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1、第七章 色 素1.色素的发色机理2.色素（着色剂）的分类3.实用天然色素（按结构分类）4.食用合成色素5.食用色素安全性和使用注意事先项,食品的品质除了其本身的营养价值、质地之外,还包括食品的色泽和风味，任何一种特定的食品的品质就是由上述的这些因素以不同的比例组成的。食品的色泽是构成食品的感官质量中最重要属性之一。颜色是衡量食品的重要指标之一。天然食品一般都有美丽的色泽，但经过加工时,发生褪色或变色。为了保持或改善食品的色泽,在食品加工中往往需要对食品进行人工着色。色素则是以食品着色和改善食品色泽为目的的食品添加剂,也称着色剂。1 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
2、的波长在可见光区域（400800）,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。 1.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:,它们的吸收波长在200400nm之间,此时是无色的。如果分子中有两个或两个以上的生色基共轭时,对光的吸收波长长移到可见光区,这是该有机物才能显示颜色。,2.有些基团，如OH、OR、NH2、NR、但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(助SR、,Cl、Br等,它们本身的吸收波段在远紫外区,但这些集团与共轭键或生色基相连接,使共
3、轭键或生色基的吸收波长长移而显色,这些集团称为助色团(助色基) 。色素都是由发色团和助色团组成。（食品的色泽可以由天然存在的色素产生，也可以由人为加入的着色剂产生。为了使食品具有所要求的和易被人接受的色泽，必须对着色剂进行系统的了解，并掌握各类着色剂的性质和特点） 2 色素（着色剂）的分类一般按它的来源和性质可将其分为两类：一.食用合成色素:是指用人工方法制得的有机色素。按它的结构不同又可分为偶氮类色素,其中偶氮类色素有油溶性和水溶性之分,油溶性的,进入人体不易被排出,且毒性较大；水溶性的进入人体易排出体外，且毒性较小。除了这两种之外还包括色淀，它是由水溶性色素沉淀在许多使用的不溶性基质(Al
4、2O3)上所制得的特殊着色剂。食用天然色素:它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,和少量无机色素。按其来源不同又可分为:(1).植物色素,如甜菜红、姜黄胡萝卜素等。(2).动物色素,如紫胶红、血红素等。(3).微生物色素,如红曲红等。如按其化学结构分,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。此外还有甜菜红、焦糖色素等。,3.食用天然色素(按结构分类) 一.四吡咯色素(血红素、叶绿素)具有四吡咯
5、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：,1.血红素 (1).结构血红素是高等动物血液、肌肉中的红色色素，动物肉的颜色是由于存在着两种色素即肌肉中的肌红蛋白和血液中的血红蛋白。它们都是球蛋白，由蛋白质和血红素构成，其中肌红蛋白结构是由中心铁原子并配有6个配位键，其中5个由氮原子有四个来自仆啉环，一个来自球蛋白上组氨酸残基咪唑环，余下的一个配位键可与O2 、CO 、CN、NO等配位。 (2).肉的呈色机理:在新鲜肉中存在着三种状
6、态的色素， 即肌红蛋白、氧肌红蛋白和高铁肌红蛋白，它们能相互转化，并且,其色泽也随之变化，鲜肉中的红色是由氧合肌红蛋白呈现的颜色（紫红色）。,新鲜肉的红色就是由于氧肌红蛋存在而呈红色，它可以通过两个阶段变为褐色。其机理为:(a).动物屠宰放血后,肌肉组织供养停止, ，此时肌肉中的色素为Mb而呈紫红色(b).当鲜肉放置于空气中时表面的Mb与氧气结合而形成MbO2呈紫红色，而其内部仍处于还原状因而仍呈紫红色(c).在有氧或氧化剂存在时亚铁血红素可被氧化为MetMb，形成了棕褐色，所以只要肉中还有还原性物质存在肌红蛋白就会保持红色，当还原性物质耗尽时高铁肌红蛋白的褐色就会成为主要色泽 （3）影响肉色
7、泽的因素:,a.还原剂的影响:例如当有还原性巯基(-SH)存在时肌红蛋白会形成绿色的硫肌红蛋白(SMb)；当有其它还原剂如Vc时可以生成胆肌红蛋(ChMb)，并很快地被氧化生成球蛋白、铁和四吡咯环，这个反应在PH=57的范围内发生。 b.加热的影响:在加热时球蛋白变性，Fe2+ 暴露出被氧化变为Fe3+，所以熟肉的色泽为褐色，称为高铁血色原(hemichrome)。 c.护色剂的影响:在对肉进行腌制时肌红蛋白等会同亚硝酸盐的分解产物NO等发生反应，生成不太稳定的亚硝酰基肌红蛋白(NOMb)，它在加热后可以形成稳定的亚硝基血色原(Nitrosylhemochrome)，这是腌肉中的主要色素 。,
8、Mb+No(NO由HNO2分解而成) NOMb(不稳定,呈鲜红色) NoMb(稳定,呈红色) 2.叶绿素叶绿素是自然界中能进行光合作用的色素，它广泛存在于植物组织中。叶绿素是由叶绿酸、叶绿醇、它的中心金属原子为镁原子，高等植物中的叶绿素主要有两种类型，即叶绿素a和b，二者之比为3：1，其结构如下所示，差别在于一个是CH3基，一个是CHO基。它不同于血红素，它的仆啉环是二氢仆啉环 叶绿素在植物细胞中与蛋白质结合，并以叶绿体的形式存在。当细胞死亡后叶绿素会游离出来，对热、光敏感，极易发生多种反应，例如脱镁反应，即酸性,条件下中心镁原子H取代生成暗褐色的脱镁叶绿素，加热可以促使脱镁反应的进行；而叶绿
9、素在稀碱中水解后生成的叶绿酸仍呈绿色并易溶于水，比较稳定，但是脱镁以后变为脱镁叶绿酸，色泽呈暗褐色。在食品的加工中以热加工对脱镁反应影响最大，例如绿色蔬菜的热处理会很快使色泽转变为暗褐色，这个过程与加热及贮藏时所产生的脱镁有关，加热前蔬菜处于近中型状态（如果用Ca、Mg的氧化物或氢氧化物处理提高PH值）可防止叶绿素脱镁，保持绿色。碱性条件下会破坏质地、风味和维生素C；叶绿素的中心原子被Cu2+或其它金属离子取代时可形成稳定的化合物，其中以铜盐最为明亮，是目前食品上使用的着色剂，但对于它的使用是否安全仍存在异议。,目前保持叶绿素稳定的最好方法是采用高质量的原料、低温贮存并尽快加工。,二.异戊二烯
10、衍生物色素类胡萝卜色素(叶黄素、 胡萝卜素)类胡萝卜素是一类广泛存在于自然界中的脂溶性色素,它为许多食品提供红色或黄色色泽。它存在于植物的叶、茎、花、根或果实中，自然界中的类胡萝卜素以岩藻黄素(存在于藻类)最多，其次是存在于绿叶中的叶黄素、紫黄素和新黄素，其它的类胡萝卜素如B胡萝卜素广泛存在于胡萝卜 南瓜 辣椒等蔬菜中。水果 蛋黄 奶油中的含量也较丰富。动物通过摄入食物而得到必须的维生素A原胡萝卜素等以维持正常的生长、发育 。类胡萝卜素按其组成可以分为两大类，即胡萝卜素类和叶黄素类。,1.胡 萝 卜 素 类(Carotenes) 胡萝卜素类其结构为由C、H构成的共轭多烯烃，它有四个化合物：,番
11、茄红素：从结构上来看番茄红素是直链开环结构，无维生素A的功能，主要存在于番茄中。 胡萝卜素：胡萝卜素分子断裂后可形成一分子维生素A，主要存在于胡萝卜中，其次是番茄。 胡萝卜素：胡萝卜素则形成2分子维生素A，并且自然界中三种胡萝卜素以它占多，分布最广1g的胡萝卜素相当于16IU的VA。主要存在于胡萝卜中，其次是番茄中。 胡萝卜素：胡萝卜素分子断裂后可形成一分子维生素A。 2.叶黄素类(Xanthophylls) 叶黄素类是共轭多烯烃的加氧衍生物，即在分子中,含有羟基、甲氧基、羧基、酮基或环 氧基，多呈浅黄、橙、黄等色泽；在绿叶中它们的含量一般比叶绿素多一倍，常见的叶黄素类色素有以下的十几种，它们
12、可以简单地被认为是胡萝卜素类的衍生物。,3.食品中的类胡萝卜素植物食品中的类胡萝卜素有时是其中的几种的混合物，有时则为许多种类胡萝卜素的混合物；它们可以以游离态存在于脂质溶液中，也可以与碳水化合物、蛋白质等结合以结合态存在，还可以与脂肪酸结合以酯类的,形式存在；一般来讲结合后的类胡萝卜素的稳定性比游离态稳定。水果在成熟时其叶绿素含量降低而类胡萝卜素含量升高，并且胡萝卜素类含量对叶黄素含量的比例也相应增加。一般水果中的胡萝卜素类为番茄红素和、胡萝卜素，而相当量的叶黄素以酯类形式存在。食品加工过程中对类胡萝卜素的影响：一般来讲类胡萝卜素的稳定性较高，食品的加工过程对类胡萝卜素的影响极小，另外类胡萝
13、卜素耐PH变化，耐热，在有Cu2+、Sn2+、 Ai3+、Zn2+等金属离子存在下也不易被破坏，因此一般的杀菌处理不会使其发生很大变化，但由于类胡萝卜素是不饱和共轭体系，所以氧、氧化剂和光均能使之分解褪色；油脂中所含的类胡萝卜素在碱精炼时不会被破坏，但是在油脂的氢化或脱色处理时非常容易造成类胡萝卜素的损失，但杏肉干却是例外，它可以很好地保持原有的色泽。目前胡萝卜素已实现了工,业化人工合成并用于食品着色。除此之外由一些天然植物组织中提取出来的天然类胡萝卜素也可作为食用色素，它们以脂溶型和水溶型两种应用于食品之中。 三.花青苷和黄酮类（多酚类化合物Anthocyans and flavonoids
14、) 这类色素的分子结构特点是含有苯并吡喃环，它们是植物组织中的水溶性色素的主要成分，具有各种色泽；它们常见有三种类型：花青苷素、黄酮类和儿茶素，均属于多酚化合物类，大量存在于自然界中。 1.花青苷花青苷类是一类水溶性的红色色素，许多植物的花,果实、叶子具有鲜艳的颜色，就是因为其细胞中含有这种水溶性的化合物。自然界中的花青苷一般是由花青素(Anthocyanidin)同糖结合，以糖苷的形式存在，糖基可以是葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖或阿拉伯糖，在花青素分子上可以连接一个或几个糖基。自然界存在的花青素已知有20多种，但最重要的为其中的6种，它们最为常见，它们的结构是一个苯并吡喃的盐结构，因而是水溶
15、性化合物。,R1R2=HOHOCH3 3OH 与糖基连接形成苷,(1)花青苷的色泽红色 a.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。 b.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。 c.亚硫
16、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.,(2)稳定性 ： a.有利条件：酸性条件较稳定。 b.不利条件：，在中性或碱性条件下迅速降解 ；此外光、热、氧化剂和还原剂也对它们的稳定性不利，可促使它们的降解；Vc、糖类、酚类等在加热时生成的一些衍生物可以直接与花青苷缩合，故此可加速花青苷的褪色。,2.黄酮类： 黄酮是一种多种多样，广泛存在着的呈无色至黄色的色素，其结构上与花青苷类不同 之处在于它具有的是苯并吡喃酮结构，重要的黄酮类有以下的五种：,它们分别同一些糖类如葡萄糖、鼠李糖、木糖
17、、半乳糖、阿拉伯糖、芹菜糖和葡萄糖醛酸结合成糖苷的形式，常在7位上结合，也有5位和3，4，5位上的结合，自然界中比较童要的有：1.山那素(主要存在茶叶中)2.栎精(存在于苹果,茶叶,啤酒花,玉米,芦笋中)3.杨梅素4.圣草素(存在于柑橘中)5.橙皮素6.妯皮素(存在于妯子,柠檬,柑橘)几乎所有的植物中均含有山那素、栎精、杨梅素和黄酮醇，它们都含有酚羟基，因而是弱酸性化合物。一般来讲黄酮类的热稳定性比花青苷类好，热加工对它们的破坏不大，但它们也可以同一些金属离子形成深色化合物，往往会造成食品的异常色泽，所以必须加以注意它们的保健应用:(1).由于黄酮类能与金属离子结合并属于多酚类化合物，所以它们可以作为油脂的抗氧化剂但是由于其在油脂中的溶解度小，使得其在此方面的应,
