一、色素及其基本要求
色素是食品的外观构成成分，是色泽的物质基础，也是目视食品信息的主要内容。因此，对于食品的感官质量来说色素是一个重要的衡量标志。
①必须确保色素的无毒害性，即食品的安全性；
②良好的色泽必须是基于引导人们的食欲，而不是相反。因此，食品色泽的构成者色素，就必须有确定的限制性。
二、色素的分类
食品的色素，按来源划分，可以分为天然色素、后色素和人工合成色素三大类。其中，天然色素又可以划分为动物色素、植物色素和微生物色素三类。以色素的溶解性能来区分，则有脂溶性色素及水溶性色素的分类法。从色素的化学结构和性质出发，则可以将色素区分为无机色素和有机色素两类。目前，在正规食品中，只有为数不多的了几种无机色素被作为调色物质。造成这种状况的原因大致有：
①无机色素大多有不适的口感和味感；
②色泽不鲜明；
③有毒性。
因此单纯以调色为目的的色素选择，目前大多都转向了有机色素。其中，有机色素又可以区分为吡咯色素、异戊二烯类色素、多酚类色素、酮类色素、醌类色素、吡啶类色素、偶氮色素等。为了理解上的方便，人们总是将几种分类法合并起来使用。比较常见的做法，是把色素的来源和结构的区分联合起来。这也是下面我们将要采用的混合分类法。
三、天然色素
天然色素是指食品中原本存在的可以目视到的有色物质。它可以是食品原料本身固有的成分，也可以是从其他材料中提取的天然有色物质。天然色素是食品色素中，最为五彩缤纷的部分，也是最易为人们所相信的食用色素。
(一)铁系色素
铁系色素，为无机色素类，主要是指氧化铁和氢氧化铁两种化合物。
l、氧化铁
氧化铁又称三氧化二铁，，为红色色素。不溶于水，溶于酸。在特殊食品配方中，既作为色素成分，又作为有营养价值的特定成分使用。
2、氢氧化铁
氢氧化铁不稳定，易分解为氧化铁。不溶于水、乙醇，溶于酸，在食品中的使用与氧化铁类似，具有二重作用。
(二)二氧化钛
二氧化钛俗称钛白或钛白粉，为一种白色粉末，属于无机色素。其着色能力强，是一种很好的色素成分。二氧化钛的化学性质相当稳定，在大多数情况下不产生化学变化。
(三)碳酸钙
碳酸钙是一种白色晶体和粉末，属于无机色素。一般在中性或偏碱性食品中稳定，在偏酸性食品中则可以发生化学变化释放出二氧化碳，同时生成可利用的钙质。碳酸钙还具有中和胃酸的能力。
(四)金属色素
金属色素主要指金、银和铝金属。其中金为金黄色，银为银白色，铝为银白色.它们具有的共同特性，是对水、大多数无机物和有机物都具有耐性，即化学稳定性好。因此，它们被认为在食用后将不会发生变化，最终对人体无有害作用。
(五)吡咯色素
食品中的天然吡咯色素有两大类，即动物的血红素和植物的叶绿素。在天然情况下，这些色素都与蛋白质相结合。
1、血红素
血红素是存在于高等动物的血液和肌肉中的一种红色色素，可溶于水，是动物色素的主要成分。一般都以复合蛋白质的形式存在，称为肌红蛋白和血红蛋白。动物肌肉的红色主要是由肌肉细胞中的肌红蛋白和毛细血管中的血红蛋白构成的，其含量比大约为70％～80％：20％～30％。屠宰时放血的，动物肌肉，绝大多数红色成分为肌红蛋白(约占90％)。在日常烹调过程中，由于发生热变性，这时会变成黄褐色。肉类贮存时，由于发生弱氧化作用，会产生粉红色。
2、叶绿素
到目前为止，已发现有5种叶绿素成分，即叶绿素a、b、c、d、e。在高等植物中，叶绿素占干物质质量的9％。游离叶绿素对光和热都很敏感，很不稳定。在稀碱溶液中，颜色仍为：鲜绿色；在酸性溶液中，则转变为暗绿色或绿褐色。
(六)异戊二烯类色素
异戊二烯类色素也称多烯色素和类胡萝卜素。异戊二烯类色素主要存在于植物体中，如蔬菜、水果和其他绿色植物。部分动物性产品，如蛋黄、鲑鱼的颜色也是由这类色素产生的。目前已知的这类色素达300种以上，黄、橙、红以至紫色都有，均不溶于水而溶于脂肪溶剂。大多数情况下，类胡萝卜素不容易发生氧化作用。在光照情况下，类胡萝卜素却比较容易发生光敏氧化反应，失去颜色。大多数情况下，可以产生一种β—紫罗酮的产物，具有紫罗兰花的香气。类胡萝卜素是少数无限制的食品添加剂中的一种。作为食品的调色，很早就为人们很广泛地使用着。但是，不溶于水的特性，一直也限制了它在其他非油质食品中的运用。近年来的研究，正在改变这种状况。
(七)多酚类色素
多酚类色素是存在于植物中的水溶性色素乙可以划分为花青素、花黄素、儿茶素和鞣质四类，其中鞣质是既可作为呈味成分，又可作为呈色成分的化合物。
1、花青素
天然花青素的稳定性比较差，不耐光、热和氧化剂，从而限制了它的应用。但是，由于它的天然资源丰富，所以，人们还在努力地对其加以研究，以便克服稳定性差的弱点。
2、花黄素
花黄素是广泛存在于植物的花、果、叶、茎组织细胞中的一类水溶性色素，多为浅黄色物质。花黄素又称黄酮类色素，主要是指黄酮及其衍生物.花黄素的化学性质比较活泼，在食品调色方面的应用不多。但是，由于其在食品中的分布广泛，并且在食品加工过程中随pH值变色以及与金属离子结合变色，从而导致食品的感官质量降低，所以，大多数应用研究着眼在于如何防止和利用这类现象的发生。
3、儿茶素
儿茶素类广泛存在于植物中，特别是葡萄、苹果、桃、李等水果中，茶叶是含这类物质最为典型的一种，其含量约为茶叶中多酚类总量的60％～80％。儿茶素为白色结晶，易溶于水、乙醇、甲醇、丙酮及乙酐，部分溶于乙酸乙酯及醋酸中，难溶于氯仿和无水乙醚。在空气中放置的儿茶素，容易氧化为黄棕色胶状物。儿茶素溶液与三氯化铁作用生成绿黑色沉淀。
4、植物鞣质
植物鞣质是植物中存在的一种具有鞣革性能的物质，简称鞣质或单宁质。
广义的鞣质，包括儿茶素、羟基酚酸和无色花青素。实际上，这些成分并不具有鞣革性能。但是，从食品角度上讲，食物鞣质与广义的鞣质相同，它们都是指一切具有涩味、能与金属离子反应或因氧化而产生黑色的物质。几乎所有的鞣质都具有潮解性，易溶于水、丙酮、乙酸乙酯等，而不溶于烃类、氯仿等溶剂。鞣质具有受热不熔化而碳化的特点。植物鞣质容易氧化。在空气中，鞣质将氧化成为暗黑色物，碱可以强化这一过程。作为呈色物质，鞣质主要是在植物受损及加工过程中起作用。大多数的研究，在于如何防止鞣质所产生的不良色泽。
(八)酮类色素
酮类色素主要包括红曲色素和姜黄素两类。
1、红曲色素
红曲色素是由微生物红曲菌所产生的色素，使用的历史比较久远。红曲色素有6种成分，即红斑素、红曲红素、红曲素、红曲黄素、红斑胺、红曲红胺。其中，红斑素和红曲红素为红色，红曲素和红曲黄素为黄色，红斑胺和红曲红胺为紫色。
所有的6种成分都是不溶于水的。但是，在微生物培养基中增加含氮有机物后，可使红曲色素产生水溶性。红曲色素溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。红曲色素与其他植物色素相比，耐酸碱性强，在比较大的pH值范围内稳定不变；耐热性比较强。在100℃、60rnin和120℃、10min的加热条件下都-比较稳定；对紫外光相当稳定，一般耐光性强；与金属离子的反应性差，几乎不受其干扰；几乎不受氧化剂和还原剂的影响；对蛋白质的着色能力强。一经着色后，很难用水冲洗掉。红曲色素的动物毒性试验表明，红曲色素是一种安全性很高的食用色素。因此，在食品着色方而运用很广泛。例如，香肠、酱腐乳、酱肉、酱鸡、粉蒸肉等食品加工制作方面，都经常采用红曲色素调色。
2、姜黄素
姜黄素主要存在于多年生的草本植物姜黄根茎中。纯品为橙黄色结晶粉末，不溶于水，溶于乙醇和丙二醇，易溶于冰醋酸和碱溶液。姜黄素具有类似胡椒的芳香，但稍有苦味。姜黄素在碱性溶液中呈红褐色，在中性或酸性溶液中呈黄色。姜黄素容易与铁离子结合而变色。对光、热的稳定性比较差。着色性能比较好，特别是对蛋白质的着色力比较强。姜黄素的允许使用量为0～0.1mg·kg－1（暂定)。可用来对咖喱粉及黄萝卜干等食品增香和着色。
(九)醌类色素
醌类色素包括虫胶色素、胭脂虫红和红花色素三类。
l、虫胶色素
虫胶色素又称紫草茸色素。它是紫胶虫寄生在梧桐科的芒木属等寄主植物上所分泌的紫胶巾的一种色素。虫胶色素共有5个组成分已分析清楚，称为紫胶红酸或虫胶红酸。虫胶红酸为鲜红色粉末，在水、丙二醇、乙醇中的溶解度比较小，但在碱性溶液中，例如碳酸氢钠、碳酸钠、氢氧化钠水溶液，溶解度明显增大。 虫胶红酸在pH<4.5时，为橙黄色；pH二4.5～5，5时为橙红色；pH>5.5时，为紫红色；在强碱性溶液中(pH>12)颜色消失。虫胶红酸的酸性溶液，对光和热稳定。虫胶红酸一般用于果汁、露、汽水、配制酒和糖果等食品的着色，最大允许用量为 100mg·kg－1。
2、胭脂虫红
胭脂虫红色素是从一种寄生在仙人掌上的胭脂虫雌虫于粉中；用水提取出来的红色素。很早以前即用来作化妆品和食品的调色。纯品胭脂虫红为红色棱形结晶，难溶在冷水中，可以溶解于热水、乙醇、碱溶液与稀酸溶液中。胭脂虫红的呈色随溶液的pH值而改变，酸性时为橙黄色，中性时为红色，碱性时为紫红色。胭脂虫红的稳定性比较好，特别是在酸性条件下。国内外学者一般都认为胭脂虫红是一种比较安全的天然色素。一般用于饮料、果酱及番茄酱等的调色，其用量为0.005％。
3、红花色素
红花色素是从红花中抽提出来的一种菊科植物色素。主要包括红花红与红花黄两种色素。食品中应用的红花色素，主要为红花黄，这是因为红花红的含量特别少的原因。红花黄溶于水、乙醇和丙二醇，不溶于油脂。其耐光性良好，但耐热性稍差。红花黄的呈色，在pH为2～7时，为黄色；pH更高时，则开始变红。动物毒性表明，红花色素可以作为食用色素。其最大使用量为o.2g·㎏—1。一般用于糖果着色。对于含有维生素C、酸度比较高的饮料着色效果也非常好。
四、后色素
后色素是指食品中所存在的前提物质，经过一系列化学变化后，最终生成的目视色素。也就是说，后色素并不是先天存在的，而是由食品中所存在的物质组分发生变化以后生成的。但是，不能认为前提物质的存在，一定就意味着后色素的出现。由于食品的贮存、加工过程的不一致性，在许多的场合下，同样的前提物质，可以产生多种最终目视结果。例如，使用同样的面粉作原料，蒸制馒头，为白色；烤制面包，则为焦黄色等等。
(一)褐变作用
褐变是食品中存在的一种比较普遍的现象。所谓褐变，是指食品在加工、贮藏或受损后，色泽变暗或变褐色的现象。食品发生褐变，在不同的场合下，将带来不同的结果。在食品生产中，可以加以利用的褐变现象，如生产酱油、咖啡、红茶以及烘烤面包时所呈现的褐变，是人们所希望出现的褐变。但是，大多数食品的褐变现象，往往带来不良的反应，并且使食品的风味和营养价值降低，或者产生有害成分。根据发生的机制，褐变作用可以划分为酶促褐变(生化褐变)及非酶褐变两类。
1、酶促褐变
酶促褐变是在酶的作用下，发生的褐变作用，酶促褐变发生在水果、蔬菜等新鲜植物性食物中。一般认为，这种作用是需氧的。在大多数情况下，酶促褐变是一种不希望出现于食物中的变化。食品中发生酶促褐变，必须具备三个条件，即：多酚类底物或一元酚、酚氧化酶和氧。三个条件，缺一不可。因此，欲控制食品中的酶促褐变，只需要改变其中的任何一个条件即可达到目的。
目前采用的控制方法，主要是从酶和氧入手的。
(1)酶抑制剂法 酚酶的抑制剂有二氧化硫、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠等，在食品中加入或渗入这些抑制剂后，酚酶即可以失活。
(2)热处理方法 加热食品，使酚酶失活，即可控制褐变的发生。这种方法是使用最广泛的一类方法，其关键是要在最短时间内钝化酶而又不使食品质量下降。
(3)酸处理法 酚酶的最适pH值在6～7之间，当pH<3时，酚酶失去活性。因此，选用合适的食用酸，如柠檬酸、苹果酸、抗坏血酸，使食品的pH值小于3，即可防止褐变的发生。
(4)驱氧法，无氧可以防止褐变。最简单的方法是将食品浸没在清水、糖水或盐水中。但是由于水中能吸附少量的氧气，所以，这种处理方法仍可以便褐变以缓慢的速度进行。
(5)底物替代法 加入酚酶底物类似物肉桂酸、对位香豆酸及阿魏酸等酚酸可以对某些褐变起到控制作用。
(6)底物甲基化法 利用甲基转移酶，将邻二羟基化合物进行甲基接枝，生成的这种类似愈疮木酚和阿魏酸的甲基化物，便不能被酚酶作用。目前所采用的甲基转移酶，主要是S—腺苷蛋氨酸，它可以使儿茶酚转变为愈疮木酚、咖啡酸转变为阿魏酸、绿原酸转变为3—阿魏酰金鸡纳酸。
2、非酶褐变
非酶褐变，故名思义是指没有酶参与的一类褐变。这种褐变作用，大多发生在食品的热加工及长期贮存过程中。非酶褐变主要有三种类型，即：羰氨反应褐变、焦糖化褐变和抗坏血酸氧化褐变。
(1)羰氨反应褐变 又称为美拉德反应。是指氨基化合物和羰基化合物在加热时形成褐色物质的反应。一般认为，羰氨反应是加热或长期贮存后的食品发生褐变的主要原因。
(2)焦糖化褐变 焦糖化作用可以产生黑褐色的色素物质，是一种很常见的现象。这种褐变作用的发生范围广泛，但产物却比较简单。其产物主要为糖的脱水物(焦糖或酱色)以及裂解产物(挥发性醛酮)。
(3)抗坏血酸氧化褐变 柑橘等果汁在贮藏过程中，其抗坏血酸成分会发生自动氧化，放出二氧化碳，使果汁的色泽变祸暗。
抗坏血酸的氧化褐变作用，与体系的pH值和金属离子有很大的关系。pH<5.0时，抗坏血酸生成脱氢抗坏血酸的速度缓慢，并且是可逆反应：pH为2.0～3.5时，褐变作用与pH值成反比；铜、铁等金属离子则可以加快褐变作用的速度。抗坏血酸的氧化褐变也可以被植物体内含有的抗坏血酸氧化酶加以催化，特别是在组织受损与空气良好接触时，尤为明显。
(4)非酶祸变的结果及其控制 非酶褐变可以形成食品的呈味成分和香气成分，从而赋与食品或好或坏的味感和嗅感。使食品质量变差的褐变，还可以表现为对营养价值的影响，例如氨基酸，特别是限制性氨基酸的损失，可以直接地发生在羰氨反应褐变过程中。一般认为，非酶褐变的结果有以下几个方面：
①产生二氧化碳。虽然直到现在人们仍没有搞清楚具体的内容细节，但是可以肯定α—氨基酸与葡萄糖类的羰氨反应以及抗坏血酸的褐变反应过程中都可以产生二氧化碳。
②酸度的增加。许多褐变反应可以生成有机酸物质，从而使体系的pH值发生降低。
③抗氧化能力增强。当葡萄糖与赖氨酸共存焙烤褐变时，可以对食品中的油脂氧化起到有效地抑制作用。这种随食品褐变反应的进行，而产生的食品抗氧化能力增强的原因，据认为是褐变生成的醛、酮等还原性物质在起作用。
④蛋白质溶解度降低。在脱脂大豆粉和奶粉中加糖，在贮存过程中发生的褐变作用可以使蛋白质的溶解度降低。
⑤产生荧光。还原糖在褐变过程中，常可以观察到荧光现象的发生，并且反应速度越慢，荧光越明显。目前只是认为这利，荧光可能是由某些中间产物产生的，但具体过程尚不清楚。
⑥营养价值的降低。褐变过程中，食品营养价值的降低有两种途径：其一是营养素成分参与了褐变反应，如氨基酸、蛋白质与碳水化合物的祸变反应以及抗坏血酸的氧化褐变等，而产生对人体不能利用或营养价值低下的产物；其二是营养素成分被牵连破坏，或者是不容易被消化吸收。使食品产生不良色香味以及营养质量下降的褐变，必须加以控制。目前，对非酶褐变的控制方法，大致有以下儿种：
①降温。温度降低，可以减缓反应速度。
②降低浓度。浓度降低，也可以减慢反应速度。
③改变pH值。羰氨反应在碱性条件下容易进行，焦糖化作用在偏碱性环境中反应速度更快，抗坏血酸氧化作用速度则在pH2.0～3.5时与pH值成反比，所以改变食品体系的pH值，可以在一定程度上控制反应速度。
④改变糖类。使用不易发生褐变作用的糖类，可以大大降低反应速度。
⑤生化降低。利用微生物除去褐变反应物糖类；可以在某些特殊食品生产中加以应用。⑥化学物质阻断。用亚硫酸与羰基反应；可以抑制羰氨反应；用氯化钙与氨基酸反应，也有褐变阻断的作用。
(二)后色素
褐变作用产生的最终色泽，主要是后色素构成的。由于黑色素等褐变物质的结构和性质方面还没有得到深入的研究，所以还很难阐释有关的问题。也还有许多食品中的反应，可以产生后色素。而这些后色素的生成过程中，又以那些人为意识地加入特定成分以产生特定后色素的反应最为有趣。
五、人工含成色素
人工合成色素，是天然食用色素的代用品。具有色泽鲜艳、坚牢度大、性质稳定、着色力强、可任意调色、成本低廉等特点，是目前广泛使用的食品添加剂之一。但是由于合成色素大多属于煤焦油染料，不仅自身无营养价值，且对人体都存在有害或潜在有害作用，因此，对其的使用和控制是比较严格的。现在，全世界使用的合成色素种类估计超过40种。但是，一般大多数国家都只有限地使用大约10种合成色素。随着使用过程中新情况的出现，以及新品种的问世，合成色素大多处于一种经常增删的不稳定状态。我国目前只允许有限地使用数种人工合成色素，主要有苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄、靛蓝和亮蓝等。
1、苋莱红
苋莱红：为颗粒或粉末状，溶于水、甘油及丙二醇，不溶于油脂，易为细菌分解，对光、热、酸、盐均比较稳定，但对氧化还原作用敏感。小鼠口服LD50<10g·㎏—1。大多数国家将苋莱红作为标准食用合成色素。但由于发现其有致畸、致癌的疑问后，对其的使用量大多加以了限制。我国允许的一般最大使用量为50mg·㎏—1食品，使用范围限制为果味水、果味粉、果子露、汽水、配制酒、糖果等。
2、胭脂红
胭脂红4R为颗粒或粉末状，溶于水和甘油，难溶于乙醇。对光、热、酸均比较稳定，但是容易还原。遇碱变为褐色，易，为细菌分解。在胃肠道内还原为黄色代谢产物。大鼠口服LD50为8 000mg·kg—1。胭脂红4R是红色色素中最经常使用的品种之一。有关使用方法与范围与苋菜红相同。
3、赤鲜红
赤鲜红为红色或褐色的颗粒或粉末，溶于水、甘油以及乙醇，不溶于油脂。对热、碱稳定，不耐光和酸。大鼠口服lD50为1.9g·㎏—1。赤鲜红可以单独使用或与其他的色素配合，主要用于糕点以及农产水产加工品。我国规定的一般最大使用量为50mg·㎏－1。
4、酸性红52
酸性红52为紫褐色颗粒或粉末，溶于水、甘油和乙醇，带蓝红色，具有淡黄色荧光。不溶于油脂中。对光、热、酸、碱、氧化还原作用都具有比较强的耐性。小鼠口服LD50<20g·kg—1。酸性红52由于稳定性比较好，所以使用比较广泛。主要用于糕点以及农产或水产加工品中，一般用量为5～100mg·㎏—1。
5、柠檬黄
柠檬黄为黄色色素，为橙黄色或橙色颗粒或粉末状。溶于水、甘油，、丙二醇，难溶于乙醇，不溶于油脂。对光、热、酸、盐均稳定，遇碱将增红，不耐氧化。小鼠口服LD50为12，8g·kg－1。柠檬黄是经常使用的合成色素和食用黄色色素成分，主要用于糕点、饮料及农产畜产加工品等食品中。我国规定的十般最大使用量为100mg·kg－1。
6、日落黄
日落黄为橙红色颗粒或粉末；溶于水和甘油，难溶于乙醇。遇碱变为褐红色。小鼠口服 LD50为2g·kg—1。日落黄可单独或与其他色素配合使用，主要用于糕点、饮料、农产水产加工品等食品中。我国规定的一般最大使用量为100mg·kg－1。
7、坚牢绿
坚牢绿FCF为有金属光泽的暗绿色颗粒或粉末，可溶于水、甘油和乙醇。对光、热、酸稳定，不耐碱。大鼠口服LD50为2g·kg—1以下。坚牢绿FCF主要用作色素配合，使用在糕点和饮料等食品中，一般用量为5～100mg· Kg－1。FAO／WHO规定的每日允许摄取量为0～12.5mg·kg－1体重。
8、靛蓝
靛蓝为暗红色或暗紫色颗粒或粉末，水溶液为紫蓝色。，溶于甘油、丙二醇，稍溶于乙醇，不溶于油脂。对光、热、酸、碱、氧化作用都比较敏感。易为细菌分解。小鼠口服LD50为2.5g.kg－1以下。 靛蓝是世界上最广泛使用的食用色素之一，常与其他色素配用以调色。我国规定的一般最大使用量为100mg·kg－1。
9、亮蓝
亮蓝为具有金属光泽的紫红色颗粒或粉末，可溶于水、甘油和乙醇。对光、热、酸、碱均稳定。大鼠口服LD50为2g·kg－1以下。亮蓝主要用于糕点、清凉饮料和西洋酒中，我国规定的一般最大使用量为0.025g Kg。
10、专利蓝V
专利蓝V为蓝色粉末或颗粒，溶于水，难溶于乙醇。专利蓝V主要用作食用蓝色色素。但目前FAO／WHO尚未规定每日允许摄取量。
1l、亮黑BN
亮黑BN为黑色粉末或颗粒，溶于水，难溶于乙醇。亮黑BN用作食用黑色色素，FAO／WHO于1985年规定的每日允许摄取量为0～ lmg。用于发酵后经过热处理的增香酸奶时，最大使用量为12mg·kg－1(由香料物质带进)；用于冷饮时，最大使用量为100mg·kg—1。