食品化学——色素

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9.2 四吡咯色素
9.2.1 叶绿素 叶绿素是绿色植物、 叶绿素是绿色植物、藻类和光合 细菌的主要色素， 细菌的主要色素，是深绿色光 和色素的总称， 和色素的总称，高等植物和藻 类中存在四种结构很相似的叶 绿素，称为叶绿素a、叶绿素b、 绿素，称为叶绿素 、叶绿素 、 叶绿素c、叶绿素d。 叶绿素 、叶绿素 。
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叶绿素a和叶绿素b的结构
色泽
熔点
～ 叶绿素 蓝黑色 117～ a 120 粉末 ℃ ～ 叶绿素 深蓝色 120～ b 130 粉末 ℃
乙醇溶 荧光色 旋光性 泽 液色 泽 蓝绿色 深红色 有
绿色或 红色 黄绿 色
有
叶绿素a b都不溶于水，而溶于乙醇、 丙酮、乙醚、氯仿、苯等有机溶剂。
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叶绿素的衍生物
叶绿素在食品加工中最普遍的变化是生成脱镁叶绿素，在酸 叶绿素在食品加工中最普遍的变化是生成脱镁叶绿素， 脱镁叶绿素 性条件下叶绿素分子的中心镁原子被氢原子取代， 性条件下叶绿素分子的中心镁原子被氢原子取代，生成暗橄 榄褐色的脱镁叶绿素，加热可加快反应的进行。 榄褐色的脱镁叶绿素，加热可加快反应的进行。单用氢原子 置换镁原子还不足以解释颜色急剧变化的原因， 置换镁原子还不足以解释颜色急剧变化的原因，很可能还包 含卟啉共振结构的某些移位。 含卟啉共振结构的某些移位。 叶绿素在稀碱溶液中水解，除去植醇部分， 叶绿素在稀碱溶液中水解，除去植醇部分，生成颜色为鲜 绿色的脱植叶绿素 加热可使水解反应加快。 脱植叶绿素， 绿色的脱植叶绿素，加热可使水解反应加快。脱植基叶绿素 的光谱性质和叶绿素基本相同，但比叶绿素更易溶于水。 的光谱性质和叶绿素基本相同，但比叶绿素更易溶于水。如 果脱植基叶绿素除去镁，则形成对应的脱镁叶绿素甲酯一酸， 果脱植基叶绿素除去镁，则形成对应的脱镁叶绿素甲酯一酸， 其颜色和光谱性质与脱镁叶绿素相同。 其颜色和光谱性质与脱镁叶绿素相同。
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食品色素一般为有机化合物， 食品色素一般为有机化合物，其分子结构中往往 有发色团和（ 助色团。 有发色团和（或）助色团。 发色团：在紫外和可见光区（ 发色团：在紫外和可见光区（200~800nm)具有 具有 吸收峰的基团称为发色团或生色团， 吸收峰的基团称为发色团或生色团，发色团均具有 双键， 双键，如 -C=C-、-C=O-、-N=N-、-N=O、、 、 、 、 C=S-等。 等 助色团：吸收波段在紫外区，本身并不产生颜色， 助色团：吸收波段在紫外区，本身并不产生颜色， 但当与共轭体系或发色团连接时， 但当与共轭体系或发色团连接时，可使整个分子的 吸收波长向长波方向迁移而产生颜色， 吸收波长向长波方向迁移而产生颜色，这类基团被 称为助色团或助色基。助色团中一般含有-OH、称为助色团或助色基。助色团中一般含有 、 OR、-NH 、-SR 、-SR、-CI等基团。 等基团。 、 、 等基团
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9.1概述
9.1.1食品色素 食品色素: 食品色素 食品中能够吸收或反射可见光进而使食品呈 现各种颜色的物质， 现各种颜色的物质，包括天然色素和食品着 色剂。 色剂。
食品的颜色是食品主要的感官质量指标之一 食品的颜色通过影响人的感官， 食品的颜色通过影响人的感官，从而影响人的食欲 和购买欲。 和购买欲。
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3.叶绿素的加氧作用与光降解 叶绿素的加氧作用与光降解
叶绿素溶解在乙醇或其他溶剂后并暴露于空气中会 发生氧化， 发生氧化，将此过程称为加氧作用 ）。当叶绿素吸收等摩尔氧后 （allomerization）。当叶绿素吸收等摩尔氧后， ）。当叶绿素吸收等摩尔氧后， 生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。 生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。 植物正常细胞进行光合作用时， 植物正常细胞进行光合作用时，叶绿素由于受 到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保护， 到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保护，而避免了 光的破坏作用。 光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从组织中提取 出色素， 出色素，或者是在加工过程中导致细胞损伤而丧失 这种保护，叶绿素则容易发生降解。 这种保护，叶绿素则容易发生降解。当有上述条件 中任何一种情况和光、氧同时存在时， 中任何一种情况和光、氧同时存在时，叶绿素将发 生不可逆的褪色。 生不可逆的褪色。
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2.热和酸引起的变化
pH影响蔬菜组织中叶绿素的热降解，在碱性介质中（pH9.0），叶 pH影响蔬菜组织中叶绿素的热降解，在碱性介质中（pH9.0），叶 影响蔬菜组织中叶绿素的热降解 ）， 绿素对热非常稳定，然而在酸性介质中（pH3.0）易降解。 绿素对热非常稳定，然而在酸性介质中（pH3.0）易降解。植物组织受 热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的通透性和扩散速率， 热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的通透性和扩散速率，于是由于组 织中有机酸的释放导致pH降低一个单位，从而加速了叶绿素的降解。 织中有机酸的释放导致pH降低一个单位，从而加速了叶绿素的降解。 pH降低一个单位 叶绿素分子受热首先是发生异构化，形成叶绿素a′和叶绿素b′， 叶绿素分子受热首先是发生异构化，形成叶绿素a′和叶绿素b′， a′和叶绿素b′ 当叶片在100℃加热10min 大约5% 10%的叶绿素 和叶绿b 100℃加热10min， 5%～ 的叶绿素a 当叶片在100℃加热10min，大约5%～10%的叶绿素a 和叶绿b 异构化为 叶绿素a′和叶绿素b′ 叶绿素中镁原子易被氢取代，形成脱镁叶绿素， a′和叶绿素b′。 叶绿素a′和叶绿素b′。叶绿素中镁原子易被氢取代，形成脱镁叶绿素， 极性小于母体化合物，反应在水溶液中是可逆的。在加热时叶绿素b 显 极性小于母体化合物，反应在水溶液中是可逆的。在加热时叶绿素b 示较强的热稳定性。 示较强的热稳定性。 叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行： 叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行： 叶绿素→脱镁叶绿素→焦脱镁叶绿素 叶绿素→脱镁叶绿素→
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这些化合物之间的相互关系可用以下图解说明： 这些化合物之间的相互关系可用以下图解说明：
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9.2.1.2
1.酶促变化 酶促变化
叶绿素在食品加工和储藏中的变化
叶绿素酶是目前已知的唯一能使叶绿素降解的酶。叶绿素酶 叶绿素酶是目前已知的唯一能使叶绿素降解的酶。 是一种酯酶，能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇， 是一种酯酶，能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇，分别生成 脱植叶绿素和脱镁脱植叶绿素。 脱植叶绿素和脱镁脱植叶绿素。 对于叶绿素的其他衍生物，因其结构不同， 对于叶绿素的其他衍生物，因其结构不同，叶绿素酶的活 性显示明显的差别。 性显示明显的差别。 叶绿素酶在水、醇和丙酮溶液中具有活性， 叶绿素酶在水、醇和丙酮溶液中具有活性，在蔬菜中的最 适反应温度为60～82.2℃，因此植物体采收后未经热加工， 适反应温度为 ～ ℃ 因此植物体采收后未经热加工， 脱植叶绿素不可能在新鲜叶片上形成。 脱植叶绿素不可能在新鲜叶片上形成。如果加热温度超过 80℃，酶活力降低，达到 ℃ 酶活力降低，达到100℃时则完全丧失活性。 ℃时则完全丧失活性。
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Chapter 9 Pigments 色素
09级食品科学与工程（1）班 级食品科学与工程（ ） 级食品科学与工程 刘自平
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本章提要
常见食品天然色素的化学结构以及 基本的物理化学性质； 基本的物理化学性质；常见食品天 然色素在食品的储藏加工中的重要 变化及其条件； 变化及其条件；食品储存加工中的 酶促褐变及其抑制。 酶促褐变及其抑制。 难点： 难点：天然色素的护色
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4.盐 4.盐
盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明， 盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明，在 烟叶中添加盐( NaCl、 后加热至90℃ 90℃， 烟叶中添加盐(如NaCl、 MgCl2 和CaCl2)后加热至90℃，脱 镁叶绿素的生成分别降低47%、70%和77%， 镁叶绿素的生成分别降低47%、70%和77%，这是由于盐的静 47% 电屏蔽效果所致。 电屏蔽效果所致。
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9.2.1.1 叶绿素的结构与性质
叶绿素是含镁的四吡咯衍生物， 个吡咯环和4个 叶绿素是含镁的四吡咯衍生物，有4个吡咯环和 个 个吡咯环和 甲烯基连接成的一个大环，叫做卟啉环 卟啉环， 甲烯基连接成的一个大环，叫做卟啉环，也称为叶 绿素的“头部” 镁原子居于卟啉环的中央， 绿素的“头部”。镁原子居于卟啉环的中央，偏向 于带正电荷，与其相连的氮原子则偏向于带负电荷， 于带正电荷，与其相连的氮原子则偏向于带负电荷， 因而卟啉具有极性，可以与蛋白质结合。 因而卟啉具有极性，可以与蛋白质结合。卟啉环上 连接一个含羰基和羧基的副环（ ），称为同素环， 称为同素环 连接一个含羰基和羧基的副环（Ⅴ），称为同素环， 副环上的羧基以酯键与甲醇结合。以酯键与Ⅳ 副环上的羧基以酯键与甲醇结合。以酯键与Ⅳ吡咯 环侧链上的丙酸相结合的部分称为叶绿醇或植醇 植醇， 环侧链上的丙酸相结合的部分称为叶绿醇或植醇， 此部分称为叶绿素的“尾部” 此部分称为叶绿素的“尾部”。
5.水分活度 5.水分活度
低水分活度有利于叶绿素的保存。 低水分活度有利于叶绿素的保存。
6.气体环境 6.气体环境
不利于叶绿素的保存； O2 不利于叶绿素的保存；N2有利于叶绿素的保存
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9.2.1.3 护绿技术
对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究， 对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究，但没有 一种方法真正获得成功。 一种方法真正获得成功。 a、中和酸而护绿：采用碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子 碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子 、中和酸而护绿：采用碱性钙盐或氢氧化镁 不被氢原子所置换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色， 不被氢原子所置换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色，但经 过贮藏后仍然变成褐色。 过贮藏后仍然变成褐色。 b、高温短时灭菌：人们还应用高温短时灭菌 高温短时灭菌(HTST)加工蔬菜，这不仅 加工蔬菜， 、高温短时灭菌：人们还应用高温短时灭菌 加工蔬菜 能杀灭微生物，而且比普通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。 能杀灭微生物，而且比普通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。 c、绿色再生：在商业上，目前还采用一种复杂的方法，采用含锌或铜 、绿色再生：在商业上，目前还采用一种复杂的方法，采用含锌或铜 的热烫液处理蔬菜加工罐头，结果可得到比传统方法更绿的产品。 盐的热烫液处理蔬菜加工罐头，结果可得到比传统方法更绿的产品。 d、水分活度很低时有利于护色，脱水蔬菜能长期保持绿色。 很低时有利于护色， 、水分活度很低时有利于护色 脱水蔬菜能长期保持绿色。 e、气调保鲜目前保持叶绿素稳定性最好的方法，是挑选品质良好的原 目前保持叶绿素稳定性最好的方法， 、气调保鲜目前保持叶绿素稳定性最好的方法 尽快进行加工并在低温下贮藏——气调保鲜。 气调保鲜。 料，尽快进行加工并在低温下贮藏 气调保鲜
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含有发色团的化合物吸收可见光时，该化合物便 呈现与被吸收光互补的颜色。
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9.1.3食品色素的分类
（一）按来源的不同 来源的不同 1. 植物色素 如绿色（叶绿素）、红色或紫色（花青素）等。 如绿色（叶绿素）、红色或紫色（花青素） ）、红色或紫色 2. 动物色素 如肌肉中的血红素，虾、蟹表皮的类胡萝卜素等。 如肌肉中的血红素， 蟹表皮的类胡萝卜素等。 3. 微生物色素 如红曲霉的红曲素等。 如红曲霉的红曲素等。 化学结构的不同 （二）按化学结构的不同 1. 四吡咯衍生物（或卟啉衍生物） 如叶绿素、血红素、肌红素等。 四吡咯衍生物（或卟啉衍生物） 如叶绿素、血红素、肌红素等。 2. 异戊二烯衍生物 如类胡萝卜素。 如类胡萝卜素。 3. 多酚类衍生物 如花青素、花黄素（花酮素）、儿茶素、单宁等。 如花青素、花黄素（花酮素）、儿茶素、单宁等。 ）、儿茶素 4. 酮类衍生物 红曲红色素、姜黄素等。 红曲红色素、姜黄素等。 5. 醌类衍生物 虫胶色素、胭脂虫红等。 虫胶色素、胭脂虫红等。 溶解性质不同 （三）按溶解性质不同 1. 水溶性色素 2. 脂溶性色素
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9.1.2食品的呈色机理 食品的呈色机理
不同的物质能吸收不同波长的光， 不同的物质能吸收不同波长的光，如 果物质所吸收的光的波长在可见光区 以外，这种物质就呈现出无色， 以外，这种物质就呈现出无色，如果 它吸收的光的波长在可见光区域 ），那么该物质就会 （400~800nm），那么该物质就会 ）， 呈现出一定的颜色， 呈现出一定的颜色，其颜色与反射的 光的波长有关， 光的波长有关，人的肉眼所看到的颜 色是由物体反射的不同波长的可见光 所组成的综合色。 所组成的综合色。