9第八章 色素与着色剂

第八章色素与着色剂

教学目的：介绍食品颜色的基本知识，了解各种色素的化学结构及性质，掌握我国允许使用的食品色素品种，食品褐变的原因、抑制方法及应用。

教学重点：各种色素的结构性质、食品褐变的原因、抑制方法。

教学难点：各种色素的结构及性质。

引言

第一节食品呈色原理

第二节天然色素

第三节合成食品着色剂

◆色素是指动植物细胞中的天然有色物质，着色剂是指具有一定颜色的、天然或人工合成的物质。

◆食品的色泽——食品的新鲜度、可口性、成熟度和风味等。颜色与食品的品质密切相关。

◆食品中的天然色素在加工、贮存过程中常褪色或变色。

第一节食品呈色原理

♫色素与着色剂分子结构中一般含有生色基（又：生色团、发色团）和/或助色基。

♫生色基是吸收波长在近紫外光区及可见光区（200～800nm）的基团，如 C=C，－CHO，－N=N－等。

♫助色基的吸收波长在远紫外区，本身不产生颜色，当它们与生色基或生色基组成的共轭体系相连时，使吸收波长向可见光区移动，呈现颜色。如：－OH，－NH2，－Cl，－Br等。

第二节天然色素

食品中的天然色素按其来源主要有三类：

（1）植物色素，如叶绿素，胡萝卜素等。

（2）动物色素，如血红素，紫胶虫色素、胭脂虫红等。

（3）微生物色素，如红曲色素等。

按化学结构不同，食用天然色素分为：

（1）四吡咯化合物（卟啉类化合物）：叶绿素，血红素等。

（2）异戊二烯衍生物：胡萝卜素等。

（3）酚类色素：花色苷、类黄酮化合物、儿茶素、单宁等。

（4）酮类色素:红曲色素、姜黄色素。

（5）醌类色素:虫胶色素、胭脂虫色素、紫草色素。

（6）其它天然色素：焦糖色素等。

食品中的天然色素按其溶解性分为：

（1）脂溶性色素，如叶绿素，类胡萝卜素等。

（2）水溶性色素，如花青素等。

一、吡咯色素

铁卟啉又称血红素，若为Fe2+称亚铁血红素（Heme），若为Fe3+称高铁血红素（Hemin）。

Mb由1分子血红素与1分子含1条肽链的球蛋白组成的，而Hb是由4分子血红素与1分子含4条肽链的球蛋白构成的，是一个四聚体。

（一）肌红蛋白(Mb)与血红蛋白 (Hb)

1、结构

亚铁血红素中，Fe2+以配位键与4个吡咯环的氮原子连接。Fe2+还通过第5个配位部位与球蛋白（珠蛋白，含组氨酸残基）结合，第6个配位部位则可与O2、H2O、CO、NO、CN－等结合。其中，与O2、H2O、CO2的结合不太稳定，但与CO、NO、CN－的结合则较牢固。2、化学性质

（1）氧合与氧化

肉的颜色取决于Mb中铁原子的氧化状态和球蛋白的物理状态。

（2）加热

将肉加热，球蛋白变性，铁氧化成三价铁，生成棕褐色的高铁血色原（hemichrome），亦称肌色质，熟肉的颜色即源于此。

为了防止这种肉色变化，在火腿、香肠等腌制肉制品中，常添加亚硝酸盐、硝酸盐，使Mb变成稳定的粉红色的亚硝酰基肌红蛋白（NOMb），经加热后球蛋白变性形成亚硝酰基血色原（NO-血色原），色泽仍呈粉红色。发色时常同时使用还原剂抗坏血酸。

（3）与亚硝酸盐、硝酸盐反应

为了防止肉加热时变棕褐色，在火腿、香肠等腌制肉制品中，常添加亚硝酸盐、硝酸盐，发色时常同时使用还原剂抗坏血酸。

血红素卟啉环上的α-次甲基也可被一些细菌活动产生的H2O2强烈氧化而生成绿色的胆绿蛋白（choleglobin）。一些细菌活动产生的H2S等硫化物也可直接与卟啉环α-次甲基反应而生成绿色的硫肌红蛋白（sulfomyglobin）。以上均会导致肉变绿，特别是一些陈腐的肉。

（4）与H2O2 、H2S反应

（二）叶绿素（Chlorophyll）

1、结构

叶绿素为含Mg2+的卟啉化合物，由叶绿酸、叶绿醇（植醇）、甲醇三部分组成。叶绿素a、b的区别在于R基团的不同。

叶绿醇

（植醇）

甲醇

叶绿酸

叶绿素的结构：高等植物叶绿素有a, b两种，当3位上的R为甲基时为叶绿素a；为醛基时为叶绿素b，通常a∶b=3∶1。其分子结构如下：

叶绿素a

叶绿素b

2、叶绿素的性质

（1）与酸、碱的反应

蔬菜腌渍时失去绿色就是因为发酵产乳酸所致。

在烹饪或罐藏杀菌时，细胞中的有机酸使叶绿素脱镁而生成脱镁叶绿素。绿色蔬菜在加工前用石灰水或Mg（OH）2处理提高pH值可保持蔬菜的绿色。

（2）叶绿素铜钠的生成

在一定条件下，镁原子还可被铜、铁、锌取代。在各种取代叶绿素中，以铜叶绿素的色泽最鲜亮，对光和热均较稳定，在食品工业中作着色剂用。

将富含叶绿素的原料用碱性乙醇提取、皂化，再以硫酸铜处理，使卟啉中的镁被铜取代，

即得到叶绿素铜钠。

叶绿素铜钠

性状：

墨绿色，易溶于水，稍溶于乙醇和氯仿，水溶液呈蓝绿色，透明无沉淀，叶绿素铜钠的耐光性比叶绿素强得多。

（3）其他性质

◆果蔬中，叶绿素存在于叶绿体中，与膜蛋白相结合。细胞死亡后叶绿素即释出。

◆游离叶绿素很不稳定，对光和热均敏感；

◆在贮存和衰老过程中，叶绿素在叶绿素酶的作用下水解为脱叶绿醇基叶绿素和叶绿醇。

◆ 叶绿素在低温或干燥状态时性质比较稳定，低温贮存或脱水干燥的蔬菜能较好的保持其鲜绿色。

◆ 叶绿素在受光辐射时发生光敏氧化，裂解为无色产物。

3、护绿技术

碱性钙盐或氢氧化镁

高温瞬时杀菌(HTST)

采用含锌或铜盐的热烫液处理

二、类胡萝卜素（Carotenoids）

（一）结构

类胡萝卜素是由异戊二烯为单元组成的共轭双键长链为基础的一类脂溶性色素，又称多烯色素，其颜色呈现黄、橙、红、紫等。

对于人和动物，类胡萝卜素中的一些化合物是有效的维生素A原。

番茄、玉米、虾等含有类胡萝卜素。

类胡萝卜素按结构分为两类——胡萝卜素类和叶黄素类。

胡萝卜素类的分子中不含氧，例如β-胡萝卜素、α-胡萝卜素、番茄红素等。

叶黄素类的分子中含氧，例如叶黄素、玉米黄质、辣椒红素、辣椒玉红素、藏花酸、杏菌红素、虾黄素。

类胡萝卜素存在状态：

游离态

与蛋白质结合虾青素

与糖结合藏红素（两分子龙胆二糖+藏花酸）

与脂肪酸以酯类形式存在

叶黄素分子结构中的3-和3′-两个位置上结合棕榈酸和亚麻酸

辣椒红素以月桂酸酯存在

类胡萝素酯在花、果实、细菌体中均已发现

（二）性质

类胡萝卜素耐pH值变化，较耐热，在Zn、Cu、Sn、Al、Fe等金属存在下也不易破坏，只有强氧化剂才使它破坏褪色，因此在罐藏及其它加工中不易损失。

类胡萝卜素的破坏主要是由于光敏氧化作用，双键过氧化饱和后发生裂解而褪色。产物之一是一种具紫罗兰香气的酮，即紫罗酮，其分子中的环状部分即因此得名为紫罗酮环。β-胡萝卜素的光氧化分解

1、胡萝卜素类

有α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、番茄红素等

2、叶黄素类