食品化学课件 色素

第七章色素教学目的和要求了解食品着色剂的名称和使用条件，了解食品贮藏加工中控制色泽的一些技术及原理。掌握常见食品天然色素的化学结构以及基本的物理化学性质；常见食品天然色素可能在食品贮藏加工中发生的重要变化及其条件。掌握食品贮藏和加工中的酶促褐变及其抑制。7.1概述7.1.1、食品色素概念及作用1、食品色素食品中能够吸收和反射可见光波进而使食品呈现各种颜色的物质。包括食品天然色素、食品加工中形成的有色物质和食品着色剂。天然色素：植物或动物细胞与组织内的天然有色物质。食品级着色剂：食品染色，官方机构的批准方可使用。

2、发色团

在紫外和可见光区(200-800nm）具有吸收峰的基团被称为发色团。常见的发色团是含有多个－C=C－的共轭体系，其中可能会有几个-N=N-,-N=O,-C=S,-C=O等含有杂原子的双键。3.助色团

有些基团的吸收波段在紫外区，不可能发色，但当它们与发色团直接相连时，可使整个分子对光的吸收向长波方向移动而产生颜色，这类基团被称为助色团。如：-OH,-OR,-NH2,-NHR,-NR2,-SR,-Cl,-Br等。7.1.2、食品色素的分类1、按结构分类（四吡咯、多酚、异戊二烯类等）2、按来源分类（天然和人工）3、按溶解度分类（水溶和脂溶）7.2、四吡咯色素（卟啉类色素）由四个吡咯环通过四个甲烯基桥（－CH=）联成的大环称为卟啉环,当卟啉环带有取代基时，称为卟啉类化合物。7.2.1、叶绿素1、结构与性质叶绿素a：青绿色，鉴定：可见600～700nm（红光）叶绿素b：黄绿色，鉴定：可见400～500nm（蓝光）在高等植物中，叶绿素a：b≈3：1，为脂溶性。在生物体内形成叶绿素－脂蛋白复合体。2、重要衍生物名称结构变化颜色溶解性脱镁叶绿素镁离子被两个质子取代橄榄绿脂溶性脱植叶绿素植醇被羟基取代绿色水溶性脱镁脱植叶绿素镁离子被两个质子取代同时植醇被羟基取代橄榄绿水溶性焦脱镁叶绿素镁离子被取代，环戊烷脱甲酯基褐色脂溶性焦脱镁脱植叶绿素植醇被羟基取代，其它结构如焦脱镁叶绿素褐色水溶性铜代叶绿素（锌代叶绿素）：脱镁脱植叶绿素与铜（锌）形成螯合物，铜（锌）取代镁，亮绿色，水溶性，性质较稳定。3、叶绿素在食品加工和贮藏中的变化

（1）酶促反应

叶绿素酶是唯一能使叶绿素降解的酶，使植醇从叶绿素及脱镁叶绿素上脱落。最适温度60～82.2℃，100℃完全失活。间接作用：如脂酶、蛋白酶、果胶酯酶等,破坏叶绿素－脂蛋白复合体。（2）热和酸pH会影响叶绿素的降解在碱性条件下（pH9.0），对热非常稳定。在pH3.0的酸性条件下，叶绿素对热不稳定，先形成脱镁叶绿素，进一步形成焦脱镁叶绿素。温度越高脱镁越快。如腌制蔬菜盐的影响：加入钠、镁、钙的盐酸盐能降低叶绿素脱镁反应的速度。绿色蔬莱在加工前用石灰水或Mg(OH)2提高pH，有利于保持蔬菜的鲜绿色。（3）光降解光和氧的作用，使卟啉环和吡咯环裂解而褪色。4、护绿技术（1)、中和酸护绿（2)、高温瞬时杀菌（3）绿色再生（4）其它方法降低水分活度、气调保鲜7.2.2、血红素1、结构和性质血红素是以亚铁卟啉衍生物，主要存在于动物肌肉和血液中。肌肉红色来自于肌红蛋白(70～80％)和血红蛋白(20～30％)。放血后色泽的90％以上是由肌红蛋白产生。血红蛋白和肌红蛋白是球蛋白，其结构为血红素中的铁在卟啉环平面的上下方再与配位体进行配位，达到配位数为六的化合物，血红蛋白可看作肌红蛋白的四聚体。2、重要衍生物色素生产方式铁的价态颜色1、肌红蛋白高铁肌红蛋白还原或氧合肌红蛋白脱氧Fe2＋紫红色2、氧合肌红蛋白肌红蛋白氧合Fe2＋鲜红色3、高铁肌红蛋白肌红蛋白、氧合肌红蛋白氧化Fe3＋褐色或棕色4、亚硝基肌红蛋白肌红蛋白和一氧化氮结合Fe2＋粉红或亮红5、亚硝基高铁肌红蛋白高铁肌红蛋白与一氧化氮结合Fe3＋深红色6、亚硝基高铁肌红蛋白高铁肌红蛋白与过量亚硝酸盐结合Fe3＋红褐色红棕色7、肌色原肌红蛋白和氧合肌红蛋白因加热和受变性试剂作用Fe2＋暗红8、高铁肌色原肌红、氧合肌红、高铁肌红蛋白、肌色原因加热和受变性试剂作用Fe3＋棕色（褐色）9、亚硝基肌色原亚硝基肌红蛋白受热和变性试剂作用Fe2＋粉红10、亚硝基高铁血红素亚硝基高铁肌红蛋白与过量亚硝酸盐共热Fe3＋绿色11、硫肌红蛋白肌红蛋白与H2S和O2作用Fe3＋绿色12、胆绿蛋白肌红、氧合肌红蛋白受H2O2作用，氧合肌红蛋白受抗坏血酸或其它还原剂作用Fe3＋或Fe2+绿色3、在加工合贮藏中肉的颜色与化学变化（1）氧合和氧化氧合作用：分子态氧与肌红蛋白键合成为氧合肌红蛋白（MbO2），肉由紫红色变为鲜红色氧化反应：卟啉环中的Fe2+转变成Fe3+生成高铁肌红蛋白（MMb），紫红色Mb变成棕红色的MMb。氧合肌红蛋白氧气分压对三种肌红蛋白的影响氧化影响因素(1)低氧压时（1～20mm汞柱),主要为氧化作用；高氧压时，主要为氧合作用。(2)球蛋白的存在能降低氧化速度(3)pH低时氧化反应进行较快(4)痕量元素特别是铜会促进自动氧化(5)与Mb相比，MbO2

自动氧化的速度较低（2）肉色变绿血红素在强烈氧化后会变成绿色，绿色的形成有三种情况:A由于一些细菌活动产生的H2O2可直接氧化形成胆绿蛋白。B由于细菌活动产生的H2S等硫化物，在氧或H2O2存在下，可直接生成硫肌红蛋白。C由于HNO2过量引起，形成亚硝基高铁血红素。（3）在热加工中，

由于温度升高，造成肌色原和高铁肌色原的生成，颜色变为褐色、暗红色。（4）腌制肉品的变化

NOMb,NOMMb,亚硝基肌色原统称为腌肉色素，其颜色更加鲜艳，性质更加稳定（对热、氧),但对光不稳定（褐变）。在腌制开始时，如果含有较多的亚硝酸盐，肌红蛋白立刻被氧化为硝基肌红蛋白（NMb）。在还原剂存在下受热时NMb转化为绿色的亚硝基高铁血红素。4、肉及肉制品的护色（1）采用低透气性材料、抽真空和加除氧剂。（2）高氧压护色（3）采用100%CO2条件，若配合使用除氧剂，效果更好。腌肉制品的护色一般采用避光、除氧。7.3、类胡萝卜素（多烯类色素）

类胡萝卜素是一类使动植物食品显现黄色和红色的脂溶性色素。自然界中最丰富的天然色素，黄色常常被叶绿体的绿色所覆盖。7.3.1、结构、性质类胡萝卜素包括：①纯碳氢化合物组成的共轭多烯（胡萝卜素类）②上述化合物的含氧衍生物（叶黄素类）1、胡萝卜素类

类胡萝卜素最基本的组成单元是异戊二烯，通过共价键头-尾或尾-尾相连产生很多对称结构。具有共轭双键，构成其发色基团，这类化合物由8个异戊二烯单位组成。

所有的类胡萝卜素都是脂溶性色素稳定性一般，被氧化后会褪色（光、氧、金属离子、脂肪氧合酶）高温裂解褪色因酸、加热或光照而异构化，颜色影响不大。天然类胡萝卜素大多数可看作是番茄红素的衍生物

具有的颜色从黄到红，检测的波长范围一般为430～480nm2、叶黄素类种类多，叶黄素随含氧量增加，其脂溶性下降。叶黄素也可与糖或蛋白质结合，或与脂肪酸以酯类的形式存在。

叶黄素与蛋白质结合不仅可以保持色素稳定，而且可以改变颜色。7.4、多酚类色素7.4.1、花色苷1、结构和性质

花色苷是花青素与糖形成的苷类化合物。花青素有黄酮类化合物典型的碳骨架结构，具有2-苯基-苯并吡喃阳离子结构。

花色苷的糖基：葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖糖基连接的位置：（1）单糖苷只含一个糖基，几乎都连接在3碳位上。（2）二糖苷含二个糖分子，二个可以都在3碳位，或3和5碳位各有一个，极少在7碳上。（3）三糖苷的三个糖分子通常二个在3碳位和一个在5碳位的，有时三个在3碳位上形成支链结构或直链结构。食品主要花色素的取代基及取代位置

花色苷和花青素为水溶性色素，花色苷水溶性更大。2、影响花色苷稳定性的因素（1）结构分子中羟基数目增加则稳定性降低；甲基化程度提高则增加稳定性；糖基化增加也有利于色素稳定；不同糖基稳定性不同如半乳糖基比阿拉伯糖基稳定（2）pH值和温度酸度的改变，花色苷的结构改变，颜色随之改变。A：醌式（蓝色）AH+：花佯式（红色）B：拟碱式（无色）C：查耳酮式（无色）

花色苷受温度影响较大，加热平衡有利于向生成查尔酮型方向移动，颜色褪去。花色苷的热降解机制与花色苷的种类和降解温度有关。矢车菊色素-3-鼠李葡糖苷在pH0.71～4.02缓冲液中的吸收光谱，色素浓度为1.6×10-2g/L受pH变化的影响，在pH0.71时为深红色，pH升高色素转变成蓝色醌式。在酸性溶液中呈色效果好。(3)氧气与抗坏血酸的影响

花色苷的不饱和性使得对氧比较敏感发现果汁中花色苷和抗坏血酸会同时消失，由于抗坏血酸氧化时产生的过氧化氢诱导了花色苷的降解。使抗坏血酸氧化因素适用于花色苷，如铜能加速抗坏血酸的氧化，最终使果汁变成棕褐色。（4）水分活度

发现水分活度（0.63－0.79）时，花色苷稳定性最高。（5）光

光照通常会加速花色苷的降解，自身缩合或与其它分子形成复合物。（６）糖及其降解产物的影响

高浓度的糖有利于花色苷的稳定，因为高浓度糖可降低水分活度；低浓度的糖会加速花色苷降解。

（７）金属离子的影响

花色苷羟基与多价金属离子螯合（主要苯环上有邻羟基）形成稳定的螯合物，这些螯合物可使花色苷颜色由红转到紫、蓝、绿、褐色。一般影响食品颜色。（８）二氧化硫的影响

少量的SO2可迅速使很多的花色苷失色，造成可逆或不可逆地退色或变色。水果在SO2水溶液中退色，但再用水清洗后，颜色能恢复。不可逆变色是酸性下生成无色或微黄色花色苷亚硫酸盐复合物。（９）缩合反应花色苷自身或与蛋白质、多糖或单宁、类黄酮缩合形成稳定的物质，有的使颜色变化。（１０）酶促反应糖苷水解酶、多酚氧化酶（酶促）7.4.2、类黄酮色素

1、结构和性质类黄酮的基本结构：2-苯基-苯并吡喃酮

天然类黄酮能与多种糖形成糖苷存在，取代的糖基较多，位置常在7、5、3’、4’上，7位最多。

未成苷的类黄酮不易溶于水，成苷水溶性加大。

类黄酮的羟基呈酸性，具有酸类化合物的通性颜色较浅多为无色、白色、黄色。类黄酮分为许多子类。2、化学变化（1）类黄酮可与金属离子生成络合物。（2）缩合自身缩合，颜色、呈色强度有变化。（3）类黄酮在碱性溶液中易开环生成查耳酮型结构而呈黄色、橙色或褐色。（加酸控制）（4）类黄酮色素在空气中久置，易氧化生成褐色沉淀。（酶促褐变）7.4.3、原花色素（无色花青素）1、结构原花色素的基本结构单元是黄烷3，4--二醇以4→8或4→6键形成的二聚物，但通常也有三聚物和高聚物。水溶性，具有涩味。2、变化（1）在食品处理和加工过程中原花色素可转变成有颜色的物质，因为在无机酸存在下加热都可生成花色素。（2）在光照或空气下发生氧化，变成褐色物质。3、功能具有很强的抗氧化活性；抗癌；清除自由基；抑菌及抗病毒作用。7.4.4、儿茶素1、结构常见4种茶叶中含量最高，无色，有轻微的涩味。2、变化主要氧化，产生褐色物质。7.4.5、单宁无严格定义，很多结构不同的物质都为单宁。按功能定义:相对分子质量为500～3000的水溶性多酚化合物，它们与生物碱、果胶、蛋白质、金属离子形成沉淀。分为：缩合单宁（原花色素）和水解单宁单宁为轻微的黄色和褐色，很强的涩味。主要发生氧化和酶促褐变。7.5、酶促褐变7.5.1、反应条件多酚类底物，酶及氧酶：多酚氧化酶－铜酶，最适宜的PH值为6左右，pH小于3时无活性。80℃以上失活，90℃速度很快。过氧化物酶－铁酶，最