植物食用色素加工方法

1.提取方法　天然色素主要从植物组织中提取，与合成色素相比，天然色素能更好地模仿天然物的颜色，着色色调比较自然，而且一些天然色素本身即具有营养价值，又有一定程度的药理作用。因此，近年来发展极为迅速，天然色素取代化学合成色素成为色素行业发展的大趋势。目前，天然色素常用的提取方法如下。

（1）溶剂提取法：是根据原料中被提取成分的极性和共存杂质的理化特性的不同，遵循相似相溶原理，使有效成分从原料固体表面或组织内部向溶剂中转移的传质过程。根据色素性质的差异，选择不同的提取溶剂，再经过滤、减压浓缩、真空干燥得到色素粗品。常用的溶剂有水、酸碱溶液、有机溶液（如乙醇、丙酮、烷烯烃、苯等）。大量实验表明，乙醇是植物食用色素较优提取剂，但溶剂提取法存在原料预处理能耗大、产品质量不佳、色素溶解性差、色泽变化较大等缺点，且提取过程溶剂用量大，回收困难，生产成本高。

（2）酶法提取：植物色素往往被包裹在细胞壁内，而大部分植物的细胞壁由纤维素构成。在提取植物成分前先用纤维素酶可以破坏β-D-葡萄糖苷键，使植物细胞壁破坏，再进行活性成分的提取，可提高提取率。但是值得注意的是，在纤维素酶制剂中，除了主要成分纤维素酶之外，还有少量半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等，在提取过程中，由于底物的存在也同时显示催化活性。因此，不同的纤维素酶制剂作用于同一种植物材料时，有效成分提取率的高低不仅与制剂中纤维素酶的含量、活性有关，也与酶制剂中半纤维素酶、果胶酶等的含量及其活性有关。

（3）超临界流体萃取法：超临界流体萃取是利用处于临界温度、临界压力之上的超临界流体具有溶解许多物质能力的性质，将其作为萃取剂，从液体或固体中萃取分离出特定成分的新型分离法。适于萃取非挥发性、热敏性、脂溶性色素，如辣椒红素、胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素、番茄红素。该法操作温度低、工艺简单、效率高且无污染等。

（4）物理辅助萃取法：①微波萃取法：是将微波激活与传统的溶剂萃取法结合起来而形成的新型萃取技术。其基本原理是在微波场中利用吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体和体系中分离。该技术具有选择性高、萃取时间短、溶剂消耗量少、色素成分萃取率高、不产生噪声、操作成本低、减少原料预处理并对环境友好、适合于热不稳定物质等特点。对番茄红素等脂溶性色素，有机溶剂不易渗透细胞壁、细胞膜，可采用该法辅助提取，有利于提高萃取效率。②超声波技术辅助萃取：超声波萃取法的基本原理是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的溶出，另外超声波的次级效应，如机械振动、乳化、扩散、击碎、化学效应等也能加速欲提取成分的扩散释放，并充分与溶剂混合，利于提取。超声波的粉碎、搅拌等特殊作用，可打破植物细胞壁，以使溶媒尽快渗透到植物细胞中，溶出其中有效成分，如超声波技术提取密蒙花黄色素，方法简单、操作时间短、萃取率高等。

（5）分子蒸馏技术：分子蒸馏是一种特殊的液－液分离技术，可以在高真空度下进行连续操作。其基本原理是基于不同物质分子在高真空下分子运动平均自由程的差别，在远低于物质常压沸点温度的条件下将其分离出来。该技术具有蒸馏温度低、蒸馏压力低、分离程度高、受热时间短等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护热敏性物料的品质，真正保持了纯天然的特性。分子蒸馏技术适合于把粗产品中高附加值的成分进行分离和提纯，是其他常用分离手段难以完成的。

2.天然色素的精制方法　采取一般工艺得到的产品都属于粗品，往往含有多种杂质，如果胶、蛋白质、单宁、树脂等。因为其纯度较低，达到所需颜色时用量较大，因而有人提出这类色素着色力不够，而且会给产品带来不好的风味。事实上，许多天然色素着色力都很高。此外，多数天然色素并不产生异常风味，纯度不高的天然色素引起的着色力不足及可能带来的风味等问题可通过分离纯化技术加以解决。

（1）膜分离法精制：是指借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。与其他传统的分离方法相比，膜分离技术具有过程简单、经济性好、无相变、分离系数较大、节能、高效、无二次污染、可在常温下连续操作等优点。

（2）酶法精制：酶是具有专一性的高效催化剂，其催化作用常在常温、近中性的条件下进行，特别适合耐热性不强的天然色素的精制。该法利用酶的催化作用，使天然色素粗制品中的杂质通过酶反应除去。据报道日本在从蚕沙中取提叶绿素的过程中，通过加入脂肪酶制剂，除去了产品中的刺激性气味。此外，日本还将栀子黄色素经酶处理后制成栀子蓝色素、栀子绿色素或将栀子果实萃取物中所含的呈色配糖体水解后，添加天然氨基酸，再经酶作用得到栀子红色素。

（3）吸附解析法精制：该法根据不同色素的性质选择相应的吸附剂，用吸附解析的方法精制色素。意大利用吸附剂精制葡萄汁色素，可除去葡萄汁中的果胶质及某些金属离子。我国用该法精制萝卜红色素，除去了90%以上的糖和果胶杂质。此外，选择适宜的离子交换树脂，也能达到精制的目的。

（4）结晶法精制：采用结晶和重结晶方法精制天然色素，在结晶过程中由于只有同类物质才能排成晶体，因此这种精制方法有良好的选择性，结晶物纯度高，工艺过程成本低，设备简单。姜黄色素、辣椒红素等的提取都可采用该法。

3.色素结构鉴定　植物色素经过提取、分离、精制成为单体化合物后，需进行结构鉴定才可能为应用提供可靠依据。仪器分析提供快速可靠的手段，积累了大量科学数据。目前用于分析天然色素结构的手段有很多，如薄层色谱法、紫外吸收光谱法、红外吸收光谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、核磁共振谱及液质联用等技术。

（1）紫外吸收光谱：紫外吸收光谱法（UV）是确定天然色素成分最常用的手段，可确定紫外检测的吸收峰，检验样品纯度及粗略定性化合物的种类。例如花青素具有类黄酮的典型结构，但由于花青素中苷元结构不同，不同类型的花青素类化合物表现出的紫外－可见光谱也有很大差异，利用这种差异进行鉴定已成为经典分析方法之一。除花青素外，其他类别如黄酮类、类胡萝卜素类等均可利用紫外吸收光谱法鉴定。

（2）红外吸收光谱法：红外吸收光谱法（IR）也是植物食用色素鉴定常用的一种手段，能确定分子功能基团的特征。早在19世纪50年代Wagenknecht和Forsyth等人就利用红外光谱对花青素色素结构进行鉴定。1972年日本学者斋田规夫等人对6种花青素苷元和18种花青素色素的红外谱进行了研究。吴信子等人还曾用红外吸收光谱对蓝靛果花色苷进行研究。

4.我国植物食用色素开发的新分析技术

（1）高效液相色谱（HPLC）技术：高效液相色谱是一种以液体为流动相的现代柱色谱分离分析技术，具有分离效率高、分析速度快、用样量少、灵敏度高、流出组分可收集，兼具分析和制备等优点，适应于高沸点、大分子、强极性和热稳定性差的化合物分离分析。对于热不稳定或极性大的植物食用色素，高效液相色谱是一种有效的分离分析方法。

（2）高效毛细管电泳（HPCE）技术：高效毛细管电泳是20世纪80年代发展起来的一种新型液相分析技术。其基本原理是以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异实现分离分析。近年来，高效毛细管电泳已被应用于植物食用色素结构分析中。

（3）色谱－质谱联用技术：色谱－质谱联用技术结合了色谱、质谱两者的优点，实现了优势互补，成为现代仪器分析的热点。色谱是利用各物质在固定相和流动相之间物理分配性质的差异，具有高分离能力，高灵敏度和高分离速度等优点，可以直接分析不挥发性化合物中的多种成分。而质谱是一种灵敏度高、选择性好，具有较强的定性功能的现代仪器，在一次分析中可获得很多结构信息。近年来，色－质谱联用在技术及应用方面取得了很大进展，在植物食用色素分析中的应用也有一些报道。