Farbstoffe, die zur Färbung von Lebensmitteln verwendet werden, müssen für diesen Zweck zugelassen sein und sind in der Lebensmittelzusatzstoffverordnung (E-Nummern-Liste) aufgeführt.
Die eingesetzten Farbstoffe kann man in natürliche, naturidentische und künstliche Farbstoffe unterteilen.

1. Natürliche Farbstoffe

Natürliche Farbstoffe werden aus natürlichen Rohstoffen (tierischem oder pflanzlichem Material) isoliert.

Isoprenoidderivate

Isoprenoidfarbstoffe bestehen aus einzelnen Isopren-Einheiten. Sie sind durch eine lange Kette konjugierter Doppelbindungen gekennzeichnet. Zu den wichtigsten Isoprenoiden gehören die Carotinoide. Carotinoide sind im Tier- und Pflanzenreich weitverbreitet. Sie sind unter anderem in Möhren, Paprika, Tomaten und Orangen, aber auch in Lachs und Hummerschalen (Lutein) für die Färbung verantwortlich. Großtechnisch werden sie durch Extraktion aus Mohrrüben gewonnen.
Der bekannteste Vertreter ist das beta-Carotin (β-Carotin, Bild 4), auch Provitamin A genannt. Es wird im Körper zu Vitamin A (Retinol) umgewandelt, welches am Sehvorgang beteiligt ist.

Tetrapyrrolderivate

Die Tetrapyrrolderivate, die für die Lebensmittelfärbung von Bedeutung sind, besitzen ein Porphyrin-Grundgerüst. Zu den Porphyrinen gehören neben den Chlorophyllen, die in allen Pflanzen (Fotosynthese) aber auch in Bakterien vorkommen, die Hämfarbstoffe (Hämoglobin = Farbstoff des Bluts). Gemeinsam ist allen Porphyrinfarbstoffen ein Metall-Ion als Zentralatom, Eisen bei den Hämfarbstoffen und Magnesium bei den Chlorophyllen (Bild 5).
Der grüne Blattfarbstoff Chlorophyll a ist in allen grünen Gemüsen, v. a. in Salat, in Spinat und Kohl, aber auch in Kartoffeln enthalten. Bei der Lagerung der Lebensmittel wird das Magnesium-Ion durch Wasserstoff ersetzt, wodurch eine oliv-bräunliche Farbe entsteht, die das Gemüse unansehnlich macht. Außerdem ist Chlorophyll a wegen des langkettigen Phytolrests im Ester nicht wasserlöslich. Daher verwendet man zur Färbung von Lebensmitteln modifizierte Chlorophylle. Einerseits wird das Magnesium durch Kupfer ersetzt, das stabilisiert den Komplex und erhält damit die Farbe der Verbindung. Andererseits verseift man den Ester und spaltet den Phytolrest ab, sodass die Verbindungen wasserlöslich werden. Chlorophyll wird aus Luzernen oder Brennnesseln extrahiert und u. a. zur Färbung von Cremespeisen, Likören, Süßwaren und Getränken verwendet.

Anthocyane

Anthocyane sind als Blüten- und Fruchtfarbstoffe in der Pflanzenwelt weitverbreitet (Bild 6). Ihr Farbspektrum reicht von Rot über Violett bis Blau. Die große Variationsbreite der Blütenfärbungen beruht auf der Mischung verschiedener Anthocyane, der Anwesenheit von unlöslichen Pigmenten und gelbem Flavon. Zusätzlich spielt der pH-Wert der Zellflüssigkeit eine Rolle.
Anthocyane bestehen aus einem Benzopyran-Grundkörper, an den eine Phenylgruppe und mehrere Hydroxy-Gruppen substituiert sind. An einer Hydroxy-Gruppe ist ein Zucker glycosidisch gebunden. Für die Farbigkeit spielt die Anwesenheit des Zuckers keine Rolle. Als Farbstoff werden die Aglyca (Moleküle, bei denen der Zucker fehlt) eingesetzt. Diese Aglyca werden als Anthocyanidine bezeichnet und gehören zu den Polymethinfarbstoffen. Anthocyane werden aus blauen Trauben, Kirschen oder Preiselbeeren gewonnen und zur Färbung von Süßwaren und Getränken eingesetzt.

Betalaine

Die Betalaine haben alle die gleiche Grundstruktur. Je nach der Verlängerung des mesomeren Systems durch die Reste R1 und R2 variieren die Farben von Gelb bis Rot. Der Hauptbestandteil des Rote-Beete-Farbstoffs ist das Betanin. Es wird als Extrakt aus den Wurzeln der Roten Beete gewonnen.

Curcuminoide

Curcuminoide werden aus der Wurzel von Curcuma longa und Curcuma xanthorhiza (Gelbwurzel) gewonnen. Das Curcumin aus dieser Gruppe bildet die gelbe Farbe des Curry, wird aber auch einzeln als Gewürz verwendet.

Cochenille

Cochenille ist der einzige Lebensmittelfarbstoff, der aus tierischem Material gewonnen wird. Er wird aus Schildläusen extrahiert, stammt aber eigentlich aus dem Saft des Feigenkaktus, der von den Läusen gesaugt wird. Cochenille gehört zu den Anthrachinonfarbstoffen und ist wegen der vielen Hydroxy-Gruppen und dem glycosidisch gebundenen Zucker wasserlöslich. Die Substanz gibt z. B. dem Campari® seine typische Farbe.

2. Naturidentische Farbstoffe

Als naturidentische Farbstoffe bezeichnet man Substanzen, die natürlicherweise in pflanzlichem oder tierischem Material vorkommen, die aber in der Regel aus wirtschaftlichen Gründen synthetisch hergestellt werden.
Ein Beispiel für diese Gruppe ist Riboflavin, ein gelber Farbstoff, der auch als Vitamin B2 bekannt ist. Hefe, Leber, Milch und Eier sind besonders reich an Riboflavin (Bild 7). Aus Milch wurde es erstmals isoliert und erhielt den Namen Lactoflavin. Heutzutage wird Riboflavin synthetisch hergestellt. Als Farbstoff wird es z. B. in Vanillepudding und Gebäck eingesetzt.

3. Synthetische Farbstoffe

Die meisten Farbstoffe in der Lebensmittelindustrie sind künstlich hergestellt und werden daher synthetische Farbstoffe genannt.

Azofarbstoffe

Die Azofarbstoffe bilden die größte Gruppe der synthetischen Farbstoffe. Ihr hauptsächliches Einsatzgebiet ist die Textilfärbung. Gegen Anfang des 20. Jahrhunderts wurden sie immer häufiger zur Färbung von Lebensmitteln verwendet. Denn sie haben gute Färbeeigenschaften und lassen sich gut miteinander mischen, sodass beinahe jeder Farbton möglich wird. Bereits in den 30er-Jahren stellte man allerdings fest, dass eine große Zahl dieser Verbindungen gesundheitsschädlich und krebserregend ist. Daher wurde z. B. der bis dahin zur Färbung von Margarine verwendete Farbstoff Buttergelb bereits 1938 verboten. Im Lebensmittelbereich werden Azofarbstoffe daher heute nur noch zurückhaltend eingesetzt. Tartrazin, Gelborange S sind zugelassene Azofarbstoffe, weil sie wasserlöslich sind und schnell aus dem Körper ausgeschieden werden.

Triarylmethanfarbstoffe

Das blaue Patentblau V und das grüne Brillantsäuregrün AS gehören in die Gruppe der Triarylmethanfarbstoffe . Sie werden in Süßwaren und Getränken eingesetzt. Da sie vom Körper nicht aufgenommen werden, sondern unverändert ausgeschieden werden, gelten sie als unproblematisch.

Indigofarbstoffe

Da Indigo selbst nicht wasserlöslich ist, ist es für die Lebensmittelfärbung wenig geeignet. Durch die Einführung von Sulfonsäure-Gruppen erhält man Indigotin, einen wasserlöslichen blauen Farbstoff. Das Glycosid des Indigotins kommt auch natürlicherweise in der Indigopflanze vor und wird schon seit Jahrhunderten zur Färbung von Stoffen benutzt.

Färbende Lebensmittel

Ein neuer Trend in der Lebensmitteltechnologie ist es, anstelle von Farbstoffen modifizierte, färbende Lebensmittel einzusetzen. Dies hat für die Herstellerfirmen den Vorteil, dass sie nicht unter die Lebensmittelzusatzstoffverordnung fallen und daher auf der Deklaration nicht als Farbstoff erscheinen müssen.
Auf der Grundlage von Johannisbeeren, Holunder, Hibiskus, Rotkohl, Curcuma, Brennnessel u. v. a. werden mithilfe moderner biochemischer und enzymatischer Verfahren stabile Farbkonzentrate mit guten technologischen Eigenschaften hergestellt.