天然色素加工新进展及发展对策研究

李宗哲，李德远，苏 丹，邵剑钢

(1军事经济学院研究生一队，武汉 430035;2军事经济学院军需系，武汉 430035;3军事经济学院院务部，武汉 430035)

近年来，我国天然色素业发展迅速，开发天然色素已成为色素和医药等行业的发展趋势之一。我国天然色素产量正在逐年上升。目前我国有65 种色素在食品中使用，其中植物类色素48 种，每年生产的色素中天然色素占了90%［2］。我国的辣椒红、栀子黄、红曲等色素均已实现规模化生产，并打入了国际市场［3］。然而天然色素由于存在稳定性差、着色弱等缺点以及加工水平落后等原因，使得我国还处在合成色素与天然色素并存及同时发展的状态。同时，我国色素行业面临色素质量问题频繁爆发等严峻形势，与行业发展需求存在较大差距。提高天然色素质量和加工水平是当前亟待解决的问题。本文分析我国天然色素加工存在的问题，探讨，提升我国天然色素加工水平的发展对策。

1 天然色素在加工过程中存在的问题

多数天然色素安全性高，有些还具有着色自然、生理活性等优势，使得天然色素更易被接受，成为色素行业消费的主流，发展十分迅速。但是，天然色素由于存在稳定性差、着色弱等缺点，再加上传统的加工技术和工艺落后、加工设备简单等原因，使得天然色素加工行业还存在诸多问题，制约了天然色素加工的快速发展。

1.1 加工工艺落后

传统的天然色素加工过程主要包括粉碎、提取、分离精制、浓缩和干燥等。经过多年的发展，天然色素加工工艺取得了长足的进步，出现了超临界流体萃取、微波提取等提取工艺以及柱层析、膜分离等分离工艺，促进了天然色素加工的发展。但由于新型工艺应用范围有限，无法完全替代传统工艺，加上天然色素自身缺点等原因，天然色素加工工艺仍存在着一定的问题。比如，传统工艺无法有效解决天然色素纯度不达标、稳定性差及提取率低等问题，某些色素无法避免颜色转移作用等问题，使得色素产品的附加值、科技含量大大降低，限制了天然色素的开发利用向多元化方向发展［4］。我国引进和开发了许多先进加工技术，但由于成本较高、技术不完善等原因，其应用范围受到制约，很难满足消费需求，限制了我国天然色素加工的发展。附表列举了几种常见的天然色素提取与分离工艺的优缺点。

附表 几种天然色素提取与分离工艺的优缺点

我国大多数天然色素加工企业仍然采用传统的干燥技术，微波干燥技术仍然没有得到普及。传统干燥技术加工效率低，加工过程中过度重视天然色素的提取与分离，而忽视了资源的重新利用，造成了巨大的资源浪费，加工过程中排出大量废水，且废水的处理一直难以有效地解决，不仅增加了能耗，降低了产品的附加值，还造成了严重的环境污染。

天然色素在提取分离过程中存在着安全隐患。目前，天然色素的提取仍采用正己烷、甲醇溶液、丙酮等有机溶剂，甚至有些企业使用苯等有毒溶剂，这些溶剂的安全性以及在后续工艺中的残留都会对天然色素的安全性造成一定的影响。此外，从微生物中提取的天然色素，其安全性有待考证，比如红曲霉素，虽然产品性能优良，但其安全性仍是限制其发展的一大障碍。

1.2 加工设备落后

我国目前的天然色素加工企业多为乡镇企业，加工能力小、加工设备简单、能耗高、技术力量薄弱、抗风险能力差，导致产品质量差、原料消耗大、价格高、附加值低;此外，加工企业没有做到标准化、系列化，除个别产品外，大都没有标准化产品，难以进入国际市场。比如，溶剂提取法所需加工设备十分简单，但提取的天然色素质量差、纯度低，影响产品的适用范围。超临界流体提取具有加工能力强、效率高、环保等优点，但其加工设备存在操作复杂且昂贵、运行成本高等问题，使用范围较窄。因此，尽管天然色素具有美好的前景，但其加工设备却没有同步，限制了天然色素加工的快速发展。

1.3 加工过程不规范

色素行业在加工过程中存在许多不规范的现象，企业在加工过程中未采取有效的措施来控制天然色素的质量，然而天然色素成分复杂，有些可能存在毒性，有些在提取中化学结构可能发生变化，此外在加工过程中可能被污染。因此，天然色素在加工过程中必须进行毒理试验［5］，确定其质量符合标准后，方能对其进行加工，并严格控制加工过程，避免二次污染。天然色素加工过程存在诸多问题，制约天然色素加工的发展，需要进一步规范。

2 天然色素加工新进展

近年来，我国色素业发展迅速，国家对色素行业提出了“天然、营养、多功能”的发展方针。天然色素营养价值高，且具有一定的生物活性，这些优势决定了天然色素必将取代合成色素，成为消费的主流。在GB 2760—2011《食品添加剂使用标准》中我国允许使用的天然色素已有40 多种。通过多年的竞争和结构调整，我国色素行业开始规模化经营，生产相对集中，竞争力明显提高，国内一批天然色素加工企业迅速崛起，出现了一批知名企业［6］。

天然色素加工工艺取得了明显的进步，新加工工艺使用范围正在逐步扩大，如微波和酶法提取等提取工艺以及膜分离、柱层析等分离工艺在天然色素中的应用大大地节约了资源，提高了加工效率。微波提取具有加热均匀、节能减排、环保和成本低等优点［7］，可以提高天然色素的产率和提取物纯度。微波提取克服了超临界萃取和溶剂提取的缺陷，既符合环保的要求，又降低了操作费用，发展前景良好。王伟华［8］等发现利用微波提取番茄红素，在最佳工艺条件下可以使番茄红素的提取率达到95%，从而大大缩短提取时间。黎或［9］等人使用微波提取野菊花黄色素，与溶剂法相比，提取率从88.6%提高到91.1%，提取时间由12h 减为450s，大大提高了提取效率。

酶法提取的应用也促进了天然色素加工的发展。酶法提取不破坏植物成分，且可以提高活性成分的提取率。如余清［10］等研究出添加纤维素酶及果胶酶提取乌饭树叶中的色素，与传统方法相比，提取率提高了13.2%。

膜分离、柱层析等分离工艺也促进了天然色素加工的发展。膜分离工艺简单、效能高，可用于可可色素、红曲色素等色素的分离，可将90%以上的果胶等大分子物质脱除，常温操作即可实现对色素100%截留。大孔吸附树脂对天然色素具有良好的吸附和提纯效果，利用大孔吸附树脂的吸附和筛选作用可达到分离物质的目的。

天然色素的精制工艺也在飞速发展。引入先进的分离纯化技术对天然色素进行精制，可以提高天然色素的性能，扩大使用范围。目前应用于天然色素的精制技术主要有:超滤精制法、吸附树脂精制法、凝胶层析法等技术。随着生物技术、核磁共振技术等先进技术的出现，我国应将这些先进技术应用到天然色素的精制工艺，从而大大提高天然色素的加工效率，提高产品的综合利用率和附加值。

稳定性差、着色强度弱一直是限制天然色素向更大市场范围发展的重要因素。近年来，我国针对解决天然色素的稳定性差问题进行了各种探索，取得了显著的成绩。比如，利用微胶囊技术可以提高天然色素稳定性;利用生物技术改变天然色素的色调来改善其稳定性、溶解性与着色力;控制适当的加工条件，如避免高温加热、稳定色素最佳pH 值等;2011年哈尔滨工业大学攻克了天然色素分离纯化系统及花色苷类色素稳定化技术，解决了以往天然色素加工过程中提取率低、稳定性差及纯度不达标等技术难题，促进了天然色素加工的发展。然而，大多数天然色素的稳定性差问题仍难以解决，需要我国继续加大投入力度，研究和探索新技术，解决天然色素稳定性差的技术难题。

3 天然色素加工发展对策

3.1 树立现代加工理念

传统天然色素加工过度重视天然色素质量，而忽视资源的重新利用，导致副产品综合利用率低，附加值小，已经不符合现代天然色素加工要求，必须树立现代加工理念。现代加工理念要求在保证天然色素质量的前提下，提高副产品的综合利用率，做到加工过程中实现零排放，从而达到节约资源、提高产品附加值的目的。按照循环经济的理念，树立高效、环保和节能意识，积极发展低消耗、低排放、高效率的现代加工模式，加大节能环保力度，降低资源消耗，减少废弃物排放，提高天然色素资源综合利用水平，增加产品附加值［11］。建设安全、环保、高效、低耗、高附加值的现代天然色素加工体系，促进我国天然色素加工的发展。

3.2 改进加工工艺

用先进加工技术改进传统加工工艺是研究天然色素的热点之一。利用酶技术、核磁共振等技术改进传统工艺，解决了天然色素的稳定性、着色度等缺点，提高天然色素加工的整体水平，实现加工过程零排放，提高产品的附加值，促进天然色素加工快速发展。比如，在加工过程中应用酶技术可减少对健康不利的化学品的使用，节约设备投资，减少污染物的排放，有利于环境保护，符合“绿色、高效、安全”的要求。再如，利用酶的催化分解作用，可将杂质通过酶反应除去，起到精制天然色素的作用。如蚕纱提取叶绿素，利用酶精制方法可除去令人不愉快的气味，得到优质的叶绿素［12］。

微波提取克服了溶剂提取和超临界提取方法的缺陷，既降低了操作费用，又节约了资源，符合高效、环保、节能的要求，表现出良好的发展前景和巨大的应用潜力。有人利用微波处理柚皮，发现微波提取天然色素的效率大约是传统加工方法的30 倍，且纯度较高、耗能少，有利于工业化生产，充分利用现代微波技术推动天然色素加工行业快速发展。

在天然色素加工过程中建立科学的管理机制规范天然色素加工，提高产品质量。在加工过程中实施HACCP 管理方法，能够最大限度地保证天然色素产品的安全性，做到从原料采购到加工、销售、包装等环节统一标准，并制定可行工艺参数，规范加工过程，使其符合工业化食品厂的标准，促进天然色素加工规范化生产［13］。

3.3 提高加工设备水平

在充分利用现代加工技术和加工工艺的基础上，加工设备水平也要同步提高，从而能够提高天然色素行业整体竞争能力。不断更新和研发包括粉碎、提取、分离精制、浓缩和干燥等全过程所需的加工设备，提高天然色素加工能力和效率。通过引进和创新，研发与先进加工技术相配套的加工设备，同时研究和开发节能减排、高效、环保的加工设备，节约资源，保护环境，提高天然色素产品的附加值。通过提高天然色素加工设备水平，促进天然色素加工又好又快的发展。

3.4 加强有特殊生理活性天然色素的开发

我国天然色素资源众多，已开发的有:姜黄色素、茶色素、红曲色素等。新型天然色素不仅优点突出，而且具有众多生理功能，是我国开发功能性色素的重要资源。比如，姜黄色素具有着色强度好、抗氧化、抗肿瘤、降血脂等作用。此外，姜黄色素还具有抗炎、抗感染、抗凝、防止老年斑的形成等多种生理功能［14］，是一种不可多得的功能性天然色素。

我国茶资源丰富，茶叶在加工过程中产生大量修剪叶、茶末、甚至滞销的粗老茶，若不加以利用，会造成巨大的资源浪费。若将其作为茶色素加工原料，会大大提高茶资源的利用率，为茶叶的综合利用开辟一条新途径。茶色素富含维生素、氨基酸和生物碱、黄酮类、甾体化合物等物质，营养价值高;茶色素不仅着色效果好、稳定性佳，而且具有一定的保健功能，具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、调节血糖血脂等作用，被广泛的应用于食品与医药卫生领域［15］。但是，茶色素提取工艺仍缺乏有效的分离纯化技术等问题。目前对茶色素的研究主要集中在对多种混合物的综合研究，各组分间是否存在协同拮抗作用仍有待探讨。需要进一步开发茶色素提取新工艺，促进天然茶色素的开发研究。

天然色素营养价值高，且具有一定的生物活性，研究与开发天然色素成为色素业的发展趋势。目前我国天然色素需求旺盛，正是发展新兴天然色素的大好时机。加快新型天然色素的研究与开发，有利于发展我国的优质天然色素资源，提高天然色素产量，有利于满足人们在营养与健康方面日益增长的需求，促进天然色素行业的发展。

4 结论

随着人们崇尚自然、追求健康和食品毒理学等领域的发展，开发和应用天然色素将成为我国色素行业发展的趋势。天然色素由于自身的优点，如品种多样、原料丰富、安全性高、功能性强等，发展十分迅速，市场潜力非常巨大。我国有着丰富的天然色素资源，在我国开发天然色素有着广阔的前景。我国一直注重对天然色素的开发和利用，然而，天然色素存在稳定性差、着色弱等缺点，加上加工水平低的原因，限制了天然色素加工的快速发展。针对目前天然色素加工现状，必须坚持现代加工理念，利用先进加工技术改进传统加工工艺，更新和研发新的加工设备，加快天然色素加工进程，提高加工效率，降低生产成本，改善产品质量，争取做到加工过程中实现零排放，提高副产品的综合利用率，增加产品的附加值，从而提高天然色素加工行业的整体竞争力，促进天然色素加工业健康、快速发展。

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