食用天然色素● 前言早在公元前1500年的埃及，人们就开始进行对食物的着色，利用天然抽出物及酒类的添加，以改善糖果的颜色。
到了19世纪中叶，利用各种香辛料（如藏红花）来调色，已非常普遍。
在日常生活中，当人们第一眼看到某一种食物时，对该种食物的第一个印象即是颜色，可以根据该食物的颜色来评判其香气与质量。
例如成熟且具甜味的柳橙应呈黄色，成熟的西红柿应为红色，而烧焦的食物则为黑色或深褐色；食品的颜色不仅可以挑起消费者的购买意愿，更可以做为消费者选购的依据。
在食品中添加色素的理由有四，即（1）强化食品本身所呈现的颜色，以满足消费者的需求，（2）确保每批产品颜色的一致性，（3）修补食品因加工过程所造成颜色上的变化或损失，（4）使颜色不良或无色的食品变为具有光鲜亮丽颜色的食品。
由此可见，食品调色对食品工业的重要性。
天然色素（Natural Colorants）的来源广泛，包括植物色素、动物色素、微生物色素及焦糖色素等；许多蔬菜、水果及香辛料等植物都含有大量天然存在的色素，是天然色素的主要来源，这些天然色素包括花青素（Anthocyanins）、类胡萝卜素（Carotenoids）、叶绿素（Chlorophyll）等；动物血液中的血红素（Haems）则为动物性天然色素的代表；已经商业化量产及应用的微生物天然色素为红曲色素（Manascus）。
天然色素在应用上虽然较人工色素更为昂贵，且安定性较差，但是却具备安全性的绝对优势。
基于来自社会大众的需求及政府管理日趋严格的双重压力，将促使厂商增加天然色素的使用量，因此未来天然色素市场将呈现持续成长的现象。
食用色素的分类自从公元1856年William Perkin发明人工合成色素以后，人们即开始在食品中添加人工合成色素（Synthetic Colors）。
公元1976年开始，由于合成技术的精进，使得天然色素成分的合成技术获得突破性的进展，而发展出合成天然色素（Nature-Identical Colors）。
因此目前可将有机食用色素分为合成色素、合成天然色素及天然色素三大类。
合成色素：由化学合成方式所得到的色素，这些色素并不存在于自然界中，例如晚霞黄（Sunset Yellow，黄色五号）、蓝光酸性红（Carmoisine）及酒石黄（Tartrazine）等。
合成天然色素：以化学合成的方式所合成，存在于自然界之色素，如β-胡萝卜素（β-Carotene）、核黄素（Riboflavin）及角黄素（Canthaxanthin）等。
天然色素：这些有机色素系衍生自天然可食用来源，经认可的加工过程所得到的食用色素，如姜黄素（Curcumin）、胭脂树色素（Bixin）及花青素等。
焦糖色素由于以化学修饰方法制造而得，且在制程中使用氨及其盐类，因此与叶绿酸铜一样，未能符合天然色素的要求。
欧美天然食用色素的管理天然色素虽然广泛被允许做为食用色素，但各国对天然食用色素的定义及许可情况并不相同，有些物质被认定为香料而非色素，因此许多香辛料不被认定为色素。
以瑞典为例，该国认定姜黄、辣椒、藏红花及檀香木不是色素，而是香辛料。
其他如意大利、荷兰、瑞士及挪威等国的食品法规都有类似的规定。
欧盟及美国所认定的天然色素如表所示。
美国FDA认为凡是使用表列之天然色素者，可不必提出证明，因此也不须FD&C号码。
国际上对天然色素的管理并不很严格，在色素的使用上，只要记着三项原则即可畅行无阻，这三项原则为（1）选用国际所广泛认可的天然色素，（2）对各国所认定可以进行调色的食品进行调色，（3）对食品进行调色时所添加的色素量应低于最高含量的管制。
例如甜菜根抽出物在瑞典是允许使用的天然色素，但是却仅允许使用于特殊食品中，如糖果、面粉糕饼及食用糖衣中，其使用量也有所限制，在食用糖衣中的用量不得超过20毫克/公斤（以甜菜红计）。
天然食用色素（一）花青素花青素（Anthocyanins）是一群广存于植物界，呈现红色至蓝色的色素，其主要来源为葡萄、红醋栗、黑醋栗、草莓、苹果、樱桃等。
在化学上，共已发现20种以上的花青素，其中有6种对食品较为重要，这6种花青素分别为Pelargonidin（深红色）、Cyanidin（艳红色）、Delphindin（蓝紫色）、Peonidin（玫瑰红）、Petunidin（紫色）及Malvidin（淡紫色）等。
花青素分子中所存在的糖类有5种，其含量之多寡依续为葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖及阿拉伯糖。
此外，这些糖类可以和酚酸或脂肪族酸进行基化作用，若将这些衍生物一并计入，则花青素的种类可达300种以上。
在花青素的来源中，以葡萄为最重要，尤其是葡萄皮。
在欧洲每年估计有10,000公吨的葡萄皮被用来抽出花青素，大约可得50公吨的花青素。
通常以稀硫酸（3,000ppm）进行抽出，经过滤及脱硫以后，再将抽出液浓缩至20-30°Brix，此时花青素的含量约为0.5﹪-1﹪。
浓缩抽出液可进行干燥成水溶性粉末，也可以再经纯化手续，制成高纯度花青素商品。
花青素的行为类似pH指示剂，其颜色会随pH的变化而改变，当pH 由1逐渐提高到13时，其颜色会由红色、蓝红色、紫色、蓝色、绿色，最后转成黄色。
在实际应用上，花青素仅应用于pH4或以下的pH范围内；一些阳离子，特别是二价及三价金属离子，会引起花青素产生变色作用，使趋于蓝色化，并沉淀下来，因此应避免使用铁或铜质容器；花青素对热尚称安定，可满足果酱、果冻及糖果制程中之加热处理。
基化处理的花青素，可提高对热及光线之安定性；花青素于液态溶液中，会缓慢氧化，抗坏血酸也无法改善这种现象；二氧化硫会与花青素作用，使花青素产生退色作用，但此作用为可逆性，当于加热下，二氧化硫逸散，可重新呈现花青素原有的颜色，因此在蜜饯的制造过程中，应避免对含有花青素之原料进行二氧化硫处理；花青素可和一些蛋白质反应，例如动物胶，会使花青素产生浊雾化或甚至沉淀；酵素处理可能会造成花青素的损失，主要是葡萄糖酵素存在所造成的结果。
花青素在数项研究中均证明本身并不具毒性，在老鼠实验中，花青素的口服毒性为每天每公斤体重20公克，并且不会对繁殖作用产生负面的影响。
花青素在食品工业中的应用范围很广，主要可应用于清凉饮料、水果蜜饯、糖果（高度煮沸糖果、明胶果冻）、乳制品及干混食品中。
在所有的应用中，以清凉饮料的使用最为重要，特别是pH为3.4以下，不含二氧化硫的透明、澄清清凉饮料。
一般而言，乳制品因含有脂肪及pH的原因，而很少使用花青素来调色，但呈酸性的各种发酵乳却例外，可使用花青素调成蓝莓的颜色。
（二）叶绿素叶绿素（Chlorophyll）是自然界植物中维生的重要色素，存在于所有能进行光合作用的植物体中。
在食品工业中，吾人对于如何保持绿色蔬菜中叶绿素不被破坏的课题，较如何运用叶绿素，以做为食用色素的课题更为重视。
也因为叶绿素的安定性差，使在做为食用色素的应用上，受到极大的限制。
叶绿素是种油溶性色素，可以由多种绿叶、草中抽得。
叶绿素在酸性的环境下，很容易产生降解作用，损失镁离子，变成脱镁叶绿素（Phaeophytin），呈黄褐色；利用铜离子来取代镁离子，可以提高叶绿素的安定性及染色强度。
叶绿素铜虽然对热较为安定，但曝光后会产生退色。
叶绿素以铜取代镁的作法已获得欧洲的许可，可广泛做为食用色素，但在美国仅限使用于牙膏。
叶绿素铜复合物不能被视为是天然色素，而是化学修饰之天然色素。
JECFA将叶绿素列于表中，意即此种天然色素已被研究得很清楚，没有毒性学上限制的必要，其他同被列于表的天然色素包括类胡萝卜素、焦糖色素及核黄素。
叶绿素铜抽出液为油溶性黏稠糊状物，通常以蔬菜油进行稀释或标准化，其色素含量为5﹪-10﹪。
一般商品除了油性抽出液以外，尚可为粉末状及碱溶液状，前者的色素含量为10﹪-100﹪，后者为10﹪以上。
食品加工业中，绿色产品的数量并不多，因此叶绿素的使用并不普遍，使用量也不大。
主要可应用于柠檬系列产品，如莱姆口味的糖果及开心果口味的冰淇淋。
对透明糖果的添加量约为30-50ppm，冰淇淋的添加量为50-100ppm。
由于叶绿铜在大部分的食品中都会呈现蓝绿色，因此必须添加黄色色素加以调整之。
（三）类胡萝卜素类胡萝卜素是最为人熟知，也是天然色素中最大、最重要的族群。
它广存于自然界，其中以存在于海藻类中的海藻黄素（Fucoxanthin）和存在于绿叶中的叶黄素（Lutein）、紫黄素（Violaxanthin）及新叶黄素（Neoxanthin）的数量为最多。
其他含量较多的类胡萝卜素如西红柿中的西红柿红（Lycopene）、红辣椒中的辣椒红（Capsanthin）及辣椒玉红素（Capsorubin）、胭脂树籽中的胭脂树籽红（Bixin）等，大部分的类胡萝卜素色素都是由这些来源所制得的。
类胡萝卜素在自然界以4种状态存在，即（1）在溶液中或油脂基质中以结晶或不定型固态存在，（2）以脂肪酸酯类的形态存在，（3）与糖类结合而存在，（4）与蛋白质结合而存在。
类胡萝卜素的基本化学构造如β-胡萝卜素，由一联串的共轭双键结合尾端的β-芷香酮（β-Ionone）所构成，由β-芷香酮构造之不同，即可衍生出不同的类胡萝卜素，已知自然界存有600种以上的类胡萝卜素。
类胡萝卜素所呈现的颜色，依共轭双键数目之不同而有所差异，例如六氢西红柿红素（Phytofluene）有5个共轭双键，呈无色；η-胡萝卜素具有7个双键，呈黄色；Neurosporene有9个共轭双键，呈橘黄色；西红柿红有11个双键，呈红色。
类胡萝卜素的急性口服毒性极低，在以狗的实验中，其口服LD50为1,000毫克/公斤，对老鼠进行肌肉内注射1,000毫克/公斤的剂量也没有显著的效应产生；每天每公斤体重给予100毫克的计量，对老鼠而言，没有致癌性，经过四代的实验，也没有繁殖上毒性产生。
根据JECFA的建议，每天来自色素调色之类胡萝卜素的建议摄取量不要超过5毫克/公斤体重。
1、胭脂树籽红（Annatto）胭脂树籽红是来自原产于中美洲及南美洲的胭脂树Bixa orellana之种籽外层的天然色素，它被人类利用已有百年以上的历史，主要做为乳制品的色素使用。
目前全球出口量以秘鲁及巴西为最多，而用于抽出色素的种籽之年消耗量达到7,000公吨以上，假如其平均含量为2﹪，则全年产量约为140公吨左右。
胭脂树籽红色素的主要色素成分为胭脂树素（Bixin）及降胭脂树素（Norbixin），前者为类胡萝卜双羧酸的单甲基酯化物，可溶于油脂中；后者则为类胡萝卜双羧酸的皂化物，呈水溶性。
Bixin不受pH 变化的影响，对热安定，但在100℃以上的温度会降解，逐渐变为类似柠檬的黄色，曝露于光线下会使颜色逐渐消失，对氧、金属及二氧化硫敏感；Norbixin在酸性溶液中会产生沈淀，会与二价钙离子形成盐类，使溶解度降低，对热安定，对光、金属、氧及二氧化硫敏感。
