天然色素的生產(chǎn)工藝

脂類化合物的生產(chǎn)工藝脂類化合物是廣泛存在于生物體內(nèi)的脂肪、類脂及其衍生物的總稱。在生物體內(nèi)，脂類化合物通常以游離或結(jié)合形式存在于組織細胞中，其中具有特定生理、藥理效應(yīng)的脂類化合物稱為脂類藥物。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成的不同，脂類化合物可以分為以下6種類型：1.磷脂類，如軟磷脂、腦磷脂、磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、等；2.色素類，如膽紅素、膽綠素、血紅素、原卟啉、血卟啉等；3?固醇類，如膽固醇、0-谷固醇等；4?不飽和脂肪酸類，如前列腺素、亞油酸、亞麻酸、花生四烯酸、魚油多不飽和脂肪酸等；5.膽酸類，如膽酸鈉、鵝去氧膽酸、熊去氧膽酸、去氫膽酸、豬去氧膽酸、?；蛆Z去氧膽酸、?；侨淠懰岬?；6?其他類，如鯊烯、輔酶Q10等。在實際應(yīng)用中，脂類化合物主要用在醫(yī)學(xué)臨床上，表現(xiàn)出很好的營養(yǎng)、預(yù)防和治療效果。第一節(jié)色素類化合物色素類化合物主要有膽紅素、膽綠素、血紅素、原卟啉、血卟啉、及其衍生物。膽紅素有清除氧自由基的功能，在醫(yī)藥上用于消炎；膽綠素具有消炎作用；血紅素在醫(yī)療臨床上可作為補鐵劑，治療因缺鐵引起的貧血癥；原卟啉可促進細胞呼吸，改善肝臟代謝功能，臨床上用于治療肝炎；血卟啉及其衍生物為光敏化劑，可在癌細胞中潴留，為激光治療癌癥的輔助劑。對于色素化合物可以動物膽汁、血液等為原料通過提取和分離純化制備。本節(jié)主要介紹食用色素的主要生產(chǎn)工藝。（一）色素的發(fā)展過程1．公元前四世紀古埃及人便已經(jīng)具備了制作顏料的能力。他們通過水洗來提高土系顏料的純度，并借此來提高顏料的色彩強度與純度。同時，他們還用到了一些新的原材料。最著名的古埃及顏料是埃及藍，生產(chǎn)于約公元前三世紀，這是一種由沙子和銅制成的一種藍色粉末。這種顏色直到16世紀才被Smalt所取代，而在19世紀鈷藍則又取代了Smalt的地位。埃及人還用到了孔雀石、石青與朱砂。他們把這些礦物質(zhì)碾碎并水洗來制取顏料。朱砂被認定為最早的亮紅色顏料。植物染料是古埃及人的另一項杰作，他們找到了一種通過透明的白灰來從"混合"的染料中提取色素的方法，這個過程稱為"色淀合成"。直至今日溫莎牛頓在制作天然玫瑰茜紅時仍利用此方式。2．古中國人作為四大文明古國之一，古中國的發(fā)明與發(fā)現(xiàn)與古埃及一樣馳名世界。古代中國人創(chuàng)造了許多領(lǐng)先于世界上其他國家的發(fā)明，例如鐘表和紙等。而在顏料方面也同樣如此，中國人對于朱紅色的使用比羅馬人整整提前了兩千年。在古時，中國人利用把水銀與硫磺加熱，來生產(chǎn)出一種非常不透明的紅色色素。這種色素直到18世紀才完全被朱砂取代，而在二十世紀末，出于更好的耐曬性的考慮，藝術(shù)家們采用鎘系的紅色來取代朱紅。3．文藝復(fù)興時期在文藝復(fù)興前的一千余年間，藝術(shù)家所使用的顏料并沒有發(fā)生過太大的變化。直至14世紀的文藝復(fù)興，才帶來了許多新型的色素原材料。意大利人進一步開發(fā)出了土系顏料，他們通過煅燒的方式來制造出了深紅色的"熟赭"和深棕色的"熟褐"。土系顏料的使用是他們繪畫技法中的顯著特征。土綠是他們在繪畫肉色色調(diào)時常用的底色之一。意大利人還在古埃及的基礎(chǔ)上改進了鉛的生產(chǎn)工藝，并藉此開發(fā)出了不透明的鉛系顏料，拿坡里黃。但是在大家的印象中，文藝復(fù)興的個性還當(dāng)歸屬于天然群青色的開發(fā)與使用。作為色素之一，天青石在開始時僅僅是被簡單研磨后便投入使用。然而即使是最好的礦石，仍然含有高達90%的雜質(zhì)。不過，文藝復(fù)興時期的畫家們發(fā)現(xiàn)從天青石中提取出來的藍色可以對于繪畫有很強的幫助。這種明亮的深藍色可以提供出絕佳的耐曬牢度，同時它也是已知的最為昂貴的色素材料。這種高貴的顏色也是圣母像得以呈現(xiàn)出高雅的藍色的因素之一。4．現(xiàn)代色素的開端1704年，一位德國的顏料制造商Diesbach在制造紅色染料時，由于他當(dāng)時已經(jīng)用光了本該作為原材料的純凈的碳酸鉀，便只能用混了動物油雜質(zhì)的碳酸鉀作為替代。然而這樣一來，本該得到的紅色卻意外地變成了紫色和藍色。這便是世界上第一種化學(xué)合成顏料，普魯士藍的離奇創(chuàng)造過程！普魯士藍直到今天仍然是一種常用的顏色，而且它具有一種奇怪的能力，它可以在白天的光照下褪色而在夜晚復(fù)原！5．十九世紀早期十九世紀早期的工業(yè)革命，為色素的制造與貿(mào)易帶來了許多新的機遇與可能。出于市場上對更持久的顏料的需求，科學(xué)家們開始了更積極的嘗試，并開發(fā)出了我們今天稱之為"傳統(tǒng)色"的顏料。鉆藍在1802年由Thenard研制出來，它可以提供一種絕佳的透明效果，而且這種顆?；蟮乃{色具有極強的持久性。它在制陶業(yè)中被廣泛應(yīng)用，同時，畫家們也喜歡它用來做減色和快干的效果。鉆綠雖然在更早些的1780年就被開發(fā)了出來，但卻在鉆藍之后才投入使用。鉆紫與鉆黃同樣屬于鉆系顏料，分別在1860年與1862年問世。另一種重要的鉆系顏料鉆天藍，在1805年問世。通過氧化鉆與鋁、磷、錫、鋅等金屬的結(jié)合，不同色別的鉆系顏料被大量開發(fā)出來。由于鉆系顏料的價格昂貴，因此對于更有性價比的藍色顏料的研發(fā)一直都沒有停止過。在十九世紀二十年代，在由法國政府懸賞出6,000法郎的獎金，來鼓勵化學(xué)師們?nèi)パ兄瞥杀究梢钥刂圃?00法郎每千克之內(nèi)的群青色。法國的化學(xué)師和德國的化學(xué)師都做到了這一點，不過這筆獎金最終被JBGuimet在1828年獲得。著名的法國群青也從此問世，這種色素與天然群青有同樣的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而且由于其并無天然群青的雜質(zhì)而使得它的色澤更加純正。6．二十世紀新世紀里，色素仍然持續(xù)了高速的發(fā)展。在新世紀的第一個二十年里，Hoechst公司研發(fā)出了"漢莎"系列黃。這是一種人工合成的色素，具有很好的耐曬性能、明亮的色調(diào)好很高的透明性。我們現(xiàn)在稱其為檸檬黃，不過這個系列在其基礎(chǔ)上又發(fā)展出更多的、更深的黃色系列，至今這也是一個重要的顏料系列，只是其化學(xué)成分會更加復(fù)雜。簡言之，它們的成分中含有帶有乙酰替苯胺的重氮亞硝酸鹽。它們不再像從前一樣成分簡單，可以單純地以化學(xué)結(jié)構(gòu)被命名為"鉻系"或"鉆系"顏料了。我們用了一些簡單的新名稱作為替代，比如"溫莎黃"的成分其實就是偶氮中黃。紅色系也與其類似，自上世紀二十年代開始，許多新的色素成分便開始應(yīng)用于這一色系了。本世紀最為重要的色素發(fā)明當(dāng)屬鈦白。雖然這種色素早在1795年便已被認定，不過直到1920年人們才找到一個經(jīng)濟的方式來提純此金屬氧化物。由于其無毒、色強而且完全不透明，鈦白迅速成為了藝術(shù)家們最喜歡的白色。1936年，英國化學(xué)工業(yè)公司開發(fā)出了酞菁藍，我們現(xiàn)在也稱之為溫莎藍，它可以提供一種透明的深藍色，且價格適中。它最有價值的一點是它的混色特性，而且它即便是在減色之后仍然能保持一種色強度很高的狀態(tài)。7．二十世紀五十年代。二氫喹吖啶從這一時期開始被用于顏料生產(chǎn)，其中的代表是永固玫瑰和永固洋紅。它們成功地填補上了粉紅與紫色這一部分的色彩區(qū)域，而且這個透明的色彩系列具有極高的耐曬牢度。在隨后的50年中，該系列里大量的其它顏色，從深茜紅到金色，都被開發(fā)了出來。這要歸功于化學(xué)的功勞，二氫喹吖啶本身被用作為永固深茜紅色。（二）食用色素的發(fā)展在1850年英國人發(fā)明第一種合成食用色素苯胺紫之前，人們都是用天然色素來著色。早在公元10世紀以前，古人就開始利用植物性天然色素給食品著色，最早使用色素的是大不列顛的阿利克撒人，當(dāng)時他們用茜草植物色素做成玫瑰紫色糖果。以后，美洲的托爾鐵克人與阿芒特克族人相繼從雌性胭脂蟲中提取胭脂蟲紅，用于食品著色。我國自古就有將紅曲米釀酒、醬肉、制紅腸等習(xí)慣。西南一帶用黃飯花、江南一帶用烏飯樹葉搗汁染糯米飯食用。食品著色和改善食品色澤的食品添加劑。（三） 食品色素的分類按結(jié)構(gòu)可分為：人工合成色素和天然色素。按溶解性可分為：脂溶性色素和水溶性色素。按來源可分為：植物色素（如葉綠素等）、動物色素（如紫膠紅等）、微生物色素（如紅曲色素等）。天然色素來自天然物，主要由植物組織中提取，也包括來自動物和微生物的一些色素。絕大部分來自植物組織，特別是水果和蔬菜。安全性高，有的還兼具營養(yǎng)作用（如0—胡蘿卜素）。制取方法除焦糖色系以糖類物質(zhì)在高溫下加熱焦化而得外，多以水或相關(guān)溶液抽提，再進一步精制，濃縮干燥而成。也有將呈色植物組分經(jīng)干燥，粉碎直接應(yīng)用的。還有通過組織培養(yǎng)等生物技術(shù)方法來制取的。天然色素特點：能更好地模仿天然物的顏色，色調(diào)較自然；成本較高；保質(zhì)期短。著色易受金屬離子、水質(zhì)、pH值、氧化、光照、溫度的影響，一般較難分散，染著性、著色劑間的相溶性較差。人工合成色素是指用人工化學(xué)合成方法所制得的有機色素，主要是以煤焦油中分離出來的苯胺染料為原料制成的。（四） 如何區(qū)分天然色素和人工色素？天然色素是由瓜果、蔬菜等釀制而成，應(yīng)該具備一些比較天然的顏色和香味；人工色素，顏色一般會比較鮮艷，味道比較重。（五） 色素存在于中國限制使用，中國對在食品中添加合成色素也有嚴格的限制：凡是肉類及其加工品、魚類及其加工品、醋、醬油、腐乳等調(diào)味品、水果及其制品、乳類及乳制品、嬰兒食品、餅干、糕點都不能使用人工合成色素。只有汽水、冷飲食品、糖果、配制酒和果汁露可以少量使用，一般不得超過1/10000。（六） 色素的作用色素使食品更誘人。許多天然食品具有本身的色澤，這些色澤能促進人的食欲，增加消化液的分泌，因而有利于消化和吸收，是食品的重要感官指標。但是，天然食品在加工保存過程中容易退色或變色，為了改善食品的色澤，人們常常在加工食品的過程中添加食用色素，以改善感官性質(zhì)。某些合成色素致癌大量的研究報告指出，幾乎所有的合成色素都不能向人體提供營養(yǎng)物質(zhì)，某些合成色素甚至?xí)：θ梭w健康，導(dǎo)致生育力下降、畸胎等等，有些色素在人體內(nèi)可能轉(zhuǎn)換成致癌物質(zhì)。特別是偶氮化合物類合成色素的致癌作用更明顯。偶氮化合物在體內(nèi)分解，可形成丙種芳香胺化合物，芳香胺在體內(nèi)經(jīng)過代謝活動后與靶細胞作用而可能引起癌腫。此外，許多食用合成色素除本身或其代謝物有毒外，在生產(chǎn)過程中還可能混入砷和鉛。過去用于人造奶油著色的奶油黃，早已被證實可以導(dǎo)致人和動物患上肝癌，而其它種類的合成色素如橙黃能導(dǎo)致皮下肉瘤、肝癌、腸癌和惡性淋巴癌等。研究結(jié)果表明，小兒經(jīng)常服用人工添加劑的食品容易引起下面一些危害：引發(fā)兒童行為過激；最新科學(xué)調(diào)查研究證明：“小兒多動癥”、少兒行為過激與長期過多進食含合成色素食品有關(guān)。有關(guān)專家研究指出：少兒正處于生長發(fā)育期，體內(nèi)器官功能比較脆弱，神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育尚不健全，對化學(xué)物質(zhì)敏感，若過多過久地進食含合成色素的食品，會影響神經(jīng)系統(tǒng)的沖動傳導(dǎo)，刺激大腦神經(jīng)而出現(xiàn)躁動、情緒不穩(wěn)、注意力不集中、自制力差、思想叛逆、行為過激等癥狀。會影響兒童智力發(fā)育；英國南安普敦大學(xué)應(yīng)英國食品標準局請求，進行食用人工色素對兒童發(fā)育影響的研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，包括酒石黃和落日黃在內(nèi)的7種人工色素可能會使兒童智商下降5分。干擾體內(nèi)正常代謝功能；由于小兒肝臟解毒功能、腎臟排泄功能不夠健全，進食合成色素，致使大量消耗體內(nèi)解毒物質(zhì)，干擾體內(nèi)正常代謝功能，從而導(dǎo)致腹瀉、腹脹、腹痛、營養(yǎng)不良和多種過敏癥，如皮疹、蕁麻疹、哮喘、鼻炎等。事實上，在巨大的經(jīng)濟利益的驅(qū)使下，我國食品中合成色素的超標、超范圍使用現(xiàn)象屢禁不止，大家在購買食品時一定要小心，不要過分追求食品的色澤。合成色素沒有任何營養(yǎng)價值，對人體健康也沒有任何幫助，能不食用就盡量不要食用，特別是小兒更應(yīng)慎食。第二節(jié)天然色素的生產(chǎn)工藝一、植物色素的提取技術(shù)天然食用色素一般穩(wěn)定性較差，對光、熱、酶菌等較敏感。為保持其天然性與穩(wěn)定性，天然食用色素的制備方法一般都采用物理法。根據(jù)色素的原料、用途及劑型不同，天然植物色素的提取方法可分為溶劑提取法、熬煮法、酶反應(yīng)法、超臨界萃取法、壓榨法、粉碎等方法。幾種傳統(tǒng)的提取方法1.浸提法工藝流程：原料采集篩選水洗干燥原料處理浸提分離純化干燥濃縮制品化2.酶反應(yīng)法通過酶反應(yīng)產(chǎn)生所需要的顏色。如：梔子果實提取的黃色素，在食品加工中經(jīng)酶處理產(chǎn)生梔子藍色素、梔子紅色素。壓榨法利用擠壓方法，將粉碎的新鮮材料中的天然色素成分擠壓出來，此法適宜用于水溶性色素提取。如：莧菜紅色素的提取。熬煮法將本來無色的物質(zhì)或非需要色的物質(zhì)，經(jīng)熬煮轉(zhuǎn)化成需要色的物質(zhì)，如：焦糖色素。幾種較新提取的方法1.超聲提取法(UltrasonicExtraction,UE)有關(guān)超聲強化提取姜黃色素和梔子黃色素的研究表明，浸取率比常規(guī)法提高11%~41%，至今未見工業(yè)化。定義：超聲提取法是利用超聲波的空化作用、機械效應(yīng)和熱效應(yīng)等加速胞內(nèi)有效物質(zhì)的釋放、擴散和溶解，顯著提高提取效率的提取方法。原理：超聲提取的主要理論依據(jù)是超聲的空化效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械作用。當(dāng)大能量的超聲波作用于介質(zhì)時，介質(zhì)被撕裂成許多小空穴，這些小空穴瞬時閉合，并產(chǎn)生高達幾千個大氣壓的瞬間壓力，即空化現(xiàn)象。超聲空化中微小氣泡的爆裂會產(chǎn)生極大的壓力，使植物細胞壁及整個生物體的破裂在瞬間完成，縮短了破碎時間，同時超聲波產(chǎn)生的振動作用加強了胞內(nèi)物質(zhì)的釋放、擴散和溶解，從而顯著提高提取效率。超聲波提取優(yōu)點：?提取效率高：超聲波獨具的物理特性能促使植物細胞組織破壁或變形，使中藥有效成分提取更充分，提取率比傳統(tǒng)工藝顯著提高達50—500%；提取時間短：超聲波強化中藥提取通常在24—40分鐘即可獲得最佳提取率，提取時間較傳統(tǒng)方法大大縮短2/3以上，藥材原材料處理量大；?提取溫度低：超聲提取中藥材的最佳溫度在40—60°C，對遇熱不穩(wěn)定、易水解或氧化的藥材中有效成分具有保護作用，同時大大節(jié)能能耗；適應(yīng)性廣：超聲提取中藥材不受成分極性、分子量大小的限制，適用于絕大多數(shù)種類中藥材和各類成分的提取；提取藥液雜質(zhì)少，有效成分易于分離、純化；提取工藝運行成本低，綜合經(jīng)濟效益顯著；操作簡單易行，設(shè)備維護、保養(yǎng)方便微波提取法由于吸收微波能，細胞內(nèi)部溫度迅速上升，使其細胞內(nèi)部壓力超過細胞壁膨脹承受能力，細胞破裂。細胞內(nèi)有效成分自由流出，在較低的溫度條件下萃取介質(zhì)捕獲并溶解。通過進一步過濾和分離，便獲得萃取物料。另一方面，微波所產(chǎn)生的電磁場加速被萃取部分成分向萃取溶劑界面擴散速率，用水作溶劑時，在微波場下，水分子高速轉(zhuǎn)動成為激發(fā)態(tài)，這是一種高能量不穩(wěn)定狀態(tài)，或者水分子汽化，加強萃取組分的驅(qū)動力；或者水分子本身釋放能量回到基態(tài)，所釋放的能量傳遞給其他物質(zhì)分子，加速其熱運動，縮短萃取組分的分子由物料內(nèi)部擴散到萃取溶劑界面的時間，從而使萃取速率提高數(shù)倍，同時還降低了萃取溫度，最大限度保證萃取的質(zhì)量。還有的文獻是這樣描述的：由于微波的頻率與分子轉(zhuǎn)動的頻率相關(guān)連，所以微波能是一種由離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動引起分子運動的非離子化輻射能。當(dāng)它作用于分子上時，促進了分子的轉(zhuǎn)動運動，分子若此時具有一定的極性，便在微波電磁場作用下產(chǎn)生瞬時極化，并以2.45億次/秒的速度做極性變換運動，從而產(chǎn)生鍵的振動、撕裂和粒子之間的相互摩擦、碰撞，促進分子活性部分（極性部分）更好地接觸和反應(yīng)，同時迅速生成大量的熱能，促使細胞破裂，使細胞液溢出來并擴散到溶劑中。超臨界萃取法超臨界流體（SupercriticalFluid,SF）是處于臨界溫度（Tc）和臨界壓力（Pc）以上，介于氣體和液體之間的流體。超臨