食品化学第7章_色素本科课件.ppt

色 素,COLOUR CONTRIBUTOR,,7,引言,可见光 380～770nm 电磁光谱；,色素： 植物或动物细胞与组织内的天然有色物质 染料： 指能在其它东西上染色的物质 食品级着色剂：某些官方机构的批准方可使用美国由FDA负责审核批准，称之为许可的着色剂，授予FD＆C号，意味着可用于食品、药物与化妆品 沉淀色料： 由染料和基质构成的，可分散于油相 通过吸附、共沉淀或化学反应结合； 整个体系包括水溶性基本染料以及许可的不溶性基质； 目前只有氧化铝被获准作为基质使用；,引 言,着色剂的分类,食品天然色素的分类:动物肌肉中的色素植物色素 包括叶绿素、类胡萝卜素、黄酮类与其他酚类 天然色素一般对光、热、pH、氧气等敏感，它们的变化会导致食品在加工贮存中变色或褪色合成色素颜色鲜艳稳定，但安全性较差四吡咯色素,一、血红素(heme)化合物 铁卟啉衍生物，主要存在于动物肌肉和血液中 肌肉红色来自于肌红蛋白(70-80％)和血红蛋白(20-30％) 放血后色泽的90％以上是由肌红蛋白产生 量随着动物的种类、年龄、性别而改变 鱼类毛细血管少，白色是鱼肉的特征 肌肉组织尚有少量其他色素，细胞色素，酶和维生素B12等 。

肉中的主要色素,,血红素化合物的结构,肌红蛋白（Mb） 球蛋白 MW=16,800 153个AA 4个吡咯环的中央有1个铁原子 与4个吡咯的氮原子构成复合物肌红蛋白的三级结构,铁原子可形成6个配位键 4个被4个吡咯环的氮原子占据； 第五个与肌球蛋白的组氨酸残基键合； 第六个可与各种配基的电负性原子结合； 血红蛋白：由4个肌红蛋白构成，是一个四聚体；,6个配位键,肌红蛋白与血红蛋白,化学与颜色——氧化反应,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+）、与血红素键合配基的种类和球蛋白蛋白质的状态 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 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高氧气分压有利于形成亮红色的MbO2 而低氧气分压有利于形成Mb和MMb,氧气分压对三种肌红蛋白的影响,完全排除氧气能将血红素的氧化（Fe2+ Fe3+）降低到最小程度 血球蛋白的存在能降低氧化速度 pH低时氧化反应进行较快 痕量元素特别是铜会促进自动氧化 与Mb相比，MbO2 自动氧化的速度较低,,应用举例,新鲜金枪鱼的肉是红色的，-60℃条件下保藏， 新含气保鲜技术（日本） 金枪鱼 切块 调理釜 灭菌打入氧气 负压下脱除多余的水分 包装 -20℃保藏 原理 氧合肌红蛋白（亮红色）脱氧转变成肌红蛋白（浅红色） 注入氧气：有足够的氧气键合成为氧合肌红蛋白，从而使肉保持亮红色。

化学和颜色——变色反应,过氧化氢可与血红素中的Fe2+和Fe3+反应生成绿色的胆绿蛋白 细菌繁殖产生的硫化氢在有氧气存在时能形成绿色的硫代肌红蛋白腌制肉的色素,肌红蛋白 亚硝酰基肌红蛋白（紫红色） 在腌制开始时，如果含有较多的亚硝酸盐，肌红蛋白立刻被氧化为硝酸肌红蛋白（NMb） 在还原剂存在下受热时NMb转化为绿色的硝化氯化血红素 在无氧状态下，亚硝酰基肌红蛋白相当稳定，但对光敏感，在有还原剂（抗坏血酸或巯基化合物）存在时亚硝酸盐将被还原为一氧化氮，迅速生成亚硝酸基肌红蛋白肉类色素的稳定性,光照、温度、相对湿度、水分活度、pH及细菌的种类 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 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 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原指与光合作用有关的绿色色素现在延伸至所有起光合作用的卟啉色素 结构特征： 吡咯：卟啉环的4个环状组分中的1个 卟吩：四吡咯骨架 卟啉：卟吩的氧化态 脱镁叶绿母环： 9位碳与10位碳成环的卟啉 脱镁叶绿环：7位被一个长碳链醇（植醇或法呢醇）酯化,叶绿素的结构,卟吩,脱镁叶绿母环,植醇：具有类异戊二烯结构的20碳醇 叶绿素a ：一个与镁螫合的四吡咯结构，它的1，3，5和8位上有甲基取代，乙烯基取代于2位，乙基位于4位，7位的丙酸与植醇酯化。

羧基位于9位，甲氧甲酰基位于10位 叶绿素b：3位是甲醛基而不是甲基,脱镁叶绿素a 脱镁叶绿素b 脱植醇叶绿素a 脱植醇叶绿素b 脱镁脱植醇叶绿素a 脱镁脱植醇叶绿素b,2,4,1,3,5,6,7,8,9,10,叶绿素衍生物可借助可见吸收光谱进行鉴定 叶绿素a ：600～700nm（红光）；叶绿素b：400～500nm（蓝光） 在乙醚中： a：660.5nm和642nm（红光）；b：428.5nm和452.5nm（蓝光） 在高等植物中，叶绿素a：b≈3：1,叶绿素及其衍生物的光谱特性,叶绿素的变化-酶促反应,叶绿素酶是唯一能使叶绿素降解的酶，使植醇从叶绿素及脱镁叶绿素上脱落 最适温度60-82.2℃叶绿素（绿色） 脱镁叶绿素（橄榄褐色）绿色的叶绿素的铜或锌络合物铜代叶绿素的色泽最鲜亮，对光和热较稳定，是理想的食品着色剂pH会影响叶绿素的降解 在碱性条件下（pH 9.0），对热非常稳定； 在pH 3.0的酸性条件下，叶绿素不稳定； 钠、镁、钙的盐酸盐能降低叶绿素脱镁反应速度； 绿色蔬莱在加工前用石灰水或Mg(OH)2 提高pH，有利于保持蔬菜的鲜绿色；,,,叶绿素的变化-热与酸,类胡萝卜素（carotenoids）,自然界中最丰富的天然色素； 黄色常常被叶绿体的绿色所覆盖； 既有光合作用又有光保护作用；淬灭由光照和暴露于空气中产生的活泼氧 最常见的是β-胡萝卜素 天然或合成的β-胡萝卜素都可作着色剂 β-胡萝卜素有2个β-紫罗酮（视黄醇）环状结构 是最有效的维生素A原 维生素A活性取决于是否有视黄醇结构,类胡萝卜素的结构,分为两类： 烃类胡萝卜素 氧合类胡萝卜素 结构 有很多衍生物 羟基化的类胡萝卜素的脂肪酸酯 顺，反异构体 顺式异构体的维生素 A 原活性比全反式β-胡萝卜素降低 13%～53%。

类胡萝卜素最基本的组成单元是异戊间二烯，通过共价键头-尾或尾-尾相连产生很多对称结构天然类胡萝卜素大多数可看作是番茄红素的衍生物,化学性质,易被氧化，并失去颜色 组织内：与氧气隔离，受到保护 组织破损或被萃取：直接与氧接触，发生氧化 高度共轭，双键数很多，氧化产物复杂 氧化促进因子 金属离子和亚硫酸盐 脂肪氧合酶,所有的类胡萝卜素都是脂溶性色素； 稳定性一般； 被氧化后会褪色； 因酸、加热或光照而异构化； 具有的颜色从黄到红，检测的波长范围430～480 nm； 氧气分压高——氧化强化剂； 氧气分压低——抑制脂质的过氧化； 类胡萝卜素有一定的抗氧化活性，能淬灭单线态氧，防止细胞的氧化损伤； 抗氧化活性使它具有抗衰老、抗白内障、抗动脉粥状硬化与抑制癌细胞的作用；,类胡萝卜素,花色苷类,是植物世界分布最广的一类色素； 有各种颜色，如蓝、紫、红、橙等； 花色苷是黄酮的一种，有2-苯基-苯并吡喃阳离子结构； 所有花色素苷都是花色苷（flavylium）阳离子基本结构的衍生物自然界已知有 20 种花色素苷，食品中重要的有 6 种，即花葵素（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（petunidin）和二甲花翠素（锦葵色素malvidin ） 。

花色苷在自然状态下以糖苷形式存在 花色苷的糖基：葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖单糖苷只含一个糖基，几乎都连接在3碳位上含二个糖分子，二个可以都在3碳位，或3和5碳位各有一个含三个糖分子通常二个在3碳位和一个在5碳位的，有时三个 在3碳位上形成支链结构或直链结构 花色苷水解失去糖基后的配体称为花青素，水溶性下降；,Malvidin,Petunidin,Peonidin,芍药色素,3′-甲花翠素,二甲花翠素,分子结构 分子中羟基数目增加则稳定性降低； 甲基化程度提高则增加稳定性； 糖基化也有利于色素稳定 酸度 酸度的改变，花色素的结构改变，颜色随之改变花色苷的颜色与稳定性,花青素-3-鼠李葡糖苷在pH0.71～4.02缓冲液中的吸收光谱，色素浓度为1.6×10-2g/L 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二甲花翠素-3-葡萄糖苷不同pH时的结构变化,,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 光通常会加速花色素的降解 金属离子 氧和还原剂 水分活度（Aw） 糖及其降解产物 酶 缩合反应,花色苷的颜色与稳定性,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 光通常会加速花色素的降解 花色素的不饱和性使得对氧比较敏感； 防止果汁变色要尽量装满或采用充氮贮存 果汁中花色苷和抗坏血酸会同时消失 这是由于抗坏血酸氧化时产生的过氧化氢诱导了花色苷的降解 铜能加速抗坏血酸的氧化，最终使果汁变成棕褐色； 光照通常会加速花色苷的降解； 高浓度的糖有利于花色苷的稳定 因为高浓度糖可降低水分活度； 但低浓度的糖会加速花色苷降解；,花色苷的颜色与稳定性,采用涂料金属罐保护罐装果蔬原有颜色 相邻羟基可以螯合多价的金属离子 使花色苷的颜色由红转变成紫 某些金属离子亦会造成果汁等变色 梨、桃、荔枝等水果会产生粉红色 在酸性条件下热诱导花色素转变成花色苷，再与金属离子形成络合物 SO2的影响 漂白时生成了一种无色的物质，造成可逆或不可逆地退色或变色 为防止细菌腐败，用500～2000mg／kg二氧化硫水溶液处理水果，水果在贮存时退色，但再用水清洗后，颜色能恢复 少量的SO2可迅速使很多的花色苷失色,花色苷的颜色与稳定性,类黄酮化合物,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 。

已知的黄酮化合物有800多种； 分类 黄酮醇 莰菲醇（kaempferol，5,7,4’-三羟基黄酮醇）、槲皮素（querein, 3,5,7,3’,4’-五羟基黄酮）、杨梅黄酮（myricetin, 3,5,7,3’,4’,5’-六羟基黄酮）； 黄酮 芹菜素、洋地黄酮，3’,4’,5’,5,7-五羟基黄酮等 都具有黄色,杨梅黄酮,莰菲醇,芹菜素,化学性质,能与多种糖形成糖苷 天然的黄酮类化合物具有丰富的色泽与不饱和性和羟基助色团相关 能和金属离子形成螯合物 常使食品带有颜色罐头芦笋带上绿黑色 抗氧化性和形成风味,儿 茶 素,儿茶素在茶叶中的含量很高，无色，涩味 与金属离子成有色或白色沉淀与三价铁成黑绿色沉淀，与醋酸铅灰黄色 C3上有-OR和-H，若两个-H在环平面的同一侧时，-OR和-B环则在另一侧，即为顺式儿茶素，也称为表儿茶素；如若两个-H不在环平面的同一侧，-OR‘和-B环分别在两侧时，便是反式儿茶素单 宁,单宁(tannins)又名单宁酸、倍单宁酸（鞣酸），通常称为鞣质，是特殊的酚类化合物 单宁包括两种类型 缩合单宁：4，8 或 2，8 碳-碳连接的二聚物或儿茶素，和有关化合物的 3，3-醚键二聚物，以及 2-C，7-O或 4-C，7-O键的化合物； 水解单宁（hydrolyzable tannins）。

鞣花单宁为没食子酸和鞣花酸的聚合物典型的鞣花单宁含有没食子酸、鞣花酸和一个葡萄糖分子，称为诃黎勒鞣花酸(chebulagic acid)。