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1、Chapter 9 Pigments 色素本章提要本章提要n常见食品天然色素的化学结构以及常见食品天然色素的化学结构以及基本的物理化学性质；常见食品天基本的物理化学性质；常见食品天然色素在食品的储藏加工中的重要然色素在食品的储藏加工中的重要变化及其条件；食品储存加工中的变化及其条件；食品储存加工中的酶促褐变及其抑制。酶促褐变及其抑制。n难点难点：天然色素的护色：天然色素的护色9.1概述n9.1.1食品色素食品色素:n食品中能够吸收或反射可见光进而使食品呈食品中能够吸收或反射可见光进而使食品呈现各种颜色的物质，包括天然色素和食品着现各种颜色的物质，包括天然色素和食品着色剂。色剂。n食品的颜色是食
2、品主要的感官质量指标之一食品的颜色是食品主要的感官质量指标之一n食品的颜色通过影响人的感官，从而影响人的食欲食品的颜色通过影响人的感官，从而影响人的食欲和购买欲。和购买欲。9.1.2食品的呈色机理食品的呈色机理n不同的物质能吸收不同波长的光，如不同的物质能吸收不同波长的光，如果物质所吸收的光的波长在可见光区果物质所吸收的光的波长在可见光区以外，这种物质就呈现出无色，如果以外，这种物质就呈现出无色，如果它吸收的光的波长在可见光区域它吸收的光的波长在可见光区域（400800nm），那么该物质就会），那么该物质就会呈现出一定的颜色，其颜色与反射的呈现出一定的颜色，其颜色与反射的光的波长有关，人的肉眼
3、所看到的颜光的波长有关，人的肉眼所看到的颜色是由物体反射的不同波长的可见光色是由物体反射的不同波长的可见光所组成的综合色。所组成的综合色。食品色素一般为有机化合物，其分子结构中往往食品色素一般为有机化合物，其分子结构中往往有发色团和（或）助色团。有发色团和（或）助色团。n发色团发色团：在紫外和可见光区（：在紫外和可见光区（200800nm)具有具有吸收峰的基团称为发色团或生色团，发色团均具有吸收峰的基团称为发色团或生色团，发色团均具有双键，如双键，如 -C=C-、-C=O-、-N=N-、-N=O、-C=S-等。等。n助色团助色团：吸收波段在紫外区，本身并不产生颜色，：吸收波段在紫外区，本身并不
4、产生颜色，但当与共轭体系或发色团连接时，可使整个分子的但当与共轭体系或发色团连接时，可使整个分子的吸收波长向长波方向迁移而产生颜色，这类基团被吸收波长向长波方向迁移而产生颜色，这类基团被称为助色团或助色基。助色团中一般含有称为助色团或助色基。助色团中一般含有-OH、-OR、-NH2、-SR2、-SR、-CI等基团。等基团。含有发色团的化合物吸收可见光时，该化合物便呈现与被吸收光互补的颜色。9.1.3食品色素的分类（一）按（一）按来源来源的不同的不同1. 植物色素植物色素 如绿色（叶绿素）、红色或紫色（花青素）等。如绿色（叶绿素）、红色或紫色（花青素）等。2. 动物色素动物色素 如肌肉中的血红素
5、，虾、蟹表皮的类胡萝卜素等。如肌肉中的血红素，虾、蟹表皮的类胡萝卜素等。3. 微生物色素微生物色素 如红曲霉的红曲素等。如红曲霉的红曲素等。（二）按（二）按化学结构化学结构的不同的不同1. 四吡咯衍生物（或卟啉衍生物）四吡咯衍生物（或卟啉衍生物） 如叶绿素、血红素、肌红素等。如叶绿素、血红素、肌红素等。2. 异戊二烯衍生物异戊二烯衍生物 如类胡萝卜素。如类胡萝卜素。3. 多酚类衍生物多酚类衍生物 如花青素、花黄素（花酮素）、儿茶素、单宁等。如花青素、花黄素（花酮素）、儿茶素、单宁等。4. 酮类衍生物酮类衍生物 红曲红色素、姜黄素等。红曲红色素、姜黄素等。5. 醌类衍生物醌类衍生物 虫胶色素、胭
6、脂虫红等。虫胶色素、胭脂虫红等。（三）按（三）按溶解性质溶解性质不同不同1. 水溶性色素水溶性色素 2. 脂溶性色素脂溶性色素9.2 四吡咯色素四吡咯色素n9.2.1 叶绿素叶绿素是绿色植物、藻类和光合叶绿素是绿色植物、藻类和光合细菌的主要色素，是深绿色光细菌的主要色素，是深绿色光和色素的总称，高等植物和藻和色素的总称，高等植物和藻类中存在四种结构很相似的叶类中存在四种结构很相似的叶绿素，称为叶绿素绿素，称为叶绿素a、叶绿素、叶绿素b、叶绿素叶绿素c、叶绿素、叶绿素d。9.2.1.1 叶绿素的结构与性质叶绿素的结构与性质n叶绿素是含叶绿素是含镁镁的四吡咯衍生物，有的四吡咯衍生物，有4个吡咯环和
7、个吡咯环和4个个甲烯基连接成的一个大环，叫做甲烯基连接成的一个大环，叫做卟啉环卟啉环，也称为叶，也称为叶绿素的绿素的“头部头部”。镁原子居于卟啉环的中央，偏向。镁原子居于卟啉环的中央，偏向于带正电荷，与其相连的氮原子则偏向于带负电荷，于带正电荷，与其相连的氮原子则偏向于带负电荷，因而卟啉具有极性，可以与蛋白质结合。卟啉环上因而卟啉具有极性，可以与蛋白质结合。卟啉环上连接一个含羰基和羧基的副环（连接一个含羰基和羧基的副环（），称为），称为同素环，同素环，副环上的羧基以酯键与甲醇结合。以酯键与副环上的羧基以酯键与甲醇结合。以酯键与吡咯吡咯环侧链上的丙酸相结合的部分称为叶绿醇或环侧链上的丙酸相结合的
8、部分称为叶绿醇或植醇植醇，此部分称为叶绿素的此部分称为叶绿素的“尾部尾部”。叶绿素a和叶绿素b的结构 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。色泽色泽熔点熔点乙醇溶乙醇溶液色液色泽泽荧光色荧光色泽泽旋光性旋光性叶绿素叶绿素a蓝黑色蓝黑色粉末粉末117120蓝绿色蓝绿色深红色深红色 有有叶绿素叶绿素b深蓝色深蓝色粉末粉末120130绿色或绿色或黄绿黄绿色色红色红色有有叶绿素的衍生物叶绿素的衍生物n叶绿素在食品加工中最普遍的变化是生成叶绿素在食品加工中最普遍的变化是生成脱镁叶绿素脱镁叶绿素，在酸，在酸性条件下叶绿素分子的中心镁原子被氢原子取代，生成暗橄性条件下叶绿素分子
9、的中心镁原子被氢原子取代，生成暗橄榄褐色的脱镁叶绿素，加热可加快反应的进行。单用氢原子榄褐色的脱镁叶绿素，加热可加快反应的进行。单用氢原子置换镁原子还不足以解释颜色急剧变化的原因，很可能还包置换镁原子还不足以解释颜色急剧变化的原因，很可能还包含卟啉共振结构的某些移位。含卟啉共振结构的某些移位。 n 叶绿素在稀碱溶液中水解，除去植醇部分，生成颜色为鲜叶绿素在稀碱溶液中水解，除去植醇部分，生成颜色为鲜绿色的绿色的脱植叶绿素脱植叶绿素，加热可使水解反应加快。脱植基叶绿素，加热可使水解反应加快。脱植基叶绿素的光谱性质和叶绿素基本相同，但比叶绿素更易溶于水。如的光谱性质和叶绿素基本相同，但比叶绿素更易溶
10、于水。如果脱植基叶绿素除去镁，则形成对应的脱镁叶绿素甲酯一酸，果脱植基叶绿素除去镁，则形成对应的脱镁叶绿素甲酯一酸，其颜色和光谱性质与脱镁叶绿素相同。其颜色和光谱性质与脱镁叶绿素相同。这些化合物之间的相互关系可用以下图解说明：这些化合物之间的相互关系可用以下图解说明：9.2.1.2 叶绿素在食品加工和储藏中的变化叶绿素在食品加工和储藏中的变化叶绿素酶是目前已知的唯一能使叶绿素降解的酶。叶绿素酶叶绿素酶是目前已知的唯一能使叶绿素降解的酶。叶绿素酶是一种酯酶，能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇，分别生成是一种酯酶，能催化叶绿素和脱镁叶绿素脱植醇，分别生成脱植叶绿素和脱镁脱植叶绿素。脱植叶绿素和脱镁脱植
11、叶绿素。 对于叶绿素的其他衍生物，因其结构不同，叶绿素酶的活对于叶绿素的其他衍生物，因其结构不同，叶绿素酶的活性显示明显的差别。性显示明显的差别。 叶绿素酶在水、醇和丙酮溶液中具有活性，在蔬菜中的最叶绿素酶在水、醇和丙酮溶液中具有活性，在蔬菜中的最适反应温度为适反应温度为6082.2，因此植物体采收后未经热加工，因此植物体采收后未经热加工，脱植叶绿素不可能在新鲜叶片上形成。如果加热温度超过脱植叶绿素不可能在新鲜叶片上形成。如果加热温度超过80，酶活力降低，达到，酶活力降低，达到100时则完全丧失活性。时则完全丧失活性。n1.酶促变化酶促变化2.热和酸引起的变化 pH pH影响蔬菜组织中叶绿素的
12、热降解，在碱性介质中（影响蔬菜组织中叶绿素的热降解，在碱性介质中（pH9.0pH9.0），叶），叶绿素对热非常稳定，然而在酸性介质中（绿素对热非常稳定，然而在酸性介质中（pH3.0pH3.0）易降解。植物组织受）易降解。植物组织受热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的通透性和扩散速率，于是由于组热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的通透性和扩散速率，于是由于组织中有机酸的释放导致织中有机酸的释放导致pHpH降低一个单位，从而加速了叶绿素的降解。降低一个单位，从而加速了叶绿素的降解。 叶绿素分子受热首先是发生异构化，形成叶绿素叶绿素分子受热首先是发生异构化，形成叶绿素aa和叶绿素和叶绿素bb，当叶片在当
13、叶片在100100加热加热10min10min，大约，大约5%5%10%10%的叶绿素的叶绿素a a 和叶绿和叶绿b b 异构化为异构化为叶绿素叶绿素aa和叶绿素和叶绿素bb。叶绿素中镁原子易被氢取代，形成脱镁叶绿素，。叶绿素中镁原子易被氢取代，形成脱镁叶绿素，极性小于母体化合物，反应在水溶液中是可逆的。在加热时叶绿素极性小于母体化合物，反应在水溶液中是可逆的。在加热时叶绿素b b 显显示较强的热稳定性。示较强的热稳定性。 叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行：叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行： 叶绿素叶绿素脱镁叶绿素脱镁叶绿素焦脱镁叶绿素焦脱镁叶绿素 n叶绿素溶解在乙
14、醇或其他溶剂后并暴露于空气中会叶绿素溶解在乙醇或其他溶剂后并暴露于空气中会发生氧化，将此过程称为加氧作用发生氧化，将此过程称为加氧作用（allomerization）。当叶绿素吸收等摩尔氧后，）。当叶绿素吸收等摩尔氧后，生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。n 植物正常细胞进行光合作用时，叶绿素由于受植物正常细胞进行光合作用时，叶绿素由于受到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保护，而避免了到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保护，而避免了光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从组织中提取光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从组织中提取出色素，或者是在加工过程中导致细胞损伤而丧失出色素，或者是在加工
15、过程中导致细胞损伤而丧失这种保护，叶绿素则容易发生降解。当有上述条件这种保护，叶绿素则容易发生降解。当有上述条件中任何一种情况和光、氧同时存在时，叶绿素将发中任何一种情况和光、氧同时存在时，叶绿素将发生不可逆的褪色。生不可逆的褪色。3.叶绿素的加氧作用与光降解叶绿素的加氧作用与光降解4.4.盐盐 盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明，在盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明，在烟叶中添加盐烟叶中添加盐( (如如NaClNaCl、 MgClMgCl2 2 和和CaClCaCl2 2) )后加热至后加热至9090，脱，脱镁叶绿素的生成分别降低镁叶绿素的生成分别降低47%47%、70%
16、70%和和77%77%，这是由于盐的静，这是由于盐的静电屏蔽效果所致。电屏蔽效果所致。5.5.水分活度水分活度 低水分活度有利于叶绿素的保存。低水分活度有利于叶绿素的保存。6.6.气体环境气体环境 O O2 2 不利于叶绿素的保存；不利于叶绿素的保存；N N2 2有利于叶绿素的保存有利于叶绿素的保存9.2.1.3 护绿技术护绿技术n对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究，但没有对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究，但没有一种方法真正获得成功。一种方法真正获得成功。n a、中和酸而护绿：、中和酸而护绿：采用采用碱性钙盐或氢氧化镁碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子使叶绿素分子中的镁离子不被氢原子所置换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色，但经不被氢原子所置换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色，但经过贮藏后仍然变成褐色。过贮藏后仍然变成褐色。n b、高温短时灭菌：、高温短时灭菌：人们还应用人们还应用高温短时灭菌高温短时灭菌(HTST)加工蔬菜，这不仅加工蔬菜，这不仅能杀灭微生物，而且比普通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。能杀灭微生物，而且比普
