色素-細(xì)胞生物學(xué)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(zhì)吸收了可見(jiàn)光區(qū)（400~800nm）的某些波長(zhǎng)的光后，透過(guò)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(bǔ)色。,色素及著色劑發(fā)色機(jī)理,顏色及其互補(bǔ)色,電磁波譜分類,,可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍,,發(fā)色團(tuán)(Chromophore ) 在紫外或可見(jiàn)光區(qū)(200~800nm）具有吸收峰的基團(tuán)被稱為發(fā)色團(tuán)，發(fā)色團(tuán)均具有雙鍵。 如：-N=N-、

2、-N=O、 C=S、 C=C 、 C=O 等. 助色團(tuán)( Auxochrome) 有些基團(tuán)的吸收波段在紫外區(qū)，不可能發(fā)色，但當(dāng)它們與發(fā)色團(tuán)相連時(shí)，可使整個(gè)分子對(duì)光的吸收向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這類基團(tuán)被稱為助色團(tuán)。 如：-OH、-OR、 -NH2、 -NHR、 -NR2、 -SR、Cl、 -Br 等。,,色素及著色劑發(fā)色機(jī)理,助色團(tuán) 波長(zhǎng)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(zhì)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(zhì)特征,四吡咯色素的共同特點(diǎn)： 在其基本化學(xué)單元中由四個(gè)吡咯構(gòu)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(jī)溶劑。,1 四吡咯衍生物（卟啉類色素）,1.1 血紅素 1. 結(jié)構(gòu),血紅素是亞鐵卟 啉化合物,血紅素基團(tuán)的結(jié)構(gòu),,肌紅蛋白結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,血紅蛋白和肌紅蛋白是動(dòng)物肌肉的主要色素蛋白質(zhì)。 血紅蛋白和肌紅蛋白是球蛋白，其結(jié)構(gòu)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(jìn)行配位，達(dá)到配位數(shù)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(zhì) （1）氧合作用：血紅素中的亞鐵與一分子氧以配位鍵結(jié)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(yīng)，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(duì)三種肌紅蛋白的影響 (引自W.H.Freeman,San Francisco.),低氧壓時(shí)（1~20mm汞柱)

8、, 主要為氧化作用；高氧壓時(shí)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(zhì)更加穩(wěn)定（對(duì)熱、氧)。,,,1.2 葉綠素 1 結(jié)構(gòu),葉綠素a、b,,植醇（葉綠醇）,,加工中，葉綠素變化后會(huì)產(chǎn)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(shí)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(guò)作用于相應(yīng)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(duì)葉綠素脫鎂反應(yīng)影響最大，綠色蔬菜經(jīng)過(guò)熱處理后，葉綠素含量降低 80～100%，色澤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色甚至暗褐色；這種變化在水介質(zhì)中是不可逆的。 pH影響加熱時(shí)葉綠素的分解速度，pH 9.0時(shí)葉綠素對(duì)

10、熱的穩(wěn)定性最高，3.0 時(shí)葉綠素最不穩(wěn)定。 在發(fā)酵過(guò)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(jīng)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(gè)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(zhì)結(jié)合以后更加穩(wěn)定，

12、同時(shí)也改變了原有的色澤，如龍蝦殼中，蝦黃素與蛋白質(zhì)結(jié)合呈現(xiàn)藍(lán)色，加熱后，蛋白質(zhì)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(shí)，葉綠素含量降低而類胡蘿卜素含量升高。 番茄在成熟過(guò)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(shù)加工和貯藏條件下表現(xiàn)相當(dāng)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(gòu)化和氧化降解反應(yīng)，嚴(yán)重影響胡蘿卜素在食品中的色感。 胡蘿卜加工時(shí)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(yīng)中，氧化反應(yīng)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(shù)為紅色，如與蛋白質(zhì)相結(jié)合，顏色可能發(fā)生改變。,由于類胡蘿卜素特殊的結(jié)構(gòu)（多烯，全反），使得其容易發(fā)生異構(gòu)化和氧化降解反應(yīng)。 在加熱、酸或光的作用下，類胡蘿卜素可發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，部分雙鍵的構(gòu)型由反式變?yōu)轫樖?，?dǎo)致其吸收波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)。（生物活性當(dāng)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(yán)重的降解反應(yīng)，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(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(wú)色到具有黃色、橙色、紅色、紫色以及藍(lán)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(shí)也以藍(lán)色或紫色、紫紅色出現(xiàn)，許多植物的花、果實(shí)、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(jié)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(gè)或幾個(gè)糖基，連接方式可以是單糖、低聚糖。,1 花青素的基本結(jié)構(gòu),隨著不同花青素結(jié)構(gòu)中所帶基團(tuán)種類和數(shù)量的不同，其顏色有所不同。其原因是不同基團(tuán)及數(shù)量不同的基團(tuán)其助色效果不同，基本結(jié)構(gòu)上所帶給電子基團(tuán)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(shí)，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(jié)合，常見(jiàn)的有機(jī)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(jīng)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(shù)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(jié)構(gòu)中的環(huán)氧正離子結(jié)構(gòu)及多個(gè)羥基的存在。自身結(jié)構(gòu)的影響：結(jié)構(gòu)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(shí)花青素的結(jié)構(gòu)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(dòng)。 加熱也可使花色苷

20、分解,（1）pH對(duì)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(duì)光分解有保護(hù)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(zhuǎn)化為過(guò)氧化氫，而過(guò)氧化氫可以進(jìn)攻花色苷的2-C,導(dǎo)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?qū)е禄ㄉ?/p>

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(zhì)、單寧、其它黃酮或多糖類物質(zhì)發(fā)生縮合反應(yīng)，形成的產(chǎn)物一般顏色會(huì)加深（紅移），少數(shù)顏色消失。,3 原花色素（無(wú)色花青素） 原花色素的基本結(jié)構(gòu)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(méi)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(jié)構(gòu)相似的天然化合物，廣泛存在于各類植物體內(nèi)。 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(xué)功能。 類黃酮類化合物在水中的溶解度較大。,1 結(jié)構(gòu)及類型：,4.2 類黃酮色素,一些常見(jiàn)類黃酮化合物的結(jié)構(gòu)：,其中一部分類黃酮類化合物呈黃色，另外一些無(wú)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(xué)性質(zhì)比較活勃，可受食品中的成分或加工條件

23、的影響而結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，類黃酮都含有酚羥基，是弱酸性化合物，可以與強(qiáng)堿作用。 類黃酮在堿性條件下轉(zhuǎn)化為查爾酮形式，呈現(xiàn)明亮的黃色。,2 加工與貯藏時(shí)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(wú)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(chǎn)生褐色物質(zhì)。 類黃酮的熱穩(wěn)定性好于花

24、青苷，熱加工對(duì)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(xué)成分，類黃酮被研究的功能性質(zhì)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(qiáng)的心臟保護(hù)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(nèi)，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(zhì)量、完整、干凈和脫殼大豆中，除去大豆油和水溶性物質(zhì)及非蛋白質(zhì)部分后，含有不少于70％（干基）的蛋白質(zhì)，這樣得到的大豆蛋白質(zhì)叫做濃縮大豆蛋白。生產(chǎn)濃縮蛋白時(shí)，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(jiàn)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(gè)基團(tuán)處于該環(huán)的同側(cè)。 兒茶素本身沒(méi)有顏色，當(dāng)其與金屬離子結(jié)合后產(chǎn)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(zhì)（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(chǎn)物——這在茶葉加工中非常重要。,綠茶、紅茶中多酚物質(zhì)的含量水平（干重/%）,一些兒茶素的還原電勢(shì)和相對(duì)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(qiáng)烈的澀味。 單寧可與蛋白質(zhì)、生物堿、果膠或多價(jià)金屬離子結(jié)合形成有色不溶性沉淀；相對(duì)分子質(zhì)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|(zhì)：葡萄糖、沒(méi)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(chóng)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(diǎn),食品天然著色劑的優(yōu)點(diǎn)：多來(lái)自動(dòng)物、植物組織，因此絕大多數(shù)無(wú)毒和無(wú)副作用，對(duì)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(diào)較為自然；大多對(duì)pH值比較敏感，色調(diào)會(huì)隨之發(fā)生較大變化。,食品天然著色劑的特點(diǎn),食品天然著色劑的缺點(diǎn)：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