天然食用色素的生产工艺教学课件

天然食用色素的生产工艺 第一节 概述 能使人的视觉产生各种色感的物质，称能使人的视觉产生各种色感的物质，称 为色素。为色素。 人肉眼观察到的颜色是由于物质吸收了 可见光区（400800nm）的某些波长的光 后，透过光所呈现出的颜色。即人们看到 的颜色是被吸收光的互补色。 不同波长的颜色及其互补色 不同波长光的颜色及其互补色 物质吸收的光 透过光（互补色） 波长（nm） 相应的颜色 400 紫 黄绿 425 蓝青 黄 450 青 橙黄 490 青绿 红 510 绿 紫 530 黄绿 紫 550 黄 蓝青 590 橙黄 青 640 红 青绿 730 紫 绿 发色团 在紫外或可见光区(200800nm）具有 吸收峰的基团被称为发色团,发色团均具有双 键。 如：-N=N-, -N=O, C=S, C=C , C=O等. 助色团 有些基团的吸收波段在紫外区，不可能 发色，但当它们与发色团相连时，可使整个 分子对光的吸收向长波方向移动，这类基团 被称为助色团。 如：-OH, -OR, -NH2, -NHR, -NR2, -SR, -Cl, -Br 等。 2、作用： a. 食品色泽是决定食 品品质和可接受性的 重要因素。 b. 食品的色泽能诱导 人的食欲和提高食品 的商品价值。 1. 天然食用色素 如：辣椒红色素、叶绿素、姜黄、胡萝卜 素等 对光、热、酶等敏感，易褪色或变色。 二、食用色素按来源分： a. 以苯、甲苯、萘等为 原料， b. 色彩鲜艳，着色力强 ，性质稳定 c. 有不少合成色素具有 致毒、致癌、致畸作 用。 2. 人工合成食用色素 可以作为各种食品的着 色剂，如果酱、果汁 、果冻、果酒、汽水 、饮料、糕点等 三、天然食用色素的主要用途 第二节 天然色素分类 （1）植物色素 如蔬菜的绿色（叶绿素） 、胡萝卜橙红色（类胡萝卜素）草莓的红 色（花青素）等。 （2）动物色素 如猪肉的红色色素（血红 素）、及虾、蟹的虾青素、虾红素等。 （3）微生物色素 红曲色素、-胡萝卜素 一、天然色素按其来源不同可分为 二、食用色素按颜色分： 按色泽的不同，可分为： 绿色色素（如叶绿素）； 橙红色色素（如胡萝卜素） ； 红色色素（如番茄红素）等 ； 三、按色素的溶解性质可分为 （1）水溶性色素 花青素、黄酮类化 合物。 （2）脂溶性色素 叶绿素、类胡萝卜 素。 四、按色素化学结构的特征可分为 （1）四吡咯衍生物 叶绿素、血红素。 （2）异戊二烯衍生物 类类胡萝卜素、虾青素、 虾红素 （3）多酚类衍生物 花青素、黄酮类、单宁。 （4）酮类生衍物 红曲色素、姜黄素。 （5）醌类生衍物 虫胶色素、胭脂虫红等。 第三节 色素存在的形式 一、异戌二烯衍生物类胡萝卜素 类胡萝卜素又称多烯色素，广泛 分布于红色、黄色和橙色的水果 及绿色的水果蔬菜中。 类胡萝卜素为具有多个共轭 双键的分子，现已发了500多种， 按其结构中是否含有C、H元素组 成的官能团而将 类胡萝卜素分为 两大类： 一类为纯碳氢化物被称为胡萝卜 素； 另一类的结构中含有含氧基团， 称为叶黄素类。 类胡萝卜素为脂溶性色素。 胡萝卜素类目前指四种物质：-胡萝卜 素、-胡萝卜素、-胡萝卜素、番茄红素 。它们都是含40个碳的多烯四萜，由异戊二 烯经头尾或尾尾相连而构成。 胡萝卜素类为典型的脂溶性色素，易溶 于石油醚、乙 醚 难 溶 于 甲 醇 和 乙 醇 。 （一）胡萝卜素 1、结构及性质 2、在加工中的变化 胡萝卜素类其颜色在多数加工和贮藏 条件下点相当稳定的变化只是轻微的， 但 在有些加工条件下,使得其容易发生异构化 和氧化降解反应，严重影响胡萝卜素在食 品中的色感。 （ 二）叶黄素类 1、结构及性质 叶黄素类是胡萝卜素类的含氧衍生物 ，随着含氧量的增加，它们的脂溶性下降 ，因此叶黄素在甲醇和乙醇中很好溶解， 而难溶于乙醚、石油醚。 叶黄素类的颜色为黄色或橙黄色，少 数为红色，如与蛋白质相结合，颜色可能 发生改变。 2、在加工中的变化 叶黄素类在加工中遇到光照、氧化、 中性或酸性条件下加热，会发生异构化和氧 化降解反应，缓慢地使食品发生退色或褐变 。 二、多酚类衍生物花青色素与花黄色素 1、结构及物理性质 花青素是由苯并吡喃环与酚组成， 随着酚环上含有的羟基数目的不同而呈 现不同的颜色。 （一）花青色素水溶性色素 花青素易受氧化剂、温度等影响而变色 属水溶性色素，构成植物花、茎、叶、果实等的 美丽颜色， 花青色素基本结构 随着不同花青素结构中所带基团种类和数量 的不同，其颜色有所不同。其原因是不同基团及 数量不同的基团其助色效果不同，基本结构上所 带给电子基团越多，颜色越深。 2、花色苷的变化 花青素、花色苷稳定性差，其主要原因是其结 构中的环氧正离子结构及多个羟基的存在。 自身结构的影响：结构中自由酚羟基越多越不 稳定，花青素不如花色苷稳定，花色苷中糖基不 同稳定性亦不同。 *pH影响：溶液pH不同时花青素的结构不同，颜 色亦有所不同。pH7，呈红色；pH为8.5左右呈紫 色，pH为11则显蓝色。 *温度的影响：加热影响花色苷溶液平衡，使其 向形成查尔酮方向移动。 *加热也可使花色苷分解：一般按照三种途径进 行第一种分解途径可以看作加热水解；第二种分 解途径可看作醚键水解断裂； *光照的影响：光照可以加速花色苷的分解， 多羟基黄酮、异黄酮和噢哢的磺酸酯对光 分解有抗性。 *抗坏血酸的影响：花色苷受抗坏血酸的影响 是抗坏血酸可以将氧分子转化为过氧化氢 ，而过氧化氢可以进攻花色苷的2-C,导致 红色苷的分解。 1、结构、性质及类型 是由苯并吡喃酮与苯环组成，广泛分布于 植物的花、果实、茎、叶中。 在水中溶解度较大，属水溶性色素。 （二）花黄素（黄酮类色素）水溶性色素 2、加工与贮藏时的变化 * 类黄酮与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离 子可以形成络合物，而使颜色变深而发生变化。 *加工条件中使pH上升，无色的黄烷酮或黄烷酮 醇可变为有色的查耳酮类。 *发生酶促褐变的中间生成物可氧化类黄酮而产生 褐色物质。 三、四吡咯衍生物叶绿素与血红素 （一）叶绿素 1、结构、物理性质及应用 食品中的叶绿素，常为脱镁、脱 植醇后的产物与铜、锌或铁离子结合形 成，性质稳定，水溶性较好。 天然叶绿素由a、b两种物质组成 ，a为青绿色，b为黄绿色。均不溶于 水，溶于丙酮、乙酸乙酯等有机剂。 加工中，叶绿素变化后会产生几种重要的衍生物。 2、叶绿素在加工储藏中的变化 *酶促变化：脂酶、蛋白酶、果胶酶等通过作用于 相应的底物（非叶绿素），间接使叶绿素发生与蛋白 或自身分解，降低稳定性。叶绿素酶可直接使叶绿素 脱镁脱植。 *光解：加工储藏中的食品或食品原料，其中所含的 叶绿素很易受光作用而分解褪色。 *酸和热的作用：加热使叶绿素脱镁、脱植，也可 发生异构化反应，使颜色向褐色转变。pH影响叶绿素 的分解速度，pH9.0时最稳定，3.0时最不稳定。 3、护绿技术 l 中和酸而护绿：中和酸的重点是绿色植物内部不 断产生的酸性物质，所以要长期保持体系中pH接 近中性，要采取一些特殊的方法，如缓慢释放的 碱等。 l 高温瞬时杀菌 l 绿色再生：绿色再生技术是利用一定的方法将叶 绿素中的镁置换为铜、锌等。 l 其它方法 1）造血作用：叶绿素中富含微量元素铁，是 天然的造血原料，没有叶绿素，就不能源源不断 地制造血液，人体就会发生贫血。 2）提供维生素：叶绿素中含有大量的维生素 C与无机盐，是人体生命活动中不可缺少的物质 ，还可以保持体液的弱碱性，有利于健康。 3）维持酶的活性：酵素也称“酶”，是人体内 化学变化的催化剂，负责各种化学物质的合成和 分解工作。若酵素不足，一些化学物质得不到充 分的分解与合成，就会形成过氧化物质自由基， 它破坏人体的正常细胞，导致各种疾病的发生。 而叶绿素可以维持酵素的活性，使其发挥出极强 的抗氧化作用，抵抗自由基，延缓衰老。 叶绿素的作用 4）解毒作用：叶绿素是最好的天然解毒剂，可以中 和各种垃圾食品中含有的防腐剂、添加剂和香精等在体内 积存的毒素，并将其排出体外起到净化血液的作用。 5）消炎作用：叶绿素还能预防感染，防止炎症的扩 散，具有杀菌消炎的作用。对于很多炎症特别是皮肤发炎 、外伤、久治不愈的胃溃疡、肠炎等都有意想不到的效果 。 6）脱臭作用：叶绿素的又一重要作用就是脱臭，原 因在于它可以抑制代谢过程中产生的硫化物。只要每天适 量的饮用青汁，就能使口腔、鼻腔、身体散发出的口臭、 汗味、尿味、粪便味等异味消失。 7）抗病强身：叶绿素在改善体质，祛病强身方面也 有很多作用。如能增强机体的耐受力；还有抗衰老、抗癌 、防止基因突变等功能，是人体健康的卫士。 8）纤维素丰富：因为纤维 在植物的叶子中与叶绿素 一同存在，所以摄取叶绿素就等于同时摄取了纤维素。 （二）血红素 1、结构、物理性质 种类 ：血红蛋白、肌红蛋白。 血红素在血液中的存在形式为血红蛋白，在肌肉 中的存在形式为肌红蛋白；肌红蛋白是一个由153个氨 基酸残基形成的蛋白质分子，血红素处于分子中的疏 水空腔内。 在肉品的加工贮藏中肌红蛋白会转化为多种衍生 物，从而会呈现不同的色泽。 2、肉色在贮藏加工中的变化 肉中还原态的肌红蛋白向两个不 同的方向转变，一部分发生氧合反 应生成鲜红色的氧合肌红蛋白，一 部分发生氧化反应生成棕褐色的高 铁肌红蛋白。 此外，鲜肉加热时会迅速变色 。 四、酮类衍生物红曲色素 来源于微生物，是红曲霉的菌 丝所分泌的色素。 在我国自古以来就是用于着色 。 从不同菌种得到的红曲色素， 其组成是有区别的。 红曲色素对pH稳定，耐热性、 耐光性强，几乎不受金属离子 、氧化剂和还原剂的影响。 五、醌类衍生物虫胶色素 此类色素有苯醌、萘醌 、蒽醌、菲醌等类型。 颜色与分子中带有的酚 性羟基似乎有一定的关 系。 天然食品色素 食品在加工贮藏过程中，其本身具有的色素如 叶绿素、血红素、花青素等可能受加工贮藏条件的 影响，发生褪色或变色。为了保持食品外观质量， 有必要添加某些色素弥补颜色的缺陷。生物技术的 进展也提供一些微生物色素，常见的天然食品着色 剂有甜菜红、姜黄、紫胶红、叶绿素铜钠盐、辣椒 红和-胡萝卜素多种。 综上，根据其来源分类 1、植物色素 2、动物色素 3、微生物色素 4、矿物色素 天然色素安全上优于合成色素并可使用 于所有食品种类。因此认为，为了给食 品添加色素，最好选用天然色素，即使 成本提高，消费者还是乐意接受的。 思考？ 1.天然色素可以分为哪几种类型？ 2.水溶性色素有哪几种？脂溶性色素有哪几种？ 3.天然红色食品着色剂有哪些？各有何特点？ 第四节 胡萝卜素的提取 胡萝卜素是最早发现于胡萝卜肉质根中 的红橙色色素，属多烯色素。 广泛分布于生物界，颜色从黄、橙、红 以至于紫色都有。 不溶于水而溶于脂肪溶剂。 一、介绍 -胡萝卜素在澳大利亚、德国、意大利、新 西兰、瑞典、瑞士、英国、美国和我国作为 保健品使用。 0.6g的-胡萝卜素相当于1国际单位（IU） 的维生素A -胡萝卜素结构与VitaminA相似，在人体内 可转化为VA，具有较好的抗氧化性，能清除 体内氧自由基，有防癌作用。 二、-胡萝卜素用途 一、医药用途 目前认为-胡萝卜素具有抗氧化、 抗肿瘤、抗衰老等作用，如对艾滋病患者可提高 免疫力。 二、食品添加剂 -胡萝卜素具有防止衰老和增强免 疫力等作用，也是重要的色素，是联合国粮农组织（ Food and Agricultrure Organization of the United Nations)，简称：FAO）和世界卫生组织（World Health Organization，简称：WHO）食品添加剂联 合专家委员会认定的A类优秀有营养的食品添加剂（ food additives）。全世界已有52个国家、地区批准 使用，国际上需求量在1000吨以上，年增长率达10 15 三、日用化妆品 -胡萝卜素的提取物含丰富的氨基 酸、维生素、天然保湿因子、微量元素和其它生物 活性物质，在日用化妆品（唇膏、胭脂等）中添加 -胡萝卜素，色泽丰满自然，还能起到保护皮肤的作 用。 四、饲料添加剂 能提高动物的生长速率和肉类质量 ，提高牛、马、猪的繁殖能力，增强鲑鱼、虾的色泽 ，加深禽蛋的颜色。 三、胡萝卜素制备方法 一、化学合成： 化学合成法是指采用有机化工原料， 通过化学合成反应，人工合成-胡萝卜素的 一种方法。 化学合成法生产胡萝卜素技术复杂、难 度大、活性低、毒性强，不能完全被人体 吸收，并对人体产生一定程度的毒副作用 ，不少国家已限制使用。 二、天然产物提取法 ： 从天然植物原料或者植物原料经加工处理 后的下脚料中，采用有机溶剂(如石油醚、 氯仿、丙酮、乙醚、乙醇等)萃取-胡萝卜 素的一种方法。 三、生物发酵法 生物发酵法又称为生物合成法，是指利用微 生物培养技术，通过微生物的培养，利用微生物 在其体内合成-胡萝卜素，然后自微生物体内分 离得到-胡萝卜素的一种方法。 四、酶法： 目前该方法的研究目的主要是提高果汁饮料中 -胡萝卜素的含量。 研究表明果胶酶和纤维素酶 处理胡萝卜泥可以提高出汁率，胡萝卜素提出率 可增加2倍多，混浊度增加，稳定性提高，胡萝卜 汁的颜色变深。 提取工艺流程（天然产物提取法） (1)原料处理：选色素含量高的胡萝卜，清水洗净，切成 丝； (2) 乙醇提取：加1.2倍50%的乙醇，用1mol/L盐酸调节 pH为4，加热至60度，反应1h，过滤，收滤液； (3)回收乙醇：用回收塔回收乙醇； (4)浓缩：加热，浓缩1015倍； (5)酶解去果胶：加入0.15 0.2%的果胶酶，然后在 pH3 4，温度35度左右，反应3 5h； (6)除生味：加入3%白皮白心萝卜汁调节pH至3.5， 35 度处理1h，然后用高压锅加热至于121度，放出蒸汽 ； (7)浓缩：加热浓缩 (8)喷雾干燥：用喷雾干燥设备进行干燥。 第六节 姜黄色素的提取 姜黄色素是从姜科类 植物姜黄的根茎经物理 方法以有机溶剂提取精 致所得。 本品为橙黄色素粉末 ，具有姜黄特有的香辛 味；色泽鲜艳、稳定性 强、无毒无害、安全性 高等特点，被广泛应用 于食品着色。 （1）有机溶剂提取法：用相当于原料若干倍的乙醇 等有机溶剂浸提经粉碎的姜黄原料，然后采用离 心或过滤的方式分离提取液。该法的主要优点是 提取率高，但有机溶剂消耗大，产品成本高，生 产安全性差。并且提取液中除姜黄色素外还含有 脂溶性杂质。 （2）水提取法：姜黄色素易溶于碱水，可用1%左右 的NaOH加热浸提姜黄中的姜黄色素。尽管效率不 及有机溶剂，但从经济和安全性方面考虑，仍有 很强的实用性。 一、姜黄色素粗提取方法 二、姜黄色素的精纯方法 （1）专一性溶剂法：利用姜黄色素与其它杂质对 某些溶剂（如石油醚、乙醚）溶解度的差别，经 多次处理粗制品，使色素与杂质分开； （2）酸碱法：用酸碱对粗制品进行适当处理，使 其中酯类水解，达到易于干燥和提纯的目的。 （3）酶水解法：用水提取的姜黄色素，其 粗制品中含有淀粉，可用淀粉酶进行处理 ，达到纯化的目的； （4）柱层析法：用有机溶剂提取的姜黄色 素，含有大量脂溶性杂质，根据姜黄色素 与脂溶性杂质在层析介质上吸附性不同， 用吸附柱层析的方法将其分离开。 姜黄色素提取工艺流程图 取0.1g标准姜黄色素加热溶解于冰乙酸中， 定容100ml； 分别取5ml，10ml，15ml至容量瓶中，定容 100ml； OD540nm处测吸光值，然后再建立标准曲线 ； 取0.1g样品，溶于冰乙酸中，然后定容 100ml; 测OD540； 从标准曲线中求得样品的含量； 姜黄色素的含量检测方法 第七节 辣椒红色素的提取 辣椒红色素是从辣椒中提 取的一种天然色素，属于 类胡萝卜系色素。 颜色鲜艳，色调多样。 对人体无任何副作用 广泛应用于医