食品化学课件】第九章色素与着色剂

1、第六章第六章 色素与着色剂色素与着色剂 一、食品色素的定义及种类一、食品色素的定义及种类 食品的色泽是通过它们对可见光的选择吸收食品的色泽是通过它们对可见光的选择吸收及反射而产生的。及反射而产生的。 食品色素：食品色素：食品中能够吸收和反射可见光进食品中能够吸收和反射可见光进而使食品呈现各种颜色的物质统称为食品色素。而使食品呈现各种颜色的物质统称为食品色素。 食品色素包括两部分：食品色素包括两部分： 1.1.天然色素天然色素 是食品原料中固有的，或是食品加工中由原是食品原料中固有的，或是食品加工中由原料成分转化产生的有色物质料成分转化产生的有色物质，被称为食品固有色，被称为食品固有色素或天然色

2、素；素或天然色素； 2.2.食品着色剂食品着色剂 食品着色剂为外加的，以食品着色为目的的食品着色剂为外加的，以食品着色为目的的一类食品添加剂一类食品添加剂。食品着色剂需要获得某些官方。食品着色剂需要获得某些官方机构的批准方可使用，在美国由食品与药物管理机构的批准方可使用，在美国由食品与药物管理局（局（FDAFDA）负责审核和批准，在我国目前则由中国）负责审核和批准，在我国目前则由中国食品添加剂标准化技术委员会审定，最后由卫生食品添加剂标准化技术委员会审定，最后由卫生部批准。部批准。 二、食品色素的分类二、食品色素的分类 （一）按化学结构分类（一）按化学结构分类 四吡咯衍生物四吡咯衍生物 （或卟

3、啉类衍生物）：如叶绿素和血红素；（或卟啉类衍生物）：如叶绿素和血红素； 异戊二烯衍生物：如类胡萝卜素；异戊二烯衍生物：如类胡萝卜素； 多酚类衍生物：如花青素、花黄素等；多酚类衍生物：如花青素、花黄素等； 酮类衍生物：如红曲色素、姜黄素等；酮类衍生物：如红曲色素、姜黄素等； 醌类衍生物：如虫胶色素、胭脂虫红素等；醌类衍生物：如虫胶色素、胭脂虫红素等； 其他类：如甜菜红、焦糖色等；其他类：如甜菜红、焦糖色等； （二）按来源不同分类（二）按来源不同分类 天然色素：植物色素：如叶绿素、类胡萝卜素、花青素天然色素：植物色素：如叶绿素、类胡萝卜素、花青素 等；等； 动物色素：如血红素、卵黄及虾壳中的类胡动

4、物色素：如血红素、卵黄及虾壳中的类胡 萝卜素；萝卜素； 微生物色素：如红曲色素；微生物色素：如红曲色素； 食品着色剂食品着色剂 天然食品着色剂：指从天然生物原料中得天然食品着色剂：指从天然生物原料中得 到的提取物，如辣椒红、甜菜红、到的提取物，如辣椒红、甜菜红、 红花黄、玉米黄等；红花黄、玉米黄等； 合成食品着色剂：指人工合成的产物，合成食品着色剂：指人工合成的产物， 如苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄等。如苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄等。 三、食品中的天然色素三、食品中的天然色素（一）血红素化合物（一）血红素化合物 血红素是肌肉和血液中的主要色素。在血血红素是肌肉和血液中的主要色素。在血液中

5、血红素主要以血红蛋白的形式存在，在肌液中血红素主要以血红蛋白的形式存在，在肌肉中主要是以肌红蛋白的形式存在。在活体动肉中主要是以肌红蛋白的形式存在。在活体动物内分别发挥着氧气转运和储备的功能，同时物内分别发挥着氧气转运和储备的功能，同时也影响着肉的色泽，特别是刺杀放血后，肌红也影响着肉的色泽，特别是刺杀放血后，肌红蛋白的含量与存在形式对肉的颜色有着很大的蛋白的含量与存在形式对肉的颜色有着很大的影响。影响。 1 1血红素的结构血红素的结构 血红素是一种卟啉血红素是一种卟啉类化合物类化合物，卟啉中心，卟啉中心有一铁离子与有一铁离子与4 4个氮个氮原子配位结合。通过原子配位结合。通过中心铁离子与肌红

6、蛋中心铁离子与肌红蛋白或血红蛋白的蛋白白或血红蛋白的蛋白质结合为一体。质结合为一体。肌红蛋白：肌红蛋白： 由由153153个氨基酸组成的个氨基酸组成的1 1分子球蛋白与分子球蛋白与1 1分子血红素络合而成。分子血红素络合而成。 血红蛋白：血红蛋白： 可粗略看作肌红蛋白的四聚体。可粗略看作肌红蛋白的四聚体。 2 2肉在贮藏和加工中颜色的变化肉在贮藏和加工中颜色的变化 （1 1）氧化反应）氧化反应 动物被屠宰放血后，由于对肌肉组织的供氧动物被屠宰放血后，由于对肌肉组织的供氧停止，新鲜肉中的肌红蛋白保持其还原状态，肌停止，新鲜肉中的肌红蛋白保持其还原状态，肌肉的颜色呈稍暗的紫红色（肌红蛋白的颜色）。

7、肉的颜色呈稍暗的紫红色（肌红蛋白的颜色）。当胴体被分割后，随着肉与空气的接触，还原态当胴体被分割后，随着肉与空气的接触，还原态的肌红蛋白向两种不同的方向转变，一部分肌红的肌红蛋白向两种不同的方向转变，一部分肌红蛋白与氧气发生氧合反应生成鲜红色的氧合肌红蛋白与氧气发生氧合反应生成鲜红色的氧合肌红蛋白，产生人们熟悉的鲜肉色，同时，一部分肌蛋白，产生人们熟悉的鲜肉色，同时，一部分肌红蛋白与氧气发生氧化反应，生成棕褐色的高铁红蛋白与氧气发生氧化反应，生成棕褐色的高铁肌红蛋白。肌红蛋白。随着分割肉在空气中放置时间的延长，随着分割肉在空气中放置时间的延长，肉色就越来越转向褐红色，说明后一种反应逐渐肉色就越

8、来越转向褐红色，说明后一种反应逐渐占了上风。占了上风。高铁肌红蛋白（棕褐色）高铁肌红蛋白（棕褐色） 肌红蛋白（紫红色）肌红蛋白（紫红色） 氧合肌红蛋白氧合肌红蛋白 （鲜红色）（鲜红色） 分割肉中色素的变化分割肉中色素的变化 氧气分压对氧气分压对3 3种种“肌红蛋白肌红蛋白”相互转化的影响相互转化的影响 （2 2）变色反应）变色反应 肉贮存时，肌红蛋白在一定条件下会转变为肉贮存时，肌红蛋白在一定条件下会转变为绿色物质绿色物质，直接的效应物已知有两种；，直接的效应物已知有两种； 过氧化氢过氧化氢 可与血红素中的可与血红素中的FeFe2+2+或或FeFe3+3+反应生成绿色的反应生成绿色的胆绿蛋白；

9、胆绿蛋白； 硫化氢硫化氢 在有氧存在时能与肌红蛋白反应生成绿色的在有氧存在时能与肌红蛋白反应生成绿色的硫代肌红蛋白；硫代肌红蛋白； 这些效应物在肉中出现被认为是微生物生长这些效应物在肉中出现被认为是微生物生长的结果。的结果。 3 3腌制肉的色泽腌制肉的色泽 腌肉颜色的变化是由于在腌制过程中，在腌肉颜色的变化是由于在腌制过程中，在发色剂的作用下，肌红蛋白发生一系列变化最发色剂的作用下，肌红蛋白发生一系列变化最后生成稳定的亚硝酰基血色原（紫红色）。后生成稳定的亚硝酰基血色原（紫红色）。 （二）叶绿素类（二）叶绿素类 叶绿素是叶绿素是绿色植物的主要色素，指高等植绿色植物的主要色素，指高等植物中与光合

10、作用有关的绿色色素。广义上指所有物中与光合作用有关的绿色色素。广义上指所有起光合作用的起光合作用的卟啉色素卟啉色素。 高等植物中叶绿素主要有两种形式：即叶绿高等植物中叶绿素主要有两种形式：即叶绿素素a a（青绿色）和叶绿素（青绿色）和叶绿素b b（黄绿色），它们的含（黄绿色），它们的含量约为量约为3 3：1 1，它们的结构、物理化学性质、分布，它们的结构、物理化学性质、分布和颜色变化等极相似，除少数情况外，可以不加和颜色变化等极相似，除少数情况外，可以不加区分。区分。 叶绿素存在于植物细胞的叶绿体中，通常与叶绿素存在于植物细胞的叶绿体中，通常与类胡萝卜素、类脂物质及脂蛋白复合在一起，分类胡萝卜

11、素、类脂物质及脂蛋白复合在一起，分布在叶绿体内的碟形体的片层膜上。布在叶绿体内的碟形体的片层膜上。1.1.叶绿素的结构叶绿素的结构 2 2、叶绿素在食品加工和贮藏中的变化、叶绿素在食品加工和贮藏中的变化 （1 1）酶促反应）酶促反应 引起叶绿素破坏的酶促变化有两类：一类引起叶绿素破坏的酶促变化有两类：一类是间接作用，一类是直接作用。是间接作用，一类是直接作用。 起间接作用的酶如脂酶、蛋白酶、果胶酯起间接作用的酶如脂酶、蛋白酶、果胶酯酶、脂氧合酶、过氧化物酶等酶、脂氧合酶、过氧化物酶等。脂酶和蛋白酶。脂酶和蛋白酶的作用是破坏叶绿素的作用是破坏叶绿素- -脂蛋白复合体，使叶绿素脂蛋白复合体，使叶绿

12、素失去脂蛋白的保护而更易遭受破坏。果胶酯酶失去脂蛋白的保护而更易遭受破坏。果胶酯酶的作用是将果胶水解为果胶酸，从而提高质子的作用是将果胶水解为果胶酸，从而提高质子浓度而使叶绿素脱镁。脂氧合酶和过氧化物酶浓度而使叶绿素脱镁。脂氧合酶和过氧化物酶的作用是催化它们的底物氧化，其间产生的一的作用是催化它们的底物氧化，其间产生的一些物质会引起叶绿素的氧化分解些物质会引起叶绿素的氧化分解 直接以叶绿素为底物的只有叶绿素酶直接以叶绿素为底物的只有叶绿素酶，它是酯酶的一种，可使植醇从叶绿素和脱它是酯酶的一种，可使植醇从叶绿素和脱镁叶绿素上脱落，对于其他类型的叶绿素镁叶绿素上脱落，对于其他类型的叶绿素衍生物此酶

13、的活力变化很大。这种酶的最衍生物此酶的活力变化很大。这种酶的最适温度在适温度在606082.282.2范围，范围，8080以上活性以上活性下降，下降， 100100时就完全失活。时就完全失活。 （2 2）酸和热引起的变化）酸和热引起的变化 绿色蔬菜初经烹调或热烫后表观绿色似乎有绿色蔬菜初经烹调或热烫后表观绿色似乎有所加强并更加明快，这可能是由于原存于细胞间所加强并更加明快，这可能是由于原存于细胞间隙的气体被加热逐出，另外叶绿体中不同成分的隙的气体被加热逐出，另外叶绿体中不同成分的分布情况这时也会有所变动，这些物理变化造成分布情况这时也会有所变动，这些物理变化造成光线的折射与反射的情况变化而引起

14、色感变化。光线的折射与反射的情况变化而引起色感变化。 在加热中，由于酸的作用，叶绿素会发生脱在加热中，由于酸的作用，叶绿素会发生脱镁反应生成脱镁叶绿素，并进一步生成焦脱镁叶镁反应生成脱镁叶绿素，并进一步生成焦脱镁叶绿素绿素（甲酯基也被脱除，同时该环的酮基也转变（甲酯基也被脱除，同时该环的酮基也转变为烯醇式），食品的绿色显著向橄榄绿到褐色转为烯醇式），食品的绿色显著向橄榄绿到褐色转变。变。 pH pH值是决定脱镁反应速度的一个重要因素，值是决定脱镁反应速度的一个重要因素，在碱性条件下（在碱性条件下（ pH9.0pH9.0）时，叶绿素对热稳定，）时，叶绿素对热稳定，而在而在pH3.0pH3.0的条

15、件下，叶绿素不稳定的条件下，叶绿素不稳定。 另外，有人发现，用氯化钠、氯化镁或氯另外，有人发现，用氯化钠、氯化镁或氯化钙处理烟叶化钙处理烟叶并于并于9090加热，其脱镁反应分别加热，其脱镁反应分别减少减少47%47%、70%70%和和77%77%。盐的作用可能是作为静。盐的作用可能是作为静电屏蔽剂，限制了质子扩散进入叶绿体，从而电屏蔽剂，限制了质子扩散进入叶绿体，从而减缓了脱镁作用减缓了脱镁作用。 （3 3）光解）光解 叶绿素受光辐照时会发生光敏氧化叶绿素受光辐照时会发生光敏氧化，光可使卟啉环在次甲基处断裂，四吡咯光可使卟啉环在次甲基处断裂，四吡咯大环打开，在有氧的条件下能生成单线大环打开，在

16、有氧的条件下能生成单线态氧合羟基游离基。这些活性物质进一态氧合羟基游离基。这些活性物质进一步使开环的四吡咯氧化，生成过氧化物步使开环的四吡咯氧化，生成过氧化物与更多的游离基，与更多的游离基，使叶绿素变色为无色使叶绿素变色为无色。（三）类胡萝卜素（三）类胡萝卜素 类胡萝卜素又称多烯色素类胡萝卜素又称多烯色素，它是在天然食品原，它是在天然食品原料中分布最广泛的色素。红色、黄色和橙色水果料中分布最广泛的色素。红色、黄色和橙色水果及根用作物和蔬菜是富含类胡萝素的食品，卵黄、及根用作物和蔬菜是富含类胡萝素的食品，卵黄、虾壳等动物材料中也富含类胡萝卜素。一般来说，虾壳等动物材料中也富含类胡萝卜素。一般来说

17、，富含叶绿素的植物组织也富含类胡萝卜素。富含叶绿素的植物组织也富含类胡萝卜素。 1.1.类胡萝卜素的分类类胡萝卜素的分类 可归为两大类：可归为两大类： 烃类胡萝卜素：为纯碳氢化物；烃类胡萝卜素：为纯碳氢化物； 氧合叶黄素：结构中含有羟基、环氧基、醛氧合叶黄素：结构中含有羟基、环氧基、醛 基、酮基等含氧基团；基、酮基等含氧基团； 2 2、类胡萝卜素的结构、类胡萝卜素的结构 类胡萝卜素的最基本的结构是异戊间二烯类胡萝卜素的最基本的结构是异戊间二烯，它们是头它们是头- -尾或尾尾或尾- -尾相连产生很多对称结构。尾相连产生很多对称结构。 3 3、类胡萝卜素在食品加工和贮藏中的变化、类胡萝卜素在食品加

18、工和贮藏中的变化 胡萝卜素和叶黄素类在加工和贮藏中的变化胡萝卜素和叶黄素类在加工和贮藏中的变化种类和条件存在一定差异，但种类和条件存在一定差异，但总体来讲，它们在总体来讲，它们在遇到光照、氧气、中性或酸性条件下加热时，会遇到光照、氧气、中性或酸性条件下加热时，会发生异构化、氧化分解等，缓慢地使食品发生褪发生异构化、氧化分解等，缓慢地使食品发生褪色或褐变。色或褐变。（四）花青素类（四）花青素类 花青素是多酚类化合物花青素是多酚类化合物中一个最富色彩的中一个最富色彩的子类，子类，多以糖苷（称为花色苷）的形式存在多以糖苷（称为花色苷）的形式存在于植于植物细胞液中，是植物最主要的水溶性色素之一，物细胞

19、液中，是植物最主要的水溶性色素之一，构成花、果实、茎和叶五彩缤纷的美丽色彩，包构成花、果实、茎和叶五彩缤纷的美丽色彩，包括蓝、紫、紫罗兰、洋红、红和橙色等。括蓝、紫、紫罗兰、洋红、红和橙色等。 1. 1.结构结构 具有特征的具有特征的C C6 6C C3 3C C6 6 碳的骨架结构，所有花色碳的骨架结构，所有花色苷都具有苷都具有2-2-苯基苯基- -苯并吡喃阳离子结构。苯并吡喃阳离子结构。食品中重要的花色苷：食品中重要的花色苷： 天竺葵色素天竺葵色素 矢车菊色素矢车菊色素 飞燕草色素飞燕草色素 芍药色素芍药色素 牵牛花色素牵牛花色素 锦葵色素锦葵色素 2. 2.花色苷的颜色与稳定性花色苷的颜

20、色与稳定性 花青素和花色苷的化学稳定性不高，它花青素和花色苷的化学稳定性不高，它们在食品加工和贮藏中经常因化学作用而变们在食品加工和贮藏中经常因化学作用而变色。影响因素主要有色。影响因素主要有pHpH、温度、氧气浓度、温度、氧气浓度、酶、抗坏血酸、二氧化硫、金属离子与糖等。酶、抗坏血酸、二氧化硫、金属离子与糖等。（1 1）pHpH对花色素结构变化的影响对花色素结构变化的影响 水溶液中花色苷在不同水溶液中花色苷在不同pHpH时可能有时可能有4 4种结构：种结构：醌型碱醌型碱 2-2-苯基苯并苯基苯并 醇型假碱醇型假碱 查尔酮查尔酮（蓝色）（蓝色） 吡喃阳离子吡喃阳离子 （无色）（无色） （无色）

21、（无色） （红色）（红色） 很多研究表明，很多研究表明，花色苷在酸性溶液中呈色花色苷在酸性溶液中呈色效果最好效果最好。 （2 2）氧气与抗坏血酸的影响）氧气与抗坏血酸的影响 花色素的不饱和性使它们对空气中的氧比花色素的不饱和性使它们对空气中的氧比较敏感。较敏感。 抗坏血酸氧化时产生的过氧化氢可诱导花抗坏血酸氧化时产生的过氧化氢可诱导花色苷的降解。色苷的降解。（3 3）光照）光照 光照通常会加速花色苷的降解。光照通常会加速花色苷的降解。（4 4）糖及其降解产物的影响）糖及其降解产物的影响 高浓度糖存在下高浓度糖存在下，由于水分活度降低，花色，由于水分活度降低，花色苷生成醇型假碱的速度减慢，所以苷

22、生成醇型假碱的速度减慢，所以花色苷的颜花色苷的颜色得到了保护色得到了保护。低浓度糖存在下低浓度糖存在下（如果汁），（如果汁），花色苷的降解或变色却加速花色苷的降解或变色却加速，果糖、阿拉伯糖、，果糖、阿拉伯糖、乳糖和山梨糖的这种作用比葡萄糖、蔗糖和麦乳糖和山梨糖的这种作用比葡萄糖、蔗糖和麦芽糖更强。这些糖自身先降解（非酶褐变）成芽糖更强。这些糖自身先降解（非酶褐变）成糠醛或羟甲基糠醛，然后再与花色苷类缩合而糠醛或羟甲基糠醛，然后再与花色苷类缩合而生成褐色物质。升高温度和有氧气存在将使反生成褐色物质。升高温度和有氧气存在将使反应加快，反应的机理尚未探明。应加快，反应的机理尚未探明。（5 5）金属

23、离子的影响）金属离子的影响 花色苷的相邻羟基可以螯合多价的金属离花色苷的相邻羟基可以螯合多价的金属离子形成稳定的螯合物子形成稳定的螯合物。因此，花青素和花色苷。因此，花青素和花色苷的分子结构中若含有邻羟基，则遇到铝离子、的分子结构中若含有邻羟基，则遇到铝离子、铁离子、钙离子、锡离子等金属离子时就会发铁离子、钙离子、锡离子等金属离子时就会发生络合变色，生络合变色，产物可能为深红、蓝、绿和褐色产物可能为深红、蓝、绿和褐色等等。 桃、梨、荔枝、蔓越橘和红甘蓝的加工中桃、梨、荔枝、蔓越橘和红甘蓝的加工中常出现金属络合引起花色苷变色的问题。这种常出现金属络合引起花色苷变色的问题。这种络合物的稳定性高于花

24、色苷，一旦生成就不易络合物的稳定性高于花色苷，一旦生成就不易逆转，但柠檬酸等有络合金属能力的成分可减逆转，但柠檬酸等有络合金属能力的成分可减少它们的生成，并可使它们部分逆转为花色苷。少它们的生成，并可使它们部分逆转为花色苷。 （6 6）二氧化硫的影响）二氧化硫的影响 使用二氧化硫漂白时会造成水果和使用二氧化硫漂白时会造成水果和蔬菜的花色苷可逆或不可逆地褪色或变蔬菜的花色苷可逆或不可逆地褪色或变色色。原因为二氧化硫作用于花色苷的。原因为二氧化硫作用于花色苷的C C4 4上生成了一种无色的物质。上生成了一种无色的物质。（五）类黄酮化合物（五）类黄酮化合物 1 1、结构、结构 和花青素一样，和花青素一样，类黄酮的碳架结构也是类黄酮的碳架结构也是6 6C C3 3C C6 6，区别于花青素的显著特征是区别于花青素的显著特征是4-4-位皆为酮基。位皆为酮基。 2. 2.化学性质化学性质 （1 1）可与多种糖形成糖苷。）可与多种糖形成糖苷。 （2 2）类黄酮化合物中，有许多物质呈黄色，但）类黄酮化合物中，有许多物质