天然色素概论教学提纲.doc
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1、天然色素讲座提纲:第一章 简单的色彩常识:第一节 简单的色彩理论(基础);第二节 色彩的和谐,色彩调和(COLOR HARMONY);第二章 天然色素种类及我国目前允许使用的天然色素:第一节 天然色素种类;第二节 我国目前允许使用的天然色素;第三节 天然食用色素制备技术简介;第三章 天然色素的优缺点:第一节 食用天然色素有以下优点:第二节 天然色素在应用上也存在以下的局限性;第四章 色价的解析和表示方法:第一节 色价的解析和表示;第二节 辣椒红色价换算标准;第五章 常用天然色素的主要性质和用途;第六章 常用天然色素的理化指标;第七章 天然色素色价的紫外分光光度计通用检测方法;第八章 天然色素的
2、改型(改性):第一节 天然色素的改性;第二节 天然色素的稳定性及护色剂的护色作用机理;第九章 天然色素的复配:第一节 天然色素的复配;第二节 复配天然色素在食品行业中的应用;第十章常用天然色素的应用:第一节 常用天然色素的使用方法;第二节 食用天然色素的选用;第十一章 常见天然色素的生理功能;第十二章 结束语。第一章 简单的色彩常识第一节 简单的色彩理论(基础)色彩理论包含多种定义,概念以及设计应用,如果罗列所有的资料那可能将会是一本百科全书,做为引言,这里只讲几个基本概念。色轮彩圈,基于红、黄、蓝,是在传统的艺术领域。 1666年科学家牛顿首次研制圆形色圈,自此科学家和艺术家的研究和设计在此
3、概念上不断发展,各种观点层出不穷,事实上,任何色圈或色轮的形成逻辑都是按照颜色的阴暗进行顺序排列。原色红色,黄色和蓝色在传统色彩理论,这3中颜色不能形成任何组合,或混合成其他颜色。然后其他所有的颜色正都是由这3种颜色派生的。第二级色彩绿色、紫色、橙色专色(改为:第三级色彩)黄橙、红橙色、红紫色、蓝紫色、蓝绿色、黄绿色。这些颜色形成了原始的和初级的颜色,这也是为什么这些色调是两个颜色字组成的颜色。如蓝绿色、红紫色、黄橙色。第二节 色彩的和谐,色彩调和(COLOR HARMONY)和谐可以理解为把整体里的部分合理的安排,无论是音乐、诗歌、颜色、甚至是冰淇淋,在视觉效果里,就是一些东西让人看得觉得非
4、常舒适,愉快。它使观察者从内心里有一种秩序感以及平衡的视觉效果。当一些东西并不和谐的时候,就会觉得它混乱并且沉闷。一个极端的视觉效果就是观察者觉得一切都很平常,很普通,人类大脑就不会受这些信息的刺激,另一个极端就是视觉刺激过了头,让人觉得非常混乱,甚至无法忍受。人类大脑也不知道什么不能排斥,什么不能接受。对待视觉需要的效果,必须依据目前的逻辑思想,色彩和谐就是要色彩让人从感观上觉得舒服。 总之,避免极端刺激、极端复杂导致过度刺激。和谐是一种动态平衡。 色彩和谐的方法 有很多关于和谐的理论。以下插图和说明是目前的一些基本方法。类似的色调 类似的三种颜色,从12色色轮中选择类似的三种并排的颜色。如
5、黄绿色、黄色、黄橙.通常为三色。互补的色调 互补色是在12色色轮中任何颜色所直接对立颜色,如红色与绿色、红色、紫色黄绿色。根据上图中有几个接近的黄绿色的叶子和几个接近红紫色的兰花。这些互补色调能创造最大、最高的稳定性。基于自然色调 大自然提供了一个完美色彩和谐的出发点.在上述例子,红色黄色和绿色设计保持和谐,不管哪个领域这种搭配都是和谐的。色彩对比 如何与其他颜色进行关联和表现是色彩理论上一个非常复杂的部分,比较同一红色方块在不同颜色背景下的对比效果。在黑色下的红色显得更家绚丽和醒目,在白色背景下就稍微有些缓和,在橙色下红色则显得很沉闷,在蓝绿背景下则表现出了它的光辉。即我们看到的,红色方块在
6、黑的背景下比其他几个颜色出现更大的刺激效果。相同颜色的不同组合 如果你的电脑足够色彩度并且正常显示伽玛彩色,当你把矩形中两个紫色小块进行对比时,你会发现左边的似乎更偏向红紫色。但实际上它们都是相同的颜色,只是位置替换了,这表明三种颜色会让人感觉成4种颜色。观察色彩效果的起点是理解色彩的相关性。色彩的饱和、冷暖等不同的色彩引起视觉和感知效果。 以上这些看起来似乎跟我们要讲的内容关系不大,其实,在实际应用中,我们在进行食品调色时,也需要遵循这些规律来进行的,这样您才可以制作出赏心悦目,人见人爱,一见就很想吃的食品。第二章天然色素种类及我国目前允许使用的天然色素第一节天然色素种类动物来源色素: 胭脂
7、虫红、紫胶红、藻青素、鱼鳞箔、苏木藻色素、虾壳色素、龙虾红色素、蟹壳色素、藻蓝色素、念珠藻蓝色色素、紫菜色素。植物来源色素:1类胡萝卜素类: 番茄色素(番茄红素)、天然胡萝卜素、混合类胡萝卜素、玉米黄、胭脂俗橙色素、藏红花色素、栀子黄色素、栀子绿色素、辣椒红色素、甜椒红色素、辣椒橙色素、南瓜黄色素、沙棘黄、密蒙黄色素、柑橘披黄色素、苜蓿色素、万寿菊色素、柑橘黄、枸杞色素、银杏黄色素、苦瓜色素、蒲公英色素。2类黄酮化合物类: 牵牛花色素、紫苏色素、紫玉米色素、葡萄皮色素、葡萄汁色素、葡萄皮紫色素、甘草色素、乌拉尔甘草色素、高粱色素、菊花黄色素、红花红色素、红花素、红花黄色素、红花黄A、草莓色素、
8、黑莓果天然黑红色素、红球甘蓝、紫甘蓝色素、接骨木色素、萝卜红、越橘红、黑米色素、黑糯米黑色素、黑豆红、黑芝麻色素、黑向日葵籽壳色素、蜀葵花红色素、玫瑰色素、苦水玫瑰色素、玫瑰茄红、紫叶小檗红色素、紫叶小檗叶片红色素、枸树果色素、柚皮色素、杨梅色素、天然苋菜红色素、凌霄花红色素、赤豆批色素、赤豆皮褐色素、洋葱色素、洋葱表皮色素、橡子壳棕、绒花红色素、一串红花色素、月季花红色素、黑加仑色素、紫菜薹色素、紫菜苔色素、桑椹红色素、槐豆胚芽色素、花生衣色素、核桃色素、美洲山核桃色素、紫青芋色素、紫山药色素、红米红、苏木色素、牛油树果色素、蓝锭果红、罗望子色素、薯蓣色素、大理花黄色素、紫荆花红色素、红肉李
9、色素、板栗壳色素、乌饭树果色素、女贞果皮天然紫红色素、地念果红色素、火棘果色素、樱桃色素、雪峰红樱红色素、火炬树色素、紫甘薯红色素、芸豆色素、灵芝色素、桃金娘色素、勾儿茶果色素、河东乌麦色素、紫红薯色素、大花葵色素、紫苕色素、野牡丹色素、杜鹃花色素、山兰红色素、笃斯色素、柚皮苷。3多酚类化合物: 茶黄色素、多穗柯棕、儿茶黑色素、金樱子棕。4醌类化合物: 茜草红色素、紫草红、紫草色素、紫蓝红色素、紫草素、虎杖色素、凤仙花红色素、决明子红色素。5叶绿素类: 叶绿酸、叶绿素、叶绿素A、叶绿素铜络盐、叶绿素铜、叶绿素铜钠、叶绿酸铁钠盐、叶绿素锌钠、茶绿树、绿茶粉、竹叶色素、菠菜色素、草莓绿色素。6生物
10、碱类化合物: 甜菜红、商陆色素、落葵红。7二酮类化合物: 姜黄色素、黄油树脂(姜黄浸提精油)、姜黄。8吲哚类化合物: 酸枣色素、酸枣皮色素、枣红色素、大枣红色素、长叶牛膝色素。9其他植物来源色素: 焦糖色素、乌贼色素、植物碳黑、可可碳黑、植物油烟碳黑、汤饭子色素、稻绿核菌绿色素、石榴色素、萝卜缨绿色素、红豆皮色素、小豆红色素、苹果皮色素、紫叶变叶木红色素、香蕉果皮色素、紫竹梅色素、海州常山色素、竹蓐色素、樟树叶棕黑色色素、菠萝色素、楮果色素、中草药咖啡色素、栗子皮色素、三叶海棠色素、蕹文莱色素、马蹄皮色素、蓝甸果色素、荷兰菊色素、苔色素、石磊、地衣赤染料萃取物、翠雀灵、米团花色素、三棱柱蜜果天
11、然色素、仙人掌色素、龙眼核棕色素、向日葵花色素、一品红红色素、菊苣色素。10胡萝卜素化合物: -胡萝卜素、-胡萝卜素、-阿朴-8,-胡萝卜素醛、-阿朴-8,-胡萝卜酸乙酯、叶黄素、叶黄素单胭脂树素酯、叶黄素双胭脂树素酯、胭脂树素、斑蝥黄、藏红花酸、辣椒红素、虾青素、(3R,3R,)-虾青素、消旋虾青素、紫杉紫素。11微生物发酵色素:红曲色素、红曲黄色素、红曲米、栀子蓝色素、栀子红色素、可可色素、法夫酵母色素、竹黄色素。第二节 我国目前允许使用的天然色素到目前为止(2008年5月15日),我国允许使用的天然色素共有43种,具体品种如下:茶黄色素、茶绿色素、多穗柯粽、柑橘黄、黑豆红、黑加仑红、红花
12、黄、红米红、红曲米、红曲红、花生衣红、姜黄、姜黄素、焦糖色素、金樱子棕、菊花黄浸膏、可可壳色、辣椒橙、辣椒红、蓝锭果红、萝卜红、落葵红、玫瑰茄红、密蒙黄、葡萄皮红、桑椹红、沙棘黄、酸枣色、天然苋菜红、橡子壳棕、胭脂虫红、胭脂树橙、叶黄素、叶绿素铜钠盐、叶绿素铜钾盐、玉米黄、越橘红、藻蓝、栀子黄、栀子蓝、植物碳黑、紫草红、紫胶红等。第三节天然食用色素制备技术简介食用天然色素作为一种天然食品添加剂在食品工业中越来越受到重视,由于合成色素均具有不同程度的毒性,长期和过量使用会危害人类健康,甚至有致癌和致畸作用,目前各国都在限制合成色素的使用。天然食用色素安全性高,色调柔和、自然,且不少具有较高的营养
13、价值和药理作用,有利于人类的健康。随着人们卫生保健意识的提高,崇尚自然的风气日益增强,天然食用色素将更加受到人们的欢迎。因此,天然食用色素的开发和应用已成为当代食品工业重要的研究课题。近年,我国在天然食用色素的研究方面做了大量的工作,并取得了可喜的成果。我国批准允许使用的天然食用色素共43种(GB2760-2007),具体品种在第二节已经列出,有红曲红、甜菜红、辣椒红、玉米黄、可可色素、高粱红、菊花黄、天然苋菜红等等。现在我国已经成为天然食用色素的品种和产量大国,并形成了一个初具规模的产业化行业。2007年我国河北晨光天然色素有限公司辣椒红色素产量达到一千多吨,单一品种排名列居世界第一,在国际
14、天然产物提取行业,有着举足轻重的地位。由于天然食用色素的国内、国际市场巨大,所以,研究其提取技术的意义重大。1 天然色素的制备技术1.1 溶剂提取法用有机溶剂浸提,然后经过滤、减压浓缩、真空干燥精制等工艺过程得到最终产品。根据色素的性质、所用原料选择的不同提取色素所用的溶剂,常用的有水、酸碱溶液、有机溶液如乙醇、丙酮、烷烯烃、苯、油脂类及二氧化碳等。此法工艺简单,设备投资少,提取操作方便,对环境无污染,成本低,便于生产,但存在着浸提时间长,劳动强度大,原料预处理能耗大,产品质量不太理想,色素溶解性差,色泽变化较大等缺点,且提取过程要用大量的溶剂,回收困难,导致产品生产成本高。文献报道1,乙醇是
15、天然食用色素较优提取剂。对于含水量较少的红辣椒和郁金香,用95%乙醇较佳;对于含水量较多的萝卜,用无水乙醇作为提取剂。而提取紫色菜苔色素2时,其最佳提取工艺条件是浸取液为pH值1左右的稀酸水溶液,浸取时间1.5h,温度60。此色素水溶性强,耐光、耐热,在一般介质中稳定,可作为酸性食品如饮料、冷饮、糖果、糕点等的着色剂,它可能成为一种值得开发的天然食用色素资源。1.2 冻结-融解法冻结-融解法条件温和,操作温度不超过室温,对热敏性高的天然食用色素破坏较少,是生物化学研究中常用的破碎微生物细胞壁的方法3。当植物细胞壁破裂后,胞内可溶物迅速溶出,很容易得到高浓度的色素溶液,与常规浸提相比,由于避免了
16、通过细胞壁传质的过程,浸提时间大为缩短。植物细胞壁破碎后,胞内可溶物都会溶出,为了得到较纯的产品,乙醇提取仍是不可缺少的。如对栀子、红蓝草、枫叶为原料3种色素提取的结果表明,此工艺对提取水-醇兼溶的植物色素具有较普遍的适用性4,可推广于其它同类色素的工业化生产,甚至提取其他非色素类的胞内物质也有作用。1.3 超临界流体提取法超临界流体提取是食品工业新兴的一项提取和分离技术,是利用液体在超临界区域兼有气液两性(即与气体相当的高渗透能力和低黏度及与液体相当的密度和对物质优良的溶解力)的特点和它对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变化这一特性而实现溶质溶解与分离的一项技术5。利用这种超临
17、界流体可从多种液态或固态混合物中萃取出待分离的组分,一般采用CO2作为提取剂。超临界CO2提取技术是以液态CO2为溶剂进行提取的,是一种不同于传统天然食用色素提取的新工艺,其提取率与提取温度、提取压力、CO2消耗量等因素有关。此技术的主要特点是兼具传统溶剂提取法和蒸馏法的双重功能,尤其对热敏性物质和不挥发性物质的分离更具特色。因此,超临界CO2提取技术符合人们回归自然的潮流,可以带动相关产业发展,带动我国化学溶剂法的技术改造,促进行业发展,是一种从天然物质中提取、制备及分析样品的优良方法。如对天然番茄红素的超临界CO2提取研究表明6,番茄红素的生产工艺参数为压力约 15MPa,温度约45,时间
18、约1.5h。1.4 大网络树脂吸附法吸附树脂是近10年发展起来的一类有机高分子聚合物吸附剂,它具有物理化学稳定性高,吸附选择性强,不受无机物存在的影响,再生简便,解吸条件温和,使用周期长,宜于构成闭路循环,节省费用等诸多优点,避免了用有机溶剂提取分离造成的有机溶剂回收难、损耗大、成本高、易燃易爆、对环境污染严重等缺点,现已广泛用于有机物浓缩、分离、制备与提纯等方面7。吸附树脂对物质的吸附作用不仅同树脂的物理和化学性质有关,而且同吸附物质的性质、介质的性质及操作方法等因素有关。此项技术多用于提取花青素类色素,它是将植物用酸性溶液浸提后过滤,滤液用大网络吸附树脂吸附后再用合适的溶剂洗脱,将洗脱液浓
19、缩或喷雾干燥即得最终产品。经过大网络吸附树脂的处理,色素得到了纯化。如用AD-50大网络吸附树脂提取精制紫叶小檗叶红色素8的最佳条件为,AD -50树脂在50、吸附液pH34时对紫叶小檗叶红色素的吸附能力较强,以95%乙醇作为解吸剂,20以下洗脱效果最好。1.5 微波提取法微波指频率在300300 000MHz之间的电磁波,亦称超高频波。微波提取的机制,一方面是微波辐照过程是微波射线自由透过透明的提取介质,到达生物材料的内部维管束和腺胞系统。由于吸收微波能,物料内部温度突然升高,天然物料的维管束和腺胞系统升温更快,保持此温度直至其内部压力超过细胞壁膨胀的能力,细胞破裂。位于细胞内的有效成分从细
20、胞壁周围自由流出,传递转移至提取介质周围,在较低的温度下被提取介质捕获并溶解其中,过滤分离残渣,即得提取物。另一方面,微波产生的电磁场加速被提取组分由物料内部向提取溶剂界面的扩散速率。如物料中的水分子,由于微波能量发生器以每秒百万次变化的正负极电荷中心发出高频幅射能,产生交变电场,在其作用下,水分子吸收电场能,有转动的趋势,当交变电场频率足够高时,水分子高速转动成为激发态,而激发态是一种高能量不稳定状态,或者水分子汽化,加强提取组分的驱动力,或者水分子本身释放能量回到基态,所释放的能量传递给其它物质分子,加速其热运动,缩短提取组分的分子由食品物料内部扩散到提取溶剂界面的时间,从而提高提取速率。
21、微波提取方法的优点是提取率高、准确、快速、操作成本低,减少原料预处理费并对环境无害。微波射线穿透性极好,可施加于任何天然生物材料,在接近环境温度下抽提所需的有效成分,对于热敏性成分的提取极为有效,而且还可将其与超临界流体提取结合运用,解决微波提取中溶剂残留问题,这是现有的各种提取法难以达到的。随着微波技术在工业中的普及,微波提取作为一种新的顺应潮流的高新技术必将得到迅速发展。如微波提取法提取栀子黄色素9的工艺条件,提取功率210W、提取剂500g/L的乙醇水溶液、提取时间80s、提取级数2级、料液比112,在此条件下色素的提取率可达到98.2%。1.6 酶法提取对于一些被细胞壁包围不易提取的原
22、料可用酶法提取10,如红花黄色素。红花黄色素存在于红花管状花花瓣中,此部位植物材料的化学成分主要为纤维素类物质,它们构成了红花黄色素由植物材料向提取介质扩散的屏障。应用纤维素酶作用于红花管状花,使其细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解,使细胞壁及细胞间质结构发生局部疏松、膨胀、崩溃等变化,从而增大胞内有效成分(即红花黄色素) 向提取介质扩散的传质面积,减小传质阻力,从传质角度促进红花黄色素提取率提高。此过程的实质是利用与非有效成分纤维素作用的酶解反应强化有效成分的传质,从而提高了红花黄色素的提取率。在纤维素酶制剂中,除了主要成分纤维素酶之外,还含有少量半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等。由
23、于植物材料中不仅含有纤维素,而且含有半纤维素、果胶、蛋白质、木质素等物质,在提取过程中,纤维素酶制剂中的半纤维素酶、果胶酶、蛋白酶等由于底物的存在也同时显示催化活性。因此,不同的纤维素酶制剂作用于同一种植物材料时,有效成分提取率的高低不仅与制剂中纤维素酶的含量、活性有关,也与酶制剂中半纤维素酶、果胶酶等的含量、活性有关。因此,应对不同来源的纤维素酶进行筛选,以获得与植物材料匹配的、具有最大提取率的纤维素酶。在红花黄色素酶法提取工艺11中,适宜提取条件是,温度为50, pH4.4,纤维素酶与红花材料的配料比为180(重量)。在红花黄色素的酶法提取过程中,应选择与提取材料匹配的酶制剂。1.7 超声
24、波法超声波作为一种新的应用技术,近年来广泛应用于天然植物的提取。其原理是超声波可在液体中产生“空穴作用”,而“空穴作用”产生的冲击波和射流可以破坏植物细胞和细胞膜结构,从而增加细胞内容物通过细胞膜的穿透能力,有助于天然色素的释放与溶出。超声波使提取液不断震荡,有助于溶质扩散,同时超声波的热效应使水温达到57,对原料有水浴作用。因此,超声波法大大缩短了提取时间,提高了有效成分的提出率和原料的利用率。如以水为介质,应用超声波技术提取密蒙花黄色素。实验结果表明,超声波处理密蒙花12有利于黄色素的浸出,黄色素提取率可达14.1%。在超声波频率40kHz下,最佳提取条件是,75,45min,浸提固液比1
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