一、色素及其基本要求
色素是食品的外觀構成成分，是色澤的物質基礎，也是目視食品信息的主要內容。因此，對于食品的感官質量來說色素是一個重要的衡量標志。
①必須確保色素的無毒害性，即食品的安全性；
②良好的色澤必須是基于引導人們的食欲，而不是相反。因此，食品色澤的構成者色素，就必須有確定的限制性。
二、色素的分類
食品的色素，按來源劃分，可以分為天然色素、后色素和人工合成色素三大類。其中，天然色素又可以劃分為動物色素、植物色素和微生物色素三類。以色素的溶解性能來區分，則有脂溶性色素及水溶性色素的分類法。從色素的化學結構和性質出發，則可以將色素區分為無機色素和有機色素兩類。目前，在正規食品中，只有為數不多的了幾種無機色素被作為調色物質。造成這種狀況的原因大致有：
①無機色素大多有不適的口感和味感；
②色澤不鮮明；
③有毒性。
因此單純以調色為目的的色素選擇，目前大多都轉向了有機色素。其中，有機色素又可以區分為吡咯色素、異戊二烯類色素、多酚類色素、酮類色素、醌類色素、吡啶類色素、偶氮色素等。為了理解上的方便，人們總是將幾種分類法合并起來使用。比較常見的做法，是把色素的來源和結構的區分聯合起來。這也是下面我們將要采用的混合分類法。
三、天然色素
天然色素是指食品中原本存在的可以目視到的有色物質。它可以是食品原料本身固有的成分，也可以是從其他材料中提取的天然有色物質。天然色素是食品色素中，最為五彩繽紛的部分，也是最易為人們所相信的食用色素。
(一)鐵系色素
鐵系色素，為無機色素類，主要是指氧化鐵和氫氧化鐵兩種化合物。
l、氧化鐵
氧化鐵又稱三氧化二鐵，，為紅色色素。不溶于水，溶于酸。在特殊食品配方中，既作為色素成分，又作為有營養價值的特定成分使用。
2、氫氧化鐵
氫氧化鐵不穩定，易分解為氧化鐵。不溶于水、乙醇，溶于酸，在食品中的使用與氧化鐵類似，具有二重作用。
(二)二氧化鈦
二氧化鈦俗稱鈦白或鈦白粉，為一種白色粉末，屬于無機色素。其著色能力強，是一種很好的色素成分。二氧化鈦的化學性質相當穩定，在大多數情況下不產生化學變化。
(三)碳酸鈣
碳酸鈣是一種白色晶體和粉末，屬于無機色素。一般在中性或偏堿性食品中穩定，在偏酸性食品中則可以發生化學變化釋放出二氧化碳，同時生成可利用的鈣質。碳酸鈣還具有中和胃酸的能力。
(四)金屬色素
金屬色素主要指金、銀和鋁金屬。其中金為金黃色，銀為銀白色，鋁為銀白色.它們具有的共同特性，是對水、大多數無機物和有機物都具有耐性，即化學穩定性好。因此，它們被認為在食用后將不會發生變化，最終對人體無有害作用。
(五)吡咯色素
食品中的天然吡咯色素有兩大類，即動物的血紅素和植物的葉綠素。在天然情況下，這些色素都與蛋白質相結合。
1、血紅素
血紅素是存在于高等動物的血液和肌肉中的一種紅色色素，可溶于水，是動物色素的主要成分。一般都以復合蛋白質的形式存在，稱為肌紅蛋白和血紅蛋白。動物肌肉的紅色主要是由肌肉細胞中的肌紅蛋白和毛細血管中的血紅蛋白構成的，其含量比大約為70％～80％：20％～30％。屠宰時放血的，動物肌肉，絕大多數紅色成分為肌紅蛋白(約占90％)。在日常烹調過程中，由于發生熱變性，這時會變成黃褐色。肉類貯存時，由于發生弱氧化作用，會產生粉紅色。
2、葉綠素
到目前為止，已發現有5種葉綠素成分，即葉綠素a、b、c、d、e。在高等植物中，葉綠素占干物質質量的9％。游離葉綠素對光和熱都很敏感，很不穩定。在稀堿溶液中，顏色仍為：鮮綠色；在酸性溶液中，則轉變為暗綠色或綠褐色。
(六)異戊二烯類色素
異戊二烯類色素也稱多烯色素和類胡蘿卜素。異戊二烯類色素主要存在于植物體中，如蔬菜、水果和其他綠色植物。部分動物性產品，如蛋黃、鮭魚的顏色也是由這類色素產生的。目前已知的這類色素達300種以上，黃、橙、紅以至紫色都有，均不溶于水而溶于脂肪溶劑。大多數情況下，類胡蘿卜素不容易發生氧化作用。在光照情況下，類胡蘿卜素卻比較容易發生光敏氧化反應，失去顏色。大多數情況下，可以產生一種β—紫羅酮的產物，具有紫羅蘭花的香氣。類胡蘿卜素是少數無限制的食品添加劑中的一種。作為食品的調色，很早就為人們很廣泛地使用著。但是，不溶于水的特性，一直也限制了它在其他非油質食品中的運用。近年來的研究，正在改變這種狀況。
(七)多酚類色素
多酚類色素是存在于植物中的水溶性色素乙可以劃分為花青素、花黃素、兒茶素和鞣質四類，其中鞣質是既可作為呈味成分，又可作為呈色成分的化合物。
1、花青素
天然花青素的穩定性比較差，不耐光、熱和氧化劑，從而限制了它的應用。但是，由于它的天然資源豐富，所以，人們還在努力地對其加以研究，以便克服穩定性差的弱點。
2、花黃素
花黃素是廣泛存在于植物的花、果、葉、莖組織細胞中的一類水溶性色素，多為淺黃色物質。花黃素又稱黃酮類色素，主要是指黃酮及其衍生物.花黃素的化學性質比較活潑，在食品調色方面的應用不多。但是，由于其在食品中的分布廣泛，并且在食品加工過程中隨pH值變色以及與金屬離子結合變色，從而導致食品的感官質量降低，所以，大多數應用研究著眼在于如何防止和利用這類現象的發生。
3、兒茶素
兒茶素類廣泛存在于植物中，特別是葡萄、蘋果、桃、李等水果中，茶葉是含這類物質最為典型的一種，其含量約為茶葉中多酚類總量的60％～80％。兒茶素為白色結晶，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，難溶于氯仿和無水乙醚。在空氣中放置的兒茶素，容易氧化為黃棕色膠狀物。兒茶素溶液與三氯化鐵作用生成綠黑色沉淀。
4、植物鞣質
植物鞣質是植物中存在的一種具有鞣革性能的物質，簡稱鞣質或單寧質。
廣義的鞣質，包括兒茶素、羥基酚酸和無色花青素。實際上，這些成分并不具有鞣革性能。但是，從食品角度上講，食物鞣質與廣義的鞣質相同，它們都是指一切具有澀味、能與金屬離子反應或因氧化而產生黑色的物質。幾乎所有的鞣質都具有潮解性，易溶于水、丙酮、乙酸乙酯等，而不溶于烴類、氯仿等溶劑。鞣質具有受熱不熔化而碳化的特點。植物鞣質容易氧化。在空氣中，鞣質將氧化成為暗黑色物，堿可以強化這一過程。作為呈色物質，鞣質主要是在植物受損及加工過程中起作用。大多數的研究，在于如何防止鞣質所產生的不良色澤。
(八)酮類色素
酮類色素主要包括紅曲色素和姜黃素兩類。
1、紅曲色素
紅曲色素是由微生物紅曲菌所產生的色素，使用的歷史比較久遠。紅曲色素有6種成分，即紅斑素、紅曲紅素、紅曲素、紅曲黃素、紅斑胺、紅曲紅胺。其中，紅斑素和紅曲紅素為紅色，紅曲素和紅曲黃素為黃色，紅斑胺和紅曲紅胺為紫色。
所有的6種成分都是不溶于水的。但是，在微生物培養基中增加含氮有機物后，可使紅曲色素產生水溶性。紅曲色素溶于乙醇、乙醚等有機溶劑中。紅曲色素與其他植物色素相比，耐酸堿性強，在比較大的pH值范圍內穩定不變；耐熱性比較強。在100℃、60rnin和120℃、10min的加熱條件下都-比較穩定；對紫外光相當穩定，一般耐光性強；與金屬離子的反應性差，幾乎不受其干擾；幾乎不受氧化劑和還原劑的影響；對蛋白質的著色能力強。一經著色后，很難用水沖洗掉。紅曲色素的動物毒性試驗表明，紅曲色素是一種安全性很高的食用色素。因此，在食品著色方而運用很廣泛。例如，香腸、醬腐乳、醬肉、醬雞、粉蒸肉等食品加工制作方面，都經常采用紅曲色素調色。
2、姜黃素
姜黃素主要存在于多年生的草本植物姜黃根莖中。純品為橙黃色結晶粉末，不溶于水，溶于乙醇和丙二醇，易溶于冰醋酸和堿溶液。姜黃素具有類似胡椒的芳香，但稍有苦味。姜黃素在堿性溶液中呈紅褐色，在中性或酸性溶液中呈黃色。姜黃素容易與鐵離子結合而變色。對光、熱的穩定性比較差。著色性能比較好，特別是對蛋白質的著色力比較強。姜黃素的允許使用量為0～0.1mg·kg－1（暫定)。可用來對咖喱粉及黃蘿卜干等食品增香和著色。
(九)醌類色素
醌類色素包括蟲膠色素、胭脂蟲紅和紅花色素三類。
l、蟲膠色素
蟲膠色素又稱紫草茸色素。它是紫膠蟲寄生在梧桐科的芒木屬等寄主植物上所分泌的紫膠巾的一種色素。蟲膠色素共有5個組成分已分析清楚，稱為紫膠紅酸或蟲膠紅酸。蟲膠紅酸為鮮紅色粉末，在水、丙二醇、乙醇中的溶解度比較小，但在堿性溶液中，例如碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉水溶液，溶解度明顯增大。 蟲膠紅酸在pH<4.5時，為橙黃色；pH二4.5～5，5時為橙紅色；pH>5.5時，為紫紅色；在強堿性溶液中(pH>12)顏色消失。蟲膠紅酸的酸性溶液，對光和熱穩定。蟲膠紅酸一般用于果汁、露、汽水、配制酒和糖果等食品的著色，最大允許用量為 100mg·kg－1。
2、胭脂蟲紅
胭脂蟲紅色素是從一種寄生在仙人掌上的胭脂蟲雌蟲于粉中；用水提取出來的紅色素。很早以前即用來作化妝品和食品的調色。純品胭脂蟲紅為紅色棱形結晶，難溶在冷水中，可以溶解于熱水、乙醇、堿溶液與稀酸溶液中。胭脂蟲紅的呈色隨溶液的pH值而改變，酸性時為橙黃色，中性時為紅色，堿性時為紫紅色。胭脂蟲紅的穩定性比較好，特別是在酸性條件下。國內外學者一般都認為胭脂蟲紅是一種比較安全的天然色素。一般用于飲料、果醬及番茄醬等的調色，其用量為0.005％。
3、紅花色素
紅花色素是從紅花中抽提出來的一種菊科植物色素。主要包括紅花紅與紅花黃兩種色素。食品中應用的紅花色素，主要為紅花黃，這是因為紅花紅的含量特別少的原因。紅花黃溶于水、乙醇和丙二醇，不溶于油脂。其耐光性良好，但耐熱性稍差。紅花黃的呈色，在pH為2～7時，為黃色；pH更高時，則開始變紅。動物毒性表明，紅花色素可以作為食用色素。其最大使用量為o.2g·㎏—1。一般用于糖果著色。對于含有維生素C、酸度比較高的飲料著色效果也非常好。
四、后色素
后色素是指食品中所存在的前提物質，經過一系列化學變化后，最終生成的目視色素。也就是說，后色素并不是先天存在的，而是由食品中所存在的物質組分發生變化以后生成的。但是，不能認為前提物質的存在，一定就意味著后色素的出現。由于食品的貯存、加工過程的不一致性，在許多的場合下，同樣的前提物質，可以產生多種最終目視結果。例如，使用同樣的面粉作原料，蒸制饅頭，為白色；烤制面包，則為焦黃色等等。
(一)褐變作用
褐變是食品中存在的一種比較普遍的現象。所謂褐變，是指食品在加工、貯藏或受損后，色澤變暗或變褐色的現象。食品發生褐變，在不同的場合下，將帶來不同的結果。在食品生產中，可以加以利用的褐變現象，如生產醬油、咖啡、紅茶以及烘烤面包時所呈現的褐變，是人們所希望出現的褐變。但是，大多數食品的褐變現象，往往帶來不良的反應，并且使食品的風味和營養價值降低，或者產生有害成分。根據發生的機制，褐變作用可以劃分為酶促褐變(生化褐變)及非酶褐變兩類。
1、酶促褐變
酶促褐變是在酶的作用下，發生的褐變作用，酶促褐變發生在水果、蔬菜等新鮮植物性食物中。一般認為，這種作用是需氧的。在大多數情況下，酶促褐變是一種不希望出現于食物中的變化。食品中發生酶促褐變，必須具備三個條件，即：多酚類底物或一元酚、酚氧化酶和氧。三個條件，缺一不可。因此，欲控制食品中的酶促褐變，只需要改變其中的任何一個條件即可達到目的。
目前采用的控制方法，主要是從酶和氧入手的。
(1)酶抑制劑法 酚酶的抑制劑有二氧化硫、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉等，在食品中加入或滲入這些抑制劑后，酚酶即可以失活。
(2)熱處理方法 加熱食品，使酚酶失活，即可控制褐變的發生。這種方法是使用最廣泛的一類方法，其關鍵是要在最短時間內鈍化酶而又不使食品質量下降。
(3)酸處理法 酚酶的最適pH值在6～7之間，當pH<3時，酚酶失去活性。因此，選用合適的食用酸，如檸檬酸、蘋果酸、抗壞血酸，使食品的pH值小于3，即可防止褐變的發生。
(4)驅氧法，無氧可以防止褐變。最簡單的方法是將食品浸沒在清水、糖水或鹽水中。但是由于水中能吸附少量的氧氣，所以，這種處理方法仍可以便褐變以緩慢的速度進行。
(5)底物替代法 加入酚酶底物類似物肉桂酸、對位香豆酸及阿魏酸等酚酸可以對某些褐變起到控制作用。
(6)底物甲基化法 利用甲基轉移酶，將鄰二羥基化合物進行甲基接枝，生成的這種類似愈瘡木酚和阿魏酸的甲基化物，便不能被酚酶作用。目前所采用的甲基轉移酶，主要是S—腺苷蛋氨酸，它可以使兒茶酚轉變為愈瘡木酚、咖啡酸轉變為阿魏酸、綠原酸轉變為3—阿魏酰金雞納酸。
2、非酶褐變
非酶褐變，故名思義是指沒有酶參與的一類褐變。這種褐變作用，大多發生在食品的熱加工及長期貯存過程中。非酶褐變主要有三種類型，即：羰氨反應褐變、焦糖化褐變和抗壞血酸氧化褐變。
(1)羰氨反應褐變 又稱為美拉德反應。是指氨基化合物和羰基化合物在加熱時形成褐色物質的反應。一般認為，羰氨反應是加熱或長期貯存后的食品發生褐變的主要原因。
(2)焦糖化褐變 焦糖化作用可以產生黑褐色的色素物質，是一種很常見的現象。這種褐變作用的發生范圍廣泛，但產物卻比較簡單。其產物主要為糖的脫水物(焦糖或醬色)以及裂解產物(揮發性醛酮)。
(3)抗壞血酸氧化褐變 柑橘等果汁在貯藏過程中，其抗壞血酸成分會發生自動氧化，放出二氧化碳，使果汁的色澤變禍暗。
抗壞血酸的氧化褐變作用，與體系的pH值和金屬離子有很大的關系。pH<5.0時，抗壞血酸生成脫氫抗壞血酸的速度緩慢，并且是可逆反應：pH為2.0～3.5時，褐變作用與pH值成反比；銅、鐵等金屬離子則可以加快褐變作用的速度。抗壞血酸的氧化褐變也可以被植物體內含有的抗壞血酸氧化酶加以催化，特別是在組織受損與空氣良好接觸時，尤為明顯。
(4)非酶禍變的結果及其控制 非酶褐變可以形成食品的呈味成分和香氣成分，從而賦與食品或好或壞的味感和嗅感。使食品質量變差的褐變，還可以表現為對營養價值的影響，例如氨基酸，特別是限制性氨基酸的損失，可以直接地發生在羰氨反應褐變過程中。一般認為，非酶褐變的結果有以下幾個方面：
①產生二氧化碳。雖然直到現在人們仍沒有搞清楚具體的內容細節，但是可以肯定α—氨基酸與葡萄糖類的羰氨反應以及抗壞血酸的褐變反應過程中都可以產生二氧化碳。
②酸度的增加。許多褐變反應可以生成有機酸物質，從而使體系的pH值發生降低。
③抗氧化能力增強。當葡萄糖與賴氨酸共存焙烤褐變時，可以對食品中的油脂氧化起到有效地抑制作用。這種隨食品褐變反應的進行，而產生的食品抗氧化能力增強的原因，據認為是褐變生成的醛、酮等還原性物質在起作用。
④蛋白質溶解度降低。在脫脂大豆粉和奶粉中加糖，在貯存過程中發生的褐變作用可以使蛋白質的溶解度降低。
⑤產生熒光。還原糖在褐變過程中，常可以觀察到熒光現象的發生，并且反應速度越慢，熒光越明顯。目前只是認為這利，熒光可能是由某些中間產物產生的，但具體過程尚不清楚。
⑥營養價值的降低。褐變過程中，食品營養價值的降低有兩種途徑：其一是營養素成分參與了褐變反應，如氨基酸、蛋白質與碳水化合物的禍變反應以及抗壞血酸的氧化褐變等，而產生對人體不能利用或營養價值低下的產物；其二是營養素成分被牽連破壞，或者是不容易被消化吸收。使食品產生不良色香味以及營養質量下降的褐變，必須加以控制。目前，對非酶褐變的控制方法，大致有以下兒種：
①降溫。溫度降低，可以減緩反應速度。
②降低濃度。濃度降低，也可以減慢反應速度。
③改變pH值。羰氨反應在堿性條件下容易進行，焦糖化作用在偏堿性環境中反應速度更快，抗壞血酸氧化作用速度則在pH2.0～3.5時與pH值成反比，所以改變食品體系的pH值，可以在一定程度上控制反應速度。
④改變糖類。使用不易發生褐變作用的糖類，可以大大降低反應速度。
⑤生化降低。利用微生物除去褐變反應物糖類；可以在某些特殊食品生產中加以應用。⑥化學物質阻斷。用亞硫酸與羰基反應；可以抑制羰氨反應；用氯化鈣與氨基酸反應，也有褐變阻斷的作用。
(二)后色素
褐變作用產生的最終色澤，主要是后色素構成的。由于黑色素等褐變物質的結構和性質方面還沒有得到深入的研究，所以還很難闡釋有關的問題。也還有許多食品中的反應，可以產生后色素。而這些后色素的生成過程中，又以那些人為意識地加入特定成分以產生特定后色素的反應最為有趣。
五、人工含成色素
人工合成色素，是天然食用色素的代用品。具有色澤鮮艷、堅牢度大、性質穩定、著色力強、可任意調色、成本低廉等特點，是目前廣泛使用的食品添加劑之一。但是由于合成色素大多屬于煤焦油染料，不僅自身無營養價值，且對人體都存在有害或潛在有害作用，因此，對其的使用和控制是比較嚴格的。現在，全世界使用的合成色素種類估計超過40種。但是，一般大多數國家都只有限地使用大約10種合成色素。隨著使用過程中新情況的出現，以及新品種的問世，合成色素大多處于一種經常增刪的不穩定狀態。我國目前只允許有限地使用數種人工合成色素，主要有莧菜紅、胭脂紅、檸檬黃、日落黃、靛藍和亮藍等。
1、莧萊紅
莧萊紅：為顆粒或粉末狀，溶于水、甘油及丙二醇，不溶于油脂，易為細菌分解，對光、熱、酸、鹽均比較穩定，但對氧化還原作用敏感。小鼠口服LD50<10g·㎏—1。大多數國家將莧萊紅作為標準食用合成色素。但由于發現其有致畸、致癌的疑問后，對其的使用量大多加以了限制。我國允許的一般最大使用量為50mg·㎏—1食品，使用范圍限制為果味水、果味粉、果子露、汽水、配制酒、糖果等。
2、胭脂紅
胭脂紅4R為顆粒或粉末狀，溶于水和甘油，難溶于乙醇。對光、熱、酸均比較穩定，但是容易還原。遇堿變為褐色，易，為細菌分解。在胃腸道內還原為黃色代謝產物。大鼠口服LD50為8 000mg·kg—1。胭脂紅4R是紅色色素中最經常使用的品種之一。有關使用方法與范圍與莧菜紅相同。
3、赤鮮紅
赤鮮紅為紅色或褐色的顆粒或粉末，溶于水、甘油以及乙醇，不溶于油脂。對熱、堿穩定，不耐光和酸。大鼠口服lD50為1.9g·㎏—1。赤鮮紅可以單獨使用或與其他的色素配合，主要用于糕點以及農產水產加工品。我國規定的一般最大使用量為50mg·㎏－1。
4、酸性紅52
酸性紅52為紫褐色顆粒或粉末，溶于水、甘油和乙醇，帶藍紅色，具有淡黃色熒光。不溶于油脂中。對光、熱、酸、堿、氧化還原作用都具有比較強的耐性。小鼠口服LD50<20g·kg—1。酸性紅52由于穩定性比較好，所以使用比較廣泛。主要用于糕點以及農產或水產加工品中，一般用量為5～100mg·㎏—1。
5、檸檬黃
檸檬黃為黃色色素，為橙黃色或橙色顆粒或粉末狀。溶于水、甘油，、丙二醇，難溶于乙醇，不溶于油脂。對光、熱、酸、鹽均穩定，遇堿將增紅，不耐氧化。小鼠口服LD50為12，8g·kg－1。檸檬黃是經常使用的合成色素和食用黃色色素成分，主要用于糕點、飲料及農產畜產加工品等食品中。我國規定的十般最大使用量為100mg·kg－1。
6、日落黃
日落黃為橙紅色顆粒或粉末；溶于水和甘油，難溶于乙醇。遇堿變為褐紅色。小鼠口服 LD50為2g·kg—1。日落黃可單獨或與其他色素配合使用，主要用于糕點、飲料、農產水產加工品等食品中。我國規定的一般最大使用量為100mg·kg－1。
7、堅牢綠
堅牢綠FCF為有金屬光澤的暗綠色顆粒或粉末，可溶于水、甘油和乙醇。對光、熱、酸穩定，不耐堿。大鼠口服LD50為2g·kg—1以下。堅牢綠FCF主要用作色素配合，使用在糕點和飲料等食品中，一般用量為5～100mg· Kg－1。FAO／WHO規定的每日允許攝取量為0～12.5mg·kg－1體重。
8、靛藍
靛藍為暗紅色或暗紫色顆粒或粉末，水溶液為紫藍色。，溶于甘油、丙二醇，稍溶于乙醇，不溶于油脂。對光、熱、酸、堿、氧化作用都比較敏感。易為細菌分解。小鼠口服LD50為2.5g.kg－1以下。 靛藍是世界上最廣泛使用的食用色素之一，常與其他色素配用以調色。我國規定的一般最大使用量為100mg·kg－1。
9、亮藍
亮藍為具有金屬光澤的紫紅色顆粒或粉末，可溶于水、甘油和乙醇。對光、熱、酸、堿均穩定。大鼠口服LD50為2g·kg－1以下。亮藍主要用于糕點、清涼飲料和西洋酒中，我國規定的一般最大使用量為0.025g Kg。
10、專利藍V
專利藍V為藍色粉末或顆粒，溶于水，難溶于乙醇。專利藍V主要用作食用藍色色素。但目前FAO／WHO尚未規定每日允許攝取量。
1l、亮黑BN
亮黑BN為黑色粉末或顆粒，溶于水，難溶于乙醇。亮黑BN用作食用黑色色素，FAO／WHO于1985年規定的每日允許攝取量為0～ lmg。用于發酵后經過熱處理的增香酸奶時，最大使用量為12mg·kg－1(由香料物質帶進)；用于冷飲時，最大使用量為100mg·kg—1。