暨南大学食品化学课件10 (2)

第九章 色素（Pigments）

前言

食品的色泽是通过它们对可见光波的选择吸收及反射而产生的。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，包括食品原料中固有的天然色素，食品加工中由原料成分转化产生的有色物质和外加的食品着色剂。

食品色泽的形成过程

主要的食品色素都是有机物，具有发色团和（或）助色团结构。在紫外或可见光区（200～800nm）具有吸收峰的基团被称为发色团（chromophore），发色团均具有双键结构，常见的有-N=N-，-N=O，C=S，C=C，C=O等。而有些基团的吸收波段在紫外区，不可能发色，但当它们与发色团相连时，可使整个分子对光的吸收向长波方向移动，这类基团被称为助色团（auxochrome），如：-OH，-OR，-NH2，-NHR，-NR2，-SR，-Cl，-Br等。不同色素的颜色差异和色素的变色主要是由发色团和助色团的差异和变化引起的。

食品的色泽是决定食品品质和可接受性的重要因素。美丽而符合人们心理要求的食品颜色是优质食品的一个重要特征，相反不正常、不自然、不均匀的食品颜色常被认为是劣质、变质或工艺不良的直观标志。

食品的色泽主要由其所含的色素决定，如肉及肉制品的色泽主要由肌红蛋白及其衍生物决定，绿叶蔬菜的色泽主要由叶绿素及其衍生物决定。因此，认识和

掌握主要食品色素的性质及其变化并使其发挥良好的作用是十分重要的。

食品色素按来源的不同可分为天然色素和人工合成色素两大类，其中天然色素分为：植物色素，如叶绿素、类胡萝卜素、花青素等；动物色素，如血红素、卵黄和虾壳中的类胡萝卜素；微生物色素，如红曲色素。按化学结构的不同可分为：四吡咯衍生物（或卟啉类衍生物），如叶绿素和血红素；异戊二烯衍生物，如类胡萝卜素；多酚类衍生物，如花青素、花黄素等；酮类衍生物，如红曲色素、姜黄素等；醌类衍生物，如虫胶色素、胭脂虫红素等。食品中应用的人工合成着色剂中有一些发色团中含有-N＝N-结构，另一些则无此结构，由此常将它们分为偶氮化合物，如胭脂红、柠檬黄等；非偶氮化合物，如赤鲜红、亮蓝等。此外，按溶解性质的不同，还可将食品色素分为水溶性色素和脂溶性色素。

本章主要内容：

第一节天然色素

第二节人工合成色素

重点：天然色素的理化性质

第一节天然色素

天然色素是指食品原料中固有的色素或从天然生物原料中得到的提取物，如辣椒红、甜菜红、红花黄、玉米黄等。一般认为，天然色素比合成色素更安全，但它们的着色性能、色彩和稳定性比合成色素差，且价格比较贵。

一、四比咯色素

1、叶绿素（chlorophyll）

（1）叶绿素的结构

叶绿素的结构

叶绿素的分子结构是由位于头部的叶绿酸（chlorophyllin）、脱镁叶绿素母环（phorbill，其中的吡咯N能与Mg2+形成配位键）、两个羧酸酯、甲醇、Mg2+和位于尾部的叶绿醇（或称植醇，phytol）等部分构成。其中，卟啉环和Mg2+是叶绿素的发色团。叶绿素依R基团的不同又可分为叶绿素a和叶绿素b，前者为青绿色，后者为黄绿色，在高等植物中这两种叶绿素含量约为3：1。

（2）叶绿素的衍生物

①脱镁叶绿素

叶绿素结构中的中心镁离子被两个质子取代的衍生物称为脱镁叶绿素，颜色变为橄榄绿色，但仍然为脂溶性。

②脱植叶绿素

脱植叶绿素的结构与叶绿素的不同在于植醇由羟基取代，但仍为绿色，却是水溶性的。

③焦脱镁叶绿素

焦脱镁叶绿素的结构中除镁离子被质子取代外，ⅴ环上的甲酯基也脱去，该环的酮基也转为烯醇式，这种物质比脱镁叶绿素色泽更暗。

④脱镁脱植叶绿素

脱镁脱植叶绿素的结构相当于既无镁又无植醇的叶绿素，颜色是橄榄绿，为水溶性色素。

⑤焦脱镁脱植叶绿素

焦脱镁脱植叶绿素的结构除植醇被羟基取代外，其他同焦脱镁叶绿素，是比脱镁叶绿素颜色更暗的水溶性色素。

由脱镁脱植叶绿素与Zn2+、Cu2+或Fe2+形成的金属螯合物在食品中广泛用为水溶性绿色着色剂，在这类着色剂的结构中，Zn2+、Cu2+或Fe2+占据着卟啉环中心的位置，就像叶绿素的Mg2+一样。

（3）叶绿素的性质

①溶解性

叶绿素不溶于水，易溶于乙醇、丙酮等极性有机溶剂。

②金属螯合

由上得知，叶绿素的Mg2+可被Zn2+、Cu2+或Fe2+等取代。

③在碱作用下皂化反应

叶绿素在KOH作用下，其中的酯结构水解形成双羧酸钾，但仍为绿色。

④酶促变化

叶绿素酶能催化叶绿素中植醇键的水解而产生脱植叶绿素。脱镁叶绿素也是叶绿素酶的底物，酶促反应的产物是脱镁脱植叶绿素。

另外，脂酶、蛋白酶、果胶酯酶、脂氧合酶和过氧化物酶等对叶绿素的酶促变化也起间接作用。

⑤酸和热引起的变化

绿色蔬菜初经烹调或热烫后表观绿色似乎有所加强并更加明快，这可能是由于原存于细胞间隙的气体被加热逐出，或者由于叶绿体中不同成分的分布情况受热变动的缘故，这些物理变化造成光线在蔬菜中的折射与反射的情况变化，从而引起色感变化。

在加热中，由于酸的作用，叶绿素发生脱镁反应，生成脱镁叶绿素，并进一步生成焦脱镁叶绿素，食品的绿色显著向橄榄绿到褐色转变，并且这种转变在水溶液中不可逆。

pH值是决定脱镁反应速度的一个重要因素。在pH9.0时，叶绿素很耐热，而在pH3.0时，它却很不稳定。

叶绿素及其在酶、酸、热作用下的衍生物

⑥光解

绿色植物的叶绿素在贮藏加工中却经常发生光解。光和氧气作用叶绿素就会导致不可逆地褪色。单线态氧和羟基自由基是反应活性中间体，它们在有氧光照下产生，一旦产生就与叶绿素和吡咯链作用，进一步产生过氧基和其他自由基，最终造成卟啉环与吡咯链分解和颜色退去。

（4）护绿技术

由于叶绿素能在一定条件下发生褐变，影响食品感官，

因此有必要采用以下护绿技术保证食品质量。

①中和酸而护绿

提高罐藏蔬菜的pH值是一种有用的护绿方法。

②高温瞬时杀菌

高温瞬时杀菌不但能使维生素和风味更好保留，也能显著减轻植物性食品在商业杀菌中发生的绿色破坏程度。但经过约两个月的贮藏后，这种护绿效果已被贮藏中食品pH值自然下降造成的叶绿素脱镁效果抵消。

③绿色再生

Cu2+和Zn2+能与加热中产生的叶绿素衍生物（如脱镁叶绿素和焦脱镁叶绿素）结合形成绿色物质。这种方法用于罐藏蔬菜加工可产生比较满意的效果。

④其他方法

ⅰ气调保鲜技术

气调保鲜技术使绿色同时得以保护，这属于生理护色。比如由乙烯带来的某些水果的呼吸跃变会延缓，成熟会延缓，于是叶绿体及叶绿素也较慢被破坏。

ⅱ降低水分活度

水分活度很低时，即使有酸存在，H+转移并接触叶绿素的机会也相对减少，这样它难以置换叶绿素和其他绿色衍生物中的Mg2+；另外，水分活度低时微生物及酶的影响也被抑制也是这种护绿的另一原因。