人工合成色素.ppt

1、食品化學(xué)第七章 色素,福州大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院,2,Outline,概述 食品中的天然色素 (pigments) 人工合成色素 (colorants),Chapter 5-3,色相色譜 位于180度夾角的顏色就是互補(bǔ)色,380770nm,Chapter 5-4,Reflectance Colourimetry,Instruments such as the Hunterlab colourimeter measure how light is reflected from the surface of materials, and report it in terms of L (white

2、 = 100, black = 0), a (positive values = red hues, negative values = green hues and b(positive = yellow hues, negative = blue hues). With this instrument, values of L, a and b are obtained using a scale designed to give measurement of colour in units of approximate visual uniformity.,5,第一節(jié) 食品中的天然色素,

3、優(yōu)點(diǎn)： （1）來自天然原料，且大多來自食品原料，一般對人體安全性較高 （2）有的可轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)素（如-胡蘿卜素可轉(zhuǎn)化為VA），具營養(yǎng)作用，有些具有一定的保健功能（如紅曲紅具有明顯的降血壓作用） （3）可更好地模仿天然食物的顏色，著色時(shí)色調(diào)比較自然。,6,缺點(diǎn)： 堅(jiān)牢度較差，使用局限性大，受pH值、氧化、光照、溫度、金屬離子等影響較大，在加工及流通中易受外界影響而變色或褪色。 成分復(fù)雜，使用不當(dāng)易產(chǎn)生沉淀，混濁。 純品成本較高。 產(chǎn)品差異較大，天然色素基本上為多種成分的混合物，同一色素來源及提取方法不同，成分會有差別。 有些受共存成分影響而帶有異味，或自身就有異味。,一、 血紅素,1、結(jié)構(gòu),亞鐵卟

4、啉衍生物,肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)是動物肌肉的主要色素蛋白質(zhì),肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu),鐵原子可形成6個(gè)配位鍵 四個(gè)被4個(gè)吡咯環(huán)的氮原子占據(jù) 第五個(gè)與肌球蛋白的組氨酸殘基鍵合 第六個(gè)可與各種配基的電負(fù)性原子結(jié)合 血紅蛋白：由四個(gè)肌紅蛋白構(gòu)成，是一個(gè)四聚體,6個(gè)配位鍵,血紅素與球蛋白的結(jié)合是通過球蛋白分子中的組氨酸殘基上的咪唑環(huán)上的一個(gè)氮原子和亞鐵原子以配價(jià)鍵連結(jié)而成,肌紅蛋白空間結(jié)構(gòu),動物肌肉中的紅色主要來源于肌紅蛋白(70-80%)和血紅蛋白(20-30%)。動物放血后肌肉色澤的90%以上是由肌紅蛋白產(chǎn)生。 肌肉中肌紅蛋白的含量隨著動物的種類、年齡、性別及部位不同差異很大。 肌肉組織尚有

5、少量其他色素，如細(xì)胞色素、黃酮蛋白和維生素B12等。由于含量很少，新鮮肌肉的顏色主要由肌紅蛋白決定，呈紫紅色。 蝦、蟹及昆蟲體內(nèi)的血色素是含銅的血藍(lán)色素。,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。,低氧壓時(shí)（120mm汞柱) 主要為氧化作用 高氧壓時(shí) 主要為氧合作用,氧分壓對三種肌紅蛋白的影響,15,3、肌肉的顏色在貯藏和肉品加工中的變化,（1）動物被宰殺放血后，由于對肌肉組織的供氧停止，鮮肉中的肌紅蛋白保持其原有狀態(tài)，肌肉呈肌紅蛋白稍暗

6、的紫紅色。,fresh meats,less acceptable meats,oxygen,oxygen,正鐵肌紅蛋白,氧合肌紅蛋白,Chapter 5-16,17,（2）當(dāng)肉被分割后，隨著肌肉與空氣的接觸，肌紅蛋白會轉(zhuǎn)化為多種衍生物，從而呈現(xiàn)不同的色澤。 氧合作用：肌紅蛋白中的亞鐵與氧發(fā)生鍵合，亞鐵原子不被氧化，而是成為鮮紅色的氧合肌紅蛋白。 氧化反應(yīng)：血紅素中的亞鐵與氧發(fā)生氧化還原反應(yīng)，F(xiàn)e2+鐵轉(zhuǎn)變成Fe3+，生成棕褐色的高鐵肌紅蛋白。,18,剛切開的肉表面由于與充足的氧氣接觸，肉色是鮮紅的； 隨著肉的貯放，高鐵肌紅蛋白的生成量增大。主要原因： 少量好氧菌開始在肉表面生長，使氧氣分壓有

7、所降低； 高鐵肌紅蛋白逆向轉(zhuǎn)化為肌紅蛋白是通過肉內(nèi)固有的還原性物質(zhì)（谷胱甘肽、巰基化合物等）的還原作用實(shí)現(xiàn)的，但隨著這些物質(zhì)的減少，高鐵肌紅蛋白的量就有所增加。,19,影響氧化速度的因素： pH降低，加快氧化成高鐵肌紅蛋白的速度。 Cu2+等金屬離子存在時(shí)，氧化加快。 當(dāng)存在球蛋白時(shí)，氧化速度降低。 完全排除氧氣，能將血紅色素的氧化降低到最小程度。 使環(huán)境中的氧處于飽和狀態(tài)，而降低血紅色素的氧化程度。,20,（3）貯存肉時(shí)，肌紅蛋白一定條件下會轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色物質(zhì)，原因：污染細(xì)菌的生長繁殖產(chǎn)生了過氧化氫或硫化氫 過氧化氫與血紅素中的Fe2+或Fe3+作用，生成膽綠蛋白； 硫化氫在有氧條件下，與肌紅蛋

8、白反應(yīng)生成硫肌紅蛋白。,（4）鮮肉在加熱時(shí)會迅速變色 原因： 溫度高 氧分壓降低 促進(jìn)了肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白的球蛋白的變性，即促進(jìn)肌色原和高鐵肌色原的產(chǎn)生。,4、 腌肉色素 硝酸鹽或亞硝酸鹽發(fā)色原理如下： NO3- 細(xì)菌還原作用 NO2- pH 5.46, H+ 2HNO2 肉內(nèi)固有還原劑 2NO + 2H2O或 3HNO2 歧化 HNO3 + 2NO + H2O,Mb NO MbNO (亞硝基肌紅蛋白) 加熱 亞硝基肌色原 (紫紅色) (鮮桃紅) (鮮桃紅) MMb NO NOMMb（亞硝基高鐵肌紅蛋白） (褐色) (深紅) MbNO，NOMMb，亞硝基肌色原統(tǒng)稱為腌肉色素， 其顏色更加鮮

9、艷，性質(zhì)更加穩(wěn)定（對熱、氧）。,5、肉及肉制品的護(hù)色 （1）采用低透氣性材料、抽真空和加除氧劑。 （2）高氧壓護(hù)色 （3）采用100%CO2條件，若配合使用除氧劑，效果 更好。 腌肉制品的護(hù)色一般采用避光、除氧。,由葉綠酸(鎂卟啉衍生物)與葉綠醇及甲醇所成的二醇酯，綠色來自葉綠酸殘基部分 高等植物葉綠素有a(藍(lán)綠色)、b(黃綠色)兩種，且a:b3:1,二、 葉綠素（Chlorphylls）,1. 結(jié)構(gòu),葉綠素是參與光合作用的主要色素，吸收紅光和藍(lán)光，反射綠光。,2. 影響葉綠素穩(wěn)定性的因素 （1）光、氧 （2）酶 （3）酸、熱 （4）水份活度 （5）氣體環(huán)境 （6）鹽,西昌學(xué)院食品科學(xué)系,3.

10、 護(hù)綠方法 （1）加堿護(hù)綠 （2）低溫貯存或脫水干燥 （3）加入銅鹽或鋅鹽,Chapter 5-28,Chlorophyll: Stability & Structure,Chlorophyll is not that important as a food colourant which is added to food, but is very important as an indicator of food freshness and ripeness. For example, even without any other sensory cues, it is obvious fr

11、om the colour whether beans or peas have been canned or frozen.,Chapter 5-29,Color Changes of Chlorophyll in Response to Changes in pH,Introduction,In the subsequent slides the background color of the slide represents the color the pigment assumes under various conditions of pH. Under more or less n

12、eutral conditions, chlorophyll has its normal vegetable green color (think of raw green beans or broccoli),Chapter 5-30,Chlorophyll,Chapter 5-31,Effect of heat and pH,pheophytin,chlorophyll,pheophorbide,chlorophyllide,脫鎂葉綠素,葉綠素酸酯, 脫植基葉綠素,葉綠素鹽,脫鎂葉綠(甲酯-)酸,Chapter 5-32,Acidic conditions,Under acidic co

13、nditions, the magnesium atom (Mg 2+) is lost and the color changes to the characteristic pheophytin（脫鎂葉綠素） olive green color.,Chapter 5-33,Pheophytin,Chapter 5-34,Alkaline conditions,Under alkaline conditions the methyl and phytyl （葉綠基）esters are removed, producing chlorophyllin （葉綠酸）which is a brig

14、ht green color.,Chapter 5-35,Chlorophyllin,Chapter 5-36,Chlorophyllase,Other reactions, mediated by the enzyme chlorophyllase（葉綠素酶）, may result in changes in the pigment, even under conditions of frozen storage. This is why such vegetables (green beans, broccoli, etc.) are blanched (put briefly in b

15、oiling water) before preservation by freezing. This destroys the enzyme activity. two enzymatic activities, chlorophyllase and magnesium de-chelatase which act to cleave the phytol chain and remove the magnesium, respectively. Replacement of the magnesium with copper yields a bright green pigment wh

16、ich can be used as a food colourant.,Chapter 5-37,Chapter 5-38,三、類胡蘿卜素（Carotenoids） Structure and Solubility,Chemically they are terpenoid compounds （萜類化合物）composed of isoprene（異戊二烯） units.,是一類使動植物食品顯現(xiàn)黃色和紅色的脂溶性色素。,1、結(jié)構(gòu) 分為兩類： 純碳?xì)浠衔锝M成的共軛多烯（烴類胡蘿卜素） 上述化合物的含氧衍生物（氧合葉黃素）,類胡蘿卜素最基本的組成單元是異戊間二烯，通過共價(jià)鍵頭-尾或尾-尾相連

17、產(chǎn)生很多對稱結(jié)構(gòu),天然類胡蘿卜素大多數(shù)可看作是番茄紅素的 衍生物, 含氧衍生物 （1）葉黃素： 3, 3 -二羥基-胡蘿卜素，存在于金盞花、綠葉中。 （2）玉米黃素：3, 3 -二羥基-胡蘿卜素，存在于玉米、柑橘、 蘑菇等中。 （3）辣椒紅素和辣椒玉紅素：存在于紅辣椒中。 （4）桔黃素：5, 8-環(huán)氧-胡蘿卜素，存在于柑桔皮和辣椒中。 （5）蝦黃素：3, 3 -二羥基-4, 4-二酮基-胡蘿卜素，存在于蝦、蟹、牡蠣等體內(nèi)。,新黃質(zhì)（C40H56O4）,玉米黃素（C40H56O2）,辣椒紅（C40H5603）,- 胡蘿卜素,2、化學(xué)性質(zhì),易被氧化，并失去顏色 組織內(nèi)：與氧氣隔離，受到保護(hù) 組織破

18、損或被萃取：直接與氧接觸，發(fā)生氧化 高度共扼，雙鍵數(shù)很多，氧化產(chǎn)物復(fù)雜 氧化促進(jìn)因子 金屬離子和亞硫酸鹽 脂肪氧合酶,Chapter 5-45,Oxidation and co-oxidation,The presence of multiple unsaturated carbon-carbon double bonds present in carotenoids make them especially susceptible to oxidation, which can be accelerated by light, metals, or hydroperoxides. Oxida

19、tion of the double bonds can lead to bleaching of colour, loss of vitamin activity (for beta-carotene), and formation of off-odours. whiter bread pasta,Chapter 5-46,The enzyme, lipoxygenase (LOX, E.C.1.1.11.13) has been used to bleach flours. Although LOX does not act on carotenoids directly, it doe

20、s produce hydroperoxy fatty acids during its catalytic reaction, which in turn may co-oxidize, and decolorize, the carotenoids.,氧氣分壓高氧化強(qiáng)化劑 氧氣分壓低抑制脂質(zhì)的過氧化 類胡蘿卜素有一定的抗氧化活性，能淬滅單重態(tài)氧，防止細(xì)胞的氧化損傷。 抗氧化活性使它具有抗衰老、抗白內(nèi)障、抗動脈粥狀硬化與抑制癌細(xì)胞的作用。,3、加工過程中的穩(wěn)定性,在一般加工和貯藏條件下是相對穩(wěn)定。,加熱或熱滅菌會誘導(dǎo)順/反異構(gòu)化反應(yīng)。,Chapter 5-49,Effect of Heat

21、and pH,Carotenoids are relatively heat stable, at least up to 50oC. With heating, the naturally occurring trans double bond configuration can rearrange to the cis conformation. This causes a slight shift in the absorbance maximum.,Effect of temperature on colour stability of b -carotene (40 mg/100ml

22、). o 20oC, p50oC, 75oC,n 100oC,Chapter 5-50,Carotenoids are stable to changes in pH and are reported to be stable in foods over the pH range of 2-7.,Effect of pH on colour stability (absorbance) of b -carotene at 7oC,Reference: Kearsley, MW. and Rodriguez, N. 1981. J. Food Technol. 16:421-431,Functi

23、onal activity,4、應(yīng)用 商品類胡蘿卜素大多數(shù)是人工合成產(chǎn)物，主要用于人造黃油、鮮奶油及其他含油脂食品的著色。 用環(huán)糊精制成-胡蘿卜素微膠囊分散體系，可用于飲料、乳品、糖漿、面條等食品的著色。,Chapter 5-52,四、花色素苷（Anthocyanins）,Anthocyanidin（花色素、花青素）6 commonly occurring anthocyanidin structures (next slide) Anthocyanins: glycosylated derivatives of anthocyanidin Sugars are present most co

24、mmonly at the C-3 position glucose, galactose, rhamnose（鼠李糖）, and arabinose（阿拉伯糖） at least 300 naturally occurring anthocyanins.,Chapter 5-53,Chapter 5-54,Recently, there has been interest in anthocyanins, not only for their colour properties, but due to their activity as antioxidants.,Chapter 5-55,

25、Chapter 5-56,Effect of pH on Anthocyanins,The anthocyanins from cranberry fruit were extracted into water, and the pH of the solutions were adjusted from 1 to 13,Chapter 5-57,Chapter 5-58,Chapter 5-59,Sulfur dioxide & Hydrogen peroxide,Anything which interrupts the conjugated double bond system of t

26、he anthocyanin causes a loss of colour.sulfur dioxide or hydrogen peroxide,Chapter 5-60,Chapter 5-61,Anthocyanins & Metals: Coordination complexes,Some metals, such as Fe+3 and Al+3 form deeply coloured coordination complexes with anthocyanins that have ortho-dihydroxy groups on the B-ring.,The effe

27、ct of ferrous ammonium sulfate on the colour of anthocyanins extracted from different berries,Chapter 5-62,Effect of Heat on Anthocyanins,Anthocyanins are sensitive to thermal processes, yielding a loss in the desirable hue and an increase in a brown hue as the pigment degrades and polymerizes.,Figu

28、re 1. Effect of temperature on colour stability of anthocyanin (100 mg/100ml). o 20oC, 75oC, p50oC, n 100oC,A known concentration of anthocyanin was prepared in distilled water and the content was heated for 4 hr at each temperature.,Chapter 5-63,Betacyanin: Structure and Solubility,Betalaines are t

29、he red-purple pigments of beetroot, Beta vulgaris. They are water soluble and exist as internal salts (zwitterions) in vacuoles （液泡）of plant cells. Betalaines are made up of red betacyanins and yellow betaxanthins. Betaxanthines, in beetroot represented by the vulgaxanthines, characterised by the la

30、ck of an aromatic ring system attached to N-1, and the absence of sugar residues. The other colored compounds are the isobetanin, betanidin, isobetanidin, and isobetanin. In addition to these, the sulfate monoesters of betanin and isobetanin are prebetanin and isoprebetanin, respectively.,Chapter 5-

31、64,Chapter 5-65,Betacyanin: Effect of Heat,Betacyanins are fairly stable under food processing conditions, although heating in the presence of air at neutral pH values causes breakdown to brown compounds. The colour of betacyanin solutions was stable at low temperature. Half-life at 25 oC is 413.6 m

32、in vs. 83.5 min at 60 oC.,Chapter 5-66,Betacyanin: Effect of pH,stable between pH 4.0 and 7.0,67,四、焦糖色素,又稱焦糖色或醬色，是將食品級的糖類物質(zhì)(如飴糖、蔗糖、糖蜜等)經(jīng)高溫焦化而成的復(fù)雜的紅褐色或黑褐色混合物。由糖類物質(zhì)在高溫下脫水、分解和聚合而成是我國食品中應(yīng)用較廣泛的半天然食品著色劑.,Chapter 5-68,Browning color,Caramelization Maillard Reaction,69,70,性狀與性能,71,焦糖的等電點(diǎn),pH值： 在等電點(diǎn)以上 負(fù)電 在等電點(diǎn)以下 正電,帶負(fù)電荷產(chǎn)品,正電荷的產(chǎn)品,中性的大粒子,飲料,食醋,糖漿,咖啡,果酒,醬菜,湯料,醬油,所用焦糖的pI要求在其pH值以下,所用焦糖的pI要求在其pH值以上,溶液產(chǎn)生渾濁或絮凝,五、紅曲米和紅曲色素,紅曲米又名紅曲、赤曲、紅米、福米，是將稻米蒸熟后接種紅曲霉發(fā)酵制得，具有降低血脂和膽固醇，降血壓作用。 紅曲色素：可由紅曲深層培養(yǎng)或從紅曲米中提取得到，分為 紅色：紅斑素或潘紅，紅曲紅素、夢那玉紅 黃色：紅曲素或夢那紅、紅曲黃素、安卡黃素 紫色：紅斑胺、潘紅