第8章 食品色素和着色剂

第8章食品色素与着色剂8.1概述8.2食品中原有的色素8.3食品中添加的着色剂食品的品质特性：色泽、风味、质地、营养。食品品质评价：营养性、安全性和享受性。食品享受性包括色、香、味、形。了解食品色素和着色剂的种类、特性及其加工和储藏过程中如何保持食品的天然颜色，防止颜色变化，是食品化学中值得重视的问题之一。8.1概述8.1.1食品中色素来源一种食品呈现何种色泽主要是食品中多种呈色成分综合作用的结果。食品中色素主要有三方面来源。（1）食品中原有的色素成分（2）食品加工中添加的色素成分（3）食品加工中产生的色素成分8.1.2食品中色素分类（1）根据来源进行分类①植物色素②动物色素③微生物色素（2）根据色泽进行分类（3）根据化学结构进行分类根据溶解性的不同，天然色素可分为水溶性和油溶性两类。天然色素种类繁多，色泽自然、安全性高，不少品种还有一定的营养价值，有的更具有药物治疗功能。8.2食品中原有的色素8.2.1四吡咯衍生物类色素有叶绿素、血红素和胆红素。8.2.1.1叶绿素（1）纯在状态和结构：叶绿素（chlorophylls）是高等植物和其他所有能进行光合作用的生物体含有的一类绿色色素。叶绿素a、b、c和d，高等植物中的叶绿素a和b的两者含量比约为3：1.（2）物理性质：叶绿素a和脱镁叶绿素a均可溶于乙醇、乙醚、苯和丙酮等溶剂，不溶于水。极性溶液如丙酮、甲醇、乙醇、乙酸和乙酯、吡啶和二甲基甲酰胺能完全提取叶绿素。叶绿素a纯品是具有金属光泽的黑绿色粉末状物质。叶绿素a和b都有旋光活性。（3）化学性质：对热、光、酸、碱等均不稳定，最普遍的变化是生成脱镁叶绿素，暗橄榄褐色。叶绿素在酶的作用下，可发生脱镁、脱植醇反应。影响叶绿素的稳定性因素如下：①叶绿素酶影响。唯一能使叶绿素降解的酶。能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇。②热处理和pH影响。脱镁叶绿素衍生物为橄榄褐色，叶绿素铜钠就是依据此原理制备而成，它是一种理想的天然食品着色剂。pH对叶绿素的热稳定性有较大影响，在碱性介质中（pH9.0），叶绿素对热非常稳定，然而在酸性介质中（pH3.0）易降解。③光影响。会发生光敏氧化。④金属离子影响。叶绿素脱镁衍生物的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。不同的金属元素形成叶绿素金属螯合物的速率不同，pH值也影响配合物的形成速率。（4）果蔬的护绿技术目前尚无非常有效的方法。常用措施有：①酸碱中和。加入碱性物质可提高叶绿素的保留率。如碱性钙盐或氢氧化镁。②高温瞬时处理。由于在储藏过程中pH降低，导致叶绿素降解，在食品保藏两个月后，效果不再明显。③利用金属离子衍生物。含锌或铜盐的热烫液处理蔬菜加工罐头，结果可得到比传统方法更绿的产品。④将叶绿素转化为脱植叶绿素。⑤多种技术联合应用。挑选品质良好的原料，尽快进行加工，采用高温瞬时灭菌，并辅以碱式盐、脱植醇的方法，并在低温下储藏。8.2.1.2血红素（1）存在状态和结构。血红素（Hemes）是高等动物血液、肌肉中的红色色素。肌红蛋白和血红蛋白都是血红素与球状蛋白质结合而成的结合蛋白。结合蛋白的蛋白质为珠蛋白，非肽部分称为血红素。血红素由两个部分即一个铁原子和一个平面卟啉环所组成。血红蛋白肌红蛋白卟啉环（2）化学反应与颜色变化。血红素卟啉环内的中心铁可以Fe2+或Fe3+状态存在。①肌红蛋白、氧合肌红蛋白和高铁结合蛋白的相互转化。氧合作用，氧化反应。在肉中只要有还原性物质存在，肌红蛋白就会使肉保持红色；当还原剂物质耗尽时，高铁肌红蛋白的褐色就会成为主要色泽。②腌肉色素。亚硝酰血色原（nitrosyl-hemochrome），这是加热腌肉中的主要色素。还原剂在腌肉过程中是非常重要的。抗坏血酸、异抗坏血酸，还原剂的使用还有助于防止亚硝胺类致癌物的产生。③其他不利色素的产生。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。8.2.2类胡萝卜素类胡萝卜素的黄色常常被叶绿体的绿色所覆盖，在秋天当叶绿体被破坏之后类胡萝卜素的黄色才会显现出来。动物体内的类胡萝卜素均是通过食物链最终来源于植物和微生物。类胡萝卜素的强抗氧化活性还可以预防疾病，并使某些癌症发病率降低。8.2.2.1结构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，是类胡萝卜素的发色基团。虾青素与蛋白质结合在一起时，不呈红色，一旦加热使它们分离后，则呈现出红色，这就是虾热处理前后色变的主要原因。类胡萝卜素与蛋白质结合不仅可以保持色素稳定，而且可以改变颜色。8.2.2.2性质纯的类胡萝卜素为无味、无臭的固体或晶体，能溶于油和有机溶剂，几乎不溶于水，pH对其影响不大，易发生氧化而退色。β-胡萝卜素是是维生素A的前体。β-胡萝卜素的分子中心位置发生断裂可生成两个分子维生素A。许多类胡萝卜素（如番茄红素、虾青素、叶黄素等）良好的自由基猝灭剂，具有很强的抗氧化性，能有效地阻断细胞内的链式自由基反应。8.2.2.3在加工、储藏中的变化类胡萝卜素在未损伤的食品原料中是比较稳定的，但提取分离得到的纯色素不稳定。高温、氧、氧化剂和光等均能使之分解褪色和异构化，主要发生热降解反应，氧化反应和异构化反应，导致食品品质降低。（1）热降解反应：发生降解形成芳香族化合物。（2）自动氧化反应：类胡萝卜素中含有共轭不饱和双键，能形成游离基发生自动氧化反应。抗氧化剂抑制自动氧化反应。Fe2+和Cu2+等会加速类胡萝卜素的自动氧化。（3）光氧化反应：双键断裂，终产物为紫罗酮。（4）偶合氧化：在有油脂存在时，类胡萝卜素会发生偶合氧化（coupledoxidation）,失去颜色。（5）异构化反应：天然的类胡萝卜素是以全反式构型存在，热加工过程或有机溶液提取，以及光照（特别是碘存在时）和酸性环境等，都能导致异构化反应。8.2.3多酚类色素多酚类化合物由于分子结构中含有苯环，且苯环上带有多个羟基，因而得名。绝大多数多酚为黄酮类化合物。多酚类色素常见的主要类型有花色苷、类黄酮、原花色素、单宁。8.2.3.1花色苷花色苷（anthocyanins）是一类在自然界中分布最广泛的水溶性色素。（1）存在状态和结构：花色苷是花青素与糖结合成的苷类化合物。（2）花色苷的颜色和稳定性：花色苷色素主要呈红色，非常活泼，通常不稳定，引起各种反应，常使色素褪色。①结构变化和pH：糖化基有利于色素的稳定。酸性条件下，花色苷保持正常的红色。②氧化剂与还原剂花色苷与抗坏血酸相互作用导致降解。黄酮类化合物能抑制抗坏血酸降解反应，有利于花色苷稳定，不易褪色。在储藏和加工时添加亚硫酸盐或二氧化硫可导致花色苷迅速褪色。如果煮沸或酸化可使亚硫酸除去，又可重新形成花色苷。③温度：温度越高，其降解速度越快；pH值对花色苷的热稳定性有很大影响，在低pH时，稳定性较好。④光：光通常会加速花色苷的降解。紫外光的降解作用比室内光的降解作用更明显。⑤金属离子：分子中因为具有邻位羟基，能和金属离子形成复合物，色泽一般为蓝色。⑥有机化合物：在抗坏血酸、氨基酸、酚类、糖衍生物等存在时，由于这些化合物与花色苷发生缩合反应可使褪色加快。8.2.3.2原花色素原花色素（proanthocyanidins）是无色的，结构与花色苷相似，在食品处理和加工过程中可转变成有颜色的物质。在酸催化作用下，加热可转化为花色苷呈现颜色。原花色素具有很强的抗氧化活性，已作为抗氧化剂应用到食品中，同时还具有抗心肌缺血、调节血脂和保护皮肤等多种功能。8.2.3.3类黄酮（1）存在状态和结构：类黄酮（flavonoids）,是一大类水溶性天然色素，呈浅黄色或无色，黄酮类化合物中除去花青素和黄烷-3,4-二醇的统称为类黄酮，主要呈现黄色，也被称为黄素。黄酮醇是类黄酮中最普遍的一类。类黄酮通常和葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、芹菜糖或葡糖醛酸结合成苷，糖基的结合位置各不相同，最常见的是在7碳位上取代。（2）化学性质：类黄酮的羟基呈酸性，具有酸类化合物的通性，可以与强碱作用，在碱性溶液中类黄酮易开环生成查耳酮型结构而呈黄色。类黄酮化合物可以与Al3+、Fe3+、Mg2+、Pb2+、Zr2+、Sr2+等金属离子形成有色化合物。类黄酮色素在空气中放置容易氧化产生褐色沉淀。类黄酮的多酚性质和螯合金属的能力，可作为脂肪和油的抗氧化剂，类黄酮物质具有抗氧化剂、植物雌激素作用、清除自由基、降血脂、降低胆固醇、免疫促进作用、防治冠心病、降低血管渗透性等作用。8.2.4甜菜色素8.2.4.1存在状态和结构甜菜色素（betalaines）,它们的颜色不受pH的影响。甜菜红苷的颜色几乎不随pH变化而变化。8.2.4.2化学性质（1）pH。甜菜色素在pH4.0-5.0范围最稳定，碱性条件下变黄。（2）热和酸。（3）氧和光。氧对甜菜色素的稳定性具有重要影响，分子氧是甜菜红苷氧化降解的活性剂，活性氧如单线态氧、过氧化阴离子等不参与氧化反应。加入金属螯合剂EDTA或柠檬酸可以提高色素的稳定性。8.3食品中添加的着色剂食品着色剂按其来源可分为人工合成的食品着色剂和天然的食品着色剂。食品着色剂的安全性问题已日益受到重视。8.3.1天然色素8.3.1.1红曲色素红曲色素商品名又称红曲红（monascasred）。红曲霉（monascaspupurreus）接种到米饭上后。可得到红曲米（又称红丹、丹曲、赤曲等），红曲米为原料，经萃取、浓缩、精制可得红曲色素。红曲色素易氧化的特性也赋予它有较好的抗氧化性；对蛋白质的染色性好。LD50:20g/kg(小鼠，经口)，7g/kg(小鼠，腹腔注射)，是安全性较高的天然色素。由于红曲色素对蛋白质的染色性特好，所以在肉制品、豆制品加工方面有较大的应用优势。8.3.1.2胭脂虫色素胭脂虫（cochineal）是一种寄生在胭脂仙人（Napaleacoccinelifera）上的昆虫，昆虫的雌虫体内存在胭脂蒽醌色素，胭脂（虫）红酸（carminicacid）。胭脂红酸属于蒽醌类色素，在pH5-6时呈红-紫红色，pH7.0以上时呈紫红-紫色，是抗氧化，遇光不分解。可溶于水、乙醇、丙二醇，在油脂中不溶解。8.3.1.3紫胶虫色素紫胶虫（Coceuslacceae）是豆科黄檀属（Dalbergia）、梧桐科芒木属（Eriolaena）等属树上的昆虫，其体内分泌物紫胶可供药用，中药名称为紫草茸。在pH4，6和8时，分别呈黄、橙、红和紫色。8.3.1.4焦糖色素焦糖色素（caramelpigment）是糖类化合物，又名焦糖酱色。分为以下四类：Ⅰ类普通焦糖；Ⅱ类碱性亚硫酸盐焦糖；Ⅲ类氨法焦糖；Ⅳ类亚硫酸铵法焦糖。8.3.1.5叶绿素铜钠盐叶绿素不稳定，且难溶于水，常将其制成叶绿素铜钠盐。叶绿素铜钠盐是墨绿色粉末，对光和热较稳定，易溶于水。8.3.1.6姜黄色素姜黄色素（curcumin或turmericyellow）是从多年草本植物姜黄（CurcumalLonga）根茎中提取的一种天然色素。光、热、氧能氧化而失去着色功能。姜黄色素一般用于咖喱粉和蔬菜加工产品等着色和增香。天然着色剂还有甜菜红、苋菜红、酸枣色素、茶色素等。紫胶姜黄8.3.2人工合成色素优点：色彩鲜艳、着色力强、性质较稳定、结合牢固等。安全问题。8.3.2.1苋菜红苋菜红为紫红色颗粒或粉末状，无臭，可溶于甘油及丙二醇，微溶于乙醇，不溶于脂类。耐光、耐酸、耐热和对盐类也较稳定，在碱性条件下容易变为暗红色。较抗氧化。8.3.2.2胭脂红胭脂红（ponceau4R）即食用红色1号，又名丽春红4R。丽春红为红色至暗红色颗粒或粉末状物质、无臭，易于水，水溶液为红色，难溶于乙醇，不溶于油脂，对光和酸较稳定。8.3.2.3赤藓红赤藓红为红褐色颗粒或粉末状物质、无臭、易于水，水溶液为红色，对碱、热、氧化还原剂的耐受性好，染着力强。8.3.2.4新红新红（newred）。8.3.2.5柠檬酸柠檬酸（tartrazine）。8.3.2.6日落红日落红（sunsetvellowFCF）。8.3.2.7靛蓝靛蓝（indigocarmine）。8.3.2.8亮蓝