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FOOD CHEMISTRY
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第八章 色 素 目的和要求： FOOD CHEMISTRY 1、了解食品贮藏加工中控制色泽的一些技术及 其原理；了解食品着色剂的使用要求。
第八章 色 素 目的和要求： 1、了解食品贮藏加工中控制色泽的一些技术及 其原理；了解食品着色剂的使用要求。 2、掌握食品色素的分类和熟悉常见色素的名称 3、掌握常见食品天然色素的化学结构、基本的物化性质以及在食品贮藏加工中发生的重要变化及其条件。 FOOD CHEMISTRY
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本 章 主 要 内容 概述 四吡咯色素 类胡萝卜素 多酚类色素 食品着色剂
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8.1 概 述 一、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。
8.1 概 述 一、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。
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着色剂(colorant):通常是指加入到食品中具有色泽的任何一种化学物质,它可以是来自自然界的天然物质,也可以是人工合成的化学物质。
色素（pigment）:是指具有色泽的天然物质，它们是动物、植物、微生物的细胞或组织中正常成分。 染料（dye）：是指用于纺织工业的着色剂，它们不能用于食品之中，并达到着色的目的。 色淀（lake）:是指吸附于惰性载体表面上的食品着色剂，它们可以分散于食品之中并达到着色的目的。
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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时（例如-OH、-OCH3、-NO2、-CN等） ，其吸收光的波长会向长波方向移动，把这些基团称为助色团。 *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。
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2、作用：食品色泽是决定食品品质和可接受性的重要因素。
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 衍生物等。 按来源分为：天然色素和人工合成色素两大类
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8.2 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、
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。 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。
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加工中，叶绿素变化后会产生几种重要的衍生物。
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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。
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*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、护绿技术 中和酸而护绿：中和酸的重点是绿色植物内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 高温瞬时杀菌 绿色再生：绿色再生技术是利用一定的方法将叶绿素中的镁置换为锌 其它方法
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二、血红素 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。
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氧合Mb 高铁Mb 氧化氮Mb 氧化氮高铁Mb 肌色原(Ms)
未变 未变 未变 未变 变性 变性 变性 未变 分开 鲜红 高铁Ms 氧化氮Ms 亚硝酰高铁Mb 亚硝酰高铁Mb 褐色 鲜红 深红 暗红 褐色 鲜红 绿色 红褐色 可能存在的形式有11种，此处只列出了9种。其中1、3、5、7中的铁离子均为二价，其它的为三价。其中带氧化氮、亚硝酰的为火腿、香肠加工中硝酸钠、亚硝酸钠加入的结果。
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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鲜红色的氧合肌红蛋白，一部分发生氧化反应生成棕褐色的高铁肌红蛋白。 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。
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腌肉制品发色原理及应注意问题
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3、肉和肉制品的护色 真空包装 除氧包装 高氧分压保护 气调或气控技术
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8.3 类胡萝卜素 类胡萝卜素又称多烯色素，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
8.3 类胡萝卜素 类胡萝卜素又称多烯色素，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。类胡萝卜素为脂溶性色素。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。类胡萝卜素的吸收波430nm~480nm。
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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。
在加热、酸或光的作用下，类胡萝卜素可发生异构化反应，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。（生物活性当然发生大的变化） 类胡萝卜素容易发生氧化反应。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。 在食品加工的一般条件下，类胡萝卜素并不发生严重的降解反应，特别是含水量较大的情况下，有足够的稳定性。
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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。
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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。
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二、叶黄素类 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。
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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。
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8.4 多酚类色素 一、花青素类 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。
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基本结构 随着不同花青素结构中所带基团种类和数量的不同，其颜色有所不同。其原因是不同基团及数量不同的基团其助色效果不同，基本结构上所带给电子基团越多，颜色越深。
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花青素属于黄酮类物质，R1=R2=H,天竺葵色素；
R1=OH,R2＝H,矢车菊色素；R1=OCH3,R2=H,为芍药色 素；R1=R2=OH,飞燕草色素；R1=OCH3,R2=OH为牵牛花 色素；在植物体内已经发现了数百种花青素类色素 ；它们因甙元自身、糖基的差异可以形成许多不同 的种类。 2、花色苷的变化 花青素、花色苷稳定性差，其主要原因是其结构中的环氧正离子结构及多个羟基的存在。
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*自身结构的影响：结构中自由酚羟基越多越不稳定，花青素不如花色苷稳定，花色苷中糖基不同稳定性亦不同。
*pH影响：溶液pH不同时花青素的结构不同，颜色亦有所不同。一般情况下，花色苷类色素在酸性溶液中呈色效果最好。 *温度的影响：加热影响花色苷溶液平衡，使其向形成查尔酮方向移动。 加热也可使花色苷分解：一般按照三种途径进行第一种分解途径可以看作加热水解；第二种分解途径可看作醚键水解断裂；
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*光照的影响：光照可以加速花色苷的分解，多羟基黄酮、异黄酮和噢哢的磺酸酯对光分解有抗性。
*抗坏血酸的影响：花色苷受抗坏血酸的影响是抗坏血酸可以将氧分子转化为过氧化氢，而过氧化氢可以进攻花色苷的2-C,导致红色苷的分解。 *SO2的影响：
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*金属离子的影响： 花色苷与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离子可以形成配位化合物，而使颜色变深而发生变化。如：
*酶的影响：能够导致花色苷分解的酶有糖苷水解酶及多酚氧化酶。
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3、原花色素 原花色素的基本结构单元为黄烷-3,4-二醇：
*与其它植物性成分发生缩合： 花色苷可以与自身、蛋白质、单宁、其它黄酮或多糖类物质发生缩合反应，形成的产物一般颜色会加深（红移），少数颜色消失。 3、原花色素 原花色素的基本结构单元为黄烷-3,4-二醇：
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原花色素是黄烷-3,4-二醇的二聚物、三聚物甚至多聚物。
原花色苷本身没有颜色，但在酸热条件下可以分解为花青素和其它多酚类化合物而显示一定的颜色。如：
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二、类黄酮色素 类黄酮是一大类结构相似的天然化合物，广泛存在于各类植物体内。大部分此类化合物不仅具有特殊的颜色，而且具有特殊的生物学功能。类黄酮类化合物在水中的溶解度较大。 1、结构及类型：
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一些常见类黄酮化合物的结构：
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** 类黄酮与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离子可以形成络合物，而使颜色变深而发生变化。
其中一部分类黄酮类化合物呈黄色，另外一些无色。有颜色的黄酮类化合物常可与金属离子发生配位而颜色加深，黄酮类化合物的化学性质比较活勃，可受食品中的成分或加工条件的影响而结构发生变化。 2、加工与贮藏时的变化 ** 类黄酮与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离子可以形成络合物，而使颜色变深而发生变化。 **加工条件中使pH上升，无色的黄烷酮或黄烷酮醇可变为有色的查耳酮类。 **发生酶促褐变的中间生成物可氧化类黄酮而产生褐色物质。
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关于类黄酮的有益作用，已经提出了两个机制：
１类黄酮不仅在体内具有很好的抗氧化性，研究结果也证明在生物体内它们也是有效的抗氧化剂． ２类黄酮化合物可以抵制血小板凝聚，这对预防冠心病具有积极意义，其中栎精在此方面的作用很强．
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三、儿茶素 儿茶素也为多酚类化合物，常见的四种为：
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单宁可与蛋白质、多种生物碱或多价金属离子结合形成有色不溶性沉淀，可在加热、氧化或遇到醛类条件下缩合而消除涩味。
以上儿茶素名称中的表表示吡喃环上以单键相连的两个基团处于该环的同侧。 儿茶素本身没有颜色，当其与金属离子结合后产生白色或有色沉淀。儿茶素具有轻微的涩味。 四、单宁 单宁也为多酚类化合物，包括可水解型和缩合型两类。常呈白中带黄或淡褐色，有强烈的涩味。 单宁可与蛋白质、多种生物碱或多价金属离子结合形成有色不溶性沉淀，可在加热、氧化或遇到醛类条件下缩合而消除涩味。
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8.5 食品着色剂 焦糖色素 红曲色素 姜黄素 甜菜红素 其他天然着色剂 人工合成着色剂
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一、焦糖色素 焦糖色素是糖质原料在加热脱水中缩合而成的复杂的红褐色或黑褐色混各物，是我国食品中应用较广泛的半天然食品着色剂。
焦糖色素是糖质原料在加热脱水中缩合而成的复杂的红褐色或黑褐色混各物，是我国食品中应用较广泛的半天然食品着色剂。 焦糖现在由非铵盐法生产，焦糖色素为稠液状或块状，无臭，具有焦糖香气和愉快的苦味，易溶于水，pH ，光照下相当稳定，对酸、盐的稳定性高，红色色度高，但着色力低。 焦糖色素在食品工业中使用量很大，糖果、饮料、雪糕等可按正常需要量添加。
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二、红曲色素 红曲色素是一组由红曲霉菌丝所分泌的微生物色素，属酮类色素。这组色素共有六种，分别为红斑素、红曲红素、红曲素、红曲黄素、红斑胺、红曲红胺，实际应用的是前两种。 红曲色素是暗红色粉末，可溶于水，色调不随pH值变化，热稳定性高，几乎不受金属离子的影响，也几乎不受氧化剂和还原剂的影响，但在阳光直射下色度降低，着色力强，可用于畜产品、水产品、酿造食品等。
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三、姜黄素 姜黄素是从生姜科姜黄属植物姜黄的地下根茎中提取的黄色素，它是一组酮类色素的混合物，主要成分为姜黄素、脱甲基姜黄素和双脱甲基姜黄素。 姜黄色素为橙黄色粉末，几乎不溶于水，溶于乙醇、冰醋酸和碱溶液，具有特殊芳香，稍苦，在中性和酸性溶液中呈黄色，在碱性溶液中呈褐红色，对光、热、氧化作用及铁离子不稳定，但耐还原性好。 姜黄色素对蛋白质着色力好，用于冰激淋、果冻等中。
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四、甜菜红素 甜菜色素为含氮化合物，存在于红甜菜及一些其它的果实或花中，包括两种物质及它们的甙。
甜菜色素也不稳定，在加热、与氧条件下可能发生反应而分解，PH对其稳定性也有明显的影响。
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六、人工合成着色剂 苋菜红 胭脂红 赤鲜红 日落黄 柠檬黄 靛蓝 亮蓝 新红 叶绿素铜钠盐
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七 色淀 色淀是水溶性人工合成色素同一些允许使用的信用食用不溶性基质加工而成。不溶性基质通过对色素的吸附作用而着色,最终通过色淀在食品中的分散而对食品着色。色淀使用的基质可以是氧化铝，二氧化碳，滑石粉，碳酸钙等。色淀虽然是水溶性色素同一种基质加工而成，但是其性能却大为改变，与合成色素相比明显不同。
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八 合成色素的安全性 合成色素由于是加非营养成分，尽管其使用量很少，在机体内不被吸收、代谢，但是其安全性仍是人们注意的重点（当然，天然色素也不意味着绝对安全）。一般来讲合成色素本身或代谢产物对人体产生的危害可能在以下三个方面：1，一般毒性；2，致泻作用；3，致癌、致畸作用。此外，不安全因素还包括在产品中可能含有一些反应时生成的副产物或中间体，这些副产物对人体存在不同的安全隐患。所以每种合成色素的使用，均是在进行大量的毒理学试验的基础上，经过FAO/WHO或者是在各国的研究机构评价而最后确认是否能在食品中使用，并最终确认使用范围和标准的。目前，合成色素的安全性问题争议不是在合成色素急性毒性大小，而是在其小剂量的长期试验结果，即可能的致癌、致畸性等其它问题上。 在前面介绍过的大部分合成色素均是经过各国的广泛毒理学试验，并制定出相应的暂定日允许摄入量值的色素，其安全性较高。
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