精細化工論文常見食用色素的特性及安全性評估

1、 常見食用色素的特性及安全性評估北京石油化工學(xué)院摘要：概述了目前在食品中常見的數(shù)種食用色素的理化特性和應(yīng)用現(xiàn)狀，以及對色素的安全性評估。通過對比說明色素的安全使用范圍以及對未來發(fā)展趨勢的展望。關(guān)鍵詞：天然色素、合成色素、色素特性、安全性評估顏色在食品加工中起著特殊的作用。因為食品的顏色是用來辨別和衡量食品新鮮程度最基礎(chǔ)的工具之一1。特別是在酒類、飲料、肉類、以及乳制品中，食品的色澤會在很大程度上影響消費者的判斷以及購買欲望。但是在現(xiàn)代食品加工工業(yè)中 ，食品加工企業(yè)為了改變食品在加工過程中造成的褪色等問題，通常采取在食品加工的過程中添加色素的方法，以達到改善食品色澤的目的2。不過在色素并不是現(xiàn)代

2、人的專利，而是自古有之，當(dāng)時人們就知道利用紅曲色素來制作紅酒。1856年英國人帕金合成出第一種人工色素苯胺紫以來，合成色素越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中，也不斷地改善食品色澤。目前，食用色素的來源可分為天然食用色素和人工合成色素。天然色素是指從植物、微生物、動物材料中用各種方法提取、精制得到的天然著色物質(zhì)3。相對來說，天然食用色素具有安全性高、低毒副作用的特點。同時具備人體所需要的各種營養(yǎng)以及各種微量元素，部分的天然色素甚至具備了豐富的藥理學(xué)性能，目前在飲料、糖果、乳制品、糕點、肉類制品甚至調(diào)味料中都有極為廣泛的應(yīng)用。但與眾多優(yōu)點相對應(yīng)的，天然食用色素也存在著溶解性差、保色性差、應(yīng)用范圍窄等不足

3、之處。而與天然食用色素相反，人工合成色素則存在著具毒性（包括毒性，致瀉性和致癌性）。因此，人工合成色素的應(yīng)用受到了較為嚴(yán)格的限制。近年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，消費者對飲食健康的關(guān)注越來越多，對食品安全的重視度也不斷增加。因此，食用色素的開發(fā)，應(yīng)用研究和安全性的評估也成為了相關(guān)科研工作者和食品加工企業(yè)關(guān)注的重點。本文對食用色素的特性介紹以及安全性進行了初步的探討。1. 常見天然色素的特性及安全性評估天然食用色素來源于自然，種類繁多，且大多數(shù)無毒副作用。但也存在著著色力低、穩(wěn)定性差、色調(diào)較暗、使用成本較高的特點1。目前市場上最為常見的天然色素有焦糖色素、紅曲紅、姜黃素、紅花黃色素、蘿卜紅等。以

4、目前產(chǎn)量靠前的焦糖色素和紅曲紅進行分析。1.1 焦糖色素焦糖色素俗稱焦糖，英文名為Caramel，如今廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)中。作為有記載以來最早的食用色素之一4，焦糖發(fā)展至今已經(jīng)成為了人們使用量最大，適用范圍最廣的色素。與普通天然色素不同，焦糖色素的色率高，對食品的著色效果好，用其發(fā)酵的醬油色澤十分鮮艷；并且焦糖的溶解性十分出眾，而且不易受微生物的污染。表1 焦糖色素的分類類別名稱功能色強總氨總硫普通（酒精）焦糖酒精中穩(wěn)定0.01-0.140.10.2亞硫酸鉀納焦糖酒精中穩(wěn)定0.05-0.130.30.30.30.31.1.1 焦糖色素的特性1）焦糖色素作為一種著色劑，其色強與色調(diào)的指標(biāo)極為出

5、色，而這兩者正是衡量其品質(zhì)的重要指標(biāo)；2）焦糖色素具有膠體性質(zhì)，具體視生產(chǎn)方法及所用食品的pH而定。例如在可樂等碳酸飲料中，使用的焦糖色素要帶負(fù)電荷，要保證其等電點小于1.5，但是在醬油和黃酒中則需要使用帶正電荷的焦糖色素；3）作為衡量焦糖色素品質(zhì)指標(biāo)之一的pH值，卻不是固定的。一般來說，如果焦糖的pH 大于5，則容易造成微生物的污染，如果pH 值小于2.5，則容易樹脂化，并且研究表明：pH值越低，樹脂化速度越快。一般來說，焦糖的pH是由加工的原料工藝決定的，因此需要根據(jù)不同要求加以調(diào)節(jié)；4）工廠都著力于降低焦糖的粘度，以擴大其使用范圍。研究表明，焦糖的色率會隨加熱時間的延長而加大，但在高溫情

6、況下，大分子容易聚合，從而造成粘度增大，流動性減小。所以在提高焦糖色率的同時，要注意時刻關(guān)注溫度。焦糖的應(yīng)用范圍十分廣泛，目前焦糖色素主要用于軟飲料、乙醇飲料以及醬油等調(diào)味品中，目前軟飲料是世界上焦糖色素用量最大的領(lǐng)域，一般情況下，軟飲料的生產(chǎn)會采用原濃度焦糖色素，其用量約為每1L飲料用1.3g的焦糖色素，但如果是用于可樂生產(chǎn)中，則需要加倍。除此之外，制作甜點也常會用到焦糖色素，它可以使糕點和甜點具有一種糖果或巧克力的味道，也可加于冰激凌和蛋奶凍上。讓人感興趣的是，目前威士忌行業(yè)中唯一允許使用的添加劑就是焦糖色素。1.1.2 焦糖色素的安全性評估20世紀(jì)60年代，由于有研究表明焦糖色素中環(huán)化物

7、4-甲基咪唑可能致癌，焦糖色素曾一度被各國政府禁用。但經(jīng)過科學(xué)工作者多年的研究研究表明，焦糖色素對人體實際上無毒副作用。并且近年來聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO），世界衛(wèi)生組織（WHO），國際食品添加劑聯(lián)合專家委員會（JECFA）陸續(xù)確認(rèn)焦糖色素的安全性，只是對其中4-甲基咪唑（4-MEI） 的含量進行了規(guī)定。目前科學(xué)界對焦糖色素的安全性研究已經(jīng)相當(dāng)充分。以第4類焦糖色素為例，國際食品添加劑專家委員會（JECFA）制定的安全標(biāo)準(zhǔn)是每天每公斤體重不超過200毫克，這相當(dāng)于一個成年人每天食用10g的焦糖色素。而色素作為一種食品添加劑，其在食品中的用量極為有限，所以在也就不存在“限量”的問題。當(dāng)前中國對焦糖

8、色素的標(biāo)準(zhǔn)是“按需使用”；而美國給予了“GRAS（ Generally Recognized as Safe）”的分類，意為廠家正常使用即可；歐盟方面，也將其作為一種安全的食品色素。作為副產(chǎn)物，4-甲基咪唑（4-MEI） 在焦糖色素中的含量跟具體的產(chǎn)品有關(guān)。例如歐盟規(guī)定為其值應(yīng)小于250ppm （1ppm相當(dāng)于每公斤中含有1毫克）。 對于4-甲基咪唑有安全性問題的研究，大都出現(xiàn)于較早的研究報告中。不過當(dāng)時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生不良作用時添加的劑量都比較大，已經(jīng)超出食品中的可能含量。對于其安全性：1）國際癌癥研究機構(gòu)曾評估4-甲基咪唑的致癌性，但該機構(gòu)純粹基于動物實驗的結(jié)果目前并未得到研究人員的認(rèn)可；2）雖然

9、聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）世衛(wèi)聯(lián)合食物添加劑專家委員會（JECFA）還沒有對4-甲基咪唑的安全性作出評估，但他們在評估焦糖色素時認(rèn)為，食物中的焦糖色素含有的極微量的4-甲基咪唑不會給人們的神經(jīng)系統(tǒng)造成不適；3）歐洲食品安全局也曾對焦糖色素的安全問題作出評估，結(jié)論是焦糖色素既不具基因毒性（即會損害基因），也不會致癌，同時更沒有直接證據(jù)證明焦糖色素會影響人類的生殖能力或兒童的發(fā)育。此外，歐洲食品安全局認(rèn)為，即使以進食含色素III和色素IV的食物時為例，此時攝入最高水平的4-甲基咪唑，其引發(fā)的安全問題亦是微不足道；4）根據(jù)該美國民間監(jiān)察組織公布的數(shù)據(jù)，在可樂類飲料中檢測出的4-甲基咪唑最高水平是每毫升

10、含0.4微克的4-甲基咪唑。如果采用了不確定系數(shù)100，要達到令嚙齒類動物致癌的劑量，以體重為60公斤的消費者為例，其需要每天飲用至少300罐的可樂。但值得注意的是：即使是此種情況下，也并不是每種動物都發(fā)生了癌變。該實驗未能提供致癌的機理，更無法推知在人體中的具體情況。1.2 紅曲紅色素紅曲紅英文名為Monascus red，主要是以紅曲米為原料，以醇類作溶劑進行提取得到，或者是將紅曲霉進行深層培養(yǎng)，并在其培養(yǎng)液中提取得到的一類色素。1.2.1 紅曲紅色素的特性1）紅曲紅色素的色調(diào)指標(biāo)也相當(dāng)出色，其水溶液與醇溶液清澈透明， 在高溫條件下也十分穩(wěn)定，其醇溶液對紫外線相當(dāng)穩(wěn)定，但在光照條件下會褪色

11、。并且且紅曲紅色素性狀穩(wěn)定，金屬離子、 氧化劑和還原劑對其影響較小，同時在酸性條件下也能保持性狀穩(wěn)定。此外其染色性能在蛋白質(zhì)方面出色且穩(wěn)定；2）紅曲色素為深紫紅色粉末，吸水時成為糊狀物，有不強烈的刺激性氣味，不溶于水、甘油，易溶于中性及偏堿性水溶液，酸性時溶解度較低。極易溶于乙醇、丙二醇、丙三醇及其水溶液；3）紅曲紅色素還具有防腐功能，可以有效地抑制細菌生長，抗氧化能力較強，故可以延長食品的保質(zhì)期。 此外，紅曲紅色素能夠降低血清中的甘油三酯的含量，有利于脂質(zhì)代謝，同時還有降低膽固醇，防止動脈硬化，防治心血管疾病等保健作用5。 紅曲紅色素作為一種色調(diào)自然鮮亮，而且安全、穩(wěn)定，具有一定醫(yī)療保健功效

12、的著色劑，已廣泛應(yīng)用于食品(肉制品、豆制品、酒飲料、糖果、醫(yī)藥、化妝品）等行業(yè)中5。尤其是肉類加工行業(yè)，其對提升產(chǎn)品質(zhì)量有不錯的效果。并且近年來，日本方面在紅曲紅的研究上又取得了較大的進展，相信還會開發(fā)紅曲紅新的應(yīng)用領(lǐng)域。1.2.2 紅曲紅色素的安全性評估紅曲紅色素的LD50為20g/kg(小鼠，經(jīng)口)，7gkg(小鼠，腹腔注射)。紅曲紅具有抑菌和殺菌作用，已經(jīng)有研究證實抗菌活性成分中一部分是著色物質(zhì)。有趣的是，紅曲在食品及藥物上開始應(yīng)用是在宋朝，而到了元朝更是有了關(guān)于紅曲用于醫(yī)藥的記載；近年來的專家學(xué)者的研究進一步證實了紅曲確有醫(yī)療保健的功效。此外在所有已知天然色素中，紅曲紅色素?fù)碛凶顬閮?yōu)良

13、的穩(wěn)定性。2. 常見合成色素的特性及安全性評估食用天然色素因其來源于植物、動物和微生物，對人體安全性較高，有一定的保健作用，但著色能力較差，色調(diào)不夠鮮艷，來源有限，產(chǎn)量不高，價錢偏貴，生產(chǎn)成本較高，使得人工合成色素得以發(fā)展。人工合成食用色素的原料主要是化工產(chǎn)品。通過化學(xué)合成的方式制得各種食用色素。相比天然色素，合成色素色澤鮮艷；色調(diào)多；性能穩(wěn)定；著色力強；調(diào)色易；使用方便；成本低廉；時下國家出臺的相關(guān)規(guī)定，促使食用色素生產(chǎn)商更加嚴(yán)格規(guī)范化。目前國內(nèi)使用的較多的合成色素有莧菜紅、胭脂紅、-胡蘿卜素、番茄紅素、日落黃以及誘惑紅等。2.1 莧菜紅莧菜紅英文名為amaranth red，主要著色成分為

14、莧菜苷（ Amaranth glycosides）和甜菜苷（ Beet glycosides ），是目前國內(nèi)使用量較大的合成色素之一。2.1.1 莧菜紅的特性莧菜紅色素為暗紅色或者紅黑色色均勻粉末或顆粒，無特殊氣味，在光照和高溫下（105）不分解，同時在酸中能夠保持穩(wěn)定，但在堿性溶液中顏色變深，遇銅、鐵也易褪色。溶于水為紅色液體，光照條件下在水溶液中為帶有藍光，微溶于乙醇，也可溶于丙三醇，但不溶于油脂。易被氧化、還原，故遇細菌易被分解，因而不用于食品的發(fā)酵。根據(jù)我國食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2760-1996）規(guī)定：可用于高糖果汁（味）或果汁（味）飲料、碳酸飲料、配制酒、糖果、糕點上彩裝、

15、青梅、山楂制品、漬制小菜，最大使用量0.05g/kg；用于紅綠絲、綠色櫻桃（系裝飾用），最大用量0.10g/kg。2.1.2 莧菜紅色素的安全性評估莧菜紅的毒理學(xué)分析表明：1）LD50 小鼠口服大于10g/kg體重；大鼠腹腔注射大于1g/kg體重；2）ADI 00.5mg/kg體重（FAO/WHO，1994）。此結(jié)果表明在日常生活中莧菜紅的攝入量不會對人體造成危害。值得注意的是：在2010年9月，歐洲食品安全局（EFSA）對色素莧菜紅的安全性進行了重新評估，而后制訂了更低的可接受日攝入量（ADI）標(biāo)準(zhǔn)，其依據(jù)是幾項關(guān)于該色素對生殖和發(fā)育方面的研究，以及一項對老鼠腎鈣化和增生的兩年研究。但此決定

16、最有可能影響的是紅色開胃飲料的生產(chǎn)商。而其針對遺傳毒性、致癌性和磺化基胺形成方面的研究并未發(fā)現(xiàn)重大隱患。2.2 日落黃日落黃，英文名為Sunset Yellow，橙色狀粉末，可以通過對氨基苯磺酸重氮化，與2-萘酚-6-磺酸耦合而得。2.2.1 日落黃色素的特性日落黃色素為橙紅色均勻粉末或顆粒，無特殊氣味。溶于水其溶液為黃色，而且可溶于丙三醇等，卻微溶于乙醇，在油脂中不溶。在高溫和光照條件下不易分解。在酸中可以保持性狀穩(wěn)定，遇堿變帶黃褐色的紅色，還原時褪色6?！叭章潼S”作為合成色素，可以極大地改善食品的色澤。中國食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB2760-1996)規(guī)定：日落黃可用于飲料、果汁、糖果、

17、冰淇淋等食品、糖果包衣等藥物的著色，并且能從外觀上引起人們食欲，同時其可以使食品的口感更濃厚。2.2.2 日落黃色素的安全性評估日落黃的毒理數(shù)據(jù)為：1）日允許攝入量(ADI) 0-2.5mg/kg（FAO/WHO，1994）；2）半致死量(LD50) 2.0g/kg（大鼠，經(jīng)口）；3）挪威和芬蘭不準(zhǔn)用于食品。按照中國的食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，檸檬黃和日落黃可用于果汁飲料、碳酸飲料、配制酒、糖果、糕點、果凍、果子醬、西瓜醬罐頭、青梅、蝦片、植物蛋白飲料及乳酸菌飲料、腌制小菜，但消費者在食用時要特別注意食用量。如果長期或大劑量食用色素超標(biāo)的食品，極易引起過敏、腹瀉等癥狀；除此以外，如果攝入量超

18、過肝臟負(fù)荷時，色素在體內(nèi)的殘留會損害肝臟。不過鑒于我國多數(shù)居民為家庭聚餐，只要不是長時間、大劑量食用日落黃超標(biāo)食品，就基本上不會對人體造成損害。3. 結(jié)語其實，天然食用色素與合成色素那個更安全，這個問題如同“西藥和中藥，哪個更安全？”一樣，很難簡單地判定那個更安全8。因為兩類色素都有其個性和共性的方面。不過值得警惕的是一些合成色素在合成過程中，就有可能混入砷、鉛等重金屬，長期食用可能導(dǎo)致嬰幼兒智力受損、慢性中毒等狀況。過去用于人造奶油著色的奶油黃，因重金屬超標(biāo)導(dǎo)致人和動物患上肝癌的案例89。因此在發(fā)展合成色素時，政府職能部門必須要對相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)進行最為嚴(yán)格的監(jiān)督，才能最大程度地預(yù)防上述事件的發(fā)生。近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對食品安全的重視程度越來越高7。純天然食用色素由于其低毒副作用，目前需求量日趨增大, 因此大力開發(fā)有高營養(yǎng)、強著色力、保健等多重功效的天然色素將具有良好的市場前景。與此同時隨著食品添加劑市場的擴大，解析并