第八章 食品色素和著色劑ppt.ppt

1、第八章,色素和著色劑,Chapter 8 Pigments and Colorants,本章提要,重點：,常見食品天然色素的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及 基本的物理化學(xué)性質(zhì)；常見食品天 然色素可能在食品貯藏加工中發(fā)生 的重要變化及其條件；食品貯藏和 加工中的酶促褐變及其抑制。,難點：,天然色素的護(hù)色。,8.1.概述,introduction,什么是顏色？ 食品為什么具有顏色？ 食品具有顏色的意義？ 什么是食品色素？ 研究食品色素的意義？ 食品加工中控制色澤的手段？,人肉眼觀察到的顏色是由于物質(zhì) 吸收了可見光區(qū)（400800nm） 的某些波長的光后，透過光所呈現(xiàn) 出的顏色。即人們看到的顏色是被 吸收光的互補色。

2、,不同波長光的顏色及其互補色,物質(zhì)吸收的光,透過光（互補色）,波長（nm）,相應(yīng)的顏色,400 425 450 490 510 530 550 590 640 730,紫 藍(lán)青 青 青綠 綠 黃綠 黃 橙黃 紅 紫,黃綠 黃 橙黃 紅 紫 紫 藍(lán)青 青 青綠 綠,1.發(fā)色團(tuán)Chromophore,在紫外或可見光區(qū)(200800nm）具有吸 收峰的基團(tuán)被稱為發(fā)色團(tuán),發(fā)色團(tuán)均具有 雙鍵。如：-N=N-, -N=O, C=S, C=C , C=O等.,2.助色團(tuán)Auxochrome,有些基團(tuán)的吸收波段在紫外區(qū)，不可能發(fā) 色，但當(dāng)它們與發(fā)色團(tuán)相連時，可使整 個分子對光的吸收向長波方向移動，這 類基團(tuán)被

3、稱為助色團(tuán)。如：-OH, -OR, -,NH2, -NHR, -NR2, -SR, -Cl, -Br 等。,助色團(tuán) -X ( Cl, Br, I ) -OR -SR -NR2,波長紅移（nm） 230 1750 2385 4095,食品色素的分類,天然色素：植物色素 動物色素 微生物色素 人工合成,天然色素,吡咯類（卟啉類）：葉綠素、血紅素 異戊二烯類：胡蘿卜素、辣椒紅素 多酚類：花青素、類黃酮 酮類：紅曲色素、姜黃素 醌類：蟲膠色素、胭脂蟲紅素,人工合成色素,是否具有-N=N-發(fā)色基團(tuán)分類： 偶氮類色素：胭脂紅、檸檬黃 非偶氮類色素：赤鮮紅、亮藍(lán),食品著色劑,經(jīng)嚴(yán)格的安全評估試驗，并經(jīng)準(zhǔn)許可

4、以用于食品著色的天然色素或人工合成的化學(xué)物質(zhì)。,8.2. 卟啉類色素,Porphyry,由四個吡咯聯(lián)成的環(huán)稱為卟吩, 當(dāng)卟吩環(huán),帶有取代基時，稱為卟啉類化合物。,1. 葉綠素 Chlorphylls,(1) 結(jié)構(gòu),植醇,葉綠素,重要衍生物,脫鎂葉綠素：脫去鎂，橄欖綠。 脫植醇葉綠素：脫去植醇，綠色，水溶性。 焦脫鎂葉綠素：去甲酯基，暗橄欖綠。 脫鎂脫植醇葉綠素：橄欖綠 焦脫鎂脫植葉綠素：暗橄欖綠 銅、鋅代葉綠素：綠色，且更鮮艷穩(wěn)定,葉綠素衍生物可借助可見吸收光譜進(jìn)行鑒定。 葉綠素a和葉綠素b及衍生物在600700nm（紅光）和400500nm（藍(lán)光）有尖銳的吸收峰；二者在乙醚中的最大吸收波長分

5、別是660.5nm和642nm（紅光），以及428.5和452.5nm（藍(lán)光）。,(2) 葉綠素的穩(wěn)定性,脫植葉綠素 （綠色，水溶性）,葉綠素 （綠色，脂溶性）,脫鎂脫植葉綠素 （橄欖綠，水溶性）,脫鎂葉綠素 （橄欖綠，脂溶性）,焦脫鎂脫植葉綠素 （暗橄欖綠，水溶性）,焦脫鎂葉綠素 （暗橄欖綠，脂溶性）,酸/熱,-Mg,熱,-CO2CH3,熱,-CO2CH3,酸/熱,-Mg,-植醇,葉綠素酶,-植醇,葉綠素酶,-植醇,葉綠素酶,2+,2+,(3) 影響穩(wěn)定性的因素, 光、氧,酶（直接/間接）,酸、熱,氣體環(huán)境 鹽,葉綠素（卟啉類）,單線態(tài)氧+羥基自由基,過氧化物+更多自由基,卟啉環(huán)完全分解、顏

6、色完全消失,葉綠素,線形四吡咯結(jié)構(gòu),甘油（主要產(chǎn)物）,乳酸、檸檬酸、琥珀酸、丙二酸（微量）,光解,光、氧,四吡咯,(4) 護(hù)綠方法, 加堿護(hù)綠, 高溫瞬時滅菌, 加入銅鹽和鋅鹽,2. 血紅素 Haemachrome,(1) 結(jié)構(gòu),血紅素是亞鐵 卟啉化合物,血紅素基團(tuán)的結(jié)構(gòu),血紅蛋白（Hemoglobin)和肌紅蛋白 (Myoglobin)是動物血液、肌肉的主要色素蛋白質(zhì)。血紅蛋白和肌紅蛋白都是結(jié)合蛋白。,(2) 性質(zhì), 氧合作用：血紅素中的亞鐵與 一分子氧以配位鍵結(jié)合，而亞鐵 原子不被氧化，這種作用被稱為 氧合作用。, 氧化作用：血紅素中的亞鐵與 氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成高鐵 血紅素的作用被稱

7、為氧化作用。,氧合肌紅蛋白,肌紅蛋白,紅紫色,高鐵肌紅蛋白,褐色,鮮紅色,氧分壓對三種肌紅蛋白的影響,低氧壓時 主要為氧化作用； 高氧壓時 主要為氧合作用。,氧合肌紅蛋白,肌紅蛋白,高鐵肌紅蛋白,氧合,氧化,氧化,氧合,低PH、金屬離子促進(jìn)氧化,鮮肉熱加工，肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白的球蛋白變性，此時成為肌色原和高鐵肌色原。顏色成褐色。加熱時，溫度升高，氧氣降低，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。,肌紅蛋白,綠色物質(zhì),細(xì)菌生長繁殖產(chǎn)生H2O2、H2S，與血紅素中高鐵、亞鐵反應(yīng)分別生成膽綠蛋白、硫代肌紅蛋白。,肉色變綠,（3） 腌肉色素,硝酸鹽或亞硝酸鹽發(fā)色原理如下：,NO3 細(xì)菌還原作用 NO2 pH 5.46, H

8、+ HNO2,NO + H2O,HNO3、NO、H2O,-,-,歧化反應(yīng),還原劑,NOMb, NOMMb, 氧化氮肌色原統(tǒng)稱為腌肉色素，其顏色更加鮮艷，性質(zhì)更加穩(wěn)定（對熱、氧)。,HNO2的作用,（1）發(fā)色 （2）抑菌,（3）產(chǎn)生腌肉制品特有的風(fēng)味。,但過量使用安全性不好，在食品中導(dǎo)致亞硝胺生成；肉色變 綠。,（4） 肉及肉制品的護(hù)色,（1）采用低透氣性材料、抽真空和加,除氧劑。,（2）高氧壓護(hù)色,（3）采用100%CO2條件，若配合使用除氧劑，效果更好。,（4）腌肉制品的護(hù)色一般采用避光、除氧。,8.3. 類胡蘿卜素,Carotenoids,1. 結(jié)構(gòu),類胡蘿卜素包括： 純碳?xì)浠衔锝M成的共

9、軛多烯 （胡蘿卜素類） 上述化合物的含氧衍生物 （葉黃素類）,結(jié)構(gòu)特征:,這類化合物由8個異戊二烯單位組成，異戊二烯單位的連接方式是在分子中心的左右兩邊對稱。具有共軛雙鍵，構(gòu)成其發(fā)色基團(tuán)。,(1) 胡蘿卜素類 (Carotenes),(2) 含氧衍生物 (Xanthophylls),玉米黃素(zeaxanthin): 3, 3 -二羥基-胡蘿,卜素，存在于玉米、柑橘、蘑菇等中。,葉黃素(lutein):3, 3 -二羥基-胡蘿卜素，存,在于金盞花、綠葉中。,辣椒紅素(capsanthin)及辣椒玉紅素,(capsorubin): 存在于紅辣椒中。,柑橘黃素(reticulataxanthin)

10、: 5, 8-環(huán)氧-胡蘿,卜素，存在于柑橘皮和辣椒中。,蝦青素(astaxanthin): 3, 3 -二羥基-4, 4-二,酮基-胡蘿卜素，存在于蝦、蟹、牡蠣等體 內(nèi)。,(3) 其它 Others,類胡蘿卜素也可與糖或蛋白質(zhì)結(jié),合，或與脂肪酸以酯類的形式存在。 類胡蘿卜素與蛋白質(zhì)結(jié)合不僅可以 保持色素穩(wěn)定，而且可以改變顏色。 類胡蘿卜素還可通過糖苷鍵與還原,糖結(jié)合。,2. 類胡蘿卜素的性質(zhì),脂溶性、,具有適度的熱穩(wěn)定性。,類胡蘿卜素的顏色在黃色至紅色范圍其檢測波長一般在430nm480nm。,類胡蘿卜素常與蛋白質(zhì)結(jié)合，比游離態(tài)穩(wěn)定。,熱、酸或光的作用下很容易發(fā)生異,構(gòu)化。,易發(fā)生氧化而褪色。

11、清除單線態(tài)氧和自由基。氧分壓低。 亞硫酸鹽或金屬離子的存在將加速-胡蘿卜素的氧化。 類胡蘿卜素易被組織中存在的許多酶體系特別是脂肪氧合酶迅速降解。,某些類胡蘿卜素可以作為一種單重態(tài)氧猝滅劑，這種作用與氧分壓的大小有關(guān)。 類胡蘿卜素可作為食品添加劑用于油脂食品的著色，作為食品添加劑使用無限量。,胡蘿卜素的氧化,8.4 酚類色素,Polyphenol Pigments,(1) 結(jié)構(gòu) 花色素苷被認(rèn)為是類黃酮的一種，只有C6- C3-C6碳骨架結(jié)構(gòu)。所有花色素苷都是花色 羊（flavylium）陽離子基本結(jié)構(gòu)的衍生 物。 花色羊陽離子由苯 并吡喃和苯環(huán)組成 的2-苯基-苯并吡喃 陽離子，A環(huán)、B環(huán)上都

12、有羥基存在，花色 苷顏色與A環(huán)和B環(huán)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。,1. 花色(青)素,在食品中較重要的6種花色素：,花葵素（天竺葵色素，,pelargonidin）,花青素（矢車菊色素，cyanidin） 飛燕草色素（翠花素，,delphinidin）,芍藥色素（peonidin）,3-甲花翠素（petunidim）,二甲花翠素（錦葵色素，malvidin）,注：上述色素的3,5,7碳位上各有一個羥基,羥基取代基增多，藍(lán)色加強,飛燕草色素,2、花色素苷 (1)結(jié)構(gòu) 由配基（花色素）與一個或幾個糖分子結(jié)合而成。目前僅發(fā)現(xiàn)5種糖構(gòu)成花色素苷分子糖基部分：葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖。,花色素苷按其所結(jié)合

13、的糖分子數(shù)可分 成許多種類：,單糖苷只含一個糖基，幾乎都連接在3,碳位上。,二糖苷含二個糖分子，二個可以都在3,碳位，或3和5碳位各有一個。,三糖苷的三個糖分子通常二個在3碳位 和一個在5碳位的，有時三個在3碳位上 形成支鏈結(jié)構(gòu)或直鏈結(jié)構(gòu)。,（2）影響花色素苷穩(wěn)定性的因素, 結(jié)構(gòu) 分子中羥基數(shù)目增加則穩(wěn)定性降低； 甲基化程度提高則增加穩(wěn)定性； 糖基化也有利于色素穩(wěn)定。 酸度 酸度的改變，花色素的結(jié)構(gòu)改變，顏 色隨之改變。,受pH變化的影響，在pH0.71 時為深紅色， pH 升高色素轉(zhuǎn)變成藍(lán)色醌式堿。,花青素-3-鼠李葡糖苷在pH0.714.02緩沖液中的吸收光譜,PH對花色素苷結(jié)構(gòu)的影響 左

14、：二甲花翠素-3-糖苷；右：二甲花翠素-3，5-糖苷,低pH值時，以二甲花翠素-3-葡萄糖苷羊陽離子占優(yōu)勢；而在pH46主要為無色甲醇假堿結(jié)構(gòu)；當(dāng)溶液在pH6時呈現(xiàn)無色。,藍(lán)色醌式堿（A）質(zhì)子化生成紅色花色羊陽離子（AH+），然后水解形成無色甲醇堿 （B），甲醇假堿與無色查耳酮（C）處于 平衡狀態(tài)。,（3）光照及溫度,加熱有利于生成查爾酮型，顏,色褪去。,花色素苷的熱降解機制與花色 素苷的種類和降解溫度有關(guān)。 光通常會加速花色素的降解。,（6）水分活度（Aw） （7）糖及其降解產(chǎn)物 （8）酶,（9）縮合反應(yīng),（5）金屬離子,（4）氧和還原劑,2. 類黃酮 Flavonoids 結(jié)構(gòu) 類黃酮的基

15、本結(jié)構(gòu)：2-苯基-苯并吡喃酮,黃酮（2-苯基苯并吡喃酮）,黃酮醇,黃酮醇常見的有莰非醇、槲皮素等。,莰菲醇,槲皮素,黃酮主要有芹菜素、樨草素,樨草素,芹菜素,(2) 性質(zhì),類黃酮的羥基呈酸性，具有酸類化合,物的通性。,類黃酮在堿性溶液中易開環(huán)生成查耳 酮型結(jié)構(gòu)而呈黃色、橙色或褐色。 類黃酮可與金屬離子生成絡(luò)合物。 類黃酮色素在空氣中久置，易氧化生,成褐色沉淀。,OCH3,OH,(3) 類黃酮在食品中的重要性,類黃酮具有抗氧化作用。 柑桔類黃酮被稱為生物黃酮，即維生素P。此外，柑桔類黃酮還應(yīng)用于室內(nèi)除臭和消毒。 柚皮苷，橙皮苷在堿性條件下加氫開環(huán)，是高甜度的新型甜味劑。,3. 原花色素 proa

16、nthocyanidins,原花色素是無色的，結(jié)構(gòu)與花色素相似，在食品處理和加工過程中可轉(zhuǎn)變成有顏色的物質(zhì)。 主要存在于蘋果、梨、柯拉果、可可豆、葡萄、蓮、高梁、荔枝、沙棗、蔓越桔、山楂屬漿果和其他果實中。,原花色素的基本結(jié)構(gòu)單元是黃烷3-醇或黃烷3，4-二醇以48或46鍵形成的二聚物，但通常也有三聚物或高聚物。,原花色素在無機酸存在下加熱可生成花色素,原花青素的主要生物功能,具有很強的抗氧化活性。 抗癌 清除自由基。 抑菌及抗病毒作用。,4. 甜菜色素 Betalaines,主要特點：其顏色不受pH的影響。,包括甜菜色苷（ betacyanin，紅色） 和甜菜黃質(zhì)（ betaxanthin，

17、黃色） 兩種類型的化合物。,僅存在于10個科的種子植物中，含甜菜色素植物的顏色與含花色素苷類似。,(1)結(jié)構(gòu),甜菜色素的基本結(jié)構(gòu)相同， 存在兩個手性碳原子C-2和C-15,具有光學(xué)活性，,結(jié)構(gòu)中R和R為氫原子或芳香取代基。,色素的顏色是由于共振結(jié)構(gòu)引起的。,R或R不擴(kuò)展共振，則此化合物,呈黃色，稱為甜菜黃素；,R或R擴(kuò)展共振，則此化合物顯,紅色，稱為甜菜色苷。,(2) 影響其穩(wěn)定性的因素,1.熱和酸 甜菜色素在pH4.05.0最穩(wěn)定。 2.氧和光 氧會加速色素的褪色，抗氧化劑抗壞 血酸和異抗壞血酸可增加甜菜苷的穩(wěn) 定性。 光加速甜菜色苷降解,天然色素的特性,色素,種類,顏色,來源,溶解性,穩(wěn)定

18、性,花色素苷,150,橙、紅、藍(lán)色,植物,水溶性,對pH、金屬敏感，,熱穩(wěn)定性不好,類黃酮,1000,無色、黃色,大多數(shù)植物,水溶性,對熱十分穩(wěn)定,原花色素苷,20,無色,植物,水溶性,對熱較穩(wěn)定,單寧,20,無色、黃色,植物,水溶性,對熱穩(wěn)定,甜菜苷,70,黃、紅,植物,水溶性,熱敏感,醌,200,黃至棕黑,植物、細(xì)菌、藻類,水溶性,對熱穩(wěn)定,咕噸酮,20,黃,植物,水溶性,對熱穩(wěn)定,葉綠素,25,綠、褐色,植物,有機溶劑,對熱敏感,血紅素色素,6,紅、褐色,動物,水溶性,對熱敏感,核黃素,1,綠黃色,植物,水溶性,對熱和pH均穩(wěn)定,類胡蘿卜素,450,無色、黃、紅,植物、動物,脂溶性,對熱穩(wěn)定、易氧化,8.5.酶促褐變,Enzymic Browning,1.酶促褐變機理,Machanism of Enzymic Browning,植物中的酚類物質(zhì)在酚酶及過 氧化物酶的催化下氧化成醌， 醌再進(jìn)行非酶促反應(yīng)生成褐色 的色素。,2. 酶促褐變的條件,多酚類底物，酶及氧,3. 酶促褐變的防止,(1)抑制酶活,加熱滅酶 調(diào)節(jié)pH,加酚酶抑制劑,(2) 除氧,8.6 食品中的著色劑,Colorants in Foods,1. 天然色素,Natural pigment,(1) 葉綠素銅鈉鹽 Chlorophyll 葉綠素銅鈉鹽稱為銅葉綠素 鈉鹽。,(2)紅曲色素 Monasci