食品化学第９条章色素.ppt

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1、第8章 色素,8.1 概述 8.2 四吡咯色素 8.3 类胡萝卜素 8.4 多酚类色素,8.1 概述,8.1.1 食品色素的定义和作用 食品的色泽是由于食品选择吸收一定波长的可见光及反射而产生的。 吸收光波长在可见光区以外：白色 吸收可见区域（370770nm）：显示被反射光颜色，即吸收光的互补色。 例如，物质选择地吸收绿色光，它显现的颜色则为紫色。,8.1.2 食品色素的分类,植物色素：如甜菜红、姜黄 天然 动物色素：如虫胶红、胭脂虫红 微生物色素：如红曲红 合成：苋菜江、胭脂红、赤藓红、新红、柠檬黄、日落黄、亮蓝、靛蓝、酸性红、二氧化钛。,按来源,按结构分成,四吡咯衍生物 如叶绿素和血红素

2、 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 酮类衍生物 如红曲色素、姜黄素 醌类衍生物 如虫胶色素、胭脂虫红素,8.2 四吡咯色素,8.2.1 叶绿素(chlorophyll) 8.2.1.1 结构和物理性质 8.2.1.2 叶绿素在食品加工贮藏中的变化 8.2.1.3 护绿技术 8.2.2 血红素(heme) 8.2.2.1 结构和物理性质 8.2.2.2 在肉品加工中的变化 8.2.2.3 肉和肉制品的护色,8.2.1 叶绿素(chlorophyll),胡萝卜素是脂溶性色素，有人吃大量胡萝卜，体内胡萝卜素积累的结果导致皮肤变成胡萝卜颜色。 叶绿素同样是脂溶性色素，为什么

3、人们吃了大量绿色蔬菜却不变成绿色？,叶绿素不溶于水，溶于极性有机溶剂（乙醇、丙酮、乙酸乙酯）。 叶绿素包括叶绿素a和叶绿素b两种，二者结构、物理性质、颜色变化极为相似。 叶绿素由叶绿酸、叶绿醇（植醇、叶醇）、甲醇、镁离子等构成。,8.2.1.1 叶绿素结构和物理性质,结构P227,叶绿素是叶绿酸的酯，能发生皂化反应 叶绿酸是双羧酸，其中一个羧基被甲醇所酯化，另一个被叶绿醇所酯化。 叶绿素分子含有一个卟啉环的“头部”和一个叶绿醇的“尾巴”。 卟啉环由四个吡咯环以四个甲烯基(CH)连接而成，它是各种叶绿素的共同基本结构。,镁原子居于卟啉环的中央，卟啉具有极性，亲水，可与蛋白质结合。 叶醇是由四个异

4、戊二烯单位组成的双萜，是一个亲脂的脂肪链，它决定了叶绿素的脂溶性。,卟啉环中的镁原子可被H、Cu2、Zn2 所置换。 用酸处理叶片，H 置换镁原子形成脱镁叶绿素。 脱镁叶绿素易再与铜离子结合，形成铜代叶绿素，颜色比原来更稳定。 为什么一些不法商贩要用硫酸铜浸泡粽叶？,脱镁叶绿素：叶绿素中的镁离子由两个质子取代后，变为橄榄绿色，仍是脂溶性的 焦脱镁叶绿素：脱镁叶绿素上的环上的甲酯基也被脱去，它的颜色比脱镁叶绿素更暗。 脱植叶绿素：叶绿素中的植醇由羟基取代后，仍为绿色，但变成水溶性。 焦脱镁脱植叶绿素：焦脱镁叶绿素再脱掉植醇，颜色比脱镁叶绿素更暗，并变成水溶性。,8.2.1.2 叶绿素在食品加工贮

5、藏中的变化,（1）酶促褐变 间接作用： 如脂酶、蛋白酶破坏叶绿素脂蛋白复合体，使叶绿素失去脂蛋白的保护作用而遭受破坏。 果胶酯酶使果胶酸增加，提高质子浓度而使叶绿素脱镁； 脂氧合酶、过氧化物酶产生氧化物质引起叶绿素氧化分解。,直接作用： 叶绿素酶催化叶绿素中的植醇酯键水解，产生脱植叶绿素，脱镁叶绿素也是其底物。 叶绿素酶较耐热，其最适温度为6082 ，80以上活性下降，100完全钝化。,既然叶绿素是脂溶性的，那为什么在煮菜时，菜水会变成绿色？并且煮菜时间延长后菜水又会变得越来越暗? 叶绿素变为脱植叶绿素绿色、水溶性 脱植叶绿素进一步脱镁、脱甲醇，颜色更暗。,（2）酸和热及光的影响,酸和热使叶绿

6、素脱镁，颜色从绿变褐。 加热时，由于酸的作用，叶绿素脱镁叶绿素焦脱镁叶绿素 酸的来源：植物组织破坏，有机酸与叶绿素接触；新形成有机酸。 叶绿素在pH9.0时，很耐热，而在pH3.0时不稳定,为什么在炒绿色蔬菜时一般不加醋？ 为什么有人在腌制蔬菜时喜欢加一些石灰？,光和氧气导致卟啉环与吡咯链分解而腿色。 为什么落叶呈现灰黄色？,8.2.1.3 护绿技术,中和酸：加入氧化钙和磷酸氢二钠，使pH接近7.0。但会促进组织软化和产生碱味。 高温瞬时杀菌：但保绿时间短。 绿色再生：用锌或铜离子作用使产生取代叶绿素。 气调、脱水、避光等。,单纯使用硫酸铜、硫酸锌护绿效果会好吗？,叶绿素的保健作用,抑制癌症

7、叶绿素和叶绿酸能降低黄曲霉毒素的吸收率； 叶绿素能阻断亚硝胺在体内合成； 小麦苗抑癌效果明显，主要抑癌物质就是叶绿素，叶绿素含量越多，抑癌作用越强。 消胀通便 叶绿素能抑制大肠内变形杆菌繁殖，减少食物发酵产气，消除腹胀； 叶绿素还能刺激胃肠蠕动，利于通便。,排毒 叶绿素能与杀虫剂、农药、辐射性物质等结合并排出体外； 叶绿素还能清除肺、肝、肾、肠毒素。 缓解贫血 叶绿素与血红素结构相似，区别在于分子中心的离子不同。 因此，饮用叶绿素对失血者有帮助，吸收大量叶绿素后，患者的血球数增加。,肌肉的颜色：肌肉中含有肌红蛋白（占肌肉的0.20.4%）和血红蛋白(占肌肉的0.4%)。 肌红蛋白由一条肽链（珠

8、蛋白）和一个血红素辅基组成。 血红蛋白是由含有血红素辅基的4个亚基组成的寡聚蛋白。,8.2.2 血红素 8.2.2.1 血红素结构和物理性质,肌红蛋白的结构,肌红蛋白和血红蛋白的颜色与铁的存在状态有关。 血红素由亚铁离子、卟啉环等构成 血红素与一分子珠蛋白结合，形成肌红蛋白 血红蛋白可以粗略地看成是肌红蛋白的四聚体。,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。,氧分压对三种肌红蛋白的影响 (引自W.H.Freeman,San Francis

9、co.),低氧压时（120mm汞柱), 主要为氧化作用； 高氧压时 主要为氧合作用。,新割开肉的色素 肌红蛋白(淡紫红色) Mb2+ N N 蛋白质-Fe-H2O N N,零售时希望的颜色 氧合肌红蛋白(鲜红色) MbO22+ N N 蛋白质-Fe-O-O N N,不新鲜肉的颜色 高铁肌红蛋白(红棕色) MetMb3+ N N 蛋白质-Fe-H2O N N,和亚硝基结合 亚硝基肌红蛋白(淡红色) NOMb2+ N N 蛋白质-Fe-NO N N,严重不新鲜肉的颜色 硫肌红蛋白(绿色) SMb2+ N N S-蛋白质-Fe-H2O N N,硝酸盐或亚硝酸盐发色原理如下： NO3- 细菌还原作用

10、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（氧化氮肌红蛋白） 加热 氧化氮肌色原 (紫红色) (鲜桃红) (肌红蛋白变性) (鲜桃红) MMb NOMMb（氧化氮高铁肌红蛋白） (褐色) (深红) （高铁肌红蛋白） NOMb, NOMMb, 氧化氮肌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)。,NO,还 原 剂,还 原 剂,MNO2的作用： （1）发色 （2）抑菌 （3）产生腌肉制品特有的风味。 但过量使用安全性不好，在食品中导致亚硝胺生成；肉色变绿。,8

11、.2.2.2 在肉品加工中的变化,鲜宰肉 还原型肌红蛋白 紫红色 鲜分割 氧合肌红蛋白 鲜红色 放置后 高铁肌红蛋白 棕褐色,（鲜红色） （紫红色） （褐色） 氧合肌红蛋白(MbO2) 肌红蛋白(Mb) 高铁肌红蛋白(MetMb) 肌红蛋白的相互转化,8.2.2.3 肉和肉制品的护色,（1）采用低透气性材料、抽真空和加除氧剂。 （2）高氧压护色 （3）采用100%CO2条件，若配合使用除氧剂，效果更好。 腌肉制品的护色一般采用避光、除氧。 用亚硝酸盐,5. 肉色变绿,血红素变成绿色，反应发生在-亚甲基上，有三种情况: A. 由于一些细菌活动产生过氧化氢，过氧化氢与血红素反应生成胆绿蛋白 B.

12、由于细菌活动产生的H2S等硫化物，硫化氢与血红素反应生成硫代肌红蛋白。 C. 腌肉制品过量使用发色剂MNO2时，生成亚硝基高铁血红素,8.3 类胡萝卜素,类胡萝卜素（carotenoids）为多烯色素，是最常见的天然色素之一，是显现黄色和红色的脂溶性色素 红色、黄色、橙色水果蔬菜，卵黄、虾蟹壳等材料中都含有大量的类胡萝卜素 一般来说，叶绿素丰富的植物组织也富含类胡萝卜素 类胡萝卜素,胡萝卜素,叶黄素,8.3.1 胡萝卜素类 8.3.1.1 结构和基本性质,包括胡萝卜素、 b胡萝卜素、胡萝卜素、番茄红素四种色素。 是含40个碳的多烯四萜，由异戊二烯相连而成。 C 异戊二烯：C CC C 单萜：两

13、个异戊二烯相连。 二萜：四个异戊二烯相连。 四萜：八个异戊二烯相连。,8.3.1.2 在食品加工与贮藏中的变化,胡萝卜素是维生素A原。存在于胡萝卜、甘薯、蛋黄和牛奶等中。 番茄红素是番茄的主要色素，也广泛存在于西瓜、南瓜、柑橘等水果中。 脂溶性：易溶于石油醚、乙醚而难溶于乙醇（所以大量吃胡萝卜皮肤会变色）。 怕氧、光、强热。无氧时较稳定。 加工时总体变化不大。,番茄红素是一种很强的抗氧化剂，具有很强的清除自由基的能力 在清除人体“万病之源”自由基方面，番茄红素的作用比-胡萝卜素更强大。,2003年，美国时代杂志把番茄红素列在“对人类健康贡献最大的食品”之首，番茄红素也因此被称为“植物中的黄金”

14、。目前，番茄红素已在欧美、日本和我国港台地区被广泛接受,番茄红素的作用： 1、 预防和抑制癌症：每天摄取30毫克番茄红素，可以预防前列腺癌、消化道癌以及膀胱癌等。 2、 保护心血管：番茄红素可以降低脂蛋白氧化，降低血清胆固醇降含量。 3、 抗紫外线辐射功能：番茄红素能对抗紫外线损伤。 4、 延缓衰老、增强免疫力：番茄红素可以最有效地清除人体内的自由基，保持细胞正常代谢，预防衰老。,6、 番茄红素可改善皮肤过敏症，消除因皮肤过敏而引起的瘙痒感。 7、 番茄红素可以改善各种因黏膜组织破坏而引发的不适，如干咳、眼睛干涩，口腔溃疡，保护胃肠道黏膜组织等。 8、 番茄红素可以减轻酒精对肝脏的损伤。 9、

15、 番茄红素还具有预防骨质疏松、降血压、减轻运动引起的哮喘等多种生理功能。,8.3.2 叶黄素类,8.3.2.1 结构和基本性质 是胡萝卜素类的含氧衍生物。 广泛存在于生物材料中，含胡萝卜素的生物组织中往往也含有叶黄素 叶黄素的种类很多，如叶黄素、辣椒红素、柑橘黄素、玉米黄素、虾青素等。,存在于玉米、柑橘、蘑菇等中,存在于金盏花、绿叶中,存在于虾、蟹、牡蛎等体内,新黄质（C40H56O4）,辣椒红素,隐黄素,叶黄素的作用,又名“植物黄体素”，是构成视网膜黄斑区域的主要色素，其作用主要有： 保护视力，降低白内障的发生率，防治糖尿病性视网膜病变 抗氧的作用 延缓动脉硬化作用 抗癌作用,8.3.1.2

16、 在食品加工与贮藏中的变化,随分子中氧原子数的增加，脂溶性下降，易溶于甲醇、乙醇中，难溶于乙醚和石油醚。 颜色常为黄色和橙黄色，少数为红色。 与蛋白结合后可能改变颜色，如虾青素与甲壳蓝蛋白结合，呈现虾蟹壳的蓝黑色，煮熟时蛋白质变性，虾青素游离出来，呈现红色。,虾青素是由几种藻类和浮游生物产生的。 一些水生物种，包括虾在内的甲壳类动物都食用这些藻类和浮游生物，然后把这种色素储存在壳中，于是它们的外表呈现粉红色。 这些贝壳类动物又被鱼（三文鱼，鳟鱼）和鸟（火烈鸟，朱鹭）捕食，然后把色素储存在皮肤和脂肪组织中。这就是三文鱼和其他一些动物呈现红色的原因。 养殖的三文鱼往往要在饲料中添加虾青素以保证鱼体

17、的红色 稳定性与胡萝卜素似，容易遭受氧化和光氧化。,虾青素的作用 1、抗氧化作用 虾青素是迄今为止人类发现自然界最强的抗氧化剂，其清除自由基的能力是天然VE的1000倍；茶多酚的200倍；黄体素的200倍； OPC的150倍；葡萄籽的17倍；天然 - 胡萝卜素的10倍；番茄红素的7倍； 2、抗肿瘤作用 虾青素具有极强的抗癌作用，对防治肝癌、膀胱癌、口腔癌有效，而番茄红素则无效。,虾青素的作用,3、增强免疫作用 虾青素能促进抗体产生，分泌IgM和IgG的细胞数增加。 4、预防心血管疾病 5、和防晒美容,8.4 多酚类色素,8.4.1 花青素类 8.4.2 类黄酮色素 8.4.3 儿茶素 8.4.

18、4 单宁,8.4.1 花青素类(Anthocyans),花青素(花色素 )是植物中最主要的水溶性色素，它构成花、果实、茎、叶的五彩缤纷的颜色。 结构：具有C6-C3-C6的碳架结构，为类黄酮的一种，是2-苯基苯并吡喃阳离子结构的衍生物,花青素母核,花青素的母核为2-苯基-苯并吡喃鎓离子，A环、B环上都有羟基存在，花色苷颜色与A环和B环的结构有关。,鎓离子(onium ion) ： 带有正电荷的非金属离子。 鎓离子中带正电荷的非金属原子具有惰性气体的电子结构，其配位数(共价键数)高于(或等于)它在正常共价化合物中的配位数。 非金属元素，氧、溴、硫、氮、磷、砷等，都可以生成鎓离子。,已知有20种花

19、青素，但在食品中重要的仅6种，即 天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素。 吡喃环上的氧为四价，使花青素呈碱性；苯环上的酚羟基又呈酸性，从而这类色素随pH值的改变而改变颜色。 颜色受结构、pH、温度、氧气、水分、光照、二氧化硫、糖、金属、酶等影响。,自然条件下游离的花青素极少见，常与糖形成花色苷 花色苷中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酰基化的花色苷。,花青素（苷）的变化 花青素、花色苷稳定性差，其主要原因是其结构中的环氧正离子结构及多个羟基的存在。,*自身结构的影响：颜色与A环和B环的结构有关

20、羟基数目增加使蓝紫色增强 而甲氧基数目增加则吸收波长红移,随着分子上取代基的增加，色度逐渐加深，此结果是由于发色团的红移（向长波长列移动），即可见光谱中光吸收波段经紫向红、蓝光段移动。与此相反的变化被称为蓝移。红移效应由助色团形成，助色团本身并不发色，但当它们与分子结合后，可加深色度。助色团是电子供体，在花色素中，通常为羟基和甲氧基。由于甲氧基的供电子能力高于羟基，因而红移能力亦高。,甲氧基增多，红色加强,羟基取代基增多，蓝色加强,*pH影响：溶液pH不同时花青素的结构不同，颜色亦有所不同。 一般情况下，花色苷类色素在酸性溶液中呈色效果最好。 *温度的影响：加热影响花色苷溶液平衡，使其向形成查

21、尔酮方向移动。 加热也可使花色苷分解,西北农林科技大学学报 2004年第3期 李子皮中红色素的提取及稳定性研究 曹艳萍(榆林学院化学系,陕西榆林719000),*光照的影响：光照可以加速花色苷的分解。,*抗坏血酸的影响：抗坏血酸可以将氧分子转化为过氧化氢，而过氧化氢可以进攻花色苷的2-C,导致红色苷的分解。,*SO2的影响：,*金属离子的影响： 花色苷与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离子可以形成配位化合物，而使颜色发生变化。如：,*酶的影响：能够导致花色苷分解的酶有糖苷水解酶及多酚氧化酶。,与其它成分发生缩合，形成的产物一般颜色会加深（红移），少数颜色消失。 自身 蛋白质 单宁

22、其它黄酮 多糖类物质,8.4.2 类黄酮色素,结构：C6-C3-C6结构，吡喃环上第4位为酮基。 种类多，最重要的是黄酮和异黄酮。 多呈黄色，或不呈色。 多以糖苷的形式存在，类黄酮水溶性低而其糖苷水溶性增大。,黄酮（2-苯基苯并吡喃酮）,黄酮醇类,黄酮类(flavones),二氢黄酮类,查尔酮类,异黄酮类 (isoflavones),花色苷类,二氢黄酮醇类(flavanonols),黄烷醇类,黄酮类化合物多具有酚羟基而呈酸性，可溶于碱性水溶液中 类黄酮可与金属离子生成络合物，从而改变颜色，也可以用这个性质鉴定黄酮 如1%AlCl3或Al(NO3)3与黄酮类生成黄色有荧光的络合物 。 类黄酮由于

23、是多酚类会参与褐变反应。,类黄酮在碱性溶液中易开环生成查耳酮型结构而呈黄色、橙色或褐色。,类黄酮具有改善心脑血管的功能，如： 槐米中的芦丁和陈皮中的陈皮苷，能降低血管的脆性，用于防治老年高血压和脑溢血 银杏叶中的黄酮和双黄酮类可用于冠心病、心绞痛的治疗,大豆异黄酮与雌激素的分子结构非常相似，又被称为“植物雌激素”，能够与女性体内的雌激素受体结合，对雌激素起到双向调节的作用。 长期补充大豆异黄酮可使雌激素水平维持正常，达到改善经期、更年期不适、延缓衰老、美容养颜的目的。,女性随着雌激素分泌水平降低，骨钙易流失，补充大豆异黄酮，可防止骨钙流失。 预防乳腺癌:补充大豆异黄酮能够减少女性因雌激素水平高

24、而患乳腺癌的危险性。 女性生育后孕激素减少，雌激素水平尚未恢复，因此造成植物神经紊乱，大豆异黄酮可及时补充这种缺乏。,原花色素 (OPC，oligomeric proanthocyanidins) 是一类结构与花青素相似，味涩而无色的化合物。 主要存在于葡萄、苹果、梨、柯拉果、可可豆、莲、高梁、荔枝、沙枣、蔓越桔、山楂、花生、银杏、柏、松、高粱、番荔枝、大黄等。,三 、原花色素,原花色素是植物成熟时形成的植物化学物质，它能保护植物免受阳光引发的自由基伤害。它存在于许多植物之中，例如松树皮、葡萄籽等。 原花色素是由几个儿茶素、表儿茶素等黄烷醇类化合物结合而成。,原花色素是一种很强的天然抗氧化剂，

25、其效能比维生素C强20倍，比维生素E强50倍，能有效清除人体自由基。,原花色素在酸性加热条件下转为花青素而呈色。例如发现于苹果、梨、可乐果和其他果汁中的二聚原花色素在酸热条件下就可转化为花青素和其他多酚,原花青素的主要生物功能,清除自由基，延缓衰老 抗突变、抗癌 抑菌及抗病毒 提高记忆力，缓解大脑缺氧症状 保护视力,降低胆固醇，预防心脑血管疾病 防治过敏和发炎 美容 提高免疫力,与自由基有关的疾病，包括癌症、心脏病、过敏、免疫力低下、过早衰老和关节炎等 有人认为，如果一旦解决了自由基的侵害问题，那么人人的平均寿命会达到125岁。 花青素是人类抗氧化、抗衰老的一种有效办法,8.4.4 单宁,单宁

26、（Tannin），也叫丹宁、鞣酸、鞣质 没有严格的定义和结构模式，是多酚中高度聚合的化合物，它们能与蛋白质和消化酶形成难溶于水的复合物，影响食物的吸收消化 柿子的涩味、未成熟的水果的涩味、茶叶的涩味等都是由单宁产生的,淡黄色，有强烈的涩味，呈酸性 暴露于空气中能氧化变黑 与多种生物碱或多价金属离子生成不溶性沉淀 参与酶促褐变 与蛋白质作用可产生不溶于水的沉淀 利用这一性质可以澄清果汁。,单宁分为两大类，即： 水解型单宁：指酚酸或其衍生物与葡萄糖等成分通过酯键形成的多酚，在稀酸、稀碱和酶作用下可水解成为较简单的化合物。 缩合型单宁（即原花色素）：是黄烷-3-醇和黄烷-3，4二-醇或两者的混合物的聚合，所有芳香核之间以C-C键相连，不能被水解。,