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1、,第8章 色素和着色剂,Pigments and Colorants,第一节 概述 第二节 卟啉类色素 第三节 类胡萝卜素 第四节 酚类色素 第五节 食品中添加的着色剂,contents,第一节 概述 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
2、绿,一、食品的色素及其来源,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统称为食品的色素。包括: 食品中原有的色素（天然色素）：叶绿素 食品加工中由原料成分转化产生的有色物质：糖类经焦糖化反应和美拉德反应产生的色素 外加的食品着色剂。,二、食品中的色素分类,（一）按结构分 1. 四吡咯衍生物（卟啉类色素 ）: 包括叶绿素和血红素 2. 异戊二烯衍生物：如：类胡萝卜素 虾青素 虾红素 3. 多酚类衍生物：花青素、花黄素 4. 酮类衍生物：红曲色素，姜黄素等 5. 醌类衍生物：虫胶色素，胭脂虫红色素,(二) 按来源分：,天然色素： 植物色素：叶绿素 类胡萝卜素 花青素 动物色素：血红素
3、 虾青素 虾红素 微生物色素：红曲色素 和人工合成色素,(三） 按溶解性质分,水溶性色素：花青素 脂溶性色素：叶绿素 类胡萝卜素,由四个吡咯联成的环称为卟吩, 当卟吩环带有取代基时，称为卟啉类化合物。 卟啉类色素中重要的有叶绿素和血红素。,第二节 卟啉类色素,Porphyrin,1、结构 叶绿素是由叶绿酸、叶绿醇（植醇）、甲醇、二价镁离子等部分构成的二醇酯。高等植物含有两种叶绿素即叶绿素a和叶绿素b共存，它们的含量约为3:1，前者为青绿色，后者为黄绿色。二者的结构、性质、分布和变化极为相似，一般可以不加区分。其结构如下：,一、叶绿素 (Chlorphylls),是高等植物和其他所有能进行光合作
4、用的生物体含有的一类色素，广泛存在于植物组织尤其是叶片的叶绿体中。,叶绿素a、b,植醇,叶绿素a b都不溶于水，而溶于乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、苯等有机溶剂。,2、叶绿素在食品加工和贮藏过程中的变化,叶绿素在食品加工中最普遍的变化是生成脱镁叶绿素，在酸性条件下叶绿素分子的中心镁原子被氢原子取代，生成暗橄榄褐色的脱镁叶绿素，加热可加快反应的进行。 叶绿素在稀碱溶液中水解，除去植醇部分，生成颜色为鲜绿色的脱植基叶绿素、植醇和甲醇，加热可使水解反应加快。脱植基叶绿素的光谱性质和叶绿素基本相同，但比叶绿素更易溶于水。,（绿色，水溶性）脱植叶绿素 -植醇 叶绿素（绿色，脂溶性） 叶绿素酶 -Mg2+ 酸/
5、热 -Mg2+ 酸/热 脱镁脱植叶绿素（橄榄绿，水溶性） 脱镁叶绿素（橄榄绿 ，脂溶性） -COCH3 热 -COCH3 热 焦脱镁脱植叶绿素（褐色，水溶性） 焦脱镁叶绿素（褐色，脂溶性）,3. 影响稳定性的因素 （1）光、氧 （2）酶 （3）pH （4）盐 （5）水份活度 （6）气体环境, 叶绿素的加氧作用与光降解 叶绿素溶解在乙醇或其他溶剂后并暴露于空气中会发生氧化，将此过程称为加氧作用（allomerization）。当叶绿素吸收等摩尔氧后，生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。 植物正常细胞进行光合作用时，叶绿素由于受到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保护，而避免了光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从
6、组织中提取出色素，或者是在加工过程中导致细胞损伤而丧失这种保护，叶绿素则容易发生降解。当有上述条件中任何一种情况和光、氧同时存在时，叶绿素将发生不可逆的褪色。,叶绿素的光降解是四吡咯环开环并降解为小分子量化合物的过程，主要的降解产物为甲基乙基马来酰亚胺、甘油、乳酸、柠檬酸、琥珀酸、丙二酸和少量的丙氨酸。 叶绿素及类似的卟啉在光和氧的作用下可产生单重态氧和羟基自由基。一旦单重态氧和羟基自由基形成，即会与四吡咯进一步反应，生成过氧化物及更多的自由基，最终导致卟啉降解及颜色完全消失。,酶促变化 叶绿素酶是目前已知的唯一能使叶绿素降解的酶。叶绿素酶是一种酯酶，能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇，分别生成脱
7、植基叶绿素和脱镁脱植基叶绿素。 叶绿素酶在蔬菜中的最适反应温度为6082.2，因此植物体采收后未经热加工，脱植基叶绿素不可能在新鲜叶片上形成。如果加热温度超过80，酶活力降低，达到100时则完全丧失活性。,叶绿素在酸、热条件下的变化 叶绿素在酸性介质中（pH3.0）易降解。植物组织受热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的通透性和扩散速率，于是由于组织中有机酸的释放导致pH降低，从而加速了叶绿素的降解。 叶绿素分子受热首先是发生异构化，形成叶绿素a和叶绿素b。 叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行： 叶绿素脱镁叶绿素焦脱镁叶绿素,叶绿素在加热或热加工过程中可形成两类衍生物，即，含镁的和不含
8、镁的叶绿素衍生物。前者显绿色；后者为橄榄褐色，还是一种螯合剂，在有足够的锌或铜离子存在时，四吡咯环中心可与锌或铜离子生成绿色配合物，其中叶绿素铜钠的色泽最鲜亮，对光和热较稳定，是一种理想的食品着色剂。,盐 盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明，在烟叶中添加盐(如NaCl、 MgCl2 和CaCl2)后加热至90，脱镁叶绿素的生成分别降低47%、70%和77%，这是由于盐的静电屏蔽效果所致。 水分活度 低水分活度有利于叶绿素的保存。 气体环境 O2 不利于叶绿素的保存；N2有利于叶绿素的保存.,食品在加工或贮藏过程中都会引起叶绿素不同程度的变化。如用透明容器包装的脱水食品容易发生光氧化和
9、变色。食品在脱水过程中叶绿素转变成脱镁叶绿素。 绿色蔬菜在冷冻和冻藏时颜色均会发生变化。,4、护绿方法,对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究，但没有一种方法真正获得成功。 a、中和酸而护绿：采用碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子不被氢原子所置换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色，但经过贮藏后仍然变成褐色。 b、高温短时灭菌：人们还应用高温短时灭菌(HTST)加工蔬菜，这不仅能杀灭微生物，而且比普通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。 c、绿色再生：在商业上，目前还采用一种复杂的方法，采用含锌或铜盐的热烫液处理蔬菜加工罐头，结果可得到比传统方法更绿的产品。 d、水分活度
10、很低时有利于护色，脱水蔬菜能长期保持绿色的原因。 e、目前保持叶绿素稳定性最好的方法，是挑选品质良好的原料，尽快进行加工并在低温下贮藏。,二. 血红素(Haemachrome ) 1. 结构,血红素是亚铁卟啉化合物，是高等动物肌肉和血液中的主要色素.,血红素基团的结构,肌红蛋白结构简图,血红蛋白（Hemoglobin)和肌红蛋白(Myoglobin)是动物肌肉的主要色素蛋白质。 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。其中5个氮原子有四个来自卟啉环，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
11、、NO等配位。,2.性质 （1）氧合作用：血红素中的亚铁与一分子氧以配位键结合，而亚铁原子不被氧化，这种作用被称为氧合作用。 （2）氧化作用：血红素中的亚铁与氧发生氧化还原反应，生成高铁血红素的作用被称为氧化作用。,氧合肌红蛋白 （oxymyoglobin） 鲜红色,肌红蛋白 （myoglobin） 红紫色,高铁肌红蛋白 （metmyoglobin） 褐色,珠蛋白,珠蛋白,珠蛋白,鲜肉的颜色,新鲜肉的红色就是由于氧合肌红蛋白存在而呈鲜红色，动物屠宰放血后,肌肉组织供氧停止，此时肌肉中的色素为肌红蛋白(Mb)而呈紫红色。当鲜肉放置于空气中时表面的Mb与氧气结合而形成MbO2呈鲜红色，而其内部仍处
12、于还原状态因而仍呈紫红色；在有氧或氧化剂存在时亚铁血红素可被氧化为高铁肌红蛋白（MetMb），形成了棕褐色，但是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. 腌肉色素 硝酸盐或亚硝酸盐发色原理如下： NO3- 细菌还原作用 NO2- pH 5.46, H+ 2HNO2 肉内固有还原剂 2NO + 2H2O或 3 HNO2 歧化 HNO3 + 2NO + H2O,Mb NO NOMb（亚硝酰基肌红蛋白） 加热 亚硝酰血色原 (紫红色) (鲜桃红) (鲜桃红) 还原剂 MMb NO NOMMb（亚硝酰高铁肌红蛋白） (褐色) (深红)
13、 NOMb, NOMMb,亚硝酰血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)。,未烹调腌肉的颜色,氧化,还原,加热腌肉的主要色素,肌红蛋白（Mb）（桃红）与NO结合生成鲜桃红色的亚硝基亚铁肌红蛋白（NOMb）。亚硝基肌红蛋白受热（蛋白质变性）生成较稳定的鲜红色亚硝基血色原: Mb+NONOMb（桃红）加热亚硝酰血色原（鲜红） 由于亚硝基肌红蛋白对氧、热比氧合肌红蛋白稳定，基于此原理，肉食加工中，为保持肉的鲜艳颜色而加入亚硝酸盐。 （硝酸钠0.5 g/kg（+Vc），亚硝酸钠0.15g/kg）,MNO2的作用： （1）发色 （2）抑菌 （3）产生腌肉制品特有的风味。 但过量使
14、用安全性不好，在食品中导致亚硝胺生成；肉色变绿(硝基氯化血红素)。,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。 绿叶中的三种主要类胡萝卜素是叶黄素（lutein）、堇菜黄质（violaxanthin）和新黄质（neoxanthin）。,第三节 类胡萝卜素 Carotenoids,类胡萝卜素在人和其他动物中主要是作为维生素A的前体物质.,一 结构 类胡萝卜素包括： 纯碳氢化合物组成的共轭多烯（胡萝卜素） 上述化合物的含氧衍生物（叶黄素）,岩藻黄质,叶黄素（C40H5602）,堇菜黄质（C40H56O4）,结构特征: 具有共轭双键，构成其发色基团，这类化合物
15、由8个异戊二烯单位组成，异戊二烯单位的连接方式是在分子中心的左右两边对称。,-胡萝卜素,番茄红素(Lycopene)和-胡萝卜素(-Carotene ) 的结构关系表示15-15碳和C5（异戊二烯）对称,1 胡萝卜素(Carotenes),2 含氧衍生物(Xanthophylls) （1）玉米黄素(zeaxanthin)： 3, 3 -二羟基-胡萝卜素，存在于玉米、柑橘、蘑菇等中。 （2）叶黄素(lutein)： 3, 3 -二羟基-胡萝卜素，存在于金盏花、绿叶中。 （3）辣椒红素(capsanthin)及辣椒玉红素(capsorubin)：存在于红辣椒中。 （4）柑橘黄素(reticulataxanthin)
