2 植物色素特性

xx色素在植物体中大量分布，并参与植物体的生物活动。植物色素所表达出的绚丽色彩是与其发色团和助色基密不可分的。有机物分子于紫外及可见光区域内(200～770nm)具有吸收 峰的基因称为发色团(生色团或生色基)，能显示颜色的名称色素都是由发色团和助色基所组成的，属于这些基团的有 C=C、C=O、-C-H、-C-OH 、-N=N-、-N=O、-NO₂ 、C=S 等，当化合物的分子中有两个或两个以上的发色团共轭时，由于共轭体系中电子的离域作用，使分子对光的吸收向长波方向移动，共轭体系越长，该物 质吸收峰所对应的波长也就越长，当物质吸收光的波长移至可见光区域内时，则该物质呈色；而有些基团如 —OH、-OR、-NH₂、-NR₂、-SR₁、-Cl、-Br 等，它们本身的吸收波段在紫外区，这些基团如果与共轭键或发色团相连，则可以促使共轭键或发色团的吸收波段向长波的方向移动，这些基团称为助色基，其特点是均含有未共用电子时，并可与发色团或共轭 键共轭。

植物色素的主要特性：

(1)绝大多数植物色素无副作用，安全性高。

(2)植物色素大多为花青素类、类胡萝卜素类、黄酮类化合物，是一类生物活性物质，是植物药和保健食品中的功能性有效成分。鉴于植物色素作为着色用添加剂而应用于食品、药品及化妆品中，用量达不到医疗及保健品的量效比例。在保健食品应用中，这一类植物色素可分别发挥增强人体免疫机能、抗氧化、降低血脂等辅助作用；在普通食品中有的可以发挥营养强化的辅助作用及抗氧化作用。

(3)植物色素的着色色调比较自然，既可增加色调，又与xx色泽相近，是一种自然的美。    

(4)植物色素在植物体中含量较少，分离纯化较为困难，其中有的共存物存在时还可能产生异味，因此生产成本较合成色素高。

(5)大部分植物色素对光、热、氧、微生物和金属离子及pH值变化敏感，稳定性较差；使用中一部分植物色素须添加氧化剂、稳定剂方可提高商品的使用周期。

(6)大部分植物色素染着力较差，染着不易均匀，不具有合成色素的鲜丽明亮。

(7)植物色素种类繁多，性质复杂，就一种植物色素而言，应用时专用性较强，应用范围有一定的局限性。

3 植物色素的提取技术

植物色素是植物的叶、花、果、茎、根中的生物组织成分，是一种生物活性物质。从细胞水平看，色素主要存在于质体、液泡及细胞壁内，分别称为质体色素、膜液色素和膜色素，植物色素往往与蛋白质、糖类等物质产生较稳的结合。xx色素的提取主要采取物理分离的方法，使其和蛋白质、糖分离；根据植物色素的溶解性、对pH值的变化和其不稳 定因素等特性，选择制备工艺及相应的设备装置，并在形成商品时，根据不同品种可选择抗氧化剂和稳定剂，提高产品的应用性能。

植物色一般的主要提取工艺过程为：原料处理—溶剂萃取—分离及纯化—浓缩及干燥。

3.1 原料处理

原料处理包括：原料分级、清洗、破碎。其中破碎度将直接影响浸提工艺，适当的原料粒度将提高萃取的效率，降低杂质对过滤的影响。

3.2 溶剂萃取

溶剂萃取工艺是大多植物色素提取的基本工艺，是色素产品得率的关键工序。其中，溶剂的选择工艺合理性的关键要素，它决定了色素的浸击率、色素产品的稳定性及生产成本。色素 制剂的有效性及安全性。溶剂的选择主要依据“相似相溶”规律，即定向提取成分(色素)的极性和分子结构中的功能基团与某一种溶剂的分子结构的功能团、极性或介电常数有相似之处时，则这种溶剂就有可能作为该目标成分(色素)的萃取溶剂。在溶剂选择中还应充分考虑 该色素与溶剂的理化性质及安全性，即溶剂不与色素尬发发生化学反应，不影响色素的稳定性，比热容小，安全无素，价廉易得。

在萃取溶剂确定后，其主要工艺参数为溶剂浓度及pH值、料液比、萃取温度和时间。其中萃取温度及溶剂pH值是关键因素：萃取温度的上限不能超过溶剂的沸点，否则将耗能较高，且温度过高易破坏色素中的热敏成分；恰当的pH值可保证色素成分与杂质的分离，使色素稳定性提高。

采用微波、超声波等物理场辅助萃取。将可强化溶剂萃取过程，有利于缩短工艺时间和提高产品得率。超声波辅助萃取技术主要利用超声振动产生的能量及超声空化作用，使介质结构发生变化，促使植物细胞壁破裂，从而改变细胞质膜的通透性，促进细胞内外物质的交换，使细胞内提取的目标成分(色素)迅速地溶解于溶剂之中；微波辅助萃取技术的原理则是在溶 剂萃取的基础上，利用不同结构的物质吸收微波能力的差异，使植物组织中的细胞体被选择性加热，促使细胞壁破裂，使目标成分(色素)迅速溢出，进入到介电常数较小、微波吸收能 力相对差的萃取溶剂中。

超临界流体萃取技术主要利用流体在临界点压力和温度的微小变化可导致流体密度相当大的变化，改变临界点附近的压力和温度即可进行定向萃取，并且具有远大于液态下的萃取速率。由于CO₂的临界温度接近于室温(31.1℃)、临界压力处于中等压力之间(2.38MPa)超临界CO₂技术得到了较多应用。CO₂无素安全，有极强的均一化作用，液态的及超临界态的 CO₂能与众多非极性、弱极性化合物混溶；对强极性官能团的引进会使化合物溶解度降低 ，对于无机盐、极性较强的物质(如糖类、氨基酸、淀粉及蛋白质)和相对分子质量超过500的高分子化合物几乎不溶。超临界CO₂萃取产品纯度高，无有机溶剂残留，已在辣椒红色素、番茄红色素及-胡萝卜素提取中得到成功应用。

3.3分离纯化

分离纯化是涉及产品品质的关键环节。

大孔树脂吸附分离技术主要利用多孔树脂的物质吸附及解析功能进行目标产物的分离纯化。根据大孔吸附树脂的物质性能即孔结构(孔径、孔度、孔容、比表面积)、化学性能即极性( 非极性、弱极性、中极性及强极性)选择适当的树脂是应用这一技术的关键。植 物色发离工艺过程的主要影响因素为溶剂种类、pH值及溶剂浓度等。采用醇沉法、离子沉淀法及微滤技术与大孔吸附树脂技术相结合，能更有效地去除杂质固形物，选择性地保留有效成分(色素)。

植物色素中的残留溶剂及残留农药是产品品质和安全性保障的难点，可采用超临界流体技术进行分离纯化。超临界CO₂对非极性和低低性的农药残留(如有机氯农药)有较高的溶解度；对中等极性的有机磷农药及其它强极性农药，非极性的CO₂中的溶解性一般都很低，一般应加入适当的极性夹带剂。对农残的处理是一件困难的工作，应从种植甚地这一源头做起，按GAP规范种植原料是根本有效的措施。

膜分离技术是采用xx或人工合成的高分子膜，以外界能量或化学位差为推动力，将溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法。膜是膜分离技术中的核心，膜材料的物化性质和膜的分离透性对膜分离的性能和效率起着决定性的影响。膜分离方法及膜类型选择确定后，其溶液的流速、操作压力是主要工艺参数。在分离操作中，主要影响因素为溶液的浓差极化、膜的结垢、不透过物造成的膜致密化及微生物降解导致的膜通量的变化。膜通量的变化将影响膜分离的性能和分离的效率，因此，对膜的清洁保护至关重要。鉴于上述问题，膜分离前端工艺设计中，应对溶液进行前处理，除去悬浮物、离子化合物及盐类物质；在应用过程中，对膜定期进行反冲洗，使用清洗剂进行清洗和xx去污，防止膜污染。   

   膜分离是一个高效的过程，在分离过程中不变生“相”的变化，并且通常在室温下进行，这对于在热条件下的植物色素不稳定的特性，工艺条件尤其适应；膜分离过程可以同时实现分离和浓缩，可大大提高过程效率，有利于降低能耗；膜分离过程可实现连续操作，单元工艺 和设易与其它分离过程耦合。膜分离技术的特点使其在植物色素的制备中应有较大的发展空间。

3.4  浓缩干燥

浓缩和干燥大多为加热过程，根据植物色素热敏性的特点选择浓缩、干燥工艺尤为重要，是确保产品品质的{zh1}工艺过程。

浓缩一般是利用加热的方法将溶液加热至沸腾状态，使其中的溶剂部分汽化并移出(或溶剂回收)，以提高溶液中的溶质浓度和分离溶剂的过程。浓缩实质为蒸发操作。蒸发的形式主 要分为常压蒸发和减压蒸发。在较高的真空度条件下，溶液的沸点降低，在加热蒸汽温度一定时，蒸发器传热的平均温差增大，所需传热面积减小，并可利用低压蒸发或废热蒸汽加热，故一般多采用减压蒸发(或称真空浓缩)。采用常压蒸发则应尽可能缩短加热时间，采用瞬 间加热方法，如刮板薄膜蒸发等形式。

干燥工艺除考虑植物色素热敏性的特点外，应考虑色素产品的颗粒细微和分散均匀的商品要求，不宜采用普通烘干技术，一般选用喷雾干燥技术可以达到均匀干燥的要求。

4 建议

近年来，合成色素的滥用困扰着食品、药品市场，食品、药品的不安全性已成为建设和谐社会的干扰因素之一。在扼制合成色素滥用的同时，形成了植物色素发间的巨大空间。植物色 素产业发展的基础是农业种植业，因此，发展植物色素产业有利于调整农业结构，有利于农民增收。当前具备：植物色素产业的大好时机。为此建议：

(1)以法律法规限定合成色素的应用，以政策鼓励xx色素产业的发展和产品的应用。

(2)建立植物色素产业链，建立色素植物GAP生产基地，以“绿色”原料带动“绿色”产业，使植物色素产业发展成国际化的产业。

(3)政策鼓励xx提取物企业、食品企业和药品生产企业，以废弃物提取xx色素，发展循环经济。

(4)加大研发力度，以新的工艺技术和设备提供企业，改变植物色素企业小、分散和工艺装备落后的状况，按照现代企业模式改造和发展，形成现代xx色素产业。