食用色素又称食品着色剂，是使食品着成一定颜色的添加剂。人们通常通过食品的颜色来鉴别食品品质的优劣，对其做出初步判断。所以，颜色与食品的香、味、形一样是评价食品感官质量的重要因素。此外，消费者选购食品时，色泽是其取舍的一个重要依据；食品固有的正常颜色刺激人们的视觉，引起条件反射而能增进食欲。反之，食品在加工过程中，由于受光、热、氧气或化学药剂等作用，使天然色素褪色造成食品色变而失去光泽。这样的食品人们会误认已发生质变，因而使其实际使用价值已下降。如在食品生产过程中，先用适当的色素加于食品中，则会获得色泽令人满意的食品。由于食品本身的颜色及加入的色素易变色及褪色，所以加强色素的稳定性，添加护色剂成为解决问题的一个好的途径。我们从色素的显色机理，稳定性的影响因子，护色剂护色机理来研讨色素稳定问题。
一、色素的呈色机理——色素的颜色与结构的关系
不同的物质能吸收不同波长的光，如果它所吸收的光，其波长在可见区以外，那么这种物质看起来是白色的；如果它所吸收的光，波长是在可见区，那么，它所显示出的颜色，即为被反射光的颜色，即吸收光的补色。例如，物质选择地吸收绿色光，它显现的颜色为紫色。食品的主要色素都属于有机化合物，构成有机化合物的各原子之间大都以共价键边连结起来。而根据分子轨道理论，构成有机化合物的各原子的原子轨道相互组合而形成分子轨道，成键轨道，其能量级比较低；相应的反键轨道，能量级比较高；非键轨道。它们能量级高低不同。一般地说，当化合物吸收光能时，即电子吸收光子时，就会从能量较低的轨道（基态）跃迁至能量较高的轨道（激发态）。吸收一定波长的光则产生一定电子激发类型，对应有相应的能量。
当物质吸收可见区域波长的光时，该化合物便呈颜色。化合物中，随着共轭双键数目的增多，吸收光波长向可见区移动。因共轭体系越大，电子跃迁所需的能量越小，吸收光的波长越长，以致进入可见区域，使化合物变为有色，化合物中有些基团如－OH、－OR、－NH3、－Cl、－Br等。它们接于共轭体系上时，可使共轭体系吸收光向可见区域移动，这些基团称为助色团。生色团与助色团相互作用能引起化合物分子结构发生改变。由此可见色素的呈色与其结构有着密切的关系，结构的形式与变化内在决定着物质的呈色与变色。当色素加入食品中，由于受到加工、酸、碱、盐、光、热、氧化等作用，使其结构发生变化，如破坏原有共轭体系，改变共轭双键的数目，形成或损失助色团等情况，就会导致物质吸收光的波长发生变化，如在可见区域移动则使物质颜色变化；如移至远紫外区则使物质呈无色（即褪色）。
二、影响色素呈色或变色的因素
那么，具体有哪些因素会影响色素变化呢？一般我们已知的因子有：光、热、氧化、还原、酸、碱、盐、细菌、溶剂、pH、金属离子（Fe3＋、Fe2＋、Ca2＋、Mn2＋、Cu2＋、Mg2＋）。例如：
在遇碱时，苋菜红变为暗红色，胭脂红变为褐色，柠檬黄微变红。一般合成色素较天然色素耐光，耐热性要强。再例如：甜菜红是一种天然色素，水溶液呈红至红紫色。在pH值3．0～7．0之内比较稳定，在pH4．0～5．0时稳定性最大，最大吸收波长537～538nm。在PH值4．0～7．0之间，无颜色变化。pH低于4．0时，最大吸收稍向较短波长方向移动（pH值为2．0，最大吸收波长为535nm），且吸收强度降低。同时，在575～650nm范围内吸收强度稍有增加，溶液的颜色由红变紫。pH大于7．0时，最大吸收向长波方向移动（pH为9．0时，最大吸收波长为544nm），溶液的颜色亦相应地由红变紫。pH大于10．0时，溶液的颜色迅速变黄。甜菜红苷的耐光性随溶液的pH减小而降低；在中性区域和偏碱时，耐光性较好。甜菜红苷溶液经紫外线照射120小时，可完全褪色。金属盐对甜菜红苷的稳定性也有一定的影响，Fe3＋、Cu2＋离子含量多时会引起褐变，Ca2＋、Mn2＋等离子也有影响。氧和热都能促进甜菜红苷降解。降解速度随氧量和温度增高而加速。某些氯化物如漂白粉、次氯酸钠等可使甜菜红苷褪色。抗坏血酸对它有一定的保护作用。甜菜红苷的稳定性受食品的水分活性影响，水分活性降低，其稳定增高。当然并不是以上提到的所有因子都对某一种色素发生作用，有耐光、耐酸，但遇碱变色，有的耐氧化，却易被还原褪色，有的色素对大多数金属离子敏感，而有的色素却只对某一种金属离子敏感，如Fe离子可使某些色素变黑或变成其他颜色。
三、“护色剂”对色素稳定性的作用及其作用机理
为了有效解决色素的稳定性及保护色素在食品加工，贮运，销售过程不变色，不褪色，则要加入适当的护色剂。那么，什么是“护色剂”？护色剂的作用机理是什么呢？一般认为：所谓护色剂，就是一种对色素提高其可靠的稳定性，使色素经过加工、贮运、销售等过程中，颜色保持一致性的添加剂。它不同于着色剂，发色剂等制剂。食用护色剂，就是指能使用于食品加工中，在国标范围内，安全、卫生的食品用护色剂。
因为色素类物质都是由于含有生色团和助色团才能呈现各自的特征颜色。而这些基团易被氧化、还原、络合作用；使基团的结构、性质发生变化，导致电子跃迁时所需的能量变化，吸收光的波长也改变，使颜色发生变化或褪色。知道了使颜色发生变化作用的因素和机理，则我们就针对各种色素，对这些因素的敏感程度，有目的的选用护色剂来保护食品的色泽。例如我们利用氯化亚锡与氢氧化钠与酸（如柠檬酸）反应所得的柠檬酸亚锡二钠盐具有一定的还原性能，如我们把它用于罐头食品中，能逐渐与罐中的残留氧发生作用，亚锡离子氧化成四价锡离子，而表现出良好的抗氧化性能，从而达到对食品色素的保护作用，广泛用于蘑菇、苹果、柠檬、板栗、银杏、青梅、百合、柑橘、芦笋、青豆、荔枝、椰汁等罐头食品中。对于多价金属离子的影响，我们可采用加入一些对金属离子有络合能力的酸和盐类如：植酸、柠檬酸、三聚磷酸钠、柠檬酸钠、复合磷酸盐，利用它们与金属离子结合，从而使金属离子对色素无（或减弱）作用，达到保护色素。在有些天然食品与天然色素中，呈色物质体现为维生素类，如维生素A、维生素C、维生素D、类胡萝卜素等易被氧化与褐变。如利用L－半胱氨酸盐酸盐是有还原性、抗氧化和防止非酶褐变作用，于天然果汁中防止维生素C被氧化和褐变。
由于色素的稳定性是受到环境各种因素的作用，其作用很复杂。要达到一个很好保护颜色的作用，则必须综合研究多种因子对某种色素的影响，再优化选择合适的护色剂；选择护色剂一般遵守以下几条原则：
1．作用对象色素的性质与结构形式。
2．对色素有影响的各种因子。
3．针对性的选择护色剂及考虑护色剂的加入对化合物呈色有没有负面影响。
4．了解各种护色剂之间的相互影响（增效或相悖作用）。
只有了解了色素的性状与结构，特别是其中的生色基团与助色基团的结构和色素所在的环境才能判断哪些因子对色素的稳定性有影响；再针对性地选择护色剂。当然一种护色剂，一般只有一种或两种功能特性有利于保护色素，如三聚磷酸钠对金属离子有一定的络合作用，可以抑制金属离子与色素发生作用。但却不能抑制色素受热、光、碱、氧化和还原作用。所以这就要求我们选择多种护色剂共同作用。各种护色剂之间存在的相互作用，有些是互相增效的，有些却是对护色作用是互相抑制的。如为防止油脂食品发生油脂氧化酸败，在使用酚类抗氧化剂的同时并用某酸性物质，如柠檬酸、磷酸、抗坏血酸等，能显著地提高抗氧化剂的作用效果。这是因为这些酸性物质对金属离子有螯合作用，使能促进氧化的微量金属离子钝化，从而降低了氧化作用。也有人认为，增效剂能与抗氧化剂的基团发生作用，使抗氧化剂再生。我们需要利用的是它们之间的协同增效作用。对于护色剂选择方面的工作是一个系统的、复杂的过程，如南昌泰康食品工业中心研制的TKH系列食品用护色剂，就是利用各护色剂单体进行有机，科学工艺复配在一起的复合护色剂。有TKH01通用型、TKH02型果品蔬菜等罐头食品、TKH03肉制品（红曲红天然色素专用）、TKH04油溶性色素专用护色剂等等。它们充分利用各护色剂协同互补性，取各家之长，使产品护色效果达到最理想效果。
以上我们研讨了色素的着色机理以及护色剂的作用机理。但现代人们对它的作用机理研究的还不是很透彻，有些数据和原理是经过我们的工作、试验的结果、从现象而推测出来的，具有一定的合理性，但其准确性有待进一步证明。随着广大的科技工作者的深入研究，将会形成许多有用的理论数据来指导我们对色素稳定性及护色剂作用机理的研究。
（马小明 丁泉水）
