食品化学-第八章--食品的色香味

第八章食品的色香味第一节食品中的天然色素（4学时）教学目的：1.了解食品风味的概念;2.了解食品中天然色素的分类；3.掌握血红素、叶绿素的结构特点和性质特征（果蔬加工中保绿的理论依据；4.理解多烯色素的结构特点和性质特点；了解其使用特征；5.了解酚类色素的分类、存在和化学结构特征；6.理解花青素、花黄素的结构特点、性质特点及其与食品加工的关系；7.了解鞣质的组成特点和性质特点；8.了解红曲色素、姜黄色素、甜菜色素等醌酮色素的应用特点。教学重点：吡咯色素（血红素、叶绿素）的结构特点和性质特征；多烯色素、酚类色素的结构特点和性质特征。教学难点：色素的结构与性质的关系。教学方法：理论联系实际、启发引导。结构和性质突出特点。作业布置：教材习题四（1-2）教学过程：180分钟食品的风味:指食品入口前后对人体的视觉、味觉、嗅觉和触觉等感觉器官的刺激，从而引起人们对它的总体特征的综合印象。风味鉴别常采用感官分析法，它是以人的感觉器官直接鉴定食品的新鲜度、成熟度、加工精度、品种特性及其产生的变化情况等的方法，它方便、快捷又节省费用，是评价食品品质的常用方法之一。第一节食品中的天然色素定义：食品中能呈现颜色的物质称为色素，主要的食品色素都是有机化合物。分类：天然色素和人工合成色素。食品原料中天然存在的，或经加工而改变的食品色素称为食品中的天然色素。天然色素的分类：按来源不同：动物色素（如血红素、类胡萝卜素）、植物色素（如叶绿素、胡萝卜素、花青素等）、微生物色素（如红曲霉的红曲素）等。植物色素最为缤纷多彩，是构成食品色泽的主体；按溶解性不同：脂溶性色素（叶绿素、类胡萝卜素等）和水溶性色素（花青素）；按化学结构：吡咯色素、多烯色素、酚类色素和醌酮类色素。一、吡咯色素结构基础：天然吡咯色素：4个吡咯环的α-碳原子通过次甲基相连而成的卟吩环。动物组织中的血红素和植物组织中的叶绿素，它们都与蛋白质相结合，不同之处在于卟吩环上的侧链基团和卟吩环中结合的金属离子不同。（一）血红素1．血红素的结构结构特点为：（1）铁为+2价；（2）有一个由4个吡咯环连接而成的卟吩环；（3）存在共轭体系，使该物质呈现颜色；（4）有酸性。（平面上与球蛋白结合，平面上下与O2或H2O相结合。）血红蛋白（Hb）是由4分子亚铁血红素和1分子由4条肽链组成的球蛋白结合而成。相对分子质量为6800，而肌红蛋白（Mb）则为1分子亚铁血红素和1分子肽链组成的球蛋白所组成，相对分子质量为1700，恰为血红蛋白（Hb）的四分之一。血红蛋白（Hb）与肌红蛋白（Mb）是构成动物肌肉红色的主要色素，牲畜在屠宰放血，血红蛋白排放干净之后，酮体肌肉中90%以上是肌红蛋白（Mb）。肌肉中的肌红蛋白（Mb）随年龄不同而不同，如牛犊的肌红蛋白较少，肌肉色浅，而成年牛肉中的肌红蛋白（Mb）较多，肌肉色深。虾、蟹及昆虫体内的血色素是含铜的血蓝蛋白。2．血红素的性质（1）与O2结合成氧合血红蛋白（HbO2）而呈现鲜红色。因HbO2并非化合物，分子中的铁未被氧化，仍为亚铁离子，在O2分压低的环境下，又能分解成Hb和O2。同样，Mb当肌肉切开后，Mb也能与O2结合而成鲜红色。（2）Fe2+的变化MbO2氧化而形成棕褐色的高铁肌红蛋白。同样MbO2在有氧加热时，球蛋白变性，血红素中Fe2+氧化为Fe3+而生成棕褐色的高铁肌红蛋白（MMb），即为熟肉的颜色。（3）与亚硝基NO的作用Hb和Mb能与亚硝基NO作用，形成稳定艳丽的桃红色亚硝酰肌红蛋白（NOMb）和亚硝酰血红蛋白（NOHb），加热颜色也不变。基于此原理，在火腿、香肠等肉类腌制加工中，往往使用硝酸盐或亚硝酸盐等作为发色剂。目前的研究显示硝酸盐或亚硝酸盐对脑组织有损伤，且有致癌作用。（二）叶绿素1．叶绿素的结构特征存在于植物体内，与蛋白质结合成叶绿体。主要有叶绿素a和叶绿素b两种。在高等植物中，叶绿素a与叶绿素b按3∶1的比例共存。与血红素相似。（1）环中结合着Mg2+，而不是Fe2+。（2）除4个吡咯环之外，还形成了1个副环（V）。（3）侧链基团不同，叶绿素分子中存在酯基。2．性质物性：叶绿素a：蓝黑色的粉末，熔点为117～120℃，溶于乙醇溶液而呈蓝绿色，并有深红色荧光。叶绿素b：深绿色粉末，熔点为120～130℃，其醇溶液呈绿色或黄绿色，并有荧光。二者不溶于水而溶于乙醇、乙醚、丙酮等脂肪溶剂中，不耐热和光。化性：（1）Mg2+的变化酸性条件下：被氢离子取代，形成脱镁叶绿素造成色泽转化为黄褐色。稀的硫酸铜溶液处理时：被铜离子取代生成铜叶绿素，铜叶绿素的绿色比叶绿素更鲜艳、更稳定。（2）酯的性质碱性条件下水解成叶绿酸盐和醇，叶绿酸盐的绿色较叶绿素稳定。（保绿原理和应用）3.叶绿素在食品加工和贮藏中的变化（1）酸和热引起的变化酸的作用，生成脱镁叶绿素，颜色由绿色向褐色转变。如蔬菜在收获后，植株体内有机酸的存在，可生成脱镁叶绿素，变黄甚至变褐，腌制蔬菜时则由乳酸而致。（2）酶和光许多酶能促进叶绿素的破坏，如脂酶、蛋白酶；叶绿素酶直接以叶绿素为底物。蔬菜的加工处理（热烫和杀菌）是导致叶绿素损失的主要原因，其变化主要是热和酸造成了叶绿素向焦脱镁叶绿素的转化，造成颜色的变化。这是由于：（a）加热下组织的破坏，细胞内的成分（包括有机酸）不再区域化，因而加强了与叶绿素的接触。（b）加热时，生成新的有机酸如草酸，苹果酸，乙酸，琥珀酸，柠檬酸，脂肪会水解成脂肪酸，蛋白质分解成H2S或脱羧产生CO2等，降低了pH，使其酸性化。为了护色，常将石灰水或氢氧化镁加入热烫液中，以提高pH，并有一定的保脆作用。绿色植物在储藏加工过程中经常发生光解。即在光和氧气的作用下破坏卟吩环，产生一系列小分子。对此在储藏绿色植物性食品时，应避光、除氧，以防止光氧化褪色。二、多烯色素（类胡萝卜素）广泛存在于生物界中。类胡萝卜素按其结构与溶解性质分为两大类：胡萝卜素类和叶黄素类。1．结构特点（1）胡萝卜素类存在大量共轭双键（形成发色基团，产生颜色）。大多数天然胡萝卜素类都可看作是番茄红素的衍生物。番茄红素的一端或两端环构化，便形成了它的同分异构体α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素。1分子β-胡萝卜素在动物体内能转化为2分子维生素A，因此是有效的维生素A原，而一分子的α-胡萝卜素、γ-胡萝卜素只能形成一分子维生素A，而番茄红素不能转化成维生素A，没有营养作用。（2）叶黄素类叶黄素类是共轭多烯烃的含氧衍生物，主要有叶黄素，隐黄素，辣椒红素，番茄黄素等。2．多烯色素的性质与影响物理性质：脂溶性，几乎不溶于水而溶于乙醚，其中胡萝卜素类微溶于甲醇、乙醇，而叶黄素类则易溶于甲醇和乙醇，利用此性质特点可将两者分开。化学性质：（1）较稳定，耐酸耐碱，较耐热。在锌、铜、锡、铝、铁等金属存在下也不易破坏，因此在食品加工中不易损失。（2）双键特征，使其易发生氧化。在强氧化剂作用下，多烯色素被破坏而褪色。（3）在热、酸和光的作用下，易发生顺反异构变化引起颜色在黄色和红色范围内轻微变动，如：加热胡萝卜使金黄色变成黄色，加热番茄会使红色变成橘黄。多烯色素的破坏主要原因是光敏氧化作用，即双键经氧化后饱和，形成环状氧化物，进一步氧化发生断裂，形成有部分双键的含氧化合物。其中之一有紫罗兰酮（具有紫罗兰花气味），其结构式的环状部分即紫罗酮环，由此得名。过度氧化后，多烯色素则可完全失去颜色。有些酶可以加速多烯色素的氧化降解，食品加工中热烫等适当的钝化酶处理可以保护类胡萝卜素。多烯色素在食品加工中，通常不会严重降解。如土豆碱液去皮仅引起类胡萝卜素的轻微降解和异构化。胡萝卜果脯熬制时红黄色很稳定，低温和冷冻下类胡萝卜素也很少变化。油炸、烤制和过度加热会引起多烯色素的高温热解，干制品在光照下贮藏会发生褪色，是因为光促进了氧化。多烯色素作为一种天然色素广泛地应用于油脂食品，如人造奶油、鲜奶和其他食用油脂的着色（脂溶性）。近年来，采用了一些新技术，使多烯色素能吸咐在明胶或可溶性糖类化合物载体如环状糊精上，经喷雾干燥后形成微胶相分散体，使其能均匀分散于水，能形成透明的液体，可直接用于饮料、乳品、糖果、面条等食品的着色。三、酚类色素酚类色素是植物中水溶性色素的主要成分。分类：花青素、花黄素和鞣质三大类。其中鞣质既又可视为呈味物质，又可列入呈色物质。存在：和叶绿素、多烯色素不同，存在于细胞液泡中。分布于植物的花、茎、叶、果实中而呈现美丽的色彩。化学结构特征：它们都具有相同的基本结构（花色基元）——母核，即2苯基苯并吡喃阳离子，同时在苯环上都具有两个或两个以上的羟基，因此可看作是多元酚的衍生物，故名多酚色素。（一）花青素1.结构在花色基元的3、5、7碳位上有取代羟基。在B环上各碳位上取代基不同（羟基或甲氧基）而形成了各种不同的花青素。自然状态下常以糖苷形式存在。与一个或几个单糖，大多在3-和5-碳位上成苷。成苷的糖常见的有五种：葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖，植物中花青苷的含量也不等，有的仅1种（如黑莓），有的达十几种，如某种葡萄中所含花青苷竟达21种。常见的矢车菊花青苷、天竺葵花青苷、飞燕草花青苷都是相应的花青素的3，5二β葡萄糖苷。2．性质水溶性色素，在果蔬加工时会大量流失。（1）酸性与呈色：花青素分子中吡喃环上的氧为4价，呈碱性，同时因为有酚羟基，又具有酸性，故使花青素在不同的pH下有不同的结构，从而呈现不同的颜色。果蔬在成熟前后分别出现不同的颜色，这是因为pH变化的缘故，这也是同一种花青素在不同的花果中呈现不同颜色的原因之一。（2）光敏、热敏：在光照下或受热下会发生聚合反应，生成高分子聚合物而呈褐色。（茄子）（3）易受氧化剂和还原剂的作用而变色。二氧化硫能与花青素发生加成反应，使之褪色，若将二氧化硫加热除去，原有的颜色可以部分恢复。因此在加工含有花青素的食品时一定要进行护色处理。（4）与金属离子钙、镁、铁、铝反应生成盐类而呈现灰紫色、紫红色等深色，不再受pH的影响，因而果蔬加工时宜用不锈钢器皿。（5）霉菌和植物组织中有分解花青素的酶，使花青素褪色。在许多水果蔬菜中，广泛存在一种无色或接近无色的酚类物质，称为无色花青素，它的结构不同于花青素，但可以转变为有色的花青素。这是罐藏水果果肉变红、变褐的原因（二）花黄素存在：植物组织细胞中，水溶性色素物质。浅黄或无色，偶呈鲜橙黄色，普遍存在于果蔬中。特点：呈色能力不强，但在加工过程中会因pH和金属离子的存在而产生不良颜色，影响产品的色泽。1．结构特点母核是2苯基苯并吡喃酮。分子中含有1个酮式羰基，它们的羟基衍生物多为黄色，故又称为黄酮。最重要的是黄酮、黄酮醇、二氢黄酮（黄烷酮）、查耳酮等，两个苯环上的氢原子可以被羟基、甲氧基、甲基等取代，衍生出各种黄酮色素，这些黄酮色素又能与糖成苷。常见的、重要的花黄素有：旃那素、槲皮素、橙皮素、柚皮素、杨梅素、柠檬素、红花素、圣草素等。这些物质中，槲皮素、旃那素、杨梅素是分布最广泛和最丰富的黄酮醇，在茶叶中这三种黄酮醇及其苷占可溶性固形物中的大部分。槲皮素、橙皮素、柠檬素、圣草素在生理上具有保持毛细血管壁完整和正常通透性的作用，是维生素P的组成成分。2．性质及在食品中的重要性作为色素物质，花黄素对食品感观性质的作用远不如其潜在的影响大。黄酮类的颜色大多呈浅黄色至无色，分子中羟基多者颜色深。（1）遇碱时会变明显的黄色，如含黄酮类的果蔬（洋葱、荸荠、马铃薯等）在碱性水中预煮时往往会发生变黄而影响产品质量，在生产时加入少量酒石酸氢钾或柠檬酸调节pH，避免黄酮色素的变化。（2）遇铁离子可变成蓝绿色，这是酚羟基的呈色反应，在相关的食品加工中应引起注意。（三）鞣质（单宁）是植物中存在的复杂混合物，具有涩味，能与金属反应。结构：含多个酚羟基。植物鞣质在某些植物如石榴、咖啡、茶叶、柿子等中含量较多，是涩味的主要来源。主要单体：儿茶酚、焦性没食子酸、根皮酚、原儿茶酸、没食子酸等。分类：植物鞣质可分为水解型和缩合型两类，水解型由单体通过酯键形成，在温和的条件下用稀酸、酶或沸水可水解为鞣质单体物质。缩合型鞣质是由单体分子之间用C－C键相