天然色素加工新進(jìn)展及發(fā)展對策研究

李宗哲，李德遠(yuǎn)，蘇 丹，邵劍鋼

(1軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院研究生一隊，武漢 430035;2軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院軍需系，武漢 430035;3軍事經(jīng)濟(jì)學(xué)院院務(wù)部，武漢 430035)

近年來，我國天然色素業(yè)發(fā)展迅速，開發(fā)天然色素已成為色素和醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)展趨勢之一。我國天然色素產(chǎn)量正在逐年上升。目前我國有65 種色素在食品中使用，其中植物類色素48 種，每年生產(chǎn)的色素中天然色素占了90%［2］。我國的辣椒紅、梔子黃、紅曲等色素均已實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，并打入了國際市場［3］。然而天然色素由于存在穩(wěn)定性差、著色弱等缺點以及加工水平落后等原因，使得我國還處在合成色素與天然色素并存及同時發(fā)展的狀態(tài)。同時，我國色素行業(yè)面臨色素質(zhì)量問題頻繁爆發(fā)等嚴(yán)峻形勢，與行業(yè)發(fā)展需求存在較大差距。提高天然色素質(zhì)量和加工水平是當(dāng)前亟待解決的問題。本文分析我國天然色素加工存在的問題，探討，提升我國天然色素加工水平的發(fā)展對策。

1 天然色素在加工過程中存在的問題

多數(shù)天然色素安全性高，有些還具有著色自然、生理活性等優(yōu)勢，使得天然色素更易被接受，成為色素行業(yè)消費的主流，發(fā)展十分迅速。但是，天然色素由于存在穩(wěn)定性差、著色弱等缺點，再加上傳統(tǒng)的加工技術(shù)和工藝落后、加工設(shè)備簡單等原因，使得天然色素加工行業(yè)還存在諸多問題，制約了天然色素加工的快速發(fā)展。

1.1 加工工藝落后

傳統(tǒng)的天然色素加工過程主要包括粉碎、提取、分離精制、濃縮和干燥等。經(jīng)過多年的發(fā)展，天然色素加工工藝取得了長足的進(jìn)步，出現(xiàn)了超臨界流體萃取、微波提取等提取工藝以及柱層析、膜分離等分離工藝，促進(jìn)了天然色素加工的發(fā)展。但由于新型工藝應(yīng)用范圍有限，無法完全替代傳統(tǒng)工藝，加上天然色素自身缺點等原因，天然色素加工工藝仍存在著一定的問題。比如，傳統(tǒng)工藝無法有效解決天然色素純度不達(dá)標(biāo)、穩(wěn)定性差及提取率低等問題，某些色素?zé)o法避免顏色轉(zhuǎn)移作用等問題，使得色素產(chǎn)品的附加值、科技含量大大降低，限制了天然色素的開發(fā)利用向多元化方向發(fā)展［4］。我國引進(jìn)和開發(fā)了許多先進(jìn)加工技術(shù)，但由于成本較高、技術(shù)不完善等原因，其應(yīng)用范圍受到制約，很難滿足消費需求，限制了我國天然色素加工的發(fā)展。附表列舉了幾種常見的天然色素提取與分離工藝的優(yōu)缺點。

附表 幾種天然色素提取與分離工藝的優(yōu)缺點

我國大多數(shù)天然色素加工企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的干燥技術(shù)，微波干燥技術(shù)仍然沒有得到普及。傳統(tǒng)干燥技術(shù)加工效率低，加工過程中過度重視天然色素的提取與分離，而忽視了資源的重新利用，造成了巨大的資源浪費，加工過程中排出大量廢水，且廢水的處理一直難以有效地解決，不僅增加了能耗，降低了產(chǎn)品的附加值，還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

天然色素在提取分離過程中存在著安全隱患。目前，天然色素的提取仍采用正己烷、甲醇溶液、丙酮等有機溶劑，甚至有些企業(yè)使用苯等有毒溶劑，這些溶劑的安全性以及在后續(xù)工藝中的殘留都會對天然色素的安全性造成一定的影響。此外，從微生物中提取的天然色素，其安全性有待考證，比如紅曲霉素，雖然產(chǎn)品性能優(yōu)良，但其安全性仍是限制其發(fā)展的一大障礙。

1.2 加工設(shè)備落后

我國目前的天然色素加工企業(yè)多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，加工能力小、加工設(shè)備簡單、能耗高、技術(shù)力量薄弱、抗風(fēng)險能力差，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量差、原料消耗大、價格高、附加值低;此外，加工企業(yè)沒有做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，除個別產(chǎn)品外，大都沒有標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，難以進(jìn)入國際市場。比如，溶劑提取法所需加工設(shè)備十分簡單，但提取的天然色素質(zhì)量差、純度低，影響產(chǎn)品的適用范圍。超臨界流體提取具有加工能力強、效率高、環(huán)保等優(yōu)點，但其加工設(shè)備存在操作復(fù)雜且昂貴、運行成本高等問題，使用范圍較窄。因此，盡管天然色素具有美好的前景，但其加工設(shè)備卻沒有同步，限制了天然色素加工的快速發(fā)展。

1.3 加工過程不規(guī)范

色素行業(yè)在加工過程中存在許多不規(guī)范的現(xiàn)象，企業(yè)在加工過程中未采取有效的措施來控制天然色素的質(zhì)量，然而天然色素成分復(fù)雜，有些可能存在毒性，有些在提取中化學(xué)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，此外在加工過程中可能被污染。因此，天然色素在加工過程中必須進(jìn)行毒理試驗［5］，確定其質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)后，方能對其進(jìn)行加工，并嚴(yán)格控制加工過程，避免二次污染。天然色素加工過程存在諸多問題，制約天然色素加工的發(fā)展，需要進(jìn)一步規(guī)范。

2 天然色素加工新進(jìn)展

近年來，我國色素業(yè)發(fā)展迅速，國家對色素行業(yè)提出了“天然、營養(yǎng)、多功能”的發(fā)展方針。天然色素營養(yǎng)價值高，且具有一定的生物活性，這些優(yōu)勢決定了天然色素必將取代合成色素，成為消費的主流。在GB 2760—2011《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中我國允許使用的天然色素已有40 多種。通過多年的競爭和結(jié)構(gòu)調(diào)整，我國色素行業(yè)開始規(guī)?；?jīng)營，生產(chǎn)相對集中，競爭力明顯提高，國內(nèi)一批天然色素加工企業(yè)迅速崛起，出現(xiàn)了一批知名企業(yè)［6］。

天然色素加工工藝取得了明顯的進(jìn)步，新加工工藝使用范圍正在逐步擴(kuò)大，如微波和酶法提取等提取工藝以及膜分離、柱層析等分離工藝在天然色素中的應(yīng)用大大地節(jié)約了資源，提高了加工效率。微波提取具有加熱均勻、節(jié)能減排、環(huán)保和成本低等優(yōu)點［7］，可以提高天然色素的產(chǎn)率和提取物純度。微波提取克服了超臨界萃取和溶劑提取的缺陷，既符合環(huán)保的要求，又降低了操作費用，發(fā)展前景良好。王偉華［8］等發(fā)現(xiàn)利用微波提取番茄紅素，在最佳工藝條件下可以使番茄紅素的提取率達(dá)到95%，從而大大縮短提取時間。黎或［9］等人使用微波提取野菊花黃色素，與溶劑法相比，提取率從88.6%提高到91.1%，提取時間由12h 減為450s，大大提高了提取效率。

酶法提取的應(yīng)用也促進(jìn)了天然色素加工的發(fā)展。酶法提取不破壞植物成分，且可以提高活性成分的提取率。如余清［10］等研究出添加纖維素酶及果膠酶提取烏飯樹葉中的色素，與傳統(tǒng)方法相比，提取率提高了13.2%。

膜分離、柱層析等分離工藝也促進(jìn)了天然色素加工的發(fā)展。膜分離工藝簡單、效能高，可用于可可色素、紅曲色素等色素的分離，可將90%以上的果膠等大分子物質(zhì)脫除，常溫操作即可實現(xiàn)對色素100%截留。大孔吸附樹脂對天然色素具有良好的吸附和提純效果，利用大孔吸附樹脂的吸附和篩選作用可達(dá)到分離物質(zhì)的目的。

天然色素的精制工藝也在飛速發(fā)展。引入先進(jìn)的分離純化技術(shù)對天然色素進(jìn)行精制，可以提高天然色素的性能，擴(kuò)大使用范圍。目前應(yīng)用于天然色素的精制技術(shù)主要有:超濾精制法、吸附樹脂精制法、凝膠層析法等技術(shù)。隨著生物技術(shù)、核磁共振技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，我國應(yīng)將這些先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到天然色素的精制工藝，從而大大提高天然色素的加工效率，提高產(chǎn)品的綜合利用率和附加值。

穩(wěn)定性差、著色強度弱一直是限制天然色素向更大市場范圍發(fā)展的重要因素。近年來，我國針對解決天然色素的穩(wěn)定性差問題進(jìn)行了各種探索，取得了顯著的成績。比如，利用微膠囊技術(shù)可以提高天然色素穩(wěn)定性;利用生物技術(shù)改變天然色素的色調(diào)來改善其穩(wěn)定性、溶解性與著色力;控制適當(dāng)?shù)募庸l件，如避免高溫加熱、穩(wěn)定色素最佳pH 值等;2011年哈爾濱工業(yè)大學(xué)攻克了天然色素分離純化系統(tǒng)及花色苷類色素穩(wěn)定化技術(shù)，解決了以往天然色素加工過程中提取率低、穩(wěn)定性差及純度不達(dá)標(biāo)等技術(shù)難題，促進(jìn)了天然色素加工的發(fā)展。然而，大多數(shù)天然色素的穩(wěn)定性差問題仍難以解決，需要我國繼續(xù)加大投入力度，研究和探索新技術(shù)，解決天然色素穩(wěn)定性差的技術(shù)難題。

3 天然色素加工發(fā)展對策

3.1 樹立現(xiàn)代加工理念

傳統(tǒng)天然色素加工過度重視天然色素質(zhì)量，而忽視資源的重新利用，導(dǎo)致副產(chǎn)品綜合利用率低，附加值小，已經(jīng)不符合現(xiàn)代天然色素加工要求，必須樹立現(xiàn)代加工理念?，F(xiàn)代加工理念要求在保證天然色素質(zhì)量的前提下，提高副產(chǎn)品的綜合利用率，做到加工過程中實現(xiàn)零排放，從而達(dá)到節(jié)約資源、提高產(chǎn)品附加值的目的。按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，樹立高效、環(huán)保和節(jié)能意識，積極發(fā)展低消耗、低排放、高效率的現(xiàn)代加工模式，加大節(jié)能環(huán)保力度，降低資源消耗，減少廢棄物排放，提高天然色素資源綜合利用水平，增加產(chǎn)品附加值［11］。建設(shè)安全、環(huán)保、高效、低耗、高附加值的現(xiàn)代天然色素加工體系，促進(jìn)我國天然色素加工的發(fā)展。

3.2 改進(jìn)加工工藝

用先進(jìn)加工技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)加工工藝是研究天然色素的熱點之一。利用酶技術(shù)、核磁共振等技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)工藝，解決了天然色素的穩(wěn)定性、著色度等缺點，提高天然色素加工的整體水平，實現(xiàn)加工過程零排放，提高產(chǎn)品的附加值，促進(jìn)天然色素加工快速發(fā)展。比如，在加工過程中應(yīng)用酶技術(shù)可減少對健康不利的化學(xué)品的使用，節(jié)約設(shè)備投資，減少污染物的排放，有利于環(huán)境保護(hù)，符合“綠色、高效、安全”的要求。再如，利用酶的催化分解作用，可將雜質(zhì)通過酶反應(yīng)除去，起到精制天然色素的作用。如蠶紗提取葉綠素，利用酶精制方法可除去令人不愉快的氣味，得到優(yōu)質(zhì)的葉綠素［12］。

微波提取克服了溶劑提取和超臨界提取方法的缺陷，既降低了操作費用，又節(jié)約了資源，符合高效、環(huán)保、節(jié)能的要求，表現(xiàn)出良好的發(fā)展前景和巨大的應(yīng)用潛力。有人利用微波處理柚皮，發(fā)現(xiàn)微波提取天然色素的效率大約是傳統(tǒng)加工方法的30 倍，且純度較高、耗能少，有利于工業(yè)化生產(chǎn)，充分利用現(xiàn)代微波技術(shù)推動天然色素加工行業(yè)快速發(fā)展。

在天然色素加工過程中建立科學(xué)的管理機制規(guī)范天然色素加工，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在加工過程中實施HACCP 管理方法，能夠最大限度地保證天然色素產(chǎn)品的安全性，做到從原料采購到加工、銷售、包裝等環(huán)節(jié)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，并制定可行工藝參數(shù)，規(guī)范加工過程，使其符合工業(yè)化食品廠的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)天然色素加工規(guī)范化生產(chǎn)［13］。

3.3 提高加工設(shè)備水平

在充分利用現(xiàn)代加工技術(shù)和加工工藝的基礎(chǔ)上，加工設(shè)備水平也要同步提高，從而能夠提高天然色素行業(yè)整體競爭能力。不斷更新和研發(fā)包括粉碎、提取、分離精制、濃縮和干燥等全過程所需的加工設(shè)備，提高天然色素加工能力和效率。通過引進(jìn)和創(chuàng)新，研發(fā)與先進(jìn)加工技術(shù)相配套的加工設(shè)備，同時研究和開發(fā)節(jié)能減排、高效、環(huán)保的加工設(shè)備，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，提高天然色素產(chǎn)品的附加值。通過提高天然色素加工設(shè)備水平，促進(jìn)天然色素加工又好又快的發(fā)展。

3.4 加強有特殊生理活性天然色素的開發(fā)

我國天然色素資源眾多，已開發(fā)的有:姜黃色素、茶色素、紅曲色素等。新型天然色素不僅優(yōu)點突出，而且具有眾多生理功能，是我國開發(fā)功能性色素的重要資源。比如，姜黃色素具有著色強度好、抗氧化、抗腫瘤、降血脂等作用。此外，姜黃色素還具有抗炎、抗感染、抗凝、防止老年斑的形成等多種生理功能［14］，是一種不可多得的功能性天然色素。

我國茶資源豐富，茶葉在加工過程中產(chǎn)生大量修剪葉、茶末、甚至滯銷的粗老茶，若不加以利用，會造成巨大的資源浪費。若將其作為茶色素加工原料，會大大提高茶資源的利用率，為茶葉的綜合利用開辟一條新途徑。茶色素富含維生素、氨基酸和生物堿、黃酮類、甾體化合物等物質(zhì)，營養(yǎng)價值高;茶色素不僅著色效果好、穩(wěn)定性佳，而且具有一定的保健功能，具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤、調(diào)節(jié)血糖血脂等作用，被廣泛的應(yīng)用于食品與醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域［15］。但是，茶色素提取工藝仍缺乏有效的分離純化技術(shù)等問題。目前對茶色素的研究主要集中在對多種混合物的綜合研究，各組分間是否存在協(xié)同拮抗作用仍有待探討。需要進(jìn)一步開發(fā)茶色素提取新工藝，促進(jìn)天然茶色素的開發(fā)研究。

天然色素營養(yǎng)價值高，且具有一定的生物活性，研究與開發(fā)天然色素成為色素業(yè)的發(fā)展趨勢。目前我國天然色素需求旺盛，正是發(fā)展新興天然色素的大好時機。加快新型天然色素的研究與開發(fā)，有利于發(fā)展我國的優(yōu)質(zhì)天然色素資源，提高天然色素產(chǎn)量，有利于滿足人們在營養(yǎng)與健康方面日益增長的需求，促進(jìn)天然色素行業(yè)的發(fā)展。

4 結(jié)論

隨著人們崇尚自然、追求健康和食品毒理學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，開發(fā)和應(yīng)用天然色素將成為我國色素行業(yè)發(fā)展的趨勢。天然色素由于自身的優(yōu)點，如品種多樣、原料豐富、安全性高、功能性強等，發(fā)展十分迅速，市場潛力非常巨大。我國有著豐富的天然色素資源，在我國開發(fā)天然色素有著廣闊的前景。我國一直注重對天然色素的開發(fā)和利用，然而，天然色素存在穩(wěn)定性差、著色弱等缺點，加上加工水平低的原因，限制了天然色素加工的快速發(fā)展。針對目前天然色素加工現(xiàn)狀，必須堅持現(xiàn)代加工理念，利用先進(jìn)加工技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)加工工藝，更新和研發(fā)新的加工設(shè)備，加快天然色素加工進(jìn)程，提高加工效率，降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品質(zhì)量，爭取做到加工過程中實現(xiàn)零排放，提高副產(chǎn)品的綜合利用率，增加產(chǎn)品的附加值，從而提高天然色素加工行業(yè)的整體競爭力，促進(jìn)天然色素加工業(yè)健康、快速發(fā)展。

［1］李崇瑛，王安，楊濤，等.食用天然色素的純化與研究進(jìn)展［J］.中國調(diào)味品，2007，9:18-22，38.

［2］苗璇.食用天然色素研究應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景展望［J］.化工管理，2013，10:5-7，9.

［3］齊曉東，劉娟娟，唐欣，等.食品著色劑行業(yè)發(fā)展及存在問題［J］.糧油食品科技，2011，19(2):57-60.

［4］范仲福.功能性天然色素加工技術(shù)獲突破［N］.中國技術(shù)市場報，2011-6-21.

［5］齊曉東，劉娟娟，唐欣，等.食品著色劑行業(yè)發(fā)展及存在問題［J］.糧油食品科技，2011，19(2):57-60.

［6］馬永剛.天然色素在休閑食品中的優(yōu)勢與不足［N］.中國食品報，2013-7-10.

［7］Inoue T，Tsubaki S，Ogawa K，et al.Isolation of hesperidin from peels of thinned Citrus unshiu fruits by mierowave-assisted extraction ［J］.Food Chemistry，2010.

［8］王偉華，于國萍，張立冬.番茄紅素微波萃取工藝條件的研究［J］.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，35(5):564-567.

［9］黎彧，劉敏銳，杜友珍，等.微波場協(xié)同提取野菊花黃色素的研究［J］.廣東微量元素科學(xué)，2004，11(9):48-52.

［10］連喜軍，陳良笛，王吰，等.酶法水解甘薯提取三種紫甘薯色素［J］.糧食與油脂，2008，1:19-23.

［11］曹雁平.我國天然食用色素研究現(xiàn)狀［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，33(1):80-84.

［12］張柏林，杜為民，鄭彩霞，等.生物技術(shù)與食品加工［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:171-175.

［13］陳文田，李海霞.HACCP 在精制天然色素產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.中國食品添加劑，2006:234-239.

［14］盧新軍，蔣和體.姜黃素生理功能及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景［J］.中國食物與營養(yǎng)，2006，4:31-32.

［15］陳來蔭，陳榮山，葉陳英，等.茶色素的提取、功效及應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.茶葉通訊，2013，40(2):31-35.