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1、第八章 色素,引 言 (1),可见光 380770nm 1、概念 色素：生物体组织细胞内的天然有色物质 食品色素:能够吸收可见光激发而发生电子跃迁的食物成分 染料：能在其它东西上染色的物质 食品级着色剂：官方机构的批准可使用色素,引 言 (2),*2. 食品色素的结构特点： 1、都是中小分子有机物 2、结构中包含多个共轭双键 3、含有发色团(吸收可见光的结构) 发色团是由多个-C=C-双键构成的共轭体系，也常含有多个-C=O、 -N=N-、-N=O或-C=S等带有杂原子的双键,引 言 (3),共轭链中双键数增加，吸收光波长将向长波移动 每增加一个-C=C-双键，吸收光波长约增加30nm 4、含
2、有助色团，即与发色团直接相连有-OH、-OR、-NH2、-Br 、 -NR2、-SH、-Cl等官能团 不同色素的颜色差异和色素的变色主要就是由发色团和助色团的差异和变化引起的,引 言 (4),3、食品天然色素的分类 （一）按来源分： 动物肌肉中的色素 植物色素 （二）按结构分： 四吡咯色素、多烯色素、多酚类色素 4、食品色素的加工特性： 天然色素对光、热、pH、氧气等敏感，可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,8. 1 四吡咯色素(1),基本单位是4个吡咯构成的卟啉环 在4个吡咯环中间的空隙里以共价键和配位键和不同的金属离子结合从而形成各种的色泽,8. 1 四吡
3、咯色素(2),8.1.1 血红素化合物 铁卟啉衍生物，存在于动物肌肉和血液中 卟啉中心有1铁离子与4个氮原子配位结合 肌肉红色来自于肌红蛋白(7080)和血红蛋白(2030) 放血后色泽的90以上是由肌红蛋白产生 含量随着动物的种类、年龄、性别、部位而改变 鱼类毛细血管少，白色是鱼肉的特征,肉中的主要色素,8. 1 四吡咯色素(3),1. 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,8. 1 四吡咯色素(4),2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
4、素键合的配基的种类 球蛋白蛋白质的状态,8. 1 四吡咯色素(5),氧合作用 分子态氧与肌红蛋白键合成为氧合肌红蛋白（MbO2） 肉由暗红色变为亮(鲜)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） 暗红色的肌红蛋白和亮红色的氧合肌红蛋白变为棕褐色的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,氧气分压对三种肌红蛋白的影响,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,8. 1 四吡咯色素(6),3.影响因素: 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
5、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 自动氧化速度较低,应用举例,新鲜金枪鱼的肉是红色的，-60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（暗红色） 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。,8. 1 四吡咯色素(7),4. 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肌红蛋白 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,8. 1 四吡咯色素(8),5. 腌制肉的色素 肌红蛋
6、白 亚硝基肌红蛋白（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。 无氧状态下，亚硝基肌红蛋白相当稳定，但对光敏感 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,8. 1 四吡咯色素(9),8.1.2 叶绿素类 1、叶绿素的结构 与光合作用有关的卟啉色素 组成: 由叶绿酸、叶绿醇和甲醇构成的二醇酯， 四吡咯衍生物,中心的金属原子为镁 卟啉环处于二氢形式 在高等植物中，叶绿素a：b3：1,8. 1 四吡咯色素(10),2.叶绿素的变化 (1)存在 在
7、植物细胞中与蛋白质结合成叶绿素蛋白复合物，有多种叶绿素蛋白复合物构成叶绿体 细胞死亡后，叶绿素游离出来，游离的叶绿素很不稳定，对光和热都很敏感,8. 1 四吡咯色素(11),(2) 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6082.2。,8. 1 四吡咯色素(12),22 热与酸脱镁反应 pH会影响叶绿素的降解 在pH 3.0的条件下，叶绿素不稳定，氢离子置换镁离子，使叶绿素变称脱镁叶绿素，再变成焦脱镁叶绿素，颜色即由绿色变为黄褐色。,叶绿素(绿色)脱镁叶绿素（橄榄褐色） 碱性条件下（pH 9.0）,对热非常稳定 叶绿素在稀碱条件下可水解为叶绿酸
8、，呈鲜绿色，易溶于水，比较稳定,8. 1 四吡咯色素(13),2.3、护色反应 铜和锌离子存在时，它们可取代镁离子，形成非常稳定的绿色的叶绿素铜或锌复合物 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 加入钠、镁、钙的盐酸盐能降低叶绿素脱镁反应的速度 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,8. 1 四吡咯色素(14),2.4 光与氧的影响 光和氧存在时，叶绿素可发生光解 生成一系列小分子如乳酸、柠檬酸、虎珀酸、马来酸和丙氨酸等,8.2 多烯色素 (1),自然界中最丰富的天然色素 红色、黄色、橙色 黄色常常被叶绿体的绿色所覆盖 既有光合作用又有
9、光保护作用 可淬灭由光照和暴露于空气中产生的活泼氧 最常见的是-胡萝卜素,8.2 多烯色素 (2),类胡萝卜素是一类脂溶性色素 存在: 富含叶绿素的组织也富含类胡萝卜素 目前已知有560多种类胡萝卜素 基本结构: 多个异戊二烯结构首尾相连的大共轭多烯 共轭双键越多，色素的吸收波长就越向长波方向移动其颜色就越偏向红色,8.2 多烯色素 (3),821 胡萝卜素类 分为两类： 纯碳氢化合物胡萝卜素 氧合类胡萝卜素（氧合叶黄素） 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,8.2 多烯色素 (4),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,8.2 多烯色素 (5),
10、胡萝卜素可分为4类化合物 -、-、-胡萝卜素、番茄红素 颜色为橙黄或橙红，氧化后会褪色 均为含40多个碳共轭多烯烃结构 因酸、加热或光照而异构化 -、-、-胡萝卜素是VA 元 番茄红素不是 VA 元,8.2 多烯色素 (6),-胡萝卜素 天然或合成的-胡萝卜素都可作着色剂 -胡萝卜素有2个-紫罗酮（视黄醇）环状结构 是最有效的VA元 VA活性取决于是否有视黄醇结构,8.2 多烯色素 (7),822 叶黄素类 是共轭多烯的加氧衍生物 浅黄、黄、橙 在绿叶中的含量约为叶绿素的两倍 当叶黄素以脂肪酸酯的形式存在生物中时呈本来颜色 与蛋白质结合时，本来呈橙红色的虾黄素在活体时却呈蓝色,8.2 多烯色素
11、 (8),化学性质 易被氧化，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 高度共扼，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,8.3 多酚类色素(1),植物界分布最广的一类水溶性色素 有各种颜色，如蓝、紫、红、橙等 最基本的结构是: 苯环和吡喃环结合而成 常见三种类型： 花青素、类黄酮、儿茶素,8.3 多酚类色素(2),831 花青素 是一类水溶性的红色色素 使许多鲜花、果蔬呈现鲜艳的色彩 自然界中已知的花青素有20多种，食物中重要的有6种: 天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、勺药色素、牵牛色素、锦葵色素 蓝、紫、紫罗兰、洋
12、红、红和橙色,8.3 多酚类色素(3),1. 结构 类黄酮典型的C6C3C6的碳骨架结构 存在: 主要以糖苷形式存在，称花色苷 花色苷的糖基：葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖 花色苷水解失去糖基后的配体称为花色素或花青素，水溶性下降,8.3 多酚类色素(4),2.花色苷的颜色与稳定性 (1) 色泽与结构有一定的关系 结构中的羟基和甲氧基的取代作用会影响花青素的颜色 增加-OH，可使其蓝色增加 如果增加甲氧基则使其红色增加,8.3 多酚类色素(5),(2) 花青素的颜色随PH而变化 以矢车菊为例， 在酸性PH中呈红色 在稀碱中（PH810）呈蓝色 而PH11时，则很快水解成完全离子化的无色
13、或浅黄色的无色查尔酮,枫叶为什么会变红？（1）,1、 枫叶含有花青素，在酸性液中呈红色。 随着季节更替，气温、日照相应增减，叶片中的主要色素成份也发生变化。到了秋天，气温降低，光照减少，对花青素的形成有利，枫树等红叶树种的叶片细胞液此时呈酸性，整个叶片便呈现红色。所以说，是秋天的气象条件染红了它。,枫叶为什么会变红？（2）,2、美国佛蒙特州科学家最近研究发现，红叶不仅是自然界四季变换的产物，它还和树木在生长中受到的压力有关。 枫叶变红实际上是枫树对自然界压力反应的结果。变红的反应实际上起到遮光剂的作用，它使树叶停留在树上的时间更长，让树能吸收更多的营养。研究发现，营养的压力，特别是缺氮的压力，
14、使枫叶红得更早、红得更透。,8.3 多酚类色素(6),(3) 氧气与抗坏血酸的影响 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 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,8.3 多酚类色素(7),(4) 光 光照通常会加速花色苷的降解 (5)糖及其降解产物的影响 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 低浓度的糖会加速花色苷降解,8.3 多酚类色素(7),(6)金属离子的影响 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
15、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 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,8.3 多酚类色素(8),(7) 二氧化硫的影响 少量SO2可迅速使很多的花色苷失色 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5002000mgkg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,8.3 多酚类色素(9),832 类黄酮 包括类黄酮和游离类黄酮苷元 广泛分布于植物组织细胞中 在花、叶、果中，以苷的形式存在 木质部组织中以游离苷元的形式存在 类黄酮苷元的碳架结构也是C6C3C6结构 区别于
16、花青素的显著特征是4位皆为酮基 结构和性质上和类黄酮相似,8.3 多酚类色素(10),已知的黄酮化合物有800多种 分类 黄酮醇 茨非醇、 皮酮、杨梅黄酮； 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,8.3 多酚类色素(11),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,例如:,1）类黄酮也会缩合形成缩合物，其颜色和呈色强度都会发生变化； 2）类黄酮遇碱会发黄，如芦笋、马铃薯、荸荠、面粉等在碱水中加热变黄，但用有机酸控制水的PH则可使
17、其逆转； 3）类黄酮可与多价金属形成螯合物而呈不同的颜色，例如与铝螯合后会增强黄色，与铁螯合变成黑、紫、棕等不同颜色，而与锡螯合形成理想的黄色。,生理功能:,类黄酮是一类重要的生物活性物质，它常常被作为保健功能因子应用于保健食品。 目前已知的主要功能有： 1、清除自由基、 2、扩张血管、 3、改善微循环、 4、降血脂、降胆固醇 5、防止心脑血管疾病。,8.3 多酚类色素(12),833 儿茶素 在茶叶中含量很高 儿茶素本身无色 有较轻的涩味，是许多水果和饮料的风味来源,8.3 多酚类色素(13),儿茶素易被氧化变成褐色 例如红茶加工中，儿茶素被氧化成茶黄素和茶红素，前者色亮，后者色深，二者比例恰当时可呈漂亮的色泽 儿茶素遇金属产生白色或有色沉淀 遇三绿化铁呈绿黑色 遇醋酸铅生成灰黄色,