色素-細胞生物學在線

1、食品色素和著色劑,香腸的染色,,飲料中的色彩,五顏六色的食品,,人肉眼觀察到的顏色是由于物質吸收了可見光區(qū)（400~800nm）的某些波長的光后，透過光所呈現(xiàn)出的顏色。即人們看到的顏色是被吸收光的互補色。,色素及著色劑發(fā)色機理,顏色及其互補色,電磁波譜分類,,可見光波長范圍,,發(fā)色團(Chromophore ) 在紫外或可見光區(qū)(200~800nm）具有吸收峰的基團被稱為發(fā)色團，發(fā)色團均具有雙鍵。 如：-N=N-、

2、-N=O、 C=S、 C=C 、 C=O 等. 助色團( Auxochrome) 有些基團的吸收波段在紫外區(qū)，不可能發(fā)色，但當它們與發(fā)色團相連時，可使整個分子對光的吸收向長波方向移動，這類基團被稱為助色團。 如：-OH、-OR、 -NH2、 -NHR、 -NR2、 -SR、Cl、 -Br 等。,,色素及著色劑發(fā)色機理,助色團 波長紅移 (nm）

3、 -X ( Cl, Br, I ) 2~30 -OR 17~50

4、 -SR 23~85 -NR2 40~95,食品中固有色素的分類：,食品色澤是

5、決定食品品質和可接受性的重要因素。,食品中固有的色素,蔬菜中的主要天然色素物質特征,四吡咯色素的共同特點： 在其基本化學單元中由四個吡咯構成的卟啉環(huán)，環(huán)上有不同的取代基。水溶性不好，易溶于有機溶劑。,1 四吡咯衍生物（卟啉類色素）,1.1 血紅素 1. 結構,血紅素是亞鐵卟 啉化合物,血紅素基團的結構,,肌紅蛋白結構簡圖,血紅蛋白和肌紅蛋白是動物肌肉的主要色素蛋白質。 血紅蛋白和肌紅蛋白是球蛋白，其結構為血紅素中

6、的鐵在卟啉環(huán)平面的上下方再與配位體進行配位，達到配位數為六的化合物。,Figure 2: The pictureare the right is of the heme group in hemoglobin and shows the Fe(II) iron atom.,Figure 1: The picture is the secondary structure of hemoglobin, with only the p

7、rotein backbone and without the side chains,2.性質 （1）氧合作用：血紅素中的亞鐵與一分子氧以配位鍵結合，而亞鐵原子不被氧化，這種作用被稱為氧合作用。（2）氧化作用：血紅素中的亞鐵與氧發(fā)生氧化還原反應，生成高鐵血紅素的作用被稱為氧化作用。,,,肉中血紅素的三種狀態(tài),氧分壓對三種肌紅蛋白的影響 (引自W.H.Freeman,San Francisco.),低氧壓時（1~20mm汞柱)

8、, 主要為氧化作用；高氧壓時主要為氧合作用。,3. 腌肉色素 硝酸鹽或亞硝酸鹽發(fā)色原理如下：,3. 腌肉色素,NOMb、NOMMb、亞硝基血色原統(tǒng)稱為腌肉色素；其顏色更加鮮艷，性質更加穩(wěn)定（對熱、氧)。,,,1.2 葉綠素 1 結構,葉綠素a、b,,植醇（葉綠醇）,,加工中，葉綠素變化后會產生幾種重要的衍生物。,,,2 葉綠素的穩(wěn)定性,3 影響葉綠素穩(wěn)定性的因素（1）酶：葉綠素酶在蔬菜采收后加熱處理時被激

9、活，被激活的適宜溫度：60～82℃，100℃葉綠素酶滅活； 脂酶、蛋白酶、果膠酶等通過作用于相應的底物（非葉綠素），間接使葉綠素發(fā)生與蛋白或自身分解，降低穩(wěn)定性。,3 影響葉綠素穩(wěn)定性的因素（2）酸、熱：熱處理對葉綠素脫鎂反應影響最大，綠色蔬菜經過熱處理后，葉綠素含量降低 80～100%，色澤轉變?yōu)辄S綠色甚至暗褐色；這種變化在水介質中是不可逆的。 pH影響加熱時葉綠素的分解速度，pH 9.0時葉綠素對

10、熱的穩(wěn)定性最高，3.0 時葉綠素最不穩(wěn)定。 在發(fā)酵過程中，pH逐步降低，葉綠素的降解主要是葉綠酸和脫鎂葉綠酸的生成。,3 影響葉綠素穩(wěn)定性的因素（3）其他金屬離子的影響：葉綠素脫鎂衍生物中，中心的H+ 很容易被 Cu2+、Zn2+ 等取代，形成綠色、穩(wěn)定性很好的葉綠素衍生物。 葉綠酸與Cu2+ 形成的葉綠素銅鹽的色澤最為明亮； 葉綠素銅或鋅的衍生物在酸性條件下比較穩(wěn)定，堿性條件下穩(wěn)定性反而

11、變差，尤其是銅的衍生物，若想從衍生物中除去Cu2+ ，其所需pH 條件已經可以使卟啉環(huán)分解。,3 異戊二烯衍生物—類胡蘿卜素,類胡蘿卜素又稱多烯色素，廣泛分布于紅色、黃色和橙色的水果及綠色的蔬菜中。 類胡蘿卜素為具有多個共軛雙鍵的分子，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn) 650 多種以上化合物，它是自然界中資源最豐富的天然色素。 類胡蘿卜素為脂溶性色素。 類胡蘿卜素與蛋白質結合以后更加穩(wěn)定，

12、同時也改變了原有的色澤，如龍蝦殼中，蝦黃素與蛋白質結合呈現(xiàn)藍色，加熱后，蛋白質變性顯出橙紅色。,3 異戊二烯衍生物—類胡蘿卜素,種類較多，色澤多呈淺黃、橙、黃等。,番茄紅素α-胡蘿卜素β-胡蘿卜素γ-胡蘿卜素,胡蘿卜素類為典型的脂溶性色素，易溶于石油醚、乙醚難溶于甲醇和乙醇。,3.1 胡蘿卜素,,一般紅色、橙色、黃色的植物中類胡蘿卜素的含量較高。水果成熟時，葉綠素含量降低而類胡蘿卜素含量升高。 番茄在成熟過程中色素含量變化情

13、況 單位：mg.kg-1鮮重,3.1 胡蘿卜素,胡蘿卜素類，其顏色在多數加工和貯藏條件下表現(xiàn)相當穩(wěn)定，其變化只是輕微的； 但在有些加工條件下, 容易發(fā)生異構化和氧化降解反應，嚴重影響胡蘿卜素在食品中的色感。 胡蘿卜加工時類胡蘿卜素、β-胡蘿卜素的損失情況,3.1 胡蘿卜素,在類胡蘿卜素的降解反應中，氧化反應最為重要,3.2 葉黃素,葉黃素類是胡蘿卜素類的含氧衍生物，隨著含氧量的增加，它們的脂溶性下降 ，因此葉黃素在甲醇和乙醇中

14、很好溶解，而難溶于乙醚、石油醚。葉黃素類的顏色為黃色或橙黃色，少數為紅色，如與蛋白質相結合，顏色可能發(fā)生改變。,由于類胡蘿卜素特殊的結構（多烯，全反），使得其容易發(fā)生異構化和氧化降解反應。 在加熱、酸或光的作用下，類胡蘿卜素可發(fā)生異構化反應，部分雙鍵的構型由反式變?yōu)轫樖?，導致其吸收波長發(fā)生移動。（生物活性當然發(fā)生大的變化） 在食品加工的一般條件下，類胡蘿卜素并不發(fā)生嚴重的降解反應，特別是含水量較大的情

15、況下，有足夠的穩(wěn)定性。,3.2 葉黃素,4 多酚類色素,這類色素的分子結構特點是含有苯并氧雜環(huán)，氧雜環(huán)通常是吡喃環(huán)，所以也將它們統(tǒng)稱為苯并吡喃衍生物色素。 它們是植物組織中水溶性色素的主要成分，并大量存在于自然界，具有各種不同的色澤。 它們的色澤變化非常大，從無色到具有黃色、橙色、紅色、紫色以及藍色。,4 多酚類色素,4.1 花青素（花青苷） 花青苷類一般是水溶性的紅色色素，

16、有時也以藍色或紫色、紫紅色出現(xiàn)，許多植物的花、果實、種子中因含有它們而具有鮮艷的顏色。 花青苷一般是由花青素和糖基結合，因糖苷的形式存在。糖基可以是葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖或阿拉伯糖，花青素分子上可以連接一個或幾個糖基，連接方式可以是單糖、低聚糖。,1 花青素的基本結構,隨著不同花青素結構中所帶基團種類和數量的不同，其顏色有所不同。其原因是不同基團及數量不同的基團其助色效果不同，基本結構上所帶給電子基團越多

17、，顏色越深。,自然界存在的花青素有 20 多種，最重要的有 6 種： R1=R2=H，天竺葵色素； R1=OH、R2＝H，矢車菊色素； R1=OCH3、R2=H，芍藥色素； R1=R2=OH，飛燕草色素； R1=OCH3、R2=OH，牽?；ㄉ?（碧冬茄素

18、）； R1=R2 =OCH3 ，錦葵色素（銀葵素）,,,,花青素形成花青苷時，糖基一般 連接在 3 位-OH基， 也有一些花青苷存在5位 –OH 糖苷此外，花青苷中還可能含有一些羧酸或金屬離子，羧酸一般是與糖基部分結合，常見的有機酸包括阿魏酸、蘋果酸、咖啡酸、琥珀酸、乙酸等。自然界中至少已經分離出250種以上的花青苷化合物，天然食品中存在的花青苷一般是多種共同存在，也有少數食品中主要存在一種

19、花青苷。,2 花色苷的變化 花青素、花色苷穩(wěn)定性差，其主要原因是其結構中的環(huán)氧正離子結構及多個羥基的存在。自身結構的影響：結構中自由酚羥基越多越不穩(wěn)定，花青素不如花色苷穩(wěn)定，花色苷中糖基不同穩(wěn)定性亦不同。pH影響：溶液pH不同時花青素的結構不同，顏色亦有所不同。一般情況下，花色苷類色素在酸性溶液中呈色效果最好。 溫度的影響：加熱影響花色苷溶液平衡，使其向形成查爾酮方向移動。 加熱也可使花色苷

20、分解,（1）pH對花青素的影響,,,,,（2）光照的影響：光照可以加速花色苷的分解，多羥基黃酮、異黃酮等對光分解有保護作用。,（3）抗壞血酸的影響：花色苷受抗壞血酸的影響是抗壞血酸可以將氧分子轉化為過氧化氫，而過氧化氫可以進攻花色苷的2-C,導致紅色苷的分解。,（4）SO2的影響：,（5）金屬離子的影響：花色苷與Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金屬離子可以形成配位化合物，而使顏色變深而發(fā)生變化。,（6） 酶的影響：能夠導致花色苷

21、分解的酶有糖苷水解酶及多酚氧化酶。,（7）與其它植物性成分發(fā)生縮合： 花色苷可以與自身、蛋白質、單寧、其它黃酮或多糖類物質發(fā)生縮合反應，形成的產物一般顏色會加深（紅移），少數顏色消失。,3 原花色素（無色花青素） 原花色素的基本結構單元為黃烷-3,4-二醇：,原花色素是黃烷-3,4-二醇的二聚物、三聚物甚至多聚物。,原花色苷本身沒有顏色，但在酸熱條件下可以分解為花青素和其它多酚類化合物而顯示一定的顏色。如：,4.2 類黃酮色素

22、 類黃酮是一大類結構相似的天然化合物，廣泛存在于各類植物體內。 大部分此類化合物不僅具有特殊的顏色，而且具有特殊的生物學功能。 類黃酮類化合物在水中的溶解度較大。,1 結構及類型：,4.2 類黃酮色素,一些常見類黃酮化合物的結構：,其中一部分類黃酮類化合物呈黃色，另外一些無色。有顏色的黃酮類化合物?？膳c金屬離子發(fā)生配位而顏色加深， 黃酮類化合物的化學性質比較活勃，可受食品中的成分或加工條件

23、的影響而結構發(fā)生變化。 從化學結構上看，類黃酮都含有酚羥基，是弱酸性化合物，可以與強堿作用。 類黃酮在堿性條件下轉化為查爾酮形式，呈現(xiàn)明亮的黃色。,2 加工與貯藏時的變化 類黃酮與Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金屬離子可以形成配合物，而使顏色變深而發(fā)生變化。 加工條件中使pH上升，無色的黃烷酮或黃烷酮醇可變?yōu)橛猩牟槎悺?發(fā)生酶促褐變的中間生成物可氧化類黃酮而產生褐色物質。 類黃酮的熱穩(wěn)定性好于花

24、青苷，熱加工對它們的破壞不大。,4.2 類黃酮色素,作為一類重要的植物化學成分，類黃酮被研究的功能性質包括：抗氧化、植物雌激素作用、清除游離基、降血脂、降低膽固醇、防治冠心病等。類黃酮存在的一些食品：紅茶、綠茶、黑巧克力、洋蔥、紅葡萄酒、蘋果等，顯示出較強的心臟保護作用。,4.2 類黃酮色素,3 兩種重要的類黃酮化合物（1）異黃酮： 異黃酮在植物中的存在范圍、存在量均不大，一般存在于豆科植物，主要是大豆中。

25、 大豆中的異黃酮主要分布于種皮、胚軸、子葉內，尤以胚軸含量最高。 大豆品種不同，異黃酮含量不同；大部分大豆食品中異黃酮含量不同，主要是不同的加工造成的。,大豆制品中異黃酮的含量 單位：mg.kg-1,濃縮大豆蛋白：從高質量、完整、干凈和脫殼大豆中，除去大豆油和水溶性物質及非蛋白質部分后，含有不少于70％（干基）的蛋白質，這樣得到的大豆蛋白質叫做濃縮大豆蛋白。生產濃縮蛋白時，主要是用不同方法

26、去除蛋白粉中的水溶性糖類，目前所使用的方法主要有稀酸沉淀濃縮分離法（稀酸浸出法），酒精水溶液洗滌濃縮法（含水乙醇浸出法）和濕熱水洗法等。,（2）兒茶素,兒茶素也為多酚類化合物，常見的四種為：,以上兒茶素名稱中的“表”表示吡喃環(huán)上以單鍵相連的兩個基團處于該環(huán)的同側。 兒茶素本身沒有顏色，當其與金屬離子結合后產生白色或有色沉淀； 兒茶素具有輕微的澀味； 兒茶素具有還原性，很容易被空氣中的氧氣氧化為有顏色的

27、物質（高溫下尤其如此）。 植物中存在的多酚氧化酶能催化兒茶素氧化為各種產物——這在茶葉加工中非常重要。,綠茶、紅茶中多酚物質的含量水平（干重/%）,一些兒茶素的還原電勢和相對抗氧化活性,4.3 單寧 單寧也為多酚類化合物，包括可水解型和縮合型兩類。常呈白中帶黃或淡褐色，有強烈的澀味。 單寧可與蛋白質、生物堿、果膠或多價金屬離子結合形成有色不溶性沉淀；相對分子質量為500～3

28、000的水溶性多酚化合物。 可在加熱、氧化或遇到醛類條件下縮合而消除澀味； 單寧水解后通?？缮扇愇镔|：葡萄糖、沒食子酸、其它的多酚酸（鞣酸）。,5 天然著色劑,吡咯類：葉綠素、葉綠素銅鈉鹽異戊二烯衍生物類：β-胡蘿卜素、辣椒紅、梔子黃、玉米黃多酚類衍生物： 花青素：黑米紅、黑豆紅、蘿卜紅、玫瑰茄紅、葡萄皮紅； 兒茶素：茶黃色素； 類黃酮：高粱紅、可可殼色

29、醌類衍生物：紫膠紅、胭脂蟲紅、紫草焦糖色素、紅曲色素、姜黃素、甜菜紅素,食品天然著色劑的特點,食品天然著色劑的優(yōu)點：多來自動物、植物組織，因此絕大多數無毒和無副作用，對人體安全性高；大多為花青素類、黃酮類、類胡蘿卜素類化合物，不但有著色作用，且具有保健功能；色調較為自然；大多對pH值比較敏感，色調會隨之發(fā)生較大變化。,食品天然著色劑的特點,食品天然著色劑的缺點：一般溶解性差，溶解度低，不易染著均勻，且不同著色劑相容性差，甚