天然色素讲演稿（原创）培训材料课件

天然色素天然色素 演讲者：高演讲者：高 梅梅 指导老师：刘晓庚指导老师：刘晓庚 教授教授 20112011年年1111月月1 1日日 DateDate 1 1 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 第第1 1节节 概述概述 第第3 3节节 色素的主要检测方法色素的主要检测方法 第第4 4节节 异戊二烯类色素异戊二烯类色素- -类胡萝卜素类胡萝卜素 第第5 5节节 多酚类色素多酚类色素 主主 要要 讲讲 授授 内内 容容 第第2 2节节 色素的主要制备方法色素的主要制备方法 第第6 6节节 四吡咯色素四吡咯色素 第第7 7节节 我国天然色素存在的问题我国天然色素存在的问题 第第8 8节节 食用色素的安全性及其使用的相关法律法规食用色素的安全性及其使用的相关法律法规 DateDate 2 2 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 第一节第一节 概述概述 一、天然色素的含义 食用天然色素主要是从植物组织中提取的色素,也包括来 自于动物微生物的色素和少量无机矿物色素。 二、天然色素的分类 按其来源不同可分为: (1)植物色素,如甜菜红、-胡萝卜素等。 (2)动物色素,如紫胶红、血红素等。 (3)微生物色素,如红曲红等。 按其化学结构可分为: (1)四吡咯衍生物,如叶绿素、血红素等。 (2)异戊二烯衍生物,如辣椒红、胡萝卜素等。 (3)多酚类衍生物,如越桔红、萝卜红素等。 (4)酮类衍生物,如红曲红、姜黄素等。 (5)醌类衍生物,如紫胶红、胭脂虫红等。 DateDate 3 3 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 二、色素的发色机理 不同的物质能吸收不同波长的光，如果某物质所吸收的波 长在可见光区域(400800nm),那么该物质就会呈现一定的颜 色,这种颜色是未被吸收光波反映出来的颜色。 物质之所以能吸收可见光而呈现不同的颜色,是因为其分子含 有某些特殊的基团即生色团(生色基或发色基),这些基团有: 有些基团，如-OH、-OR、-NH2、-NR等，这些基团与共轭键 或生色基相连接,使共轭键或生色基的吸收波长长移而显色,这 些基团称为助色团。色素都是由发色团和助色团组成。 DateDate 4 4 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 第二节第二节 色素的主要制备方法色素的主要制备方法 天然色素常用的制备方法,大致有萃取法、组织 培养法、粉碎法、压榨法、酶反应法、微生物发 酵法以及人工合成法,其中最常用的是萃取法。 1. 萃取法 主要工艺是将采集的天然色素植物原料,通过分 选、水洗去泥、晒干去水,再经粉碎机粉碎后置于 溶液中浸泡提取，提取液经离心分离、浓缩、干 燥、精制而得成品。工艺流程图为: 原料分选 水洗 干燥粉碎 溶剂萃取过滤分 离干燥精制成品 DateDate 5 5 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2. 压榨法 利用挤压方法将粉碎后的新鲜植物的叶、果、皮中色素成分 随植物浆液挤压出来。该法适用于提取水溶性色素, 但提取的色 素杂质含量较高,需进一步精制。 3. 粉碎法 植物样品干燥后, 粉碎制成色素制品,如可可豆色素。粉碎法的 简易工艺路线为原料-筛选-水洗干燥-粉碎-成品。 4. 酶反应法 酶反应法是通过酶反应产生所需要的颜色, 如桅子黄色素经酶 处理可产生桅子蓝色素、红色素。酶反应法工艺路线为原料-筛 选-水洗千燥-破碎-萃取-酶反应-萃取、浓缩-千燥制成粉剂或加 溶剂-成品。 5. 超临界流体萃取法 超临界流体萃取是一项新兴的萃取分离技术, 即利用流体在临 界点附近某区域内对原料中的目标物质有独特的溶解能力和传 质速率等特点, 通过对压力和温度的调控, 对目标物质进行选择 性的提取与分离。生产中常用的萃取剂是超临界CO2流体。该技 术适合提取分离非挥发性、热敏性、脂溶性色素, 如辣椒红素、 胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素、番茄红素等。 DateDate 6 6 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 6. 超声波提取法超 声波提取法就是利用超声波产生的强烈振动、很高的加 速度、强烈的空化效应、搅拌等特殊作用来破坏植物细胞, 使溶媒渗透到被提取物的细胞中, 以使被提取物的化学成 分溶于液体之中, 再通过化学分离提纯得到所需成分。超 声提取的主要动力是声空化。超声波强化萃取技术现已用 于叶绿素、姜黄色素、桅子黄色素、板栗壳棕色素、桑套 红色素等多种天然食用色素的提取。 7. 微波萃取法 微波强化萃取技术是将微波激活与传统的溶剂萃取法结 合起来而形成的新型萃取技术。其基本原理是利用微波场 中吸收微波能力的差异, 使萃取体系中的某些区域或某些 组分被选择性加热, 从而使目标组分从原料中溶出。该法 适用于对番茄红素等脂溶性色素的辅助提取, 有利于提高 萃取效率。 DateDate 7 7 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 第四节第四节 异戊二烯类色素异戊二烯类色素类胡萝卜素类胡萝卜素 类胡萝卜素(carotenoids)是一类使动植 物食品显现黄色和红色的脂溶性色素。类胡 萝卜素在自然界中分布相当广泛，现已发现 600多种，其中3850种是维生素A生物合成 前体，是人类饮食中必需的成分。 类胡萝卜素为脂溶性色素。含氧胡萝 卜素可溶于甲醇和乙醇，而不含氧的只在甲 醇、乙醇中微溶，易溶于石油醚。类胡萝卜 素的吸收波长430nm480nm。 DateDate1010 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 一、类胡萝卜素的种类及其结构 1、类胡萝卜素的种类 一般来说，类胡萝卜素包含两种，一种为只含 碳氢的化合物，称为胡萝卜素，另外一种为含氧 的衍生物，称为叶黄素。 胡萝卜素类包括：-胡萝卜素、-胡萝卜素、- 胡萝卜素、-玉米胡萝卜素、-玉米胡萝卜素等。 叶黄素类包括：叶黄素、黄体黄素、-隐黄素、 -隐黄素、玉米黄素、玉红黄素 等。 DateDate1111 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2、类胡萝卜素的结构 类胡萝卜素一般为由8个C5-异戊二烯头尾相连组成具 对称结构的类异戊二烯，其中包括环化的(如-胡萝卜素) 或无环的(如番茄红素)胡萝卜素，以及含有氧原子的胡萝 卜醇等。 胡萝卜素 -胡萝卜素 - 胡萝卜素 DateDate1212 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 新黄质(C40H56O4) 玉米黄素(C40H56O2) 辣椒红(C40H56O3) 胭脂树素(C25H30O4) 辣椒玉红素 含氧衍生物 DateDate1313 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 岩藻黄质 叶黄素 堇菜黄质 虾青素 DateDate1414 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 二、类胡萝卜素的分布状况 类胡萝卜素广泛分布于多种植物的色素体中，尤以十 字花科植物、黄绿色蔬菜和各种水果中含量最为丰富。我 国的类胡萝卜素资源十分丰富，如植物类的胡萝卜、番茄 、桔子皮和海洋中的藻类等的产量、品种和品质均在国际 上名列前茅，而且近年来它们是呈现出提高上升的快速发 展趋势。 人体血液中也含有丰富的类胡萝卜素，人体血液中最 重要的类胡萝卜素包括-胡萝卜素、-胡萝卜素、番茄红 素、隐黄素、黄体素及少量的玉米黄素。类胡萝卜素的输 送主要依靠血液中的脂蛋白,其中低极性的类胡萝卜素由 低密度脂蛋白输送,而极性较高的叶黄素由数种血液成分 共同运送。 DateDate1515 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 蔬菜蔬菜 名称名称 -胡萝卜素胡萝卜素 /mgkg/mgkg-1 -1 蔬菜蔬菜 名称名称 -胡萝卜素胡萝卜素 /mgkg/mgkg-1 -1 蔬菜蔬菜 名称名称 -胡萝卜素胡萝卜素 /mgkg/mgkg-1 -1 蔬菜蔬菜 名称名称 -胡萝卜素胡萝卜素 /mgkg/mgkg-1 -1 大白菜0.3白萝卜长豆角1.4小茴香22.3 小白菜11.1红萝卜0.1大豆角0.7小葱1.35 黄豆芽0.5胡萝卜23.6菜花0.1洋葱 绿豆芽0.4青辣椒3.9包菜0.8大蒜 萝卜樱25.1黄瓜1.5冬瓜0.8菠菜24.2 香椿6.1茭白0.2南瓜25.8韭黄28.9 西葫芦0.1紫茄子0.3西红柿4.2莴笋0.2 DateDate1616 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 三、类胡萝卜素的化学特性 1) 所有类型的类胡萝卜素都是脂溶性化合物。 2) 具有适度的热及酸碱稳定性。 3) 易发生氧化而褪色，亚硫酸盐或金属离子的 存在将加速-胡萝卜素的氧化。 4) 光的作用下很容易发生光敏氧化及异构化。 5) 类胡萝卜素的颜色在黄色至红色范围，其检 测波长一般在430480nm。 DateDate1717 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 6) 许多试剂能与类胡萝卜作用产生光谱位 移，因此可用于类胡萝卜素的鉴定。类胡 萝卜素常与蛋白质结合，比游离态稳定。 7) 类胡萝卜素易被组织中存在的许多酶体 系特别是脂肪氧合酶迅速降解。 8) 某些类胡萝卜素可以作为一种单重态氧 猝灭剂，这种作用与氧分压的大小有关。 9)由于类胡萝卜素物质分子中都含有较多的 共轭双键，具有很强的抗氧化活性，可以 保护机体免受活性氧碎片的破坏。 DateDate1818 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 四、类胡萝卜素的生物活性 安全的维生素A 的来源(&-胡萝卜素) 脂溶性抗氧化剂 促进免疫功能 (-胡萝卜素) 保护DNA(番茄红素) 预防视网膜黃斑变性 (叶黃素) DateDate1919 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 五、类胡萝卜素的生产提取 直接提取法，例如大规模培养杜氏藻从中提取-胡 萝卜素、从番茄中提取番茄红素，从灯盏花菊中提 取叶黄素，从红辣椒中提取辣椒玉红素。从废弃的 虾皮中提取虾青素等。 生物发酵提取法，通过发现和驯化高产菌种进行生 物发酵，再通过提取得到。例如生物发酵用深红酵 母 、三抱布拉菌 等来生产-胡萝卜素、番茄红素， 用红发夫酵母 来生产虾青素。 化学合成法，例如己工业化的产品包括-胡萝卜素 ，角黄素、番茄红素、虾青素、玉米黄素等均有化 学合成产品。 DateDate2020 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 以上三种方法具有各自的特点，直接提取法由 于自然界动植物或藻类来源广泛，绝大部分类胡萝 卜素均可以用此法得到，但多数情况下纯度不高或 原料含量低而导致效率低、成本高；生物发酵提取 法菌种选育和驯化难度大，成功应用的较少，目前 主要集中在-胡萝卜素、番茄红素、虾青素这三个 品种的研究并有了一定的进展。同样如果单位发酵 效价低也会导致生产成本居高不下。化学合成法的 特点总体来说是成本相对较低，纯度很高，一旦寻 找到合适的合成路线或方法，则其高效率和成本低 的优势就得以体现出来。 DateDate2121 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 1. 直接提取法 提取 类胡萝素的方法有多种，如有机溶 剂浸提法、超声波提取法、超临界流体萃取法 (SFE)、大孔树脂吸附法、酶工程法、色谱法 等。有机溶剂浸提法是目前生产中提取天然色 素的常用方法。 有机溶剂浸提法提取色素的基本原理是用各 种溶剂萃取天然色素原料，根据相似相溶原理 ，使色素物质溶解而进入溶液，是一种固一液 萃取过程。常用的浸提液为石油醚与丙酮或乙 醇的混合提取液。 DateDate2222 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 DateDate2323 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2. 生物发酵法 用微生物发酵法生产天然-胡萝卜素，也是近 些年国外研究的一大热点。Nattell等报道用粘红 酵母(Rhodotorula glutinis)发酵生产件胡萝卜素， 培养20h，其中-胡萝卜素产量2.5mg/g干细胞。 俄罗斯等东欧国家，己完成用三抱布拉霉发酵生 产-胡萝卜素的发酵工艺、产品后处理工艺等研 究，实现工业化生产。国外通过养殖盐藻规模生 产天然-胡萝卜素胡萝卜素技术较为成熟大面积 养殖杜氏盐藻，然后通过溶剂萃取等方法提取， 是目前国外生产天然胡萝卜素的主要手段。 DateDate2424 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 3.化学合成法 所有的类胡萝卜素均通过类异戊二烯化合物或 萜类化合物途径合成。 uRoehe公司C19+C2+C19路线 以-紫罗兰酮为起始原料，先合成C14醛1- (2,6,6-三甲基-1-环己烯基-)-3-甲基-2-丁烯-4-醛， 经缩醛保护后分别与乙烯基醚和丙烯基醚缩合先 后得到C16醛 6-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基)-4-甲基- 2,4-己二烯醛和C16醛8-(2,6,6-三甲基-11-环己烯 基)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯醛，最后与乙炔的双 格氏试剂加成得到-胡萝卜。 DateDate2525 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 DateDate2626 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 uC15+C10+C15路线 BASF公司以-紫罗兰酮为原料，与乙炔加成、选择性 还原三键得到乙烯基-紫罗兰醇，再与三苯基膦反应形成 C15三苯基膦盐，最后以C15+C10+C15的连接方法经Wittig反 应得到-胡萝卜素。 DateDate2727 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 u从维生素A合成卜胡萝卜素的C20+C20路线 以维生素A或制备维生素A的母液或脚料为原 料，一部分氧化成C20醛，另一部分与三苯基膦硫 酸反应生成C20三苯基膦盐，由Wittig反应合成- 胡萝卜素。 DateDate2828 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 六、类胡萝卜素的生物合成 在高等植物中，类胡萝卜素是在质体中 通过类异戊二烯途径合成的。近几年来，人 们对类胡萝卜素生物合成的认识取得了很大 的进展。其生物合成包括缩合、脱氢、环化 、经基化及环氧化等一系列反应。异戊烯焦 磷酸(IPP)是所有类异戊二烯物质形成的共同 前体。 DateDate2929 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 DateDate3030 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 七、类胡萝卜素的氧化降解 u氧化降解的途径 类胡萝卜素氧化降解的途径主要有化学降 解和酶降解。化学降解途径包括：直接化学氧 化降解、热氧化降解、光氧化降解、光热氧化 降解和加压氧化降解等方式。酶降解途径包括 ：羟化酶途径(BCH途径)、双加氧酶裂解途径 (CCD途径)和氧化酶途径(BCO途径) 。 DateDate3131 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 BCO + BCH CmCCD1 类 胡 萝 卜 素 香叶基丙酮假紫罗兰酮-紫罗兰酮 动物体内裂解途径 维生素A酸维生素A醛 紫黄质新黄质脱落 醛 脱落酸玉米黄质 DateDate3232 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 -胡萝卜素 -胡萝卜素 -胡萝卜素 八氢番茄红素 叶黄素 玉米黄素 全反式紫黄素 香叶基丙酮 -紫罗兰酮 假紫罗兰酮 -紫罗兰酮 3-羟基-紫罗兰酮 3-羟基-紫罗兰酮 3-羟基-5,6-环氧-紫罗兰酮 u类胡萝卜素及其主要裂解底物 DateDate3333 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 -胡萝卜素的氧化降解主要生成酮类、醇类、醛类 、烯烃类、呋喃类、芳烃类以及少量的酸类及酯 类物质，其中主要是-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯 。 叶黄素催化氧化降解的产物主要包括酮类、醇类 、醛类、呋喃类、烯烃类、芳烃类化合物，其中 主要是异佛尔酮、-紫罗兰醇、二氢猕猴桃内酯、 -环柠檬醛、-环柠檬醛、-紫罗兰烯等。类胡萝 卜素降解的产物大部分具有各自的特征香气。 u氧化降解主要产物的香气特征 DateDate3434 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 DateDate3535 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 u类胡萝卜素氧化降解的机理探讨 -胡萝卜素的降解反应机制也依据其降解方式而有所不 同，热降解、光氧化降解、化学氧化降解等主要是先发生氧 化作用然后再发生降解反应；高温热裂解一般主要是发生分 子的直接断裂作用；生物氧化及酶催化氧化降解则是依靠酶 的催化作用而直接完成同步的氧化降解作用。 O 氧化降解氧化+ H2O + 2 H + 2 H + 2/3 O2 - 3 H2O - CO2 2 H2O CO2 键断裂处 -胡萝卜素 -紫罗兰酮5,6-环氧紫罗兰酮5,6-二羟基-紫罗酮 7,8-二氢-5,6-二羟基紫罗酮 7,8-二氢-5,6-三羟基紫罗醇 二氢猕猴桃内酯 DateDate3636 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 八、氧化降解对食品品质的影响 食品中类胡萝卜素含量与食品品质之间存在 正相关关系，一方面食品外观品质(如色泽)与类 胡萝卜素成分含量直接相关；另一方面类胡萝卜 素是食品香气成分的重要前提物质，对食品的香 气量、香气品质和风味有直接作用。因此，类胡 萝卜素及其氧化降解产物在工业上常用作着色剂 和食品添加剂。 DateDate3737 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 对色泽的影响 研究表明植物的脱辅基类胡萝卜素参与色素 、风味、香气的形成。Mwafaq等指出不同颜色 的香瓜，由于脱辅基类胡萝卜素成分及类胡萝 卜素含量的不同，其风味和香气存在明显差异 ，在桔黄色香瓜中类胡萝卜素、-紫罗酮、-环 柠檬醛、二氢猕猴桃内醇含量均高于白色和淡 绿色香瓜，其香味浓郁。 DateDate3838 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 对风味的影响 在食品加工、醇化过程中，类胡萝卜素不仅 继续降解使中性香味物质总量增加，而且其降解 产物继续发生转化(如氧化、还原及脱水等)，生 成在香味方面更有用的化合物。类胡萝卜素降解 时因双键断裂的部位不同，可产生不同碳原子数 的化合物，进一步形成许多重要的香气物质。 类胡萝卜素降解产生的香味物质刺激性较小 ，香气质较好，对食品香气贡献率大，是影响食 品香气质和香气量的重要组分 。 DateDate3939 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 九、类胡萝卜素氧化降解的调控 1、温度 在一定的温度范围内，提高温度能加快类胡萝卜 素的降解。温度影响类胡萝卜素的降解的机理主要是 影响各种酶的活性如类胡萝卜素双加氧酶。温度还影 响食品的水分损失。 2、水分含量 在加工过程中，受温湿度和pH值的影响，在含水 量较高的情况下，类胡萝卜素脱羧基反应速率快。 食品储存、加工中的环境条件对类胡萝卜素的降解 影响显著，类胡萝卜素对光、酸、高温均不稳定。 DateDate4040 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 3、微量的金属离子 类胡萝卜素的反应可由光催化和一般的 自由基引发催化，但对微量的金属离子存在 ，也是高度的敏感，这些金属离子是能够吸 引电子的氧化剂，如：Ag+、Fe3+、Co3+。黄 勇等经实验证明不同的UV对植物中类胡萝卜 素的含量有一定的影响，当处于光线较弱时 ，类胡萝卜素的降解较快。 DateDate4141 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 十、展 望 目前对类胡萝卜素降解的调控机制及生成的 脱辅基类胡萝卜素的生理功能、代谢途径及机 理尚不完全清楚，这是当前迫切需要研究解决 的问题。倘若问题得到解决，应能实现人工调 控粮食、瓜果、蔬菜等众多含类胡萝卜素的植 物类食品的色香味等品质，生产出更优质的食 品以满足社会消费需求。此外，食品在储藏、 加工过程中类胡萝卜素的降解变化规律和类胡 萝卜素在高温及光照时的氧化降解产物是我们 今后将进一步研究的问题。 DateDate4242 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 第五节第五节 多酚类色素多酚类色素 一、花青素类(Anthocyans) 花色素又称花青素，存在于植物果实、花、茎和 叶中液泡中，是植物体内一种水溶性色素。 1. 结构 花色素苷被认为是类黄酮的一种，只有C6-C3-C6碳 骨架结构。所有花色素苷都是花色羊(flavylium)阳离 子基本结构的衍生物。 花色羊阳离子由苯并吡 喃和苯环组环组 成的2-苯基- 苯并吡喃阳离子，A环环、B 环环上都有羟羟基存在，花色 苷颜颜色与A环环和B环环的结结构 有关。 花色羊阳离子 DateDate4343 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2. 分类 现已知道的花色素有20多种，一般分为六种： 花葵素(天竺葵色素，pelargonidin) 花青素(矢车菊色素，cyanidin) 飞燕草色素(翠花素，delphinidin) 芍药色素(peonidin) 3-甲花翠素(牵牛花色素，petunidim) 二甲花翠素(锦葵色素，malvidin) DateDate4444 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 花青苷R1R2果蔬中 1天竺色素 H H葡萄 草莓 2矢车车菊色素 OH H葡萄 黑加仑仑 草莓 紫甘蓝蓝 3飞飞燕草色素 OH OH葡萄 黑加仑仑 4芍药药色素OCH3 H葡萄 樱樱桃 5牵牵牛色素OCH3 OH葡萄 6绵绵葵色素OCH3OCH3葡萄 花青苷 DateDate4545 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 3. 花青苷的色泽红色 花青苷色素色泽呈红色，不过受到其它因素影响时，其色 泽会发生改变，例如由于它是一个离子，因而在不同的PH 条件下发生结构变化可导致色泽的变化： 花青苷在酸性条件下呈红色,在中性条件下呈无色,在碱性条件下呈蓝 色，因而可以看出要维持花青苷的正常色泽，必须使之保持在酸性条件下 ，中性或碱性条件下它均能降解变化成查尔酮的形式，使红色褪去。 DateDate4646 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 金属离子Sn2+、Fe2+、Cu2+、AI3+ 与花青苷结合使 花青苷呈蓝色.由于具有多个酚基；可与一些金属离 子形成蓝色化合物，因而自然界中的一些花青苷以 蓝色形式出现。 亚硫酸盐类可以对花青苷进行漂白使之褪色 。亚硫 酸氢根离子在2-位上发生加成反应 ，次反应可逆， 通过加热或酸化处理可去掉亚硫酸，使花青苷再生, 重新恢复原来的红色。 DateDate4747 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 甲 氧 基 增 多 ， 红 色 加 强 羟基取代基增多，蓝色加强 食品中常见的花青素物质光学吸收性质 DateDate4848 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 4.影响花色素苷稳定性的因素 (1)结构 l 分子中羟基数目增加则稳定性降低； l 甲基化程度提高则增加稳定性； l 糖基化也有利于色素稳定。目前仅发现5种糖构 成花色素苷分子的糖基部分：葡萄糖、鼠李糖、 半乳糖、木糖和阿拉伯糖。 (2)酸度 酸度的改变，花色素的结构改变，颜色随之改 变。一般情况下，花色苷类色素在酸性溶液中呈 色效果最好。 DateDate4949 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 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 式碱。 花青素-3-鼠李葡糖苷在pH0.714.02缓冲液 中的吸收光谱，色素浓度为1.610-2g/L DateDate5050 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 二甲花翠素-3-葡萄糖苷不同pH时的结构变化 C：查尔酮 (无色) B：甲醇假碱 (无色) AH+:花色羊阳离子 (红) A：醌型碱 (蓝) +H+ DateDate5151 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 低pH值时，以二甲花翠素-3-葡萄糖苷羊阳离子 占优势；而在pH46主要为无色甲醇假碱结构； 当溶液在pH6时呈现无色。 蓝色醌式碱(A)质子化生成红色花色羊阳离子 (AH+)，然后水解形成无色甲醇碱(B)，甲醇假碱 与无色查耳酮(C)处于平衡状态，可概略表示于 下： DateDate5252 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 (3)光照及温度 加热有利于生成查尔酮型，颜色褪去。 花色素苷的热降解机制与花色素苷的种类和降 解温度有关。加热使花色苷分解：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；二种分解途径可看作醚键水解断裂； 光通常会加速花色素的降解。 (4)酶的影响：能够导致花色苷分解的酶有糖 苷水解酶及多酚氧化酶。 DateDate5353 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 (5)金属离子 花色苷与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属 离子可以形成配位化合物，而使颜色变深而 发生变化。如： DateDate5454 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 (6)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。 (7)与其它植物性成分发生缩合： 花色苷可以与自身、蛋白质、单宁、其它黄酮 或多糖类物质发生缩合反应，形成的产物一般颜色 会加深(红移)，少数颜色消失。 DateDate5555 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 二、原花色素(proanthocyanidins) 原花色素是无色的，结构与花色素相似，在食 品处理和加工过程中可转变成有颜色的物质。主要 存在于苹果、梨、柯拉果、可可豆、葡萄、莲、高 梁、荔枝、沙枣、蔓越桔、山楂属浆果和其他果实 中。它们在其中起着重要的作用，例如它们与涩味 有关，在无机酸中加热可以转化为花青苷，可参加 酶促褐变反应，所以它们既可赋予食品(如酒、茶、 香蕉、巧克力、越桔)以特殊的风味，也可影响食品 的色泽，如使罐头果肉变红、变褐，在啤酒或其它 酒中形成浑混物 。 DateDate5656 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 原花色素的基本结构单元是黄烷3-醇或黄烷3， 4-二醇以48或46键形成的二聚物，但通常也有 三聚物或高聚物。 黄烷- 3，4- 二醇 无 色 花 色 素 DateDate5757 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 原花色苷本身没有颜色，但在酸热条件下可以分 解为花青素和其它多酚类化合物而显示一定的颜色 。如： DateDate5858 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 原花青素的主要生物功能 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。 DateDate5959 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 三、类黄酮色素(Flavonoids ) 类黄酮是一大类结构相似的天然化合物，广泛存在于各 类植物体内。大部分此类化合物不仅具有特殊的颜色，而且 具有特殊的生物学功能。类黄酮类化合物在水中的溶解度较 大。 1.结构 类黄酮的基本结构：2-苯基-苯并吡喃酮 最重要的类黄酮化合物是黄酮(flavone)和黄酮醇(flavonol) 的衍生物 。 黄酮(2-苯基苯并吡喃酮) 黄酮醇 DateDate6060 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 黄酮醇常见的有莰非醇(kaempferol)、槲皮素 (querein)等。 槲皮素 莰非醇 DateDate6161 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 樨草素(黄酮类 ) 芹菜素(黄酮类) 黄酮主要有芹菜素(apigenin)、樨草素(luteolin)。 DateDate6262 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2. 性质 类黄酮的羟基呈酸性，具有酸类化合物的通性。 类类黄酮酮在碱性溶液中易开环环生成查查耳酮酮型结结构 而呈黄色、橙色或褐色。 类黄酮可与金属离子生成络合物。 类黄酮色素在空气中久置，易氧化生成褐色沉淀 。 DateDate6363 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 3 类黄酮在食品中的重要性 类黄酮具有抗氧化作用。 柑桔类黄酮被称为生物黄酮，即维生素P。此外 ，柑桔类黄酮还应用于室内除臭和消毒。 柚皮苷，橙皮苷在碱性条件下加氢开环，是高甜 度的新型甜味剂。 芦丁(栎精的7-鼠李糖苷)还具有降低血压的作用 ，可用于医疗上作为降压药品。 DateDate6464 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 四、单宁(Tannin) 单宁存在于柿子、茶叶、咖啡、石榴等植物组织 中，在未成熟时含量尤为多，它们的结构较为复杂 ，多是高分子多元酚类的衍生物，水解后可生成葡 萄糖、没食子酸或其它多酚酸(鞣酸)。 u食品中单宁包括两种类型： 缩合单宁(原花色素) 水解单宁(hydrolyzable tannins) u 相对分子质量为5003000的水溶性单宁可作为澄 清剂。它能与Fe3+形成黑色物质，与蛋白质形成不 溶性沉淀可以用来对果汁的澄清。 u 单宁使食品具有收敛性涩味，并产生酶促褐变反 应 。 DateDate6565 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 没食子酸(倍酸) (gallic acid) 鞣花酸 (ellagic acid) DateDate6666 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 1. 结构 甜菜色素的基本结构相同，存在两个手性碳原子C-2和C-15， 具有光学活性，结构中R为氢原子或芳香取代基。 五、甜菜色素(betalaines) 主要特点：其颜色不受pH的影响。 包括甜菜色苷( betacyanin，红色 )和甜菜黄质( betaxanthin，黄色)两种类型的化合物。 DateDate6767 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 色素的颜色是由于共振结构引起的。 R或R不扩展共振，则此化合物呈黄色，称为甜菜 黄素； R或R扩展共振，则此化合物显红色，称为甜菜色 苷。 一般形式 甜菜色素的共振结构 DateDate6868 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2. 影响其稳定性的因素 热和酸 甜菜色素在pH4.05.0最稳稳定。 氧和光 氧会加速色素的褪色，抗氧化剂抗坏血酸和异 抗坏血酸可增加甜菜苷的稳定性。 光加速甜菜色苷降解， DateDate6969 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 儿茶素本身没有颜色，当其与金属离子结合后产生白色 或有色沉淀。儿茶素具有轻微的涩味。 六、儿茶素 儿茶素也为多酚类化合物，常见的四种为： DateDate7070 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 第六节第六节 四吡咯色素四吡咯色素 吡咯(pyrrole)类色素是以四个吡咯构成的大环(卟吩)为 结构基础的天然色素。具有四吡咯结构的色素其一般共同特 点就是其基本单位是四个吡咯构成的卟啉环，其中是金属元 素以共价键和配位键结合并在吡咯环上可能有取代基，从而 呈现不同的颜色。四毗咯色素最重要的是血红素和叶绿素、 胆汁色素，它们的基本结构分别为： DateDate7171 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 一、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。 DateDate7272 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 DateDate7373 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 肉中的主要色素 DateDate7474 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 2、肉色在贮藏加工中的变化 n肉的颜色取决于 肌红蛋白的化学性质 氧化的状态( 卟啉环中Fe2+或Fe3+) 与血红素键合的配基的种类 球蛋白蛋白质的状态 DateDate7575 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 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。 DateDate7676 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 n氧合作用 分子态氧与肌红蛋白键合成为氧合肌红蛋 白(MbO2) 肉由浅红色变为亮红色 n氧化反应 卟啉环中的Fe2+转变成Fe3+生成高铁肌红蛋 白(MMb) 浅红色的肌红蛋白和亮红色的氧合肌红蛋 白变为棕红色的MMb 高铁肌红蛋白无法键合分子态氧，第六个 配位键的位置上只能键合水。 DateDate7777 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 上述反应处于动态平衡之中，这种平衡收养气 分压的强烈影响 DateDate7878 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 n光照、温度、相对湿度、水分活度、pH及细菌 的种类 n抗氧化剂可阻止或延缓脂质的氧化 如抗坏血酸、维生素E、 BHA或PG，从而延长肉 组织颜色的保留时间 n动物屠宰前氧气消耗的速度和高铁肌红蛋白还 原酶的活力 n气调法包装 选择透气率低的包装膜，先除去包装袋中的空气， 再充入富氧或缺氧空气密封 3肉类色素的稳定性 DateDate7979 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 二、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 有机溶剂。 DateDate8080 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 DateDate8181 刘晓庚化学导论讲稿刘晓庚化学导论讲稿 u叶绿素衍生