及其他可氧化基团。结构特性使紫甘薯色素在空气中氧的作用下容易发生氧化作用，从而导致褪色。研究结果表明，当紫甘薯色素暴露在氧气环境中时，其化学结构会发生变化，色素的稳定性显著降低[14]。

此外，pH值的变化对天然食用色素的稳定性具有重要影响。许多色素对pH值极为敏感，其颜色和稳定性随pH值的变化而显著改变。以姜黄色素为例，当pH值为2时，出现黄色沉淀，吸光度显著下降；而在pH值为3～7时，色素颜色相对稳定；当pH值升至8时，颜色转为橙黄，吸光度增加；当pH值超过9时，颜色进一步转变为红棕色[15]。

3.2 优化建议

3.2.1 优化提取工艺

为了显著增强天然食用色素的稳定性，必须从提取工艺上进行深度优化。例如，精细地调控提取过程中的关键参数，如温度、pH值、溶剂类型及其浓度，以及提取时间等。通过精确控制这些条件，可以最大限度地减少色素分子在提取过程中的结构破坏和降解，从而保留其原有的色泽和稳定性。

3.2.2 改进储存条件

为了确保色素在储存过程中的稳定性，必须严格控制储存环境的各项参数，包括温度、湿度、光照强度以及氧气浓度等。对于易受光影响的色素，应采用遮光或避光包装材料，以减少光线对色素的破坏；对于热敏性色素，则需储存在低温环境下，以降低其分解速率。此外，还可以添加适量的抗氧化剂或稳定剂，如维生素E、抗坏血酸钠等，它们能与色素分子竞争性地与氧反应，从而保护色素免受氧化损伤，有效延长色素的保质期。

3.2.3 生物工程技术

生物工程技术为天然食用色素的稳定性提升开辟了新的途径。通过基因工程技术，可以定向改良色素产生菌或植物的遗传特性，使其能够合成具有更高稳定性、色泽更鲜艳的色素分子。例如，通过基因编辑技术，可以优化色素合成途径中的关键酶基因，提高色素的合成效率和稳定性[16]。同时，利用酶工程技术对色素分子进行化学修饰或结构改造，也能显著增强其抗环境变化的能力。

3.2.4 微胶囊化与纳米封装技术

通过将色素分子包裹在微小的胶囊或纳米粒子中，可以形成一层保护屏障，有效隔绝外界环境（如光、热、氧等）对色素的直接作用，从而显著提高其耐光性、耐热性和耐氧性等性能。此外，这些技术还能实现色素的精准释放和控制，使得色素在食品加工和储存过程中能够按照预定的时间和方式表现出相应的色泽和风味，为色素在食品工业中的广泛应用提供了更多可能性和灵活性。例如，通过微胶囊化技术，可以将易挥发的色素分子固定在胶囊内部，减少其在加工过程中的损失；而纳米封装技术则可以实现色素分子的纳米级分散和稳定，提高其在食品中的均匀性和稳定性。

4 结语

天然食用色素作为食品着色剂的重要组成部分，不仅赋予了食品丰富多彩的色泽，还满足了消费者对健康、安全、环保日益增长的需求。通过提取工艺的优化、储存条件的改进及生物工程技术创新等，能够提高色素的耐光性、耐热性、耐氧性等性能，实现色素的精准释放和控制，为食品工业带来更加丰富多彩、健康安全的着色解决方案。

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