第7章色素和着色剂.ppt
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1、第七章 食品色素与着色剂Chapter 7 Pigments and Colorants,食品质量评判,营养性,安全性,享受性,食品色泽是由食品中能够反射或发射不同波长的可见光(380 nm770 nm)的物质所产生的;一般都是由发色基团和助色基团构成。食品色泽可以作为评判食品新鲜度、成熟度、风味情况的依据;食品的颜色还可影响食欲。,食品色泽的本质与重要性,发色基团和助色基团,发色团:在紫外或可见光区(200800nm)具有吸收峰的基团被称为发色团,发色团均具有双键。如:-N=N-,-N=O,C=S,C=C,C=O等。助色团:有些基团的吸收波段在紫外区,不能发色,但当它们与发色团相连时,可使整
2、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。如:-OH,-OR,-NH2,-NHR,-NR2,-SR,-Cl,-Br 等。,内容提要,1.基本概述 1.1 食品中色素的来源 1.2 食品中色素分类2.食品中的原有的色素 2.1 四壁咯衍生物类色素 2.2 类胡萝卜素 2.3 多酚类色素 2.4 甜菜色素3.食品中添加的着色剂 3.1 天然色素 3.2 人工合成色素,1.基本概述,1.1 食品中色素的来源,(1)食品中原有的色素成分(天然色素):如蔬菜中的叶绿素、萝卜中的叶黄素、虾中的虾青素等。(2)食品加工中添加的色素成分(食品着色剂):天然食品着色剂,安全性高,赋予食品色泽的同时,
3、有的还有营养性和某些功能性,如核黄素、胡萝卜素;人工合成的食品着色剂,广泛适用。(3)食品加工中产生的色素成分:焦糖化反应、美拉德反应、酶促氧化、水解及异构化等作用产生色素,如茶鲜叶加工,采用不同工艺的可获得绿茶、红茶。,1.基本概述,1.2 食品中色素的分类,(1)根据来源进行分类:植物色素(天然色素中来源最为丰富、应用最多),如叶绿素、红花色素、葡萄皮色素、辣椒红色素等;动物色素,如血红素、虫胶色素、胭脂虫色素等;微生物色素,如红曲色素、核黄素等。(2)根据色泽进行分类:红紫色素,如甜菜红色素、红曲色素等;黄橙色素,如胡萝卜素、姜黄素等;蓝绿色素,如叶绿素、藻蓝素等。(3)根据化学结构进行
4、分类:四吡咯衍生物类色素;异戊二烯衍生物类色素;多酚类色素;酮类衍生物色素;醌类衍生物色素;其它色素。,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,结构特点:结构中包括四个吡咯构成的卟啉环;四个吡咯可与金属元素以共价键和配位键结合。,典型代表:叶绿素;血红素;胆红素。,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(1)叶绿素,存在状态和结构:,活体植物细胞中,叶绿素与类胡萝卜素、类脂物及脂蛋白结合成复合体,共同存在于叶绿体中。当细胞死亡后,叶绿素就游离出来,游离的叶绿素对光、热敏感,很不稳定。叶绿素有多种,如叶绿素a、b、c、d,以及绿菌素等,其中叶绿素a、b自然界中含量最高。,叶
5、绿素的结构,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。,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(1)叶绿素,物理性质:,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.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(1)叶绿素,化学性质:,酸热条件下或脱镁酶的作用下,镁原子被氢取代,生产脱镁叶绿素(暗橄榄褐色);在稀碱溶液中水解或叶绿素酶的作用下,除去植醇部分,产物脱植基叶绿素仍为鲜绿色;进一步的降解还可发生10位的-CO2CH3被H取代,生产橄榄褐色的焦脱镁叶绿素和焦脱镁叶绿酸;叶绿素还会受到光和氧气作用,被光解为一系列小分子
6、物质(如乳酸、柠檬酸、琥珀酸、马来酸等)而褪色。,影响叶绿素稳定性的因素,叶绿素酶的影响:叶绿素酶最适反应温度6082.2,加热温度超过80,酶活力降低,到100 时完全丧失活性。热处理和pH影响:除发生脱镁反应外,叶绿素分子受热可发生异构化,形成叶绿素a和b;碱性介质中(pH9.0),叶绿素对热非常稳定,而酸性介质中(pH3.0)易降解;植物受热后,细胞膜破裂,组织中的有机酸释放导致pH降低,加速叶绿素的降解。光影响:光敏氧化,四吡咯环开环并降解为小分子化合物。金属离子影响:叶绿素脱镁后,四吡咯核的氢离子容易被锌或铜离子置换形成绿色、稳定性强的金属配合物。叶绿素铜盐色泽最鲜亮,对光、热较稳定
7、,是理想的食品着色剂。,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(1)叶绿素,果蔬的护绿技术:,酸碱中和:灌装蔬菜加工中,利用碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁不被置换;高温瞬时处理:比普通加工使蔬菜受到的化学破坏小;利用金属离子衍生物:用含锌或铜盐的热烫液处理;将叶绿素转化为脱植叶绿素:5476 下,热烫20min;其它:降低水分活度、气调包装等。,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(2)血红素,存在状态和结构:,是存在于高等动物血液和肌肉中的主要色素,是血红蛋白和肌红蛋白的辅基;肌肉中90%以上的色素是血红素,故肌肉的颜色主要为血红素的紫红色。血红素是一种铁卟啉
8、化合物,中心铁离子有6个配位键,其中4个分别与卟啉环的4个氮原子配位结合;还有一个与肌红蛋白或血红蛋白中的球蛋白以配价键相连结(结合位点是球蛋白中组氨酸残基的咪唑基氮原子);第6个键则可以与任何一种能提供电子对的原子结合。,血红素和肌红蛋白的结构,血红素基团的结构,肌红蛋白结构简图,血红蛋白和肌红蛋白,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(2)血红素,化学反应与颜色反应:中心铁价态的变化和负电荷基团的不同,会导致血红素化合物呈现不同的颜色。,肌红蛋白、氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白的相互转化:,氧合作用VS氧化反应,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(2)血红素,化学
9、反应与颜色反应:中心铁价态的变化和负电荷基团的不同,会导致血红素化合物呈现不同的颜色。,腌肉色素:,肌红蛋白与亚硝酸盐的分解产物NO等发生反应,生产亚硝酰基肌红蛋白(紫红色);热加工后进一步形成稳定的亚硝酰血色原(鲜桃红色)。腌制时亚硝酸盐过量则产生硝基氯化血红素(绿色);腌制时添加还原剂(如VC),可将Fe3+还原为Fe2+,并将亚硝酸盐还原为NO,迅速生产亚硝酰基肌红蛋白。,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(2)血红素,化学反应与颜色反应:中心铁价态的变化和负电荷基团的不同,会导致血红素化合物呈现不同的颜色。,其它不利色素的产生:,细菌繁殖产生的硫化氢在有氧存在下,会使肌
10、红蛋白生产绿色的硫肌红蛋白;过氧化氢存在时,可与血红素中的二价铁和三价铁反应生产绿色的胆绿蛋白。,P280 表8-2,P282 图8-3,2.食品中原有的色素,2.1 四吡咯衍生物类色素,(2)血红素,肉类色素的稳定性与护色:,肉类色素除受氧、热、氧化剂、还原剂、微生物的影响外,光、水分、pH、金属离子等均可影响其稳定性;肉类加工过程中,适当添加抗氧化剂、采用真空包装等,均有利于提高血红素的稳定性,延长肉类制品的货架期。,2.食品中原有的色素,2.2 类胡萝卜素(多烯色素),广泛存在于自然界中的脂溶性色素,使动物源和植物源食品显现黄色和红色;维生素A的前体物质,其强抗氧化活性可以预防疾病,使某
11、些癌症发病率降低。,2.食品中原有的色素,存在状态和结构:,类胡萝卜素可以游离态溶于细胞的脂质中,也能与碳水化合物、蛋白质或脂类形成结合态存在,或与脂肪酸形成酯,存在状态不同对其呈色效果、稳定性等都有较大影响。类胡萝卜素是四萜类化合物,由8个异戊二烯单位组成,其中的共轭双键是发生基团;均具有相同的中心结构,但末端基团不相同(已发现约60中不同的末端即,构成约560种已知的类胡萝卜素)。,2.2 类胡萝卜素(多烯色素),2.食品中原有的色素,存在状态和结构:,类胡萝卜素按结构可归为两大类:一类是称为胡萝卜素类的纯碳氢化合物,包括,胡萝卜素及番茄红素;另一类是结构中含有羟基、环氧基、醛基、酮基等含
12、氧基团的叶黄素类,如叶黄素、玉米黄素、辣椒红素、虾黄素等。,2.2 类胡萝卜素(多烯色素),常见类胡萝卜素的结构见P286 图8-7,2.食品中原有的色素,性质:,纯品为无味、无臭的固体或晶体,能溶于油和有机溶剂,几乎不溶于水;具适度的热稳定性,pH对其影响不大,但易发生氧化而褪色,在热、酸或光的作用下很容易发生异构化;共轭双键为发色团,-OH等为助色团,双键数量、位置、助色团的种类、以及双键的顺反结构都会影响其颜色;维生素A前体,许多为良好的自由基淬灭剂。,2.2 类胡萝卜素(多烯色素),2.食品中原有的色素,在加工、贮藏中的变化:,热降解反应:高温下发生降解反应形成芳香族化合物;氧化反应:
13、共轭不饱和双键形成游离基而发生自动氧化反应;在光和氧存在下,发生光氧化反应,双键过氧化后发生断裂,终产物是紫罗酮;在油脂存在时,发生耦合氧化,失去颜色;异构化反应:热加工、有机溶剂提取、光照(特别是碘存在时)和酸性环境等,能导致异构化反应。,2.2 类胡萝卜素(多烯色素),在加工和贮藏过程中类胡萝卜素降解和异构化的可能机制,2.食品中原有的色素,2.3 多酚类色素,该类色素由于分子结构中含有苯环,且苯环上带有多个羟基,故而得名;绝大多数多酚为黄酮类化合物,即以C-6C-3C-6结构为母核,C-3部分可以是酯链,也可以是与C-6部分形成的五元或六元氧杂环;主要类型有花色苷、类黄酮、原花色素、单宁
14、等,前3着都属于黄酮类化合物,是植物组织中的主要水溶性色素。这类色素呈现黄色、橙色、紫色和蓝色等。,2.食品中原有的色素,2.3 多酚类色素,自然界分布最广泛的水溶性色素,植物中的许多颜色(包括蓝色、红紫色、紫色、红色及橙色等)都是有花色苷产生。,(1)花色苷,2.食品中原有的色素,2.3 多酚类色素,花色苷是花青素与糖结合成的苷类化合物;花青素是2-苯基-苯并吡喃的阳盐(一个带正电荷的阳离子);从结构上看,花青素被认为是黄酮类化合物的一种,但由于色泽和性质与其它黄酮类化合物不同,一般将其单独作为一类色素看待;自然界已知有20种花青素,食品中重要的有6种。,(1)花色苷,存在状态和结构:,甲氧
15、基增多,红色加强;羟基取代基增多,蓝色加强。,2.食品中原有的色素,2.3 多酚类色素,游离的花青素在食品中很少存在,而是与一个或几个糖分子形成花色苷;糖基可以是葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖等5种,成苷时,糖基一般连在3-OH上,也有链接在5-OH上;糖基有时能进一步被脂肪族或芳香族的有机酸酰化(如对香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、丙二酸等),从而形成三组分分子。,(1)花色苷,存在状态和结构:,2.食品中原有的色素,2.3 多酚类色素,花色苷色素主要是呈红色,其色泽和稳定性与其自身分子结构、pH、温度、金属离子、氧化剂、还原剂、糖等因素有关。吡喃环的氧原子为4价,非常活泼,可引起各种反应使
16、色素褪色。分子中羟基数目增加稳定性下降;甲基化程度提高稳定性增加;糖基化也有利于色素稳定。,(1)花色苷,花色苷的颜色和稳定性:,2.食品中原有的色素,2.3 多酚类色素,结构变化与pH:花色苷分子结构随pH而发生变化,进而色泽也发生明显的变化。,(1)花色苷,花色苷的颜色和稳定性:,较低pH时(pH 1),花色苷阳盐离子(红色)是主要形式;pH升高时(pH 46),花色苷以假碱(无色)的形式存在,或以脱水碱(淡紫红色)的形式存在;在较高pH时(pH 810),花色苷与碱作用形成相应的酚盐(蓝色);虽然上述反应是可逆的,但时间较长时假碱结构会发生不可逆开环反应,生产浅色的查尔酮。,花色苷的结构
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