1、毕业论文文献综述 食品科学与工程 天然食品红色素的稳定性研究进展 摘要： 天然红色素作为天然色素中的一大类，在人们的日常生活中越发发挥着重要的作用。相对于合成色素，天然红色素具有安全性高，有一定的营养价值或药理作用，着色自然等特点。本文简单概述了国内外天然食品色素的研究状况，具体介绍了杨梅、黑米和葡萄这三种天然食品红色素的稳定性特点，为今后食品色素的研究、开发、利用提供信息。 关键词： 食品 ； 天然红色素 ； 稳定性 ； 应用 1 引言 近年来 “苏丹红 ”事件被频频曝光， 消费者便格外关注 食品色素的安全性 问题 ，有的甚至到了谈 “红 ”色变的地步。而天然食品色素是从天然物质（包括动植物
2、或微生物代谢物）中加工从而等到的有机着色剂，属于绿色食品添加剂。目前，我国允许使用的食品天然色素有超过四十种，均已制定了相应的国家标准。随着研究的深入，人们发现合成色素大多具有慢性毒性和致癌作用，对健康的威胁越来越严重，因此，已开始限制合成色素的使用。 基于这一因素， 天然色素的开发和使用已成为当前世界食用色素发展的总趋势。相较于合成色素，天然食品色素是源于自然的天然物质，具有 无毒害作用、安全性高、着色自然 1、具有一定的营养价值和药理功效等突出优点。 但是，天然色素因其性质不稳定，在食品加工 、运输和贮藏过程 中，易受外界条件，如光照、温度、 pH 值、金属离子 、氧化还原剂 等众多因素影
3、响。由于这种种因素，天然色素的应用也受到一定的限制。因此提高天然色素的稳定性，开拓其应用范围，已成为色素行业 亟需解决 的问题。 目前，我国虽还处于合成色素与天然色素并存及共同发展的状态，但天然食品色素必将成为我国食品色素发展的主导方向。我国 地域辽阔、 资源丰富、种类繁多，可 被用于 开发 天然色素的 品种多样化，所以更多 “天然、营养、多功能”的食品 天然色素将会不断地被开发和应用。 2 杨梅红色素 杨梅是双子叶纲杨梅常绿乔木植物，为我国南方的特长果树，种植面积广、产量多。研究表明杨梅含有丰富的糖类、果酸、 Vc 及多种 B 族维生素，铁质含量也不少。杨梅可作为药用，自古就有止渴、消食、止
4、呕、断下痢的妙用。杨梅果实色泽艳丽，由其提取的红色素无毒，是天然的食用色素。 2.1 酸度对色素稳定性的影响 蔡健、陈忠辉 2通过观察不同 pH 值下杨梅红色素水溶液的颜色，对其酸碱稳定性进行了研究。实验结果表明， pH 值在 3 5 之间，色素水溶液呈紫红色，且比较稳定；pH 值在 5 8 之间，色素水溶液呈浅紫到浅黄，不稳定； pH 值在 9 10 之间，色素水溶液呈黄绿，且随着 pH 值的变大，颜色逐渐加深；当 pH=11 时，色素水溶液已变为蓝色，不稳定。严和平、陈瑞等人 3的研究也表明，杨梅红色素在 酸性条件下稳定，吸光度变化不大，且 pH 越小颜色就越鲜艳 ； pH 值大于 7 时
5、，吸光度变化较大而且颜色明显改变 ，所以提取、保存和使用杨梅红色素 时不宜在碱性条件下 。 2.2 温度对色素稳定性的影响 蔡健、陈忠辉 2将一定量的杨梅红色素分别置于 40、 60、 80、 100 密封恒温条件下加热 1h， 然后 在 520nm 波长下测定其吸光度，从而研究温度对色素稳定性 的影响。实验结果表明，杨梅红色素在高温下的耐热性较差， 当温度 高于 80 时 颜色逐渐变浅 4，60下则相对较稳定 。 这是因为 高温对色素有一定的降解作用， 所以 低温下加工生产 含杨梅红色素的食品更为稳定 。 2.3 氧化剂和还原剂对色素稳定性的影响 严和平、陈瑞等人 3也通过在杨梅红色素溶液中
6、添加氧化剂和还原剂后观察其吸光度改变的方法，考察氧化剂和还原剂对色素稳定性的影响。具体方法是在溶液中分别加入不同浓度的 H2O2、 K2S2O8、 Na2SO3 溶液，在 510nm下测定其吸光值。由测定结果可知，随溶液中的氧化剂 H2O2 浓度的增加和时间延长，其吸光度值递减，表明杨梅红色素的耐氧化性较差，应用时应避免与氧化剂接触。而氧化剂 K2S2O8 的加入虽然降低了红色素的吸光度值，但影响不大。还原剂 Na2SO3 对红色素的吸光度值有较大的影响，随着其浓度的增大，影响越大。 陈健初、叶兴乾等人 5则单独研究了抗坏血酸浓度对杨梅红色素的稳定性及色泽的影响。结果表明抗坏血酸能显著降低杨梅
7、红色素的色泽稳定性，加速色素溶液褪色；抗坏血酸浓度越大，则杨梅红色素溶液的吸光度（ 510nm）和 Hunter a 值在热处理的过程中 下 降越快， Hunter L值 上升幅度越大。 杨梅红色素溶液加入 0.5g/L的抗坏血酸， 70下连续经 5h热处理后， 其 吸光度 是 对照的 1/5， Hunter a 值则下降到 3.9，几乎 呈现 完全褪色。研究者认为这 或许 是因为在有氧条件下，抗坏血酸会被氧化生产 H2O2， 生成物H2O2 促使杨梅红色素褪色。因此对于富含花色苷的果蔬，在加工过程中不宜采用抗坏血酸来护色 。 3 黑米红色素 黑米是名贵且珍奇的特殊稻种，可以分成籼、粳两亚种。
8、根据其颜色可分为 紫色 、黑 色、红色双色等品系 6，具有很高的营养价值 和特殊的药用成分 ，有 “补血米 ”、 “药米 ”的美称。黑米不 仅含有丰富的蛋白质、必须氨基酸、不饱和脂肪酸 和 Vc，以及 锌 、 钙 、铁 等矿物营养元素，尤其还有被称为 “抗癌营养剂 ”的硒，研究 认为黑米色素属于黄酮类色素苷类化合物，由花青素与各种糖苷键结合而形成的糖苷。 Zhang 等 7对黑米提取物进行结构分析，结果显示黑米提取物含有 4 种花色苷类化合物，分别为天竺葵素 -3,5-二葡萄糖苷、矢车菊素 -3-葡萄糖苷和矢车菊素 -3,5-二葡萄糖苷 、锦葵素 ，根据黑米色素的理化性质可推断，黑米色素（苷）
9、以花青素占主导。 3.1 光照对色素稳定性的影响 钟岩、李泽鸿等人 8取等量的色素稀释 液 6mL于 3 支试管中，分别放在避光、灯光照射处、日光照射处，在 285nm定时 测定其吸光度研究了黑米色素的光稳定性。结果表明，色素在避光条件下 贮藏 5d 后 吸光度基本保持不变；在灯光照射下 吸光度 变化较大，由 0.786 降低到 0.213； 而 日光照射下 贮藏 5d 后的吸光度则变为 0， 说明色素 由于光照被 全部破坏， 由此我们可判定 色素应在避光条件下保存。王银定、王朝晖等人 9的研究也证明了以上结论，在 pH=3.0 条件下， 黑米 色素水溶液于光照和暗处放置，每隔一段时间测定其吸
10、光度，发现色素 在光照条件下降解更快。 3.2 温度对色 素稳定性的影响 黑米红色素和文献报道的紫玉米 10的色素降解规律相一致， 其热降解都遵循一级反应动力学规律。 黑米红色素温度及 pH 值的增加，降解迅速。而温度对黑米红色素的影响与 pH 有较大的关系。在不同的 pH 值条件下，黑米红色素展现两大不同的范围：（ 1）在较低 pH 值下（ 1.0、 2.0、 3.0、 4.0），热稳定性较强。（ 2）在高 pH 值下（ 5.0 和 6.0），热稳定性不高。 Tuker&Erdogdu在报道中指出当 pH=2.0 时，花色苷最为稳定，随着 pH增加可降低色素的稳定性。 侯召华、任贵兴 11研
11、究后认为 黑米红色素 从明亮的红色 2-苯基苯并吡喃阳离子转变成蓝色醌型碱或无色甲醇假碱，最后变成黄色查尔酮。在不同的 pH 值下色素的花色苷存在形式不同，进而改变其热稳定性 12。 3.3 稳定剂对色素稳定性的影响 聂芊、吴春等人 13考察了黄酮稳定剂对色素光稳定性的影响。将黑米色素浓缩液稀释成初始吸光度相同的色素稀释液，分别将 45mL 的稀释液放入编号为 1 12 的 50mL玻璃比色管中，依次再分别添加 0.5mL、 2.0mL、 5.0mL 的 芸香苷、槲皮素、儿茶素、葛根素等黄酮类化合物的乙醇饱和溶液，最后用水定容至刻度线。室温 15 的散 射光下放置， 取样 定期测定吸光度。 向
12、 黑米红色素中加入黄酮化合物 后 ，色素 在 可见光区的最大吸光度产生了红移现象， 而 最大吸光度的变化率 的 增加 率最高可达到 30%左右。此外，随黄酮化合物含量的增加 红移增色现象 增加。 光照条件下 含有黄酮化合物的色素， 其 色调保存率明显增加，半个月后色素保存率高于 80%，与对照相比，高了 25%左右。另外，添加了黄酮化合物的色素放置了一个多月后，溶液 并没有出现任何霉变 ，而未添加的两周 就 发霉 了 。黄酮化合物 因为与花色苷有相似的结构，可促进花色苷红色的黄佯盐阳离子的稳定性，所以能提高色素色调的保存率。 4 葡萄皮红色素 葡萄红色素是一类属于花青素类的天然色素，主要存在于
13、紫色或红色葡萄的果皮中，其主要成分包括锦葵色素、丁香啶、花葵素、牵牛色素、花翠素、甲基花青素等。我国葡萄资源丰富，其中大部分用于酿酒，因此，每年将产生数以万计的葡萄皮渣 14。从葡萄皮渣中提取的葡萄皮红色素色泽鲜艳，安全，染色优良，并具有改善肝脏、防御身体过氧化、防止动脉粥样硬化及提高视力等生理功能，是一种非常重要的天然食用色素和理想的食品添加剂 15。 4.1 酸度对色素稳定性的影响 刘树文、何玲等人 16对 不同 pH 值下葡萄红色 素的酸碱稳定性进行了研究。实验结果表明当 pH 3.96 时，随着 pH 值的 下 降，溶液的颜色 从 浅红色变为深红色， 波长为512nm时其 吸收值显著增
14、加，说明了酸性的增强，对色素溶液具有明显的增色效 果 。 pH 3.35 时，葡萄皮红色素具有特征吸收峰 ；而当 pH 3.96 时，溶液吸收峰明显消失，随着 pH 的增大溶液颜色由浅红色变为褐色。 郭耀东、王华 17的研究表明，葡萄皮红色素水溶液在 520nm下 较低的 pH值（ 1.03.0）时 ， 有明显的最大吸收峰，这 与 文献所报道的花色苷特征吸收峰 相符合 。随着溶液pH 值的增大，最大吸收峰处 的吸光值会逐渐减小， 当 pH值 达到 4.0 后，可见光区的吸收峰会消失，这是因为 在不同的 pH 值下， 溶液中的花色苷存在着 4 种主要结构： 红色的苯并吡喃阳离子、蓝色酮式（脱水）
15、碱、无色假碱和查尔酮 它们 之间 有一定 的平衡，在 pH 值很低时，溶液呈现 红色的 苯并吡喃阳离子， 而 pH 值 逐渐 增大， 则会 生成无色醇型假碱，使得吸光值有所下降。 4.2 光照对色素稳定性的影响 郭耀东、王华 17也利用不同类型的光照，对色素的光稳定性进行了研究。结果显示光照对葡萄红色素的稳定性有较大的影响。 黄玉龙，庞中存等人 18将 1.0%的葡萄皮色素溶 液放置在日光灯下，每隔 0.5h测定其吸光度变化，最后从吸收光谱中看出光照对葡萄皮色素具有一定的减色作用 。根据 现有研究 报道，光照可以引起花色苷降解生成 C4羟基中间产物，该中间产物在 C2 位上水解形成查尔酮后再进
16、一步转变成 2,4,6-三羟基苯甲醛以及取代的苯甲酸等产物，因此光照能促使花色苷降解褪色。 4.3 金属离子对色素稳定性的影响 郭耀东、王华 17将不同浓度的各类金属离子溶液加入到色素水溶液中，以相对处理前溶液中的花色苷浓度百分数作为指标，考察了溶液中的葡萄皮红色素对不同种类金属离子的稳定性。 Na+、 K+、 Zn2+对葡萄皮花色苷的稳定性没有较大的影响。室温下放置 9天后添加了不同浓度的三种金属离子溶液的花色苷相对保存率变化幅度不大； Cu2+在一定程度会降低花色苷的稳定性，室温放置 9 天后花色苷相对保存率由 71.10%降低到52.24%和 47.04%； Fe2+和 Fe3+对葡萄皮
17、花色苷的稳定性有较大的影响，放置一天后不含金属离子的溶液的花色苷相对保存率为 92.14%，而加入了 Fe2+和 Fe3+的溶液相对保存率仅为 76.66%、 64.81%和 70.19%、 55.29%。且含有铁离子的花色苷溶液出现浑浊、颜色变蓝、随浓 度的增加浑浊度越明显。放置 9 天后，两者的花色苷相对保存率变为 61.76%、55.84%和 66.79%、 64.37%，因此，在葡萄皮红色素 在 使用和保存时 应 该避免和含铁、铜离子的器皿接触。 邓洁红，谭兴和等人 19的研究同样印证了以上的研究结论。 5 结论与展望 综上所述天然食品红色素的稳定性较为不理想，对温度、酸度、光照、金属
18、离子、氧化还原剂等敏感，稳定性差，因此在食品的生产、加工、储存过程 中 常会发生颜色等的变化，在使用方面受到一定的限制。但 相 对于合成色素，他们 有 明显的优点。目前国际市场上，食品天然红色素正在 以年增长 10%的速度发展，覆盖面积达到 60%以上。同时，随着功能性食品市场扩大，新研究技术的相互渗透、发展，相信天然食品红色素能得到 更好 的 发展，满足人们日常需求。大部分的天然食品红色素含有丰富的营养物质，具有较高的生理活性及药理作用 ，相信会 在食品、医药和化妆品行业发挥重要的作用，具有 广泛的市场前景和经济价值。 参考文献 1 项文斌 ,高建荣 .天然色素 (实用天然产物手册 )M.北
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