综述：清洁标签食品中的天然色素：基于矩阵分析法对来源、稳定性、生物功能性、监管规定及工业应用的系统性评述

《Food Research International》：Natural pigments in clean-label foods: A matrix-guided critical review of sources, stability, biofunctionality, regulation, and industrial applications

　　•天然色素作为依赖基质的清洁标签着色剂受到批判性评估，而不是直接的合成染料替代品。
•一个以基质为导向的框架将色素化学与pH值、相组成、加工强度、保质期要求和标签可行性联系起来。
•对于实际食品基质，比较了花青素、类胡萝卜素、叶绿素、甜菜赤素以及新兴的微生物或藻类色素之间的稳定性权衡。
•评估了绿色提取、酶辅助回收、封装、乳液递送和副产品增值在工业可扩展性方面的应用。
•监管分类、技术经济可行性、供应一致性和消费者对标签的接受度被确定为关键的采用障碍。

引言
颜色是食品感知中最早且最具影响力的质量线索之一，在消费者体验味道或香气之前，强烈塑造了他们对新鲜度、成熟度、风味强度、营养价值以及整体可接受度的预期（Dey & Nagababu, 2022）。因此，长期以来，着色剂被添加到食品中，以补偿加工和储存过程中的色素损失，标准化产品外观，并提高市场竞争力。然而，近年来，由于人们对使用可识别、最少加工和天然来源成分的清洁标签食品的需求不断增长，选择颜色的标准发生了显著变化（Alexandri et al., 2022; Balasubramaniam et al., 2023; Nabeshima et al., 2024）。
这种市场转变增加了人们对天然色素作为合成染料替代品的兴趣。然而，用天然色素替代合成色素并不简单。天然色素并不是直接的一对一替代品，因为它们的性能取决于分子结构、溶解度、pH响应性、热耐受性、食品基质组成和储存条件之间的相互作用（Bause et al., 2024; Benucci et al., 2022; Nabi et al., 2023）。在实践中，最有用的色素不仅仅是最鲜艳的那种，而是能够在特定配方、加工、标签和监管限制下提供可接受的颜色性能的那种。
在天然存在的食品着色剂中，花青素、类胡萝卜素、叶绿素和甜菜赤素是最相关的色素类别，因为它们共同覆盖了广泛的颜色范围，广泛分布在可食用生物质中，并且通常提供了超出颜色表达的生物功能价值（Chauhan et al., 2025; Lu et al., 2021; Nabi et al., 2023）。花青素特别适用于酸性水系统，因为它们具有红色到紫色的色调和公认的抗氧化潜力（Dangles, 2024; Gon?alves et al., 2021）。类胡萝卜素提供黄色、橙色和红色着色，并且在含有脂质的食品中仍然很重要，因为它们具有亲脂性以及作为维生素A前体化合物或抗氧化类胡萝卜素的营养作用（Britton, 2024; de Queiroz et al., 2022; González-Pe?a et al., 2023）。叶绿素和叶绿素衍生物与绿色、植物基和新鲜度导向的产品定位密切相关，尽管它们的酸性和热敏感性是一个主要的技术限制（Amin et al., 2021; Ebrahimi et al., 2023）。甜菜赤素主要来自甜菜根和某些石竹目植物，由于其强烈的着色能力和与多种酸性配方的兼容性，逐渐成为从红色到黄色的天然着色剂，尽管它们容易受到热、氧气和金属催化降解的影响（Calva-Estrada et al., 2022; Eyshi et al., 2024; Nirmal et al., 2024）。
在工业层面，色素选择已成为一个多维的决策问题。食品制造商需要同时提供视觉吸引力、可接受的保质期、透明的标签、合规的监管要求和经济可行性。因此，每种色素类别根据食品基质的不同而具有优势和权衡。花青素通常在低pH值的饮料中表现良好，但在接近中性的pH值下变得不稳定。类胡萝卜素具有更宽的pH耐受性，但在水产品中需要乳液基或封装递送。叶绿素支持绿色和植物导向的定位，但在酸性或热应力下容易转化为脱镁叶绿素。甜菜赤素在饮料、糖果和某些植物基应用中很有吸引力，但仍然容易受到长时间加热和氧化降解的影响（Benucci et al., 2022; Fallah & Stich, 2024; Nabi et al., 2023）。
最近的大量文献从化学、提取、稳定性、生物活性、包装应用或特定食品类别等各个角度探讨了天然色素（Bashir et al., 2024; Benucci et al., 2022; Carreón-Hidalgo et al., 2022; Ebrahimi et al., 2023; Soutelino et al., 2024）。然而，在清洁标签配方的特定背景下，将色素化学、来源选择、基质兼容性、稳定策略、工业可行性和监管定位进行关键整合方面仍存在重大差距。在许多情况下，人们更强调色素的生物活性或提取效率，而不是色素是否能在工业条件下在实际食品产品中保持可接受性能的实际问题。
因此，这篇综述通过联系来源选择、分子行为、稳定性决定因素、提取和稳定策略、健康相关性、监管限制和基质特定应用，批判性地评估了花青素、类胡萝卜素、叶绿素、甜菜赤素以及选定的新兴生物色素平台作为清洁标签食品着色剂的潜力。该综述不是将天然色素视为一个单一类别，而是开发了一个以决策为导向的框架，在其中每个色素-基质组合根据五个实际维度进行评判：基质兼容性、预期稳定性、加工耐受性、标签可行性和工业可扩展性。该框架旨在将讨论从描述性覆盖转向对研究人员和制造商有用的配方逻辑。图1总结了连接清洁标签需求、色素类别、食品基质、稳定性限制、监管要求和工业可行性的概念路径。（见表1。）

部分摘要
综述方法
本文旨在作为一种结构化的叙述性批判性综述，而不是系统性综述或元分析。其目的是批判性地综合和解释关于清洁标签食品系统中天然色素的最新证据，重点关注色素化学、食品-基质兼容性、稳定策略、监管定位、技术经济可行性和工业转化。由于现有研究在色素来源、提取系统、食品基质等方面存在很大差异……

主要类别和天然色素的来源
天然色素是次级代谢物，广泛分布在水果、蔬菜、谷物、叶子、藻类、根、花朵、蓝细菌、真菌、酵母和其他选定的微生物系统中，在那里它们具有光保护、抗氧化防御、吸引传粉者和适应环境压力等生物功能（Di Salvo et al., 2023; Lu et al., 2021）。从食品技术的角度来看，色素来源是提取效率、成本的关键决定因素……

四种主要色素类别的化学和物理化学行为
天然色素的技术价值不仅取决于它们的视觉强度，还取决于控制颜色表达、溶解度、稳定性和与食品基质相互作用的结构因素。理解这些物理化学原理至关重要，因为未能将色素化学与基质条件相匹配是清洁标签产品中颜色损失、相不兼容或保质期缩短的最常见原因之一。

花青素是水溶性的

提取、回收和稳定策略
天然色素的商业价值不仅取决于它们在植物或微生物来源中的存在，还取决于高效回收和稳定它们以用于食品的可行性。因此，提取策略不应与色素化学分开讨论。像花青素和甜菜赤素这样的水溶性色素通常与水或含水酒精提取系统兼容，而像类胡萝卜素和叶绿素这样的亲脂性色素则需要其他提取方法。

生物功能性和健康相关性：现实的机会和实际限制
天然色素对清洁标签行业的吸引力之一在于它们可能提供超出视觉吸引力的好处。花青素、类胡萝卜素、叶绿素衍生物和甜菜赤素都与细胞、动物甚至在某些人类研究中的抗氧化、抗炎、心血管代谢、神经保护或化学预防活性有关（Lu et al., 2021; Ma et al., 2021; Martínez-Rodríguez et al., 2022; Martins et al., 2023）。这种双重角色使它们既可以用作着色剂……

清洁标签食品系统中的天然色素
天然色素在食品中的有用性较少取决于其理论上的色谱，而更多取决于其在物理化学定义的基质中的表现。因此，本节按照主要基质属性组织，而不仅仅是产品名称：酸性水系统、蛋白质丰富的系统、多糖丰富或高固体系统、富含脂质和乳液系统，以及用于智能包装的响应性聚合物基质。例如饮料、酸奶、软糖等产品……

监管和标签考虑
天然色素的监管处理是决定其在清洁标签食品中成功使用最重要的因素之一。一种色素可能在技术上表现良好，但由于来源限制、纯度要求、允许的食品类别、标签规则或不同司法管辖区对添加剂和最少加工着色成分的定义差异而受到商业限制。因此，应在来源选择阶段就考虑监管定位。

技术经济可行性和工业采用
天然色素的工业采用最终取决于原材料供应、提取、浓缩、稳定、标准化、包装和质量控制的综合成本。植物副产品可以降低原料成本，但也引入了色素浓度、水分、微生物负荷、农药残留和季节性可用性的变异性。相反，控制的微生物或藻类系统可以提高供应的一致性，但它们……

新兴方向和未来机遇
天然色素在食品系统中的未来不太可能仅仅依赖于颜色替代。相反，进展将来自整合可持续采购、预测性配方、智能包装和控制生产系统，这些系统可以提高一致性并减少天然色素的传统弱点。最有前景的方向之一是扩展循环生物经济方法。从水果和蔬菜副产品中回收色素已经显示出强大的潜力……

关键知识空白和研究优先事项
尽管关于天然色素的文献迅速增加，但仍有几个关键空白限制了从有希望的实验室结果到稳健的工业实施的转化。首先，特定基质的证据仍然不足。许多研究报道了在简化模型系统中的色素稳定性，而实际食品产品包含复杂的蛋白质、脂质、矿物质、糖类和加工应力的组合，这些因素深刻地改变了色素的行为。需要更多的比较研究……

结论
天然色素为更清洁和更符合消费者需求的食品着色提供了一条有吸引力的途径，但它们的成功使用不仅仅依赖于天然来源。此处回顾的证据表明，花青素、类胡萝卜素、叶绿素、甜菜赤素以及新兴的微生物或藻类色素系统在溶解度、pH行为、降解途径、基质兼容性、监管状态和使用成本方面存在显著差异。因此，用天然色素替代合成染料应被视为一个……

作者声明
所有作者都已阅读并批准了手稿的最终版本，并同意提交。

关于写作过程中人工智能和人工智能辅助技术的声明
在准备这篇手稿的过程中，作者使用了人工智能辅助工具来完善语言、组织文本和开发概念性插图。作者审查、编辑并验证了所有人工智能辅助的输出，包括科学术语、分类学命名、参考文献和图表内容。作者对最终手稿的准确性、完整性和原创性负全部责任。

CRediT作者贡献声明
Tarek Gamal Abedelmaksoud：写作——审阅与编辑、写作——初稿、可视化、监督、项目管理、方法学、形式分析、概念化。
Mohamed Mahmoud Al-Kharsa：写作——审阅与编辑、写作——初稿、可视化、方法学、形式分析、数据管理。
Mohamed Ibrahim Younis：写作——审阅与编辑、写作——初稿、可视化、资源管理、方法学、形式分析、数据管理、概念化。
Rawaa H.

无外部资金声明。

未引用的参考文献
欧洲食品安全局（EFSA），2026
美国食品药品监督管理局（FDA），2025
Zhao, Kong, Hu, Sun 和 Jiang, 2024

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。