食品生物化学 宁正祥 第23章色素和着色剂授课课件

2、在加工中的变化 胡萝卜素类其颜色在多数加工 和贮藏条件下点相当稳定的变化只 是轻微的， 但在有些加工条件下, 使得其容易发生异构化和氧化降解 反应，严重影响胡萝卜素在食品中 的色感。
二、叶黄素类（lutein）
1、结构及性质 叶黄素类是胡萝卜素类的含氧衍生物， 随着含氧量的增加，它们的脂溶性下降 ， 因此叶黄素在甲醇和乙醇中很好溶解，而 难溶于乙醚、石油醚。 叶黄素类的颜色为黄色或橙黄色，少 数为红色，如与蛋白质相结合，颜色可能 发生改变。
第23章 色素和着色剂 Pigments and Colorants
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第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
概述 四吡咯色素 类胡萝卜素 酚类色素 食品着色剂
• 第一节 概述 • （一）色素、颜色、发色团、助色团 • 能使人的视觉产生各种色感的物质，称 为色素。 • 人肉眼观察到的颜色是由于物质吸收了 可见光区（400~800nm）的某些波长的光后， 透过光所呈现出的颜色。即人们看到的颜 色是被吸收光的互补色。
肌红蛋白
• 血红蛋白（Hemoglobin) 和肌红蛋白(Myoglobin) 是动物肌肉的主要色素蛋 白质。 • 血红蛋白和肌红蛋白是球 蛋白，其结构为血红素中 的铁在卟啉环平面的上下 方再与配位体进行配位， 达到配位数为六的化合物。 肌红蛋白结构简图
Figure 1: The picture is the secondary structure of hemoglobin, with only the protein backbone and without the side chains
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（6）水分活度（Aw） （7）糖及其降解产物 （8）酶 （9）缩合反应
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氧合肌红蛋白 （oxymyoglobin） 鲜红色
肌红蛋白 （myoglobin） 红紫色
高铁肌红蛋白 （metmyoglobin） 褐色
• 低氧压时 （1~20mm汞柱), • 主要为氧化作用； • 高氧压时 • 主要为氧合作用。
氧分压对三种肌红蛋白的影响
2、肉色在贮藏加工中的变化
肉中还原态的肌红蛋白向两个不同的方向转变， 一部分发生氧合反应生成氧合肌红蛋白（鲜红色）， 一部分发生氧化反应生成的高铁肌红蛋白（褐色） 。
上述反应处于动态平衡之中，这种平衡收养气分 压的强烈影响，如下图8-5所示。
此外，鲜肉加热时会迅速变色。
腌肉制品发色原理及应注意问题
影响花青色素苷稳定性的因素
• （1）结构 • 分子中羟基数目增加则稳定性降低； • 甲基化程度提高则增加稳定性； • 糖基化也有利于色素稳定。 • （2）酸度 • 酸度的改变，花色素的结构改变，颜色随之改 变。
• （3）光照及温度 • 加热有利于生成查尔酮型，颜色褪去。 • 花色素苷的热降解机制与花色素苷的种类 和降 解温度有关。 • 光通常会加速花色素的降解。 • （4）金. 所有类型的类胡萝卜素都系脂溶性化合物。（含氧胡萝卜 素可溶于甲醇和乙醇，而不含氧的只在甲醇、乙醇中微 溶，易溶于石油醚。） 2. 具有适度的热稳定性。 3. 易发生氧化而褪色，亚硫酸盐或金属离子的存在将加速β胡萝卜素的氧化。（一般氧化总是从两端的不饱和环上 开始，环上双键接受氧形成环氧衍生物，然后此环氧衍 生物分解造成环状结构遭到破坏并形成羰基。进一步的 氧化可在任何一个双键上进行，形成可能的四元环过氧 化物中间体，然后裂分生成分子量较小的多种含氧化合 物。在此情况下，颜色将完全消失。）
2、在加工中的变化 叶黄素类在加工中遇到光照、 氧化、中性或酸性条件下加热，会 发生异构化和氧化降解反应，缓慢 地使食品发生退色或褐变。
• 3 其它 • 类胡萝卜素也可与糖或蛋白质结合，或与 脂肪酸以酯类的形式存在。 • 类胡萝卜素与蛋白质结合不仅可以保持色 素稳定，而且可以改变颜色。 • 类胡萝卜素还可通过糖苷键与还原糖结合。
天然叶绿素由a、b两种物质组成，a为青绿色，b为
黄绿色。均不溶于水，溶于丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂。
加工中，叶绿素变化后会产生几种重要的衍生物。
2、叶绿素在食品加工储藏中的变化
*酶促变化：脂酶、蛋白酶、果胶酶等通过作用于 相应的底物（非叶绿素），间接使叶绿素发生与蛋白 或自身分解，降低稳定性。叶绿素酶可直接使叶绿素 脱镁脱植。 *酸和热的作用：加热使叶绿素脱镁、脱植，也可 发生异构化反应，使颜色向褐色转变。pH影响叶绿素 的分解速度，pH9.0时最稳定，3.0时最不稳定。
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。
4. 肉及肉制品的护色
• （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。
第四节
酚类色素
Polyphenol Pigments
一、花青素类（Anthocyans)
1、结构及物理性质
花青素类为2-苯基苯并吡喃正离子的衍生 物，结构中有多个酚羟基或酚羟基与烷基或糖基 形成的醚或苷。结构中R1、R2通常为H、-OH或OCH3，R3、R4通常为H或糖基，当分子中有糖基时 称为花色苷，花色素苷被认为是类黄酮的一种。
二、食品色素的分类
• 按化学结构分为：四吡咯衍生物 • 多酚类衍生物 • 异戌二烯衍生物 • 酮类衍生物 • 按来源分为：天然色素 • 人工合成色素 • 按溶解性分: 脂溶性色素 • 水溶性色素
第二节 四吡咯色素
一、叶绿素
1、结构、物理性质及应用 食品中的叶绿素，常为脱镁、脱植醇后的产物与铜、 锌或铁离子结合形成，性质稳定，水溶性较好。
部不断产生的酸性物质，所以要长期保持体系中 pH接近中性，要采取一些特殊的方法，如缓慢释 放的碱等）
• （2）高温瞬时灭菌 • （3）加入锌盐和铜盐（将叶绿素中的镁置 换为锌）
二
卟啉类色素
Porphyrin
由四个吡咯联成 的环称为卟吩, 当 卟吩环带有取代 基时，称为卟啉 类化合物。
一. 血红素(Haemachrome )
1. 结构 血红素是亚铁 卟啉化合物
1、结构、物理性质
种类 ：血红蛋白、肌红蛋白。 血红素在血液中的存在形式为血红蛋 白，在肌肉中的存在形式为肌红蛋白；肌 红蛋白是一个由153个氨基酸残基形成的蛋 白质分子，血红素处于分子中的疏水空腔 内。
在肉品的加工贮藏中肌红蛋白会转化 为多种衍生物，从而会呈现不同的色泽。
• 多烯色素又称类胡萝卜素，广泛分布于红色、黄 色和橙色的水果及绿色的蔬菜中。 • 类胡萝卜素为具有多个共轭双键的分子，现已发 现了500多种，按其结构中是否含有由非C、H元素 组成的官能团而将 类胡萝卜素分为两大类：一类 为纯碳氢化物，被称为胡萝卜素；另一类的结构中 含有含氧基团，称为叶黄素类。由于类胡萝卜素特 殊的结构（多烯，全反），使得其容易发生异构化 和氧化降解反应。
• 8. 单重态氧猝灭剂，这种作用与氧分压的 大小有关。 • 9. 作为食品添加剂用于油脂食品的着色， 作为食品添加剂使用无限量。
三 加工过程中的稳定性
• 在一般加工和贮藏条件下是相对稳定。 • 加热或热灭菌会诱导顺/反异构化反应。
一、胡萝卜素类
1、结构及性质 胡萝卜素类目前指四种物质：α-胡萝卜素、β-胡 萝卜素、γ-胡萝卜素、番茄红素。它们都是含40个碳 的多烯四萜，由异戊二烯经头尾或尾尾相连而构成。 胡萝卜素类为典型的脂溶性色素，易溶于石油醚 、乙醚难溶于甲醇和乙醇。
• 4. 热、酸或光的作用下很容易发生异构化。（部 分双键的构型由反式变为顺式，导致其吸收波长 发生移动，生物活性发生大的变化） • 5.类黄色至红色范围， 其检测波长一般在 430nm～480nm。 • 6.光谱位移，因此可用于类胡萝卜素的鉴定。类 胡萝卜素常与蛋白质结合，比游离态稳定。 • 7. 脂肪氧合酶迅速降解。
腌渍菜失去绿色-发酵产生的乳酸使 镁原子被氢取代。 *光解：加工储藏中的食品或食品原料， 其中所含的叶绿素很易受光作用而分 解褪色。
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3. 影响稳定性的因素 （1）光、氧 （2）酶 （3）酸、热 （4）水份活度 （5）气体环境 （6）盐
• 4. 护绿方法 • （1）加碱护绿 （中和酸的重点是绿色植物内
色素吸收光线的本质是其分子中具有比 较大的共轭体系，共轭体系中的π电子由于 自身在不同能级之间的跃迁而产生吸收。 当共轭体系上连有一些极性的官能团（助 色团）时（例如-OH、-OCH3、-NO2、-CN 等） ，其吸收光的波长会向长波方向移动。
*结构特点：均具有大的π, π共轭体系及一定 数量的助色团。 *性质特点：由于含有多个π 键及官能团， 容易与氧化剂、亲电试剂等发生化学反应， 也容易在光、热作用下发生结构变化。 2、作用：食品色泽是决定食品品质和可接 受性的重要因素。
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5. 肉色变绿 血红素在强烈氧化后会变成绿色，反应发生 在-亚甲基上，绿色的形成有三种情况: A. 由于一些细菌活动产生的H2O2可直接氧化亚甲基。 B. 由于细菌活动产生的H2S等硫化物，在氧或 H2O2存在下，可直接加在-亚甲基上。 C. 由于MNO2过量引起。
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第三节多烯色素Carotenoids（类胡萝卜素）
• 助色团 • -X ( Cl, Br, I ) • -OR • -SR • -NR2
波长红移 (nm） 2~30 17~50 23~85
40~95
（二）、食品色素的定义和作用
1、定义：食品中能够吸收和反射自然光进而使食品呈 现各种颜色的物质统称为食品色素。 食品中的固有色素是由食品原料带入食品中的有色物 质，是导致食品具有特定颜色的重要基础。有时为了食品 具有令人喜欢的颜色，还人为地加入一些有颜色的添加物 质，这些物质包括天然分离的和一些人工合成的。 主要的食品色素都是有机物，具有发色团和助色团结 构。