食品化学色素专题培训ppt课件.ppt

食品化学色素,5.1.1 食品色素：食品中能够吸收和反射可见光波进而使食品呈现各种颜色的物质统称为食品色素。食品中各种色素都是由发色基团和助色基团构成的。,3、食品色素的作用 1、通过视觉给人以美感；2、决定食品的质量；3、决定食品的可接受性。,5.1.2、食品中的天然色素,一、天然色素的概念 即食品中固有的色素，一般是指新鲜原料中眼睛能看到的有色物质，或者本来无色而能经过化学反应呈现颜色的物质。,二、食品中天然色素的分类,（一）按来源的不同1.植物色素 如绿色（叶绿素）、红色或紫色（花青素）等。2.动物色素 如肌肉中的血红色，虾、蟹表皮的类胡萝卜素等。3.微生物色素 如红曲霉的红曲素等。（二）按化学结构的不同1.四吡咯衍生物（或卟啉衍生物）如叶绿素、血红色、肌红素等。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（花酮素）、儿茶素、单宁等。4.酮类衍生物 红曲红色素、姜黄素等。5.醌类衍生物 虫胶色素、胭脂虫红等。（三）按溶解性质不同1.水溶性色素 2.脂溶性色素,5.2 卟啉类色素 吡咯是含有一个 N原子的五元杂环化合物，它本身在自然界并不存在，但其衍生物却普遍存在，尤其是4个吡咯环相互之间通过次甲基桥（CH）交替连接起来的卟啉类化合物，其母体是卟吩。,卟吩重要重要衍生物如叶绿素、血红色、细胞色素及VB12等，它们都很重要。由4个吡咯联成的环称为卟吩，当卟吩环带有取代基时，称为卟吩类化合物。,1.叶绿素 Chlorphylls（1）结构 叶绿素是由叶绿酸、叶绿醇（植醇）、甲醇、二价镁离子等部分构成的二醇酯。高等植物含有两种叶绿素即叶绿素a和叶绿素b共存，它们的含量约为3：1，前者为青绿色，后者为黄绿色。二者的结构、性质、分布和变化极为相似，一般可以不加区分。其结构如下：,叶绿素a b都不溶于水，而溶于乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、苯等有机溶剂。,（2）叶绿素在食品加工和贮藏过程中的变化,叶绿素在食品加工中最普遍的变化是生成脱镁叶绿素，在酸性条件下叶绿素分子的中心镁原子被氢原子取代，生成暗橄榄褐色的脱镁叶绿素，加热可加快反应的进行。单用氢原子置换镁原子还不足以解释颜色急剧变化的原因，很可能还包含卟啉共振结构的某些移位。叶绿素在稀碱溶液中水解，除去植醇部分，生成颜色为鲜绿色的脱植基叶绿素、植醇和甲醇，加热可使水解反应加快。脱植基叶绿素的光谱性质和叶绿素基本相同，但比叶绿素更易溶于水。如果脱植基叶绿素除去镁，则形成对应的脱镁叶绿素甲酯一酸，其颜色和光谱性质与脱镁叶绿素相同。,这些化合物之间的相互关系可用以下图解说明：,-CO2CH3,-CO2CH3,叶绿素的加氧作用与光降解 叶绿素溶解在乙醇或其他溶剂后并暴露于空气中会发生氧化，将此过程称为加氧作用（allomerization）。当叶绿素吸收等摩尔氧后，生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。植物正常细胞进行光合作用时，叶绿素由于受到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保护，而避免了光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从组织中提取出色素，或者是在加工过程中导致细胞损伤而丧失这种保护，叶绿素则容易发生降解。当有上述条件中任何一种情况和光、氧同时存在时，叶绿素将发生不可逆的褪色。,叶绿素的光降解是四吡咯环开环并降解为小分子量化合物的过程，主要的降解产物为甲基乙基马来酰亚胺、甘油、乳酸、柠檬酸、琥珀酸、丙二酸和少量的丙氨酸。叶绿素及类似的卟啉在光和氧的作用下可产生单重态氧和羟基自由基。一旦单重态氧和羟基自由基形成，即会与四吡咯进一步反应，生成过氧化物及更多的自由基，最终导致卟啉降解及颜色完全消失。,酶促变化 叶绿素酶是目前已知的唯一能使叶绿素降解的酶。叶绿素酶是一种酯酶，能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇，分别生成脱植基叶绿素和脱镁脱植基叶绿素。对于叶绿素的其他衍生物，因其结构不同，叶绿素酶的活性显示明显的差别。叶绿素酶在水、醇和丙酮溶液中具有活性，在蔬菜中的最适反应温度为6082.2，因此植物体采收后未经热加工，脱植基叶绿素不可能在新鲜叶片上形成。如果加热温度超过80，酶活力降低，达到100时则完全丧失活性。,叶绿素在酸、热条件下的变化 pH影响蔬菜组织中叶绿素的热降解，在碱性介质中（pH9.0），叶绿素对热非常稳定，然而在酸性介质中（pH3.0）易降解。植物组织受热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的通透性和扩散速率，于是由于组织中有机酸的释放导致pH降低一个单位，从而加速了叶绿素的降解。叶绿素分子受热首先是发生异构化，形成叶绿素a和叶绿素b，当叶片在100加热10min，大约5%10%的叶绿素a 和叶绿b 异构化为叶绿素a和叶绿素b。叶绿素中镁原子易被氢取代，形成脱镁叶绿素，极性小于母体化合物，反应在水溶液中是可逆的。在加热时叶绿素b 显示较强的热稳定性。叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行：叶绿素脱镁叶绿素焦脱镁叶绿素,盐 盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明，在烟叶中添加盐(如NaCl、MgCl2 和CaCl2)后加热至90，脱镁叶绿素的生成分别降低47%、70%和77%，这是由于盐的静电屏蔽效果所致。水分活度 低水分活度有利于叶绿素的保存。气体环境 O2 不利于叶绿素的保存；N2有利于叶绿素的保存,（3）护绿方法,对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究，但没有一种方法真正获得成功。a、中和酸而护绿：采用碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子不被氢原子所置换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色，但经过贮藏后仍然变成褐色。b、高温短时灭菌：人们还应用高温短时灭菌(HTST)加工蔬菜，这不仅能杀灭微生物，而且比普通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。c、绿色再生：在商业上，目前还采用一种复杂的方法，采用含锌或铜盐的热烫液处理蔬菜加工罐头，结果可得到比传统方法更绿的产品。d、水分活度很低时有利于护色，脱水蔬菜能长期保持绿色的原因。e、气调保鲜目前保持叶绿素稳定性最好的方法，是挑选品质良好的原料，尽快进行加工并在低温下贮藏气调保鲜。,肌红蛋白的三级结构,血红蛋白的四级结构,我国食品添加剂使用卫生标准（GB2760-81）对发色剂的使用标准规定为：肉类罐头与肉类制品最大使用量，硝酸钠为0.5克/公斤，亚硝酸钠为0.15克/公斤；残留量以亚硝酸钠计，肉类罐头的最大残留量为0.05克/公斤，肉类制品最大残留量为0.03克/公斤。,4.肉及肉制品的护色,类胡萝卜素,5.4.4 酚类色素,釒,蓝色 红色 无色 淡黄色,花青素对光和温度敏感，富含花青素的食品在光照或较高的温度下很快会变褐色。,（4）金属离子 花色苷与钙、镁、锰、铁、铝等金属络合，生成紫红色、蓝色或灰色等深色色素，它们不受pH影响而变色。因此含花色苷的水果加工需要涂料罐或玻璃包装。同时加工过程中应避免与这些金属接触。（5）氧和还原剂 由于花色苷高度的不饱和结构使它对氧和氧化剂极为敏感；当花色苷与还原剂抗坏血酸同时存在时，由于抗坏血酸氧化时可产生过氧化氢，导致花色苷的破坏。,（6）水分活度（AW)在AW为0.630.79的范围内，花色苷的稳定性相对较高。（7）糖及其降解物 高浓度的糖可降低水分活度，花色苷的颜色得到保护；低浓度的糖使花色苷的降解或变色加速，特别是果糖、阿拉伯糖、乳糖和山梨糖的作用高于葡萄糖、蔗糖和麦芽糖。（8）缩合反应 花色苷自身或与蛋白质、单宁、其它类黄酮和多糖之间能够缩合。有些产物可以使花色苷退色，有些可以提高花色苷的稳定性。,（9）二氧化硫 二氧化硫可与花色苷发生反应从而时花色苷退色。（10）酶 花色苷的降解与酶有关，糖苷水解酶合多酚氧化酶是已知的可以引起花色苷加速降解的酶。,单宁与食品的涩味有关，能参加酶促褐变反应，另外它还能与Fe3+形成黑色物质，与蛋白质形成不溶性沉淀可以用来对果汁的澄清。含单宁高的植物可以作为制革工业中的植物性鞣质原料。,性质,无定型粉末，易溶于水、酒精及丙酮；水溶液呈酸性并有涩味；遇生物碱沉淀与铁盐生成黑色或蓝、绿色沉淀与蛋白质作用生成不溶于水的沉淀；在氧化酶的作用下，发生氧化聚合而生成黑褐色沉淀。,5、儿茶素,儿茶素是黄烷醇的总称，在茶叶中大量存在，其含量为茶叶中多酚类总量的6080。,性质,白色结晶，在空气中氧化成黄棕色胶状物，易溶于水、乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂、部分溶于乙酸乙酯及醋酸中，难溶于三氯甲烷和无水乙醚。儿茶素于三氯化铁，生成绿黑色沉淀，遇醋酸铅生成灰黄色沉淀，可用于儿茶素的定性分析。儿茶素分子中酚羟基在空气中易氧化，尤其是在碱性溶液中更易氧化，在高温、潮湿条件下容易自动氧化成各种有色物质，同时亦可被多酚氧化酶和过氧化酶氧化产生有色物质。绿茶茶汤放置时间长时，水由绿变黄，以至变红，这是儿茶素自动氧化的结构，茶叶在贮藏过程中，滋味变淡，汤色变深变暗，与儿茶素自动氧化也有密切的联系。,5.4.5 其它的天然食用色素 除上述三大类天然色素外，还有其它的一些天然色素其结构与前三类不太相似，不能够系统地归纳成相应的类别，基本上是酮类或醌类衍生物，故在这里将它逐一加以介绍。一、酮类衍生物 主要包括红曲色素和姜黄色素。,1.红曲色素(Monascin)：红曲色素是存在于红曲米中的色素。红曲米是用水将大米浸透、蒸熟以后接种红曲菌进行发酵而成，它可以直接用于食品的着色，也可以用乙醇提取出色素再用于食品的着色，还可以进一步进行精制、结晶等加工。与其它的天然色素相比，红曲素具有强的耐光、耐热及耐碱性，不与金属离子发生作用，也不和氧化剂，还原剂如亚硫酸盐、H2O2、Vc等作用，它对蛋白质的染色能力强，现已广泛用于肉制品、糕色、饮料、糖果等的着色 值得注意的是次氯酸盐对红曲素有强的漂白能力。,组成,红曲色素来源与微生物，是红曲霉菌丝分泌的色素。红曲色素中有六种不同成分，其中有橙色红曲色素（红斑花青素，红曲玉红素）、黄色红曲色素（红曲素、黄红曲素）、紫色红曲色素（红斑红曲胺、红曲玉红胺）。上述这些上述的成分的物理化学性质互不相同，具有实际应用价值的是醇溶性的橙色红曲色素中红斑红曲素和红曲玉红素。,性质,对ph值稳定；耐热性强；耐光性强；几乎不受金属离子的影响；几乎不受氧化剂、还原剂的影响；次氯酸钠对它影响较大；对蛋白质染着性好，一旦染色后经水洗不褪色。,在食品中的应用,酿造红酒，着色红香肠，红腐乳，酱肉，粉蒸肉等，另外还可用它着色糕点、禽类、火腿等食品。,2、姜黄素(Curcumin),姜黄素是从草木植物姜黄的根茎中提取得到的一种黄色色素，它是自然界中比较稀少的一种二酮类色素姜黄中含36的姜黄素。着色力好，稳定性较差。姜黄素也可用于咖哩粉、调料及黄色咸萝卜条的着色。,结构,是一种二酮类衍生物，结构如下：,二、醌类衍生物 1、虫胶红(Lac color)：又称紫胶虫色素、紫草茸色素。紫胶虫是一种寄生于梧桐科、豆科、桑科等植物上的一种寄生虫，它的分泌物即为虫胶(紫胶)，在中医上可以作为中药(紫草茸)，并含有6左右的色素。虫胶色素有溶于水和不溶于水两大部分，它们都是蒽醌衍生物，溶于水的称之为虫胶红酸(Laccaic acid)，有A、B、C、D、E五部分成分：,虫胶红在水中的溶解度不太大，易溶于稀碱，并易与金属离子形成沉淀；在酸性时对光、热稳定，其色泽随PH值的变化而不同：PH12时褪色 并且Fe3+、Cu2+等可降低其着色质量。虫胶红可以用于果汁、饮料、酒及糖果中作为着色剂。,2、胭脂虫色素(Cochinea1)胭脂虫是一种在胭脂仙人掌上的昆虫，其色素的主要成份似虫胶红色素，都是蒽醌衍生物，但其主要成分为胭脂红酸(Carminic acid)。可用于果酱、饮料的着色。胭脂红酸的稳定性非常好，耐热、耐光、耐微生物不错，其色泽也随PH的变化而改变在酸性时为橙黄色，中性时呈红色，而在碱性时呈紫色；它在热水及乙醇中有较好的溶解性，可用于果酱、饮料的着色。,3、其它色素 主要包括甜菜色素、可可色素和酱色。甜菜色素,酱色(Caramel)又称焦糖色素，是我国使用最多的色素之一，它是黑褐色的胶状物或块状物。其成份还不清楚，它的形成可能涉及Maillard反应和焦糖化反应，商品组成非常复杂，其组成与着色力等与原料、加工方式有直接的关系。它是由各种碳水化合物生产(一般用玉米糖浆),根据其加工条件不同可分为好几种类型，如铵盐法或非氨法生产，以铵盐法生产的色泽好、加工方便、收率高。,可可色素(Cacao pigments)是可可豆及其外皮可可壳中的褐色色素，稳定性好，耐光性、耐热性、耐还原性都不错，对蛋白质、淀粉的染色力强，并在加工、贮藏中很少变化，但在PH8时可出现沉淀；安全性很高。,酶促褐变：是酚酶催化酚类物质形成醌及其聚合物的反应过程。,5.5 酶促褐变,5.6 食品中的着色剂,二、人工合成色素（Artificial color）,合成色素是指以煤焦油(coal tar)为原料合成的食用色素。目前我国和其它国家允许使用的食用合成色素主要有以下8种：笕菜红、胭脂红、赤藓红、新红、柠檬黄、日落黄、亮蓝、靛蓝。它们的结构是偶氮和非偶氮类化合物。,笕菜红,胭脂红,柠檬黄,日落黄,靛蓝,亮蓝,赤藓红,新红,1、合成色素的一般性质 了解食用合成色素的性质是选择和正确使用它的依据。以上8种都是水溶性色素，不溶于植物油和有机溶剂，所以在应用于油脂或醇中时必须借助于助溶剂或乳化剂的分散、乳化作用来达到相应的着色目的。,2、色淀和聚合色素（1）色淀:它是用水溶性色素同一些允许使用的食用不溶性基质加工而成，这些基质可以是氧化铝、二氧化钛、滑石粉、碳酸钙等。例如日本、美国已批准以氧化铝为基质的色淀，我国在1988年也批准食品中可以使用色淀。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。,（2）聚合色素:七十年代美国开始研究一类新型的合成色素聚合色素，它是一类高分子色素，在人的肠道内不被吸收，因而可以大大地将合成色素的可能危害降低。已合成出三种红色素和一种黄色素，其中三种红色色素类似于苋菜红,一种黄色色素类似于柠檬黄的吸收光谱。,（3）色淀和聚合色素的性质,三、食用色素安全性 食用色素，特别是合成色素，由于都是向食品中添加的非营养成分，尽管其使用量很少，但是其安全性仍是人们注意的重点。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：一般毒性；致泻作用；致癌作用。食用合成色素均需在进行大量的毒理学试验的基础上，经过FAOWHO的专家评价而最后确认是否能在食品中使用。由于合成色素中含有一些杂质，可能对人体产生危害，因此提高色素的纯度也是减少对人体危害的一种方法，不少国家均以此法为发展方向。,与合成色素相比，天然色素具有安全性高，色泽比较自然的优点,，但也也存在着不安全因素(特殊的天然色素如藤黄(Gamboge)就有剧毒)。例如：(1)动植物体生长环境污染，被喷洒农药或摄入了有害物质。(2)动植物体作为色素原料时因其本身腐败、变质产生了有害的毒素。(3)在生产微生物色素时，由于培养、处理不当而污染其它微生物，从而产生毒素。(4)在色素的提取加工中混入了有毒的物质如重金属、有机溶剂等。,FAOWHO对天然色素分为三类进行管理：.凡是从已知食物中分离出来，化学结构无变化，使用浓度又符合原食物中的天然浓度，可看作是食品，不需要毒理学资料；.凡从已知食物中分离出来的，其化学结构无变化，但其使用浓度超过正常天然浓度时，可能需要进行毒理学评价，各项要求同合成色素；.从食物中分离出来，但生产过程中化学结构发生了改变的色素，以及从非食物原料中分离出来的天然色素，都需要进行毒理学评价，各项要求同合成色素。,1、合成色素及天然色素的特点,（1）合成色素 优点:a.价格低廉 b.稳定性 c.水溶性好 d.着色力强 e.可以配色 缺点：安全性低。（2）天然色素：优点:安全性高。缺点：a.价格高 b.着色力差 c.不能配色 d.不稳定，易产生沉淀 e.可能存在异味,2、色素应用时的注意事项（1）准确称量。（2）现用现配。（3）溶剂远离离子水,脱氯水或蒸馏水。（4）先用溶剂制成母液(2-10%)再添加到食品中,混合均匀。（5）所用器具最好是玻璃,搪瓷,塑料,不锈刚制的等。配色（调色）：,本章作业 1、叶绿素主要可能发生那些变化，如何在食品贮藏加工中控制这些变化？2、肌红蛋白主要可能发生变化，如何在食品贮藏加工中控制这些变化？3、天然着色剂和合成着色剂的特点，主要有什么异同？,