食品色素是重要的食品添加剂之一，天然色素能使食品呈现出自然柔和的色泽，这些色泽不仅能诱发食欲，还能满足视欲，激发购买欲望，提高商品的价值。 天然色素主要是从天然物质中提取分离而获得的有机色素，与合成色素相比，天然色素安全性好、色泽自然、营养高， 且某些色素还具有药理保健功能。 在科技不断创新进步的信息时代， 已出现多种多样的分离技术。 超声萃取技术就是一种新型的分离技术， 具有高效、节能等优点，已广泛应用于化学工业、医学、石油、食品环保能源等领域， 具有广阔的应用空间和发展前景。 本文综述了超声波在天然色素分离中的应用情况， 以期为天然色素的高效提取和超声波技术的发展提供一定参考。
超声分离技术基于三大原理
- 空化作用
空化作用是指超声波在液体中传播时,使液体微粒之间发生相对流动和振动而产生无数的真空微小气核，这些微小气核在超声场作用下发生的振荡、长大破碎及闭合等一系列动力学过程。或将超声波在液体中引起的各种次级效应总称为空化作用，主要包括滥动效应、聚能效应、微扰效应和界面效应。空化过程将声能聚集起来，当集聚的能量足够大时，这些真空气核就会瞬时崩溃闭合，使液体微粒之间发生剧烈的碰撞，从而在周围液体内造成局部高温(约5000 K)和超强的气压(约200MPa)。当压力突然释放，会在液体内形成高速微射流和强冲击波，加剧基取体系内的湍动，提高相之间的传质速率。
- 湍动效应
湍动效应主要是超声波在媒质中传播时，空化作用产生的微射流和冲击波加速体系的湍动和固体颗粒间的碰撞，使固体微粒获得高加速度和动能,固体表面不断被剥离变薄、产生新的活性表面，从而增加固液接触面积,加快传质速率。同时,微射流和冲击波还会对细胞组织产生强烈的物理剪切作用，使细胞损伤、破裂并释放出内含物，并促使装取液向胞内扩散渗透，从而提高细胞内有效成分的提取率。
- 聚能效应
聚能效应是指空化泡在超声场作用下破碎、聚集的能量瞬时释放时，产生的局部高温高压可能破坏固体微粒之间的次级键，降低相互作用力，从而提高传质速率同时，超声波频率高、能量高、穿透力强，在介质中传播时，聚集的能量不断被介质吸收，转变为热能，从而使体系温度升高。温度适当升高，有利于有效成分的溶解，提高传质速率从而提高有效成分的获得率。
超声分离技术在天然色素提取中的应用
自1927年 Richards 等发现超声场能强化传质速率后超声场就 开始得到大量研究并应用到各领域，如从天然物质中提取有效 成分等。常根据目标产物性质的不同，选用合适的萃取剂，再 用超声波处理进行萃取分离，其主要工艺为: 原料→筛选→干燥→粉碎→浸提→超声波处理→分离萃取液→ 滤液→减压浓缩、干燥→产品
↑ ↓
浸提←滤渣
五大色素
多烯类色素
多烯类色素主要是类胡萝卜素，分子结构中含有多个共驱双键，为脂溶性色素，主要有 B- 胡萝卜素叶黄素、番红素、虾青素和玉米黄色素等。具有保护视力、延缓衰老、提高免疫能力和抗氧等多种生理保护功能。翟虎等研究了菠菜色素的超声波提取，并与有机溶剂浸泡法相比较，得出菠菜色素的最佳提取工艺： 乙醇为提取剂，料液比1:5提取温度50C处理时间60min，超声功率 200W 所得色素比较稳定但耐光性较差。宋佳等用超声波提取玉米黄色素表明超声波提取法有时间短、节能、高效等优点。李莹等利用超声皮提取红酵母色素并研究了色素的抗化性，表明超声波提取 酵母色素的最佳时间为20 min，温度 25℃ 色素高浓度时抗氧化性与维生素 E 相当。李昌灵等用超声波提取辣椒工色素，并研究了多种因素对色素的影响，得出该法有提取央、产率较大色价高不用加热等优势。钟岩等研究了超古场对橘皮色素提取效果的影响，也得出超声场提取色素时司短、节能、条件温和、效果好的结论。据研 究报道，超声波提取的多烯类色素还包括南瓜色素、栀子黄色素芒果皮中的黄色素、木瓜黄色素、龙虾壳红色素番茄红色素、散菌黄色素、龙眼果皮黄色系、红酵母发酵产的胡萝卜素等。
多酚类色素
多酚类色素主要有花青素类、类黄酮和儿茶素，此类色素分子中含有苯并呲喃结构，是水溶性色素。花青素分子结构中有多个酚释基 主要以花色昔形式广泛存在于各类植物中。黄酮类的结构是苯并呲嘴酮，主要有黄酮、黄酮醇、黄烷酮、异黄酮等。这类色素主要生理作用有抗氧化、清除自由基、延缓哀老等。王琴等研究了溶剂浸 提法、微波萃取法和超声波萃取法对紫甘薯花色背色素提取效果的影响，结论说明超声波提取法产率较高，但色素纯度较低，可结合微波使用效果更好。苗颖等以乙醇为提取剂，料液比 1:6，在 60下 超声波处理 20min 皮色素提取效好等在单因素上研究了超声波提 取迎春花黄色素的最佳工艺条件表明超声波提取具有无毒、高效、 快速等特点，色素清除自由基的效果随时间而减小，随色素浓度增加而增大。常丽新等通过单因子及正交试验表明了超声波对月季花 红色索的提取效果好，色素提取率可达 55.63% 超声波提取具有快速高效、提取率高等优点。王和才等用超声波提取紫红色素，最佳工艺为：超声波功率 250w 料液比 3g:300mL 提取温度 70C 基取 时间35 min，可较大幅度提高色素的提取效率。 超声波还可用于提取蓝靛果色系、板栗壳色素、觉菜色素、紫甘蓝色素、白刺果籽中原花青素、乐山古荔枝果皮色素、爬山虎叶红色 素、串红红色素、香樟籽色素、地黄色素、仙草色素、茄子皮红色 素、大花类红色素、养麦壳色素、乌饭树叶色素、虎皮兰色素、火棘果红色素 、短梗五加果色素、黑果枸杞色素、越橘果花色昔、长枣红色素等。
醌酮类色素
醌类色素是一种主要存在于动植物及微生物细胞液中的色素，分子结构为配式结构，如胭脂虫色素、紫胶虫色素等。酮类色素是一类有酮式结构的化合物，常见的有姜黄素、红曲色素等。 这类色素具有抗氧化、抗炎、抗癌、降血压、防衰老等生理功能。 崔莉等研究了超声波辅助对红曲色素提取率的影响，通过单因素和正交试验得到最佳工艺条件，色素提取率达 92.84 %，比传统浸提 法更利于色素溶出可节省时间提高效率。卢艳民等用超声波提取胭脂虫红色素，色素得率可达 42.08 %，纯度达 31.97% ，表明超声场可提高提取率，缩短提取时间，节约成本。陈小全等用超声场处理红枣提取其色素，并研究了该色素的稳定性，表明超声波可极大地缩短提取时间，降低提取温度，红枣色素在碱性条件下相对稳定， 但是抗氧化性较差。 超声波还可提取姜黄色素、油菜花黄色素、茗荷红色素、丹参酮红 色素、紫草色素等。
吡咯类色素
该类色素结构中有卟咻环，包含叶绿素、血红索等，有降低胆固醇、 抗突变、抗炎抗氧化等生理功能。岳辉吉等用超声波提取冬青叶片中的叶绿素，并和单纯浸泡法做了比较，分析了叶绿素提取效率对时间的依赖性结果表明超声波提取叶绿素可提高提取率，缩短提取时间。王立娟在超声波功率400W处理3次每次20 in醇和两酮混合 液为提取剂的条件下，提取紫丁香树叶的叶绿素，提取率能达到 91.85% 左右，比传统提取法高 17.13%说明超声波的作用效果明 显。王长瑞等将超声波用于酶法血红素的提取并研究各单因素对血红素产率和水解度的影响，通过二次正交旋转组合试验得出最佳工艺条件： 料液比1:5超声波功率185.34 W处理时间876 min 结果血红素含量优化前后分别为0.4213g和07328提高了03115水解度提高了6%， 超声波缩短了破碎细胞的时间并提高产物得率。
超声波-微波协同提取色素
超声波微波结合使用能同时发挥超声波的空化作用和微波高能作用， 避免剧烈条件，提高色素得率及质量，扩大使用范围。李宇亮等先用微波破碎桑叶细胞壁，再用超声波提取其中的黄酮提取率达96.9% ， 纯度达95.13%。与传统的煎煮法相比，该方法提取物质成本低、产 物产率高、纯度高。徐竞通过单因素分析和正交试验研究了超声波--微波协同提取柿子红色素的最佳工艺条件，并对该色素的理化性质做一定研究，表明该法能有效缩短处理时间，减少提取剂用量；柿子红色素对光、热、酸糖还原剂的耐性较好耐氧化性较差， 使用时应避免其干扰，可用于糖果饮料及糕点等的着色。刘泽龙等以乙酸乙为取剂提取番茄中的番茄红素，并利用响应面分析优化工艺条件，色素实际提取率可达到97.4%， 表明超声波微波协同取是一种能够 快速有效提取番茄红素的方法。
超声萃取具有巨大前景
随着人们对合成色素的危害性和天然色素的安全性更加了解，天然色素受到极大关注和信赖， 被广泛应用到各个领域。 天然色素将逐步取代合成色素，具有广阔的发展前景。 超声波基取技术具有处理时间短、能耗低、提取效率高、环境污染小、 提取时无须加热、能保持提取物生物活性等优越性已应用在生活的各个领域， 特别适合于天然活性物质的提取。 在更加深人研究超声波提取过程的动力学机制和了解超声波处理对色素性质影响的基础上， 进一步改善提取工艺，降低设备成本， 或结合其他高新技术使用，必将有助于拓展超声波在天然色素提取方面的应用领域， 发挥巨大的工业化应用潜力， 在科学研究以及社会生产等各方面发挥举足轻重的作用。