色素的發(fā)色機(jī)理課件

第七章色素

§1.色素的發(fā)色機(jī)理

§2.色素（著色劑）的分類§3.實(shí)用天然色素（按結(jié)構(gòu)分類）

§4.食用合成色素

§5.食用色素安全性和使用注意事先項(xiàng)

食品的品質(zhì)除了其本身的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、質(zhì)地之外,還包括食品的色澤和風(fēng)味，任何一種特定的食品的品質(zhì)就是由上述的這些因素以不同的比例組成的。食品的色澤是構(gòu)成食品的感官質(zhì)量中最重要屬性之一。顏色是衡量食品的重要指標(biāo)之一。天然食品一般都有美麗的色澤，但經(jīng)過(guò)加工時(shí),發(fā)生褪色或變色。為了保持或改善食品的色澤,在食品加工中往往需要對(duì)食品進(jìn)行人工著色。色素則是以食品著色和改善食品色澤為目的的食品添加劑,也稱著色劑。

§1色素的發(fā)色機(jī)理

不同的物質(zhì)能吸收不同波長(zhǎng)的光，如果某物質(zhì)所吸收的波長(zhǎng)在可見(jiàn)光區(qū)域（400～800）,那么該物質(zhì)就會(huì)呈現(xiàn)一定的顏色,這種顏色是未被吸收光波反映出來(lái)的顏色。1.物質(zhì)之所以能吸收可見(jiàn)光而呈現(xiàn)不同的顏色,是因?yàn)槠浞肿雍心承┨厥獾幕鶊F(tuán)即生色團(tuán)（生色基或發(fā)色基）,這些基團(tuán)有:—Cl、—Br等,它們本身的吸收波段在遠(yuǎn)紫外區(qū),但這些集團(tuán)與共軛鍵或生色基相連接,使共軛鍵或生色基的吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)移而顯色,這些集團(tuán)稱為助色團(tuán)(助色基)。色素都是由發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)組成。（食品的色澤可以由天然存在的色素產(chǎn)生，也可以由人為加入的著色劑產(chǎn)生。為了使食品具有所要求的和易被人接受的色澤，必須對(duì)著色劑進(jìn)行系統(tǒng)的了解，并掌握各類著色劑的性質(zhì)和特點(diǎn)）

§2色素（著色劑）的分類一般按它的來(lái)源和性質(zhì)可將其分為兩類：一.食用合成色素:是指用人工方法制得的有機(jī)色素。按它的結(jié)構(gòu)不同又可分為偶氮類色素,其中偶氮類色素有油溶性和水溶性之分,油溶性的進(jìn)入人體不易被排出,且毒性較大；水溶性的進(jìn)入人體易排出體外，且毒性較小。除了這兩種之外還包括色淀，它是由水溶性色素沉淀在許多使用的不溶性基質(zhì)(Al2O3)上所制得的特殊著色劑。

食用天然色素:它主要是從植物組織中提取的色素,也包括來(lái)自于動(dòng)物微生物的色素,和少量無(wú)機(jī)色素。按其來(lái)源不同又可分為:(1).植物色素,如甜菜紅、姜黃―胡蘿卜素等。(2).動(dòng)物色素,如紫膠紅、血紅素等。(3).微生物色素,如紅曲紅等。如按其化學(xué)結(jié)構(gòu)分,可分為:(1).四吡咯衍生物,如葉綠素、血紅素等。(2).異戊二烯衍生物,如辣椒紅、胡蘿卜素等。（3）.多酚類衍生物,如越桔紅、蘿卜紅素等。（4).酮類衍生物,如紅曲紅、姜黃素等。（5）醌類衍生物,如紫膠紅、胭脂蟲(chóng)紅等。此外還有甜菜紅、焦糖色素等。§

§3.食用天然色素(按結(jié)構(gòu)分類)一.四吡咯色素(血紅素、葉綠素)具有四吡咯結(jié)構(gòu)的色素其一般共同特點(diǎn)就是其基本單位是四個(gè)吡咯構(gòu)成的卟啉環(huán)，其中是金屬元素以共價(jià)鍵和配位鍵結(jié)合并在吡咯環(huán)上可能有取代基，從而呈現(xiàn)不同的顏色。四毗咯色素最重要的是血紅素和葉綠素、膽汁色素，它們的基本結(jié)構(gòu)分別為：

其色澤也隨之變化，鮮肉中的紅色是由氧合肌紅蛋白呈現(xiàn)的顏色（紫紅色）。新鮮肉的紅色就是由于氧肌紅蛋存在而呈紅色，它可以通過(guò)兩個(gè)階段變?yōu)楹稚?。其機(jī)理為:(a).動(dòng)物屠宰放血后,肌肉組織供養(yǎng)停止,，此時(shí)肌肉中的色素為Mb而呈紫紅色(b).當(dāng)鮮肉放置于空氣中時(shí)表面的Mb與氧氣結(jié)合而形成MbO2呈紫紅色，而其內(nèi)部仍處于還原狀因而仍呈紫紅色(c).在有氧或氧化劑存在時(shí)亞鐵血紅素可被氧化為MetMb，形成了棕褐色，所以只要肉中還有還原性物質(zhì)存在肌紅蛋白就會(huì)保持紅色，當(dāng)還原性物質(zhì)耗盡時(shí)高鐵肌紅蛋白的褐色就會(huì)成為主要色澤（3）影響肉色澤的因素:a.還原劑的影響:例如當(dāng)有還原性巰基(-SH)存在時(shí)肌紅蛋白會(huì)形成綠色的硫肌紅蛋白(SMb)；當(dāng)有其它還原劑如Vc時(shí)可以生成膽肌紅蛋(ChMb)，并很快地被氧化生成球蛋白、鐵和四吡咯環(huán)，這個(gè)反應(yīng)在PH=5～7的范圍內(nèi)發(fā)生。b.加熱的影響:在加熱時(shí)球蛋白變性，F(xiàn)e2+暴露出被氧化變?yōu)镕e3+，所以熟肉的色澤為褐色，稱為高鐵血色原(hemichrome)。c.護(hù)色劑的影響:在對(duì)肉進(jìn)行腌制時(shí)肌紅蛋白等會(huì)同亞硝酸鹽的分解產(chǎn)物NO等發(fā)生反應(yīng)，生成不太穩(wěn)定的亞硝?；〖t蛋白(NO－Mb)，它在加熱后可以形成穩(wěn)定的亞硝基血色原(Nitrosylhemochrome)，這是腌肉中的主要色素。條件下中心鎂原子H取代生成暗褐色的脫鎂葉綠素，加熱可以促使脫鎂反應(yīng)的進(jìn)行；而葉綠素在稀堿中水解后生成的葉綠酸仍呈綠色并易溶于水，比較穩(wěn)定，但是脫鎂以后變?yōu)槊撴V葉綠酸，色澤呈暗褐色。在食品的加工中以熱加工對(duì)脫鎂反應(yīng)影響最大，例如綠色蔬菜的熱處理會(huì)很快使色澤轉(zhuǎn)變?yōu)榘岛稚?，這個(gè)過(guò)程與加熱及貯藏時(shí)所產(chǎn)生的脫鎂有關(guān)，加熱前蔬菜處于近中型狀態(tài)（如果用Ca、Mg的氧化物或氫氧化物處理提高PH值）可防止葉綠素脫鎂，保持綠色。堿性條件下會(huì)破壞質(zhì)地、風(fēng)味和維生素C；葉綠素的中心原子被Cu2+或其它金屬離子取代時(shí)可形成穩(wěn)定的化合物，其中以銅鹽最為明亮，是目前食品上使用的著色劑，但對(duì)于它的使用是否安全仍存在異議。目前保持葉綠素穩(wěn)定的最好方法是采用高質(zhì)量的原料、低溫貯存并盡快加工。二.異戊二烯衍生物色素—類胡蘿卜色素(葉黃素、胡蘿卜素)類胡蘿卜素是一類廣泛存在于自然界中的脂溶性色素,它為許多食品提供紅色或黃色色澤。它存在于植物的葉、莖、花、根或果實(shí)中，自然界中的類胡蘿卜素以巖藻黃素(存在于藻類)最多，其次是存在于綠葉中的葉黃素、紫黃素和新黃素，其它的類胡蘿卜素如B－胡蘿卜素廣泛存在于胡蘿卜﹑南瓜﹑辣椒等蔬菜中。水果﹑蛋黃﹑奶油中的含量也較豐富。動(dòng)物通過(guò)攝入食物而得到必須的維生素A原－β－胡蘿卜素等以維持正常的生長(zhǎng)、發(fā)育。類胡蘿卜素按其組成可以分為兩大類，即胡蘿卜素類和葉黃素類。番茄紅素：從結(jié)構(gòu)上來(lái)看番茄紅素是直鏈開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，無(wú)維生素A的功能，主要存在于番茄中。α－胡蘿卜素：α－胡蘿卜素分子斷裂后可形成一分子維生素A，主要存在于胡蘿卜中，其次是番茄。β－胡蘿卜素：β－胡蘿卜素則形成2分子維生素A，并且自然界中三種胡蘿卜素以它占多，分布最廣1μg的β－胡蘿卜素相當(dāng)于1．6IU的VA。主要存在于胡蘿卜中，其次是番茄中。γ－胡蘿卜素：γ－胡蘿卜素分子斷裂后可形成一分子維生素A。2.葉黃素類(Xanthophylls)

葉黃素類是共軛多烯烴的加氧衍生物，即在分子中含有羥基、甲氧基、羧基、酮基或環(huán)氧基，多呈淺黃、橙、黃等色澤；在綠葉中它們的含量一般比葉綠素多一倍，常見(jiàn)的葉黃素類色素有以下的十幾種，它們可以簡(jiǎn)單地被認(rèn)為是胡蘿卜素類的衍生物。3.食品中的類胡蘿卜素植物食品中的類胡蘿卜素有時(shí)是其中的幾種的混合物，有時(shí)則為許多種類胡蘿卜素的混合物；它們可以以游離態(tài)存在于脂質(zhì)溶液中，也可以與碳水化合物、蛋白質(zhì)等結(jié)合以結(jié)合態(tài)存在，還可以與脂肪酸結(jié)合以酯類的業(yè)化人工合成并用于食品著色。除此之外由一些天然植物組織中提取出來(lái)的天然類胡蘿卜素也可作為食用色素，它們以脂溶型和水溶型兩種應(yīng)用于食品之中。三.花青苷和黃酮類（多酚類化合物Anthocyansandflavonoids)這類色素的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是含有苯并吡喃環(huán)，它們是植物組織中的水溶性色素的主要成分，具有各種色澤；它們常見(jiàn)有三種類型：花青苷素、黃酮類和兒茶素，均屬于多酚化合物類，大量存在于自然界中。1.花青苷花青苷類是一類水溶性的紅色色素，許多植物的花果實(shí)、葉子具有鮮艷的顏色，就是因?yàn)槠浼?xì)胞中含有這種水溶性的化合物。自然界中的花青苷一般是由花青素(Anthocyanidin)同糖結(jié)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連接一個(gè)或幾個(gè)糖基。自然界存在的花青素已知有20多種，但最重要的為其中的6種，它們最為常見(jiàn)，它們的結(jié)構(gòu)是一個(gè)苯并吡喃的鹽結(jié)構(gòu)，因而是水溶性化合物。R1R2=H—OH—OCH33′—OH與糖基連接形成苷花青苷R1R2果蔬中1天竺色素HH葡萄草莓2矢車菊色素OHH葡萄黑加侖草莓紫甘藍(lán)3飛燕草色素OHOH葡萄黑加侖4芍藥色素OCH3H葡萄櫻桃5牽牛色素OCH3OH葡萄6綿葵色素OCH3OCH3葡萄花青苷在酸性條件下呈紅色,在中性條件下呈無(wú)色,在堿性條件下呈藍(lán)色,因而可以看出要維持花青苷的正常色澤，必須使之保持在酸性條件下，中性或堿性條件下它均能降解變化成查爾酮的形式，使紅色褪去。b.金屬離子Sn2+、Fe2+、Cu2+、AI3+與花青苷結(jié)合使花青苷呈藍(lán)色.由于具有多個(gè)酚基；可與一些金屬離子形成藍(lán)色化合物，因而自然界中的一些花青苷以藍(lán)色形式出現(xiàn)。c.亞硫酸鹽類可以對(duì)花青苷進(jìn)行漂白使之褪色.亞硫酸氫根離子在2－位上發(fā)生加成反應(yīng),次反應(yīng)可逆,通過(guò)加熱或酸化處理可去掉亞硫酸,使花青苷再生,重新恢復(fù)原來(lái)的紅色.(2)穩(wěn)定性：a.有利條件：酸性條件較穩(wěn)定。b.不利條件：，在中性或堿性條件下迅速降解；此外光、熱、氧化劑和還原劑也對(duì)它們的穩(wěn)定性不利，可促使它們的降解；Vc、糖類、酚類等在加熱時(shí)生成的一些衍生物可以直接與花青苷縮合，故此可加速花青苷的褪色。用受到限制。(2).黃酮類物質(zhì)又稱之為維生素P，它們同Vc共同使用時(shí)具有降低血管滲透性的作用(3).蘆丁(櫟精的7－鼠李糖苷)還具有降低血壓的作用，可用于醫(yī)療上作為降壓藥品(4).柚皮苷可以合成為甜味劑，其甜度為蔗糖的2000倍。3.無(wú)色花青苷(Leucoanthicyanins)無(wú)色花青苷的結(jié)構(gòu)與花青苷相似，它是由黃烷－3、4－二醇通過(guò)4→8或4→6相連而結(jié)合起來(lái)的多聚體，以三聚體以上存在：

自然界中無(wú)色花青苷存在于蘋(píng)果、梨、葡萄和山楂等水果之中，它們?cè)谄渲衅鹬匾淖饔?，例如它們與澀味有關(guān)，在無(wú)機(jī)酸中加熱可以轉(zhuǎn)化為花青苷，可參加酶促褐變反應(yīng)，所以它們既可賦予食品(如酒、茶、香蕉、巧克力、越桔)以特殊的風(fēng)味，也可影響食品的色澤，如使罐頭果肉變紅、變褐，在啤酒或其它酒中形成渾混物。4.單寧(Tannin)單寧存在于柿子、茶葉、咖啡、石榴等植物組織中，在未成熟時(shí)含量尤為多，它們的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，多是高分子多元酚類的衍生物，水解后可生成葡萄糖、沒(méi)食子酸或其它多酚酸(鞣酸)；

單寧與食品的澀味有關(guān)，能參加酶促褐變反應(yīng)，另外它還能與Fe3+形成黑色物質(zhì)，與蛋白質(zhì)形成不溶性沉淀可以用來(lái)對(duì)果汁的澄清。含單寧高的植物可以作為制革工業(yè)中的植物性鞣質(zhì)原料。四.其它的天然食用色素除上述三大類天然色素外，還有其它的一些天然色素其結(jié)構(gòu)與前三類不太相似，不能夠系統(tǒng)地歸納成相應(yīng)的類別，故在這里將它逐一加以介紹。常見(jiàn)的天然食用色素有：1.紅曲色素(Monascin)；紅曲色素是存在于紅曲米中的色素。紅曲米是用水將大米浸透、蒸熟以后接種紅曲菌(MonascusSp·)進(jìn)行發(fā)酵而成，它可以直接用于食品的著色，也可以用乙醇提取出色素再用于食品的著色，還可以進(jìn)一步進(jìn)行精制、結(jié)晶等加工。紅曲色素中有6種不同的成分，它們分別是：如從紅曲霉獲得的主要是紅曲素和黃紅曲素，以紫紅曲霉中獲得的是紅曲素和紅斑紅曲素，實(shí)際使用中有價(jià)值的是醇溶性的紅色色素。從不同菌種得到的紅曲米中的各色素的含量是有區(qū)別的，目前已經(jīng)能從紅曲霉的深層發(fā)酵培養(yǎng)液中制備出紅曲素。與其它的天然色素相比，紅曲素具有強(qiáng)的耐光、耐熱及耐堿性，不與金屬離子發(fā)生作用，也不和氧化劑，還原劑如亞硫酸鹽、H2O2、Vc等作用，它對(duì)蛋白質(zhì)的染色能力強(qiáng)，現(xiàn)已廣泛用于肉制品、糕色、飲料、糖果等的著色．值得注意的是次氯酸鹽對(duì)紅曲素有強(qiáng)的漂白能力。2.醬色(Caramel)：又稱焦糖色素，是我國(guó)使用最多的色素之一，它是黑褐色的膠狀物或塊狀物。其成份還不清楚，它的形成可能涉及Maillard反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，商品組成非常復(fù)雜，其組成與著色力等與原料、加工方式有直接的關(guān)系。它是由各種碳水化合物生產(chǎn)(一般用玉米糖漿),根據(jù)其加工條件不同可分為好幾種類型，如銨鹽法或非氨法生產(chǎn)，以銨鹽法生產(chǎn)的色澤好、加工方便、收率高。3.蟲(chóng)膠紅(Laccolor)，又稱紫膠蟲(chóng)色素、紫草茸色素。紫膠蟲(chóng)是一種寄生于梧桐科、豆科、桑科等植物上的一種寄生蟲(chóng)，它的分泌物即為蟲(chóng)膠(紫膠)，在中醫(yī)上可以作為中藥(紫草茸)，井含有6％左右的色素。蟲(chóng)膠色素有溶于水和不溶于水兩大部分，它們都是蒽醌衍生物，溶于水的稱之為蟲(chóng)膠紅酸(Laccaicacid)，有A、B、C、D、E五部分成分：R—不同集團(tuán)蟲(chóng)膠紅在水中的溶解度不太大，易溶于稀堿，并易與金屬離子形成沉淀；在酸性時(shí)對(duì)光、熱穩(wěn)定，其色澤隨PH值的變化而不同：PH<4．0黃色PH＝4．5橙色PH＝6紅色PH＝8紫色PH>12時(shí)褪色

并且Fe3+、Cu2+等可降低其著色質(zhì)量。蟲(chóng)膠紅可以用于果汁、飲料、酒及糖果中作為著色劑。4.胭脂蟲(chóng)色素(Cochinea1)：胭脂蟲(chóng)是一種在胭脂仙人掌上的昆蟲(chóng)，其色素的主要成份似蟲(chóng)膠紅色素，都是蒽醌衍生物，但其主要成分為胭脂紅酸(Carminicacid)?？捎糜诠u、飲料的著色。胭脂紅酸的穩(wěn)定性非常好，耐熱、耐光、耐微生物不錯(cuò)，其色澤也隨PH的變化而改變?cè)谒嵝詴r(shí)為橙黃色，中性時(shí)呈紅色，而在堿性時(shí)呈紫色；它在熱水及乙醇中有較好的溶解性，可用于果醬、飲料的著色。5.甜菜紅(BeetRed)：甜菜紅是從食用紅甜菜中提出的色素，其主要成分有甜菜紅素和甜菜黃素兩大類，基本結(jié)構(gòu)是一種吡啶衍生物。甜菜紅的溶液呈紅-紫色色澤，在PH為3～7的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，在堿性溶液中顏色變黃甜菜紅的溶液呈紅-紫色色澤，在PH為3～7的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定，在堿性溶液中顏色變黃，甜菜紅的染色力較強(qiáng)。甜菜紅穩(wěn)定性較差：耐熱性較差，光、氧氣都能促使其降能，并且金屬離穩(wěn)定性均有影響。6.姜黃素(Curcumin)：姜黃素是從草木植物姜黃的根莖中提取得到的一種黃色色素，它是自然界中比較稀少的一種二酮類色素姜黃中含3～6％的姜黃素。著色力好，穩(wěn)定性較差。姜黃素也可用于咖哩粉、調(diào)料及黃色咸蘿卜條的著色。7.可可色素(Cacaopigments)：是可可豆及其外皮可可殼中的褐色色素，穩(wěn)定性好，耐光性、耐熱性、耐還原性都不錯(cuò)，對(duì)蛋白質(zhì)、淀粉的染色力強(qiáng)，并在加工、貯藏中很少變化，但在PH>8時(shí)可出現(xiàn)沉淀；安全性很高?！?食用合成色素合成色素是指以煤焦油(coaltar)為原料合成的食用色素，目前我國(guó)和其它國(guó)家允許使用的食用合成色素主要有以下8種：筧菜紅、胭脂紅、赤蘚、新紅、檸檬紅、種類顏色來(lái)源溶解性特點(diǎn)花青苷類紅藍(lán)植物水、醇不穩(wěn)定可逆漂白黃銅類無(wú)色→黃植物水、醇熱穩(wěn)定堿分解類胡蘿卜素?zé)o色→黃→紅動(dòng)植物脂溶熱穩(wěn)定氧化劑敏感葉綠素綠植物有機(jī)溶劑熱、酸敏感血紅素紅動(dòng)物水熱、氧化劑敏感種類顏色來(lái)源溶解性特點(diǎn)甜菜紅紅黃植物水熱敏感紅曲米色素紅紫紅微生物醇穩(wěn)定對(duì)次氯酸敏感醌類黃紫微生物水穩(wěn)定顏色隨PH變化而變核黃素黃綠植物水穩(wěn)定耐光性差、日落紅、亮藍(lán)、靛藍(lán)。它們的結(jié)構(gòu)是偶氮和非偶氮類化合物。一.合成色素的一般性質(zhì)了解食用合成色素的性質(zhì)是選擇和正確使用它的依據(jù)。以上8種都是水溶性色素，不溶于植物油和有機(jī)溶劑，所以在應(yīng)用于油脂或醇中時(shí)必須借助于助溶劑或乳化劑的分散、乳化作用來(lái)達(dá)到相應(yīng)的著色目的。二.色淀和聚合色素

1.色淀:它是用水溶性色素同一些允許使用的食用不溶性基質(zhì)加工而成，這些基質(zhì)可以是氧化鋁、二氧化鈦、滑石粉、碳酸鈣等，例如日本、美國(guó)已批準(zhǔn)以氧化鋁為基

色素名稱0.1%溶液色調(diào)熱光氧化還原酸堿鹽微生物莧菜紅紫紅色一般好差很差好一般差差赤蘚紅紅(綠)色很好差差一般很差差差很好胭脂紅紅色好好差很差好好很好差新紅紅色很好差好很好差很好好好檸檬黃黃色很好好差很差很好好一般一般色素名稱0.1%溶液色調(diào)熱光氧化還原酸堿鹽微生物日落黃橙色很好好差很差很好好一般一般亮藍(lán)藍(lán)色很好很好差一般很好好很好一般靛藍(lán)紫藍(lán)色差差差很差一般差差一般質(zhì)的色淀，我國(guó)在1988年也批準(zhǔn)可以使用色淀于食品中。色淀雖然是水溶性色素同一種基質(zhì)加工而成，但是其性能卻大為改變，與合成色素相比明顯不同，如下所示：名稱溶解度染色方式使用量粒子大小熱穩(wěn)定性光穩(wěn)定染色力色淀不溶于水、有機(jī)溶劑借助系數(shù)0.1%5微米極好極好不與濃度成正比合成色素水溶性溶解小于0.1%12-100微米好好與濃度成正比2.聚合色素:七十年代美國(guó)開(kāi)始研究一類新型的合成色素－聚合色素，它是一類高分子色素，在人的腸道內(nèi)不被吸收，因而可以大大地將合成色素的可能危害降低。已合成出三種紅色素和一種黃色素，其中三種紅色色素類似于莧菜紅,一種黃色色素類似于檸檬黃的吸收光譜，聚合色素的設(shè)想還可以應(yīng)于合成甜味劑之中?！?食用色素的安全性及應(yīng)用注意事項(xiàng)一.食用色素安全性食用色素，特別是合成色素，由于都是向食品中添加的非營(yíng)養(yǎng)成分，盡管其使用量很少，但是其安全性仍是人們注意的重點(diǎn)。一般來(lái)講合成色素本身或代謝產(chǎn)

物對(duì)人體產(chǎn)生的危害可能在以下三個(gè)方面：①一般毒性；②致瀉作用；③致癌作用；均需在進(jìn)行大量的毒理學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)FAO／WHO的專家評(píng)價(jià)