利用靛蓝胭脂红-碳酸钙色淀改善膨化米条色泽稳定性与品质的综合研究

《LWT》：Preparation and Characterization of Puffed Rice Sticks Produced via Extrusion Using Indigo Carmine-Calcium Carbonate Lake

为解决传统铝基色淀潜在的铝暴露健康风险，并提升靛蓝胭脂红(IC)在膨化食品中的色泽稳定性，北京工商大学的研究人员创新性地利用碳酸钙(CaCO3)的不同晶型（如无定形、球霰石、方解石、文石）制备了靛蓝胭脂红-碳酸钙(IC-CaCO3)色淀。研究结果表明，该色淀应用于膨化米条时，不仅能提供优异的蓝色稳定性，降低钠含量并增加钙含量，还能较好地保持产品的质构特性、核心风味和感官品质，为开发安全、稳定的着色膨化食品提供了新的材料选择和理论依据。

　　

你是否想过，那些色泽鲜艳诱人的膨化零食，比如蓝色的膨化米条，其颜色是怎么来的，又是否足够安全？靛蓝胭脂红(Indigo carmine, IC)是一种常用的水溶性蓝色合成色素。然而，它的颜色在含有氧化剂、还原剂、糖、酸或盐的食品基质中容易“掉色”，稳定性欠佳。更关键的是，为了提升色素稳定性，工业上常将其制备成以色淀形式存在的颜料。但传统色淀的基质，如氢氧化铝(Al(OH)₃)，其潜在的铝暴露与多种健康风险相关，在部分儿童膨化食品中已被中国国家标准GB 2760禁用。那么，能否找到一种既安全又高效的基质来替代铝，制造出颜色稳定、品质优良的着色食品呢？

北京工商大学的翟旭、荆乐、付益奋、杨丽佳、王成涛、袁东东、王云娜等研究人员将目光投向了一种天然、丰富、生物相容性好的矿物——碳酸钙(CaCO₃)。他们的研究创新性地利用CaCO₃的四种不同晶型（无定形碳酸钙(ACC)、球霰石、方解石、文石），通过共沉淀法制备了相应的靛蓝胭脂红-碳酸钙(IC-CaCO₃)色淀，并首次系统地将其应用于膨化米条的着色。这篇题为“利用碳酸钙不同晶型制备的靛蓝胭脂红色淀在膨化米条中的应用与表征”的研究论文发表在国际食品科学知名期刊《LWT - Food Science and Technology》上，为开发非铝基的天然着色策略提供了有力证据。

为了系统评估IC-CaCO₃色淀在真实食品体系中的性能，研究人员开展了一系列严谨的实验。他们首先制备了四种IC-CaCO₃色淀（IC-ACC、IC-球霰石、IC-方解石、IC-文石）以及作为对照的纯IC和未添加色素（空白）的膨化米条样品。关键技术方法包括：采用高湿低温挤压膨化技术制备样品；依据国标测定水分、钠、钙含量；通过质构剖面分析(TPA)评估硬度、脆性、弹性、咀嚼性等物理特性；在光照和避光两种储存条件下，通过色差计监测颜色参数(L, a, b*)和总色差(ΔE)来评估色泽稳定性；依据中国相关标准由专业感官评价小组对样品的外观、色泽、气味、质地、杂质等五项指标进行感官评价；通过气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析挥发性风味化合物的组成与相对含量；并利用电子鼻(E-nose)和电子舌(E-tongue)对样品的整体气味和滋味轮廓进行快速、客观的鉴别与分析。所有实验均设置三次生物学重复，并进行统计学分析。

3.1. 水分含量分析

所有样品的水分含量均符合中国膨化食品国家标准。IC-ACC和IC-球霰石色淀组的水分与空白组无显著差异，而纯IC组、IC-方解石和IC-文石组的水分显著高于空白组。这表明ACC和球霰石晶型对产品水分影响小，可能与它们更大的比表面积增强了色素结合能力有关。

3.2. 钙和钠含量分析

所有着色样品的钠含量均远低于“无钠”声称的阈值。纯IC组的钠含量最高，而IC-CaCO₃色淀组的钠含量显著较低。同时，所有色淀组的钙含量均显著高于空白组和纯IC组，其中IC-方解石组的钙含量最高。这表明使用IC-CaCO₃色淀可以在不增加钠负担的前提下，为产品引入钙元素，起到着色和矿物质强化的双重作用。

3.3. 质构特性分析

色淀的添加普遍增加了膨化米条的硬度，但对脆性和弹性的影响较小，对咀嚼性的影响则因色淀类型而异。其中，IC-ACC色淀组的硬度、脆性、弹性和咀嚼性与空白组最为接近，表明其对产品原有质构影响最小。质构的改变可能与钙离子和米条中蛋白质的相互作用有关。

3.4. 色泽稳定性分析

在储存期间，所有着色样品的蓝色强度（b值负向增大）和总色差(ΔE)均有所增加。但与纯IC组相比，IC-CaCO₃色淀组表现出更优的色泽稳定性，其|Δb|和ΔE值在多数储存期内低于纯IC组，尤其是在避光条件下，IC-ACC、IC-方解石和IC-文石色淀组的稳定性更好。这表明IC-CaCO₃色淀能更稳定、均匀地分布在产品中，有效减缓了色素在储存过程中的变化。

3.5. 感官特性分析

在60天的储存期内，所有样品在外观、质地和杂质方面的感官评分变化不大。变化最明显的是色泽和气味属性。纯IC组的色泽评分最高，但色淀组（尤其是IC-ACC和IC-球霰石）在长期储存中表现出更好的色泽稳定性。所有样品的大米香气随储存时间逐渐减弱，但IC和IC-CaCO₃色淀的添加仅对气味有轻微影响。

3.6. 挥发性风味化合物分析

GC-MS分析显示，不同样品组具有独特的挥发性物质谱。空白组的特征性挥发性化合物（如石竹烯、己醛、壬醛等）在IC-ACC和IC-球霰石色淀组中得到了较好的保留。此外，IC-ACC色淀还显著增加了醛类、醇类和酯类等挥发性化合物的多样性和相对含量，丰富了风味谱。而IC-方解石和IC-文石色淀组的挥发性物质种类和含量则相对简单。

3.7. 电子鼻和电子舌风味分析

电子鼻的主成分分析(PCA)结果表明，IC-ACC和IC-球霰石色淀组的气味轮廓与空白组最为相似，表明它们较好地保留了膨化米条的原始气味特征。电子舌的PCA分析显示，IC、IC-ACC和IC-球霰石色淀组的滋味轮廓与空白组高度重叠，表明这些色淀的添加对产品的滋味（苦、鲜、甜、咸等基本味）影响甚微。而IC-方解石和IC-文石色淀组在气味和滋味上与空白组的差异相对较大。

3.8. 感官评价、挥发性风味化合物与电子鼻响应的相关性

感官评价中气味属性的评分趋势与GC-MS检测到的风味化合物种类、相对含量以及电子鼻的传感器响应强度具有一致性。例如，感官评分最高的IC-ACC组，其GC-MS显示的挥发性物质最为多样丰富，电子鼻的多个传感器也响应强烈。

研究结论与意义

本研究综合评估了四种IC-CaCO₃色淀在膨化米条中的应用效果。结论表明，与纯靛蓝胭脂红相比，IC-CaCO₃色淀不仅能有效提升产品蓝色的储存稳定性，还能保持乃至优化产品的多项品质。具体而言，IC-ACC和IC-球霰石色淀在保持产品原有水分、质构（特别是IC-ACC）、核心风味轮廓（通过GC-MS和电子鼻证实）以及滋味（通过电子舌证实）方面表现优异。同时，所有色淀的应用都实现了降低钠含量和增加钙营养的双重健康益处。感官评估也证实，色淀的添加未对产品外观、质地等产生负面影响。

这项研究的创新之处在于提出了一种基于天然CaCO₃的新型着色策略，成功规避了传统铝基色淀的健康风险。它通过多维度的分析技术（质构、感官、风味化学、电子感官），全面阐明了这种新型色淀对膨化食品整体品质的调控作用。因此，该研究不仅为开发安全、稳定、有营养强化潜力的彩色膨化食品提供了新的材料选项，也为食品添加剂行业探索非铝基质色淀提供了重要的理论支持和实践范例。尽管研究在稻米品种、色淀添加量等变量上存在局限，但其核心发现清晰地指向了IC-CaCO₃色淀作为一种可行、有效的IC替代品，在膨化谷物产品中实现稳定着色和品质保持方面的巨大潜力。