第八章 色素 本章主要内容 颜色与物质结构之间的关系 食品颜色与食品中色素的分类 天然色素 合成色素 常见的天然色素 常见的人工合成色素 食品的调色
第八章 色素 8.1 颜色与物质结构之间的关系 8.1.1 电磁波谱
8.1.2 物质结构中的生色基团与助色基团 第八章 色素 第八章 色素 8.1.2 物质结构中的生色基团与助色基团 有机化合物分子中各原子的外层电子受到光照射后会由基态变成激发态。电子由基态变成激发态所需要的能量与物质的分子结构密切相关。 1) 生色基团 — C = O，—N = N—， —N = O， = = ，—C N 含有这些基团的分子其最外层电子从基态激发到激发态所需要的光波长在近紫外与可见光区（190nm~700nm），即它们能吸收这些波长的光，使物质呈现出其吸收互补色光的颜色。如果分子中除了有这些基团外，还表现出共轭结构，则此分子吸收光的波长会向长波方向移动。如果分子虽然含有多个生色基团，但不呈现共轭结构，则对吸收波长没有多大的影响。
第八章 色素 2) 助色基团 分子中具有未成键电子轨道(n)的饱和官能团，单独存在时一般不吸收紫外和可见光，但它与具有π轨道的生色团结合时，会使生色团的吸收波长发生红移并使吸收强度增强。这种自身不“生色”，但能使生色团生色效应增强的官能团称为助色团。主要有： —OH， —NH2, —SH，—Cl， —Br
8.2 食品中的色素 第八章 色素 8.2.1 食品颜色 食品固有的天然色素 食品颜色 外加的天然色素 人工着色 合成染料（食用色素） 第八章 色素 8.2 食品中的色素 8.2.1 食品颜色 食品固有的天然色素 食品颜色 外加的天然色素 人工着色 合成染料（食用色素） 8.2.2 食品中色素的分类 植物色素：如叶绿素，类胡萝卜素等 动物色素：如血红素等 按来源分 微生物色素： 合成色素
四吡咯衍生物（或卟啉类衍生物）： 叶绿素、 第八章 色素 四吡咯衍生物（或卟啉类衍生物）： 叶绿素、 血红素、胆色素； 异戊二烯衍生物：类胡萝卜素衍生物； 醌类衍生物：虫胶色素、胭脂红等； 按结构分 多酚类衍生物：花青素、花黄素、儿茶素； 酮类衍生物：红曲色素；姜黄素； 硝基化合物：硝酸钠、亚硝酸钠（发色剂） 8.2.3 四吡咯色素 注：吡咯的β位上可能存在不同的取代基；卟啉环的中心离子可能是Mg、Fe、Cu（血兰蛋白）等；卟啉环是一个巨大的共轭体系。
第八章 色素 8.2.3.1 血红素（Ｈeme） 1）结构
第八章 色素 2）血红素的性质 动物肌肉的颜色主要是由肌肉细胞中的肌红蛋白（70%~80%）和微血管中的血红蛋白(20%~30%)的血红素构成的。 A. 三者处于动态平衡，其比例决定于氧压，加热时则生成高铁血红素。但在缺氧和有还原剂（如蛋白质中的巯基） 存在时，Fe 3+可被还原成Fe 2+，重新变成紫红色的血色质。
B. 肌红蛋白和血红蛋白中的亚铁血红素中的Fe2+可与亚硝基反应，加热时可生成稳定的亚硝基肌色原（红色），这是腌制肉呈红色的原因。 第八章 色素 B. 肌红蛋白和血红蛋白中的亚铁血红素中的Fe2+可与亚硝基反应，加热时可生成稳定的亚硝基肌色原（红色），这是腌制肉呈红色的原因。 Mb +NO NOMb （桃红色 ） 最大使用量 残留量以亚硝钠计 亚硝酸钠肉制品： 0.50g/kg 罐头＜0.05g/kg 亚硝酸钠肉制品罐头：0.15g/kg 肉制品＜0.03g/kg C. 血红素绿变 a. 过量亚硝酸盐( pH<５), 血红素卟啉环的α－甲烯基会发生硝基化，使肌红蛋白转变为具有亚硝酰卟啉辅基的肌绿蛋白。 —C=H -CH-NO
b. 细菌活动产生的过氧化氢Ｈ2Ｏ2，直接氧化肌红蛋白的卟啉环，生成绿色的羟基卟啉胆绿蛋白。 第八章 色素 b. 细菌活动产生的过氧化氢Ｈ2Ｏ2，直接氧化肌红蛋白的卟啉环，生成绿色的羟基卟啉胆绿蛋白。 -H-C= +H2O -CH-OH c. 当－SH、Ｏ2、Ｈ2O2同时存在时，可将Ｓ直接加在血红素卟啉环的α－亚甲基上，使血红素转变为巯基卟啉血素，肌红蛋白相应地转变为巯卟啉肌绿蛋白及巯卟啉血绿蛋白。刚宰的新鲜肉中，因有过氧化氢酶的活动，不会有Ｈ2Ｏ2的积累，所以不会因血红素的氧化而变绿。肉久存后,肉中因Ｈ2Ｏ2酶消失，Ｈ2Ｏ2可能发生 积累而使血红素氧化成绿色素。
第八章 色素 8.2.3.2 叶绿素 1) 结构
第八章 色素 2）叶绿素性质 A. 颜色与熔点： 叶绿素a为蓝黑色粉末，熔点为117 ℃ ~ 120℃，乙醇溶液呈蓝绿色，并有深红色荧光；叶绿素b为深绿色粉未，熔点为120 ℃ ~130℃，乙醇溶液为绿色或黄绿色，有红色荧光。 B. 溶解性： 二者易溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等，难溶于石油醚，都具有旋光性。 C. 离体叶绿素不稳定。光、热、酸均能使其脱镁形成脱镁叶绿素（暗褐色、绿褐色）。 叶绿素 叶绿酸 脱镁 脱镁 脱镁叶绿素 脱镁叶绿酸
3） 性质的应用 第八章 色素 A. 根据其溶解性，可以选择正确的溶剂将叶绿素从植物组织中抽提出来。 第八章 色素 3） 性质的应用 A. 根据其溶解性，可以选择正确的溶剂将叶绿素从植物组织中抽提出来。 B. 在绿色蔬菜加工前，用石灰水或Mg(OH) 2 处理，或采用Ｃu、Ｆe、Ｚn等取代镁，减少脱镁叶绿素生成，达到护色作用。用碱过多，会损害植物组织、风味，使Ｖc被破坏；Ｃu取代的铜代叶绿酸钠的色泽最为鲜亮，光热稳定，在食品加工上可作为着色剂（食用色素）。 C. 运用低温和遮光处理以保持食品的绿色。
第八章 色素 8.2.4 多烯色素 8.2.4.1 概述 名称：多烯色素是由异戊二烯基为单位组成的共轭长链为基础的一类色素。因这类色素最早是从胡萝卜中发现的，所以也将这类色素称之为类胡萝卜素。 种类：自然界中已发现并鉴定了的类胡萝卜素有560余种。 存在：主要存在于植物的叶中，在花、果实和种子中也有；动物如蛋黄、甲壳类、金丝鲤鱼、金鱼和鲑鱼等； 颜色：黄、橙、红以至紫色。 与共轭双键的长短和双键的顺反构型有关。
第八章 色素 8.2.4.2 多烯色素分类 胡萝卜素：为共轭多烯烃化合物，溶于石油醚，微溶于甲醇、乙醇等溶剂。主要有α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素和番茄 红素等。 叶黄素类： 共轭多烯烃的醇、醛、酸、酮的含氧化合物，溶 于甲醇、乙醇和石油醚等，这一类种类极为繁多。
第八章 色素 8.2.4.3 胡萝卜素
第八章 色素 8.2.4.4 叶黄素类 1) 叶黄素（Xanthophyll, Lutein） 2) 玉米黄素(Zeaxanthin)
第八章 色素 3）隐黄素(Cryptoxanthin) 4） 辣椒黄素(Capsanthin)
5） 胭脂树橙色素(Bixin) 第八章 色素 6) 其它常见的叶黄素 第八章 色素 5） 胭脂树橙色素(Bixin) 6) 其它常见的叶黄素 番茄黄素(Lycoxathin)、柑桔黄素(Citroxanthin)、杏菌黄素(Canthaxanthin)、虾青素（Astaxanthin）、β-酸橙黄素（Citaurin）、藏花酸（Crocetin）
第八章 色素 8.2.4.5 多烯色素功能 1)参与植物组织的光合作用与光保护过程。 第八章 色素 8.2.4.5 多烯色素功能 1)参与植物组织的光合作用与光保护过程。 2)食品的着色剂。（有油溶型和水溶型两种，前者常为20%~30%类胡萝卜素油树脂，后者一般主要是将其吸附于明胶、环糊精中形成微胶相，用于饮料、乳品糖浆和面条等食品中。） 3) 有一些类胡萝卜素可以作为维生素A原。 4） 抗氧化、防癌与抗癌等生理保健功能。 8.2.4.6 类胡萝卜素在食物中的存在方式 游离态：结晶形或非结晶形。 结合态：与脂肪结合。 与蛋白质结合。结合后颜色会发生改变。 与糖结合。如藏花素就是藏花酸与两分子龙胆二糖 结合形成的化合物
8.2.4.7 水果成熟时和食品加工过程中类胡萝卜素的变化 第八章 色素 8.2.4.7 水果成熟时和食品加工过程中类胡萝卜素的变化 1） 水果成熟过程中类胡萝卜素的变化 不同的水果变化情况不同，大多数水果在成熟过程中叶绿素降低，类胡萝卜素增加，胡萝卜素与叶黄素类的比例增大。番茄成熟过程中类胡萝卜素的变化情况如P260表8-1所示。 2) 食品加工对类胡萝卜素的影响 A. 油脂的脱色与氢化会使油脂中的类胡萝卜素全部破坏。 B. 食品加工过程中的酸碱、加热及金属离子等作用对类胡萝卜素的影响不大，但其离体后对光、热、氧变得敏感，天然的反式构型易变成顺式构型，造成颜色变浅。
8.2.5 多酚类色素 第八章 色素 8.2.5.1 多酚类色素的分类 花青素（Anthocyans） 类黄酮 (Flavonoids) 第八章 色素 8.2.5 多酚类色素 8.2.5.1 多酚类色素的分类 花青素（Anthocyans） 类黄酮 (Flavonoids) 儿茶素 (Catechins ) 单宁（Tannin） 8.2.5.2 花青素 1）花青素化学结构
目前已知的花青素有20余种，其主要差异在于环上的羟基与甲氧基的位置与数目不同，最常见的有6种。 第八章 色素 目前已知的花青素有20余种，其主要差异在于环上的羟基与甲氧基的位置与数目不同，最常见的有6种。 A. 天竺葵色素（Pelargonidin）: 2-（4’-羟基）苯基-3,5,7,- 三羟基-苯并吡喃。 B. 矢车菊色素（Cynidin）:3’-羟 基天竺葵色素。 C. 飞燕草色素（Dulphinidin）: 3’,5’-二羟基天竺葵色素。 D. 芍药色素(Peonidin): 3’-甲氧基天竺葵色素。 E. 牵牛色素(Petunidin)：3’-甲氧基-5’-羟基天竺葵色素 F. 锦葵色素(Malvidin)： 3’,5’-二甲氧基天竺葵色素。 2）花色素在植物中的存在形式 结合态存在。大多以C3或C5（少数C7）与葡萄糖、鼠李糖果、半乳糖、木糖和阿拉伯糖结合成糖苷。其中的糖有的还与一些有机酸形成酯。
3) 理化性质 第八章 色素 A. 取代基对花青素颜色的影响 第八章 色素 3) 理化性质 A. 取代基对花青素颜色的影响 花青素通常用盐酸提取，得到氯化花青素，不同来源的氯化花青素种类不同 (见P264表8-2)，不同花青素呈现的颜色不同，主要由其结构决定。 C5 上的羟基与糖形成糖苷的颜色较C3或C7上羟基形成的糖苷颜色深
B. pH值对花青素颜色的影响 第八章 色素 同一种 花青素在不同的pH条件下呈现不同的颜色。 C. 金属离子对花青素颜色的影响 第八章 色素 B. pH值对花青素颜色的影响 同一种 花青素在不同的pH条件下呈现不同的颜色。 C. 金属离子对花青素颜色的影响 花青素能与钙、镁、锰、铁、铝等金属络合物生成紫红色、蓝色或灰紫色。所以含花青素的果蔬加工中不宜使用铁器，宜采用涂料罐或玻璃瓶。 D. 光、温、氧及高浓度的糖等对花青素颜色的影响 花青素在这些条件的作用下均可变成黑色。
第八章 色素 E. SO2对花青素颜色的影响 SO2能与花青素发生加成反应，使花青素褪色成微黄色或无色。煮沸或用酸处理除去二氧化硫其颜色可得到部分恢复。 F. 糖苷酶对花青素颜色的影响 水解酶可将花青素糖苷水解成糖与花青素原基，使其颜色褪去。
G. 抗坏血酸、氨基酸、酚类和糖衍生物对花青素颜色的影响 第八章 色素 G. 抗坏血酸、氨基酸、酚类和糖衍生物对花青素颜色的影响 这些物质能与花青苷发生缩合反应而生成棕红色的复杂的化合物。 4） 花青素在食品中的应用 果蔬中丰富的花青素可用盐酸提取后制备成花青素制剂供食品着色用。但由于花青素颜色不稳定，花青素的改性研究近年来非常活跃。已发现花青素在4号位处带有甲基或酚基者非常稳定，其颜色不受很多因素的影响，可望成为最有前途的花青素着色剂，不过目前尚未进行毒理学试验。