食品中的色香味化学

食品中的色香味化学
天然色素应用技术推广实验室aingw@
人们检验一种食品好坏的直观标准是“色、香、味”，区区三个字，其中有很多的化学科学道理。

大脑的信息源是人体的五个感官，它们提供的信息量（%）分别为：视觉83，听觉11，嗅觉3.5，触觉 1.5，味觉1.0，也就是色、香、味、音。

这些感官的综合效果就是我们通常所说的食品的风味，它是食品在摄入的、后刺激人的感官而产生的各种感觉的综合。

它们也就构成了生活美的要素。

食品的色香味能使人们在感官上有愉快的享受，直接影响食物的消化吸收。

本章主要介绍食品的色香味方面的基本知识，有助于我们了解食品的化学组成及在加工贮藏等过程中可能出现的变化以及如何合理选择食品，合理摄取营养，防止有害物质在体内蓄积，使我们吃得更好、更健康。

1 食品的色素化学
食品的色素作为食品添加剂已有相当长的时间。

自远古时代起，色素就被用来使食品的外观更加吸引人。

人们为了解决“色”的问题，通常在食品中加入各种颜色的添加剂，使其具有艳丽、鲜亮、增强食欲的颜色，这种添加剂就是“色素”，“色素”目前应用广泛，早已经超出食品工业的范畴，涉及到日用化工、医药等领域。

1.1 天然色素
天然色素是指在新鲜原料中能被识别的有色物质或本来无色，但
经过加工发生化学反应而呈现颜色的物质。

1．天然色素的分类
⑴按来源不同可分为：
①植物色素如蔬菜的绿色（叶绿素）、胡萝卜的橙红色（胡萝卜素）、草毒及苹果的红色（花青素）等。

②动物色素如牛肉、猪肉的红色色素（血红素）及虾、蟹的表皮颜色（类胡萝卜素）等。

③微生物色素如红曲色素。

⑵按化学结构不同可分为：
①四吡咯衍生物，如叶绿素、血红素；②异戊二烯衍生物，如类胡萝卜素；③多酚类衍生物，如花青素、花黄素（黄酮素）、儿茶素宁等；④酮类衍生物，如花曲色素、姜黄素等；⑤醌类衍生物，如虫胶色索、胭脂虫红等。

⑶按溶解性质不同可分为：
①水溶性色素。

②脂溶性色素。

2．重要的天然色素
指未加工的自然界的花、果和草木等的色源，重要的主要有：
⑴血红素为含铁的卟啉配合物，呈红色。

存在于血液及肌肉细胞中。

血红素常与血球蛋白结合构成肌红蛋白及红血球中的血红蛋白。

血红素是高等动物血液和肌肉中的红色素物质，血液中的血红蛋白由四分子亚铁血红素和一分子四条肽链组成的球蛋白结合而成。

肌
肉中的肌红蛋白是由一分子亚铁血红素和一分子一条肽链组成的球蛋白结合而成的。

所以肌红蛋白的分子大小；血红肌肉和血液颜色的深浅是由于血红素含量不同所致。

鱼肉中毛细血管分布较少、血红素少，故鱼肉的颜色较浅。

血红素分子中的铁原子上有结合水，它与分子氧相遇时，水分子被氧分子置换，形成氧合血红素而呈鲜红色。

在有氧时血红素被加热，蛋白质发生热变性，血红素中的Fe2+ 被氧化为Fe3+ 生成黄褐色的变血红素蛋白（或称肌色质）。

但在缺氧条件下贮存，变血红素蛋白中Fe3+又还原成Fe2+而变成粉红色的血红素蛋白，这种现象在煮肉时或在肉类贮存过程中均可见到。

在一定的pH和温度条件下，向肌肉中加入还原剂——抗坏血酸，可使变血红素蛋白重新生成血红素蛋白，这是保持肉制品色泽的重要手段。

血红素与NO作用，生成红色亚硝基血红素蛋白，加热则生成稳定的鲜红色亚硝基血红素蛋白，故用硝酸盐、亚硝酸盐可使肉发色。

但过量的亚硝酸盐能与食物中的胺类化合物反应，生成亚硝胺类物质，具有致癌作用。

所以肉制品的发色不得使用过多的硝酸盐和亚硝酸盐。

此外，我们在食用这类肉制品，如香肠、火腿肠等肉类制品时，应注意补充可以阻断亚硝胺在体内合成的食物（见“人体保健化学”一章）。

肌肉被微生物腐蚀，蛋白质、血红素都被分解而变质，产生硫化氢、过氧化物、绿色的胆绿蛋白、胆绿素等有害物质，并发出臭气，所以被微生物感染发绿的肉不可食用。

(2)叶绿素广泛存在于植物体内。

叶绿素和血红素都属于吡咯类
色素，这类化合物是由4个吡咯环的a-碳原子通过次甲基（一CH＝）相连而成的共轭体系。

它们都与蛋白质相结合。

叶绿素在植物体内与蛋白质形成复合叶绿体。

叶绿素是绿叶、未成熟果实的绿皮及蔬莱的绿色部分的颜色，自然界所有的绿色都是由于在这些植物的细胞中存在叶绿体所呈现的，而叶绿体是由叶绿素与类叶红素混合并与蛋白质共同形成的复合体。

叶绿素则是叶绿酸与叶绿醇及甲醇组成的酯，它是镁的配位化合物，呈蓝绿色。

叶绿素在弱碱中比较稳定，加热则被水解为叶绿素盐，其分子上的卟啉环中的镁被铜、铁所替代，生成的盐更稳定。

所以在一些果蔬的加工中采用铜叶绿酸钠（或称叶绿素铜钠盐）作护色剂。

叶绿素在稀酸条件下，卟啉环中的镁被氢原子替代生成褐色脱镁叶绿素，这就是在食品加工中常出现黄褐色的原因，故需加入叶绿素铜钠盐护色。

(3）类叶红素（类胡萝卜素）多烯类色素，是由异戊二烯残基的共轭双键长链物质，与叶黄色素总称为类胡萝卜素，广泛存在于生物界。

类叶红素主要存在于植物细胞中，动物体内亦有少量。

胡萝卜、甘薯、南瓜、蛋黄、玉米、杏等以及蟹、虾等动物体内的黄色，均是由于存在类叶红素的缘故。

类叶红素在结构上由左右对称的C40与中间的4个异戊二烯单位连接构成。

(4)叶黄素（类胡萝卜素）是番茄红素和胡萝卜素的加氧衍生物，主要有叶黄素、玉米黄素、隐黄素、辣椒红素等。

这类色素溶于
甲醇、乙醇，而不溶于乙醚中，所以可利用溶解性质不同将叶黄素与胡萝卜素类分开。

叶黄素主要有橙黄色和红色，性质与胡萝卜素类色素相似，也是应用较广的重要天然色素。

这类色素广泛存在于植物的花、果实、茎、叶等处，大多为黄色，可溶于水，高梁的叶色、种子、荞麦、茄叶等的黄色亦源于该物。

黄色素系黄酮及其衍生物之总称。

胡萝卜素主要存在于植物体内，以黄色和红色的果蔬中较多。

动物中的蛋黄、羽毛、甲壳及金鱼体内也有存在，黄橙、红及紫色都有。

它们是一类脂溶性色素，在植物体内多与脂肪结合生成酯并与叶绿素、蛋白质共同形成色素蛋白。

(5)丹宁（鞣质）丹宁广泛存在于植物中，呈棕色。

果蔬中一切有涩味，能与金属离子反应或氧化生成黑色的酚类物质统称丹宁。

如石榴、咖啡、茶叶、柿子等果实中含丹宁较多，茶叶中最多。

丹宁是酚类的化合物，所有丹宁都有潮解性，鞣质与金属反应生成不溶性的盐类，尤其与铁反应生成蓝黑色物质，所以，加工这类食物不能使用铁质器皿。

鞣质在空气中能被氧化生成暗黑色的氧化物，在碱性溶液中氧化更快。

果汁中的鞣质能与明胶作用生成混浊液，并产生沉淀，因此可用明胶除去果蔬汁液中的鞣质。

未成熟的果实或果实中有涩味的鞣质存在时，有多种除涩的方法。

例如，涩柿子可采用温水浸泡、酒精浸泡、二氧化碳气调、乙烯催熟等。

(6)花青素主要存在于各种花中。

花青素与糖形成的苷而存在
于植物的细胞液中，使植物的花、叶、茎、果实呈现美丽的颜色。

花青素是氯化3、5、7-三羟基香豆素的苯基上连接不同-OH基一类化合物的总称。

它们易溶于水，呈不同颜色：酸性时为红色，碱性时显紫、蓝或绿色，如果和其它的物质共存，则颜色发生复杂变化，如与丹宁尺黄色素一起，碱性时为深黄，若遇还原剂褪为无色，氧化后又复原色；与铁盐结合呈绿或暗绿色；与锡离子结合则显紫色。

果蔬在成熟过程中，由于pH的变化，使果实出现各种颜色。

这也是一种花青素在不它的花果中显示不同颜色的原因之一。

3.食品色素食品色素大多是从天然物中提取的有色物质，使食品着色。

⑴红曲色素是由红曲霉菌所分泌的色素。

该霉菌在培养初期无色，以后逐渐变为鲜红色。

红曲色素可用乙醇浸泡红曲米，得到液体红色素，或者从红曲霉的深层培养液中通过结晶精制得晶体。

该色素耐光、耐热性好，不受金属离子或各种氧化剂以及还原剂的作用和干扰，特点是色调不像一般自然色素那样易随pH值而显著改变。

红曲米是将糯米先用水浸泡、蒸熟，再加入红曲霉，经发酵制得的。

制成的红曲米外表呈红棕色或紫红色，米内部呈粉红色。

红曲米可直接用于红香肠、红腐乳、各种酱菜、糕点的制作和上色。

⑵姜黄素是从姜黄茎中提取的一种黄色色素，是一种含三个双键的羟基化合物。

姜黄素的着色力、抗还原性能力强，但耐光、耐热和耐铁离子性能差，通常用姜黄粉作传统的天然食用的黄色素，但由于太辣，除用于咖哩粉外，一般不宜直接用。

⑶虫胶色素是寄生在豆科和梧桐科植物上的紫胶虫在其分泌的原胶中的一种呈紫红色的成分，易和各种金属离子生成色素沉淀。

虫胶色素在酸性条件下，对光和热稳定，颜色随介质pH而改变：pH ＜4.5显橙色；pH4.5～5.5是红色，pH＞5.5则为紫红色。

虫胶色素适用于酸性食品,如鲜桔汁、红果汁、红果罐头和桔子露的着色。

用紫苏叶的提取汁也可以作为这类色素源。

⑷甜菜红是由紫甜菜中提取的红色水溶液浓缩而得，呈红或紫红色，在酸性条件下稳定，着色力好，但耐光、耐热、耐氧化性差。

(5)红花黄色素从中药红花中提取得到，可溶于水。

pH 2～7时呈鲜艳的黄色，碱性时显红色。

红花黄色素的耐光、耐盐、耐微生物性均佳，但耐热性及着色力较差，遇铁呈灰黑色。

多用于清凉饮料和糖果糕点等的着色。

⑹β-胡萝卜素由胡萝卜素中提取而得，呈橙红色，是有9个双键的多烯类化合物，是维生素A的前体，β-胡萝卜素性能较稳定，属油溶性，多用于肉类及其制品的着色。

1.2 人工着色物人工色素虽然品种极多，但由于对毒性、致癌性和污染卫生的要求，在生活中实用的仍有限。

1.加工的中间物
⑴酱色或焦糖色用蔗糖或葡萄糖经高温焦化而得的赤褐色色素。

它不是单一化合物，而是在180 ℃～190℃加热后的糖脱水缩合物，称为焦糖，包含了100多种化合物，工业上常用淀粉为原料制备，本品不受pH变化影响，pH为6以上时易发霉。

多在酱油、可
乐中使用。

⑵腌色是我们在火腿、香肠等肉类腌制品中常见的一种颜色。

因为肉类中的肌红蛋白及血红蛋白与亚硝基作用，可以显示艳丽的红色，所以为了产生亚硝基，常加如硝酸盐，也有用亚硝酸钠的，称为发色剂。

发色剂中常混合抗坏血酸作还原剂，由于亚硝基可与肉中的胺基作用生成亚硝胺，致癌，故近年来腌制品用得少了，通常规定腌肉、腊味之亚硝基残留量不得超过70ppm。

⑶金属盐发色将硫酸铜溶液喷洒于蔬菜、水果上，由于铜离子与植物的蛋白质结合成较稳定的蓝色或绿色物，可以发色，此时铜离子将镁离子自卟啉环中心替换出，形成铜叶绿素，其纯品色泽艳丽。

在瓜豆贮藏品中，铜盐用量不超过每公斤0.1克，海带中为0.15克。

铜叶绿素还可用干燥的绿叶、蚕粪、海藻为原料，用有机溶剂抽提其所含之叶绿素，加铜盐水溶液经加热后处理制得。

本品主要用于口香糖及泡泡糖的着色，用量不超过每公斤0.04克。

如果再经氢氧化钠的甲醇溶液处理，可以得到一种蓝黑色物质，就是铜叶绿素钠。

上述叶绿素溶液与氯化亚铁作用，还可制得铁叶绿素钠。

2. 合成食用色素
由于毒理方面的原因，合成的食用色素商品使用受限制，而且不断被淘汰。

⑴苋菜红为紫红色粉末，可溶于水和多元醇，不溶于油脂，有较好的耐光、耐热、耐盐和耐酸功能，缺点是耐菌性、耐氧化还原性差，不适宜在发酵食品中使用，国家卫生标准规定最大使用量为每公斤
0.05克。

⑵胭脂红是苋菜红的异构体，是深红色粉末，易溶于水及甘油，不溶于油脂，耐光性、耐酸性好，在碱性条件中呈红褐色，缺点是耐热性、耐氧化还原性和耐菌性差。

⑶柠檬黄又称酒石黄，为橙色或黄色粉末，能溶于水和甘油，不溶于油脂，耐热、耐光、耐盐、耐酸性均好，耐氧化、还原性较差，还原后退色，遇碱稍变红。

为世界各国厂泛采用。

⑷日落黄为橙黄粉末，溶于水、醇，不溶于油脂，遇碱变红褐色，耐还原性差，还原后褪色。

⑸靛蓝为蓝色粉末，各国泛采用。

油、水溶性较差，溶于丙二醇和甘油，不溶于油脂。

着色力强，耐光、热、酸、碱均好，但耐氧化还原性及抗菌性差。

补充：苏丹红是一种产自苏丹的特有染料，是当地人从石头里提炼出来的矿物质，其颜色鲜红，是一种偶氮染料，通常被用于染布等工业产品的染色中。

正是因为苏丹红有了这种鲜红的颜色，使得苏丹红被一些商人看中，加入到食物中，成为食物着色的添加剂。

而医学研究表明，食物的着色素只有加入从植物中提取的色素，人类食用之后才是安全的。

而苏丹红的化学成分是苯环和萘环的结合，这两种致癌成分结合之后，其致癌性是非常强的。

它们通过对上皮细胞进行刺激，从而使得人类细胞中的抑制癌变细胞基因发生变异，转化成为制癌基因，形成人体内大量的癌细胞。

另外，由于苏丹红主要是通过消化系
统侵入人体的，因此，苏丹红对人的食道、胃、肠等刺激容易产生癌变。

同时，由于苏丹红自身的有机分子量大，是一个大颗粒的家伙，在通过人类的肾小球时，不能顺利通过，就沉积在肾中，对肾产生毒素作用，患者易产生肾衰。

正是因为苏丹红对人类有这样致命的损伤，各国政府才严禁苏丹红加入食物中成为食物着色素。

苏丹红的结构是：1-[4-(2-甲苯基偶氮)-2-甲苯基偶氮]基-萘酚.以上合成色素我国规定可以使用于果味饮料、粉料、色酒糖果、糕点等食品中，但用量不得超过每公斤0.1克。

1.3 有色食品的特殊功效
1.叶绿素的奇妙功效
近年来，人们对叶绿素的治疗作用进行了大量研究，发现叶绿素对人体具有广泛的药用价值，可以祛病延年，被誉为“天然长寿药”。

叶绿素具有很强的清除感染能力，无论对机体内感染或者外伤均有显著治疗作用，尤其对厌氧菌感染效果更好。

叶绿素溶液可以内服，涂搽患处，喷涂于屡管里。

感冒患者可将叶绿素溶液内服、涂口唇，口腔含漱，每日数次，1～2天后症状减轻。

每日三餐前服一杯叶绿素浓溶液，可以显著减轻关节炎患者的疼痛，并对胃、十二指肠溃疡有治疗作用。

叶绿素浓溶液漱口可治疗牙槽溢脓、牙周炎等多种口腔疾病，经常用叶绿素溶液漱口可保持口腔卫生。

用叶绿素溶液冲洗阴道可以中和毒性物质，保持阴道环境正常，治疗阴道炎，预防宫颈癌。

大量研究表明，叶绿素可增强心脏功能，促进肠道机能还能刺激红细胞生成，对治疗贫血有益。

叶绿素还是良好的除臭剂，可以使腋臭等体臭减轻到最小程度，每日服3～4次，数日即可见效。

关于叶绿素治疗疾病的机制仍然是个谜，推测可能与氮的交换有关。

苜蓿是叶绿素最丰富的来源，收割后榨汁，不加任何防腐剂，直接服用，价值最高
2.黑色食品的特殊功效
按中医理论，黑属于五色之一。

五色即青、赤、黄、白、黑，分别与木、火、土、金、水相对应，与五脏相配则为肝、心、脾、肺、肾，即黑为水，走肾经、肾为先天之本，藏真阴而寓元阳，只宜固藏，不宜泄露。

黑色食品入肾，有明显的补肾作用。

黑色食品的种类很多，如黑大米、黑糯米、黑大豆、黑芝麻、黑玉米、黑高粱、黑木耳、黑枣、香菇、紫菜、海带、墨鱼、乌骨鸡等。

以这些原料制成的食品有黑珍珠（黑豆制成）、黑玉米粥、黑高粱酒、黑米粉丝、黑米饮料、黑色八宝饭、乌贡营养面、乌贡八珍粥、黑芝麻糊等。

据化验，黑米蛋白质含量高达16.24%，氨基酸5.2%；为普通米的2倍，铁的含量比普通米高3 倍，钙的含量高3～5倍，有滋阴补肾、益脾健胃、补血明目之功效。

常吃黑木耳能改变血液粘稠度，降低胆固醇和甘油三脂含量，对肾虚、头晕耳鸣、腰膝酸软、记忆力减退、失眠多梦、遗精等均有显著功效，还可抗癌，故人们称黑色食品为“长寿食品”。

常食黑色食品
有益健康，能滋阴补肾，明目活血，健脾暖肝，防老抗衰。

3. 蔬菜的营养与颜色
不少人认为蔬菜的价格越高，其营养价值必然就高，其实并非如此。

科学家在分析了各类蔬菜的营养成分之后，发现了一个有趣的规律，即蔬菜的营养价值与蔬菜的颜色有密切关系。

颜色深的蔬菜营养价值高，色浅的营养价值低。

它的排列顺序是深色、绿色、红色、黄色和无色。

绿色蔬菜中包括芥菜、油菜、青菜、韭菜、菠菜、芹菜、绿辣椒、空心菜、雪里蕻等，这类蔬菜含有丰富的维生素C、B1、B2、胡萝卜素及多种微量元素。

它们的营养价值较高，而市场价格往往比较便宜。

红色和黄色蔬菜主要有西红柿、胡萝卜、红萝卜、红椒、南瓜等，它们的营养价值略逊于绿色蔬菜。

无色的蔬菜包括冬瓜、甜瓜、竹笋、菱白、花菜、马铃薯、莴笋等，其营养价值就更逊一筹了。

科学研究证实，绿黄色蔬菜的营养价值高还表现在它们的药物作用上，最为突出的是绿黄蔬菜具有防癌作用。

据分析研究，主要因为它含有维生素A。

最近研究证实，绿黄蔬菜所含的黄碱素有抑制癌细胞的作用。

科学家们还发现，在同类蔬菜中，因颜色不同，其营养价值也不同。

如紫色茄子所含的维生素PP、B1是青茄的两倍，是白色茄子的3～4倍。

因此，常食紫皮茄子可防治高血压、咯血、皮肤紫斑病等。

又如红色的胡萝卜比黄色的胡萝卜所含的胡萝卜素和黄碱素高，黑木耳也比白木耳营养价值高。

即使是同一植株，因其各部位颜色不
同，其营养价值也有差异。

例如大葱的绿叶部分所含的各类维生素，是葱白部分的4～10倍；芹菜的绿叶所含的胡萝卜素比茎白部分高5倍，维生素C高4倍。

由此可见，为满足人体对各种营养成分的需求，在选购蔬菜时，不仅需要顾及蔬菜的新鲜和适口性，更重要的是要注意蔬菜的颜色。

当然每天也不应选择同一种颜色的蔬菜，还要尽量做到品种的多样化。