化学小常识之色素

食品化学之色素一.食品色泽的重要性对于食品而言，食品的色泽（或颜色）是构成食品的感官质量中最重要属性之一，有时食品的营养价值、风味及质地等都很优良，但若不具备适宜的色泽，仍不能为消费者接受。二.色泽产生的机制•食品中能产生色泽的物质，大多为有机化合物，在其化学结构中存在多个共轭的双键，即存在所谓的发色团结构。发色团可以是单纯的泽，与其分子中发色团的结构、数量等有关。当分子中存在共轭体系，并且共轭双键越多，所吸收的电磁波波长越长。化合物乙稀丁二烯戊二烯２-甲基丁二烯1，3-戊二烯1，3，5-反式己三烯1，3，5，7-反式辛四烯λｍａｘ／ｎｍ171217170222223268330有机物结构与最大吸收波长三.色素的分类食品的色泽既可以由食品中天然存在的色素物质产生，也可以由人为加入的着色剂产生。由于色泽种类很多、过于繁琐而没有采用以色泽分类。一般是采用化学结构分类法，可将它们分为以下的四大类：（１）四吡咯化合物类，特征是含有吡咯环，例如血红素、叶绿素等。（２）异戊二烯的衍生物类，特征是结构单元为异戊二烯，主要有胡萝卜素类。（３）苯并吡喃衍生物类，特征是含有苯并氧杂环，由于这一类色素的另一特征是多酚，所以也有将其称为多酚色素。主要是花青苷类。（４）其他天然色素这类色素的化学结构与前三类色素不同，无法将其归纳于任何一类，如甜菜红。四.四吡咯类色素这类色素的共同特点是，在基本化学单元中包括四个吡咯构成的卟啉环，吡咯环上可能有不同的取代基，四个吡咯可与金属元素以共价键和配位键结合，因而造成了这些化合物的吸收光谱不相同。四吡咯色素中最重要的有血红素、叶绿素。血红素来自动物组织，而叶绿素来自于植物组织。这些色素的水溶性不好，但容易溶解于有机溶剂如丙酮。4.1血红素血红素（结构如下图）是高等动物血液、肌肉中的红色色素，它是呼吸过程中Ｏ２、ＣＯ２载体血红蛋白的辅基。动物肌肉的色泽，是由于存在着肌红蛋白和血红蛋白所致的。而肌红蛋白和血红蛋白由蛋白质和血红素构成。血红素复合体的结构（M为Fe）4.1血红素在肌红蛋白中，铁的氧化状态对色泽起重要作用。在新鲜肉中存在着三种状态的血色素化合物，即亚铁离子的配位键只有５个的肌红蛋白，第六个配位键由氧分子形成的氧合肌红蛋白和中心铁被氧化为＋３价的高铁肌红蛋白，它们能按下图方式相互转化。肌红蛋白、氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白的相互转化氧化后得褐色标志着肉的变质，在实际当中，抗氧化剂的存在、采用真空包装均有利于提高血红素的稳定性，延长肉类正常色泽的保留时间。4.2叶绿素叶绿素是与光合作用有关的色素，广泛存在于植物组织尤其是叶片的叶绿体中。高等植物中的叶绿素主要有两种类型，叶绿素ａ和叶绿素ｂ，二者之比一般为３∶１，差别在于环上的取代基一个是—ＣＨ３基，另一个是—ＣＨＯ基。叶绿素a叶绿素b4.2叶绿素叶绿素对热、光、酸等多个因素敏感，极易发生多种反应。对食品加工最重要的是叶绿素脱镁反应，即酸性条件下中心镁原子被Ｈ＋取代生成橄榄色或暗褐色的脱镁产物—脱镁叶绿素。加热可促使叶绿素脱镁，所以过度烹饪的蔬菜一般为黄绿色或褐色。叶绿素的各种反应示意图五.异戊二烯的衍生物类胡萝卜素类化合物是Ｃ、Ｈ两种元素构成的共轭多烯烃（如下图），包括有四个化合物，分别是番茄红素、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素。五.异戊二烯的衍生物类与其他天然色素相比，胡萝卜素的稳定性较高，一般的食品加工过程对其影响比较小。胡萝卜素耐ｐＨ变化，比较耐热，在有Ｃｕ２＋、Ｓｎ２＋、Ａｌ３＋、Ｚｎ２＋等金属离子存在下不易被破坏，因此一般的食品杀菌处理不会使其发生很大变化。但由于胡萝卜素存在多不饱和共轭体系，氧、氧化剂和光均能使之分解、褪色。油脂中所含的类胡萝卜素在碱精炼处理时不会被破坏，但在油脂的氢化或脱色、脱臭过程中会被破坏或除去。六.苯并吡喃衍生物类花青苷类一般是水溶性的红色色素，有时也以蓝色或紫色、紫红色出现，许多植物的花、果实、叶子具有鲜艳的颜色，就是因为细胞的核液中含有它们。花青素（苷）的基本化学结构（如下图）是一个苯并吡喃的鎓盐，一个带电荷的阳离子，具有多个羟基或甲氧基，因而水溶性很好，并且在甲醇、乙醇中的溶解性更好。花青素的鎓盐结构六.苯并吡喃衍生物类花青苷色素是天然色素中不稳定色素之一，稳定性受到酸度、温度、氧、其他物质的影响。由于花青苷的２位碳原子受到相邻带正电荷的氧原子的影响，容易受到各种基团的作用发生反应，还容易在此处开环，所以２位是花青苷化合物的敏感部位，很容易在外界环境作用下发生反应。七.其他天然色素之甜菜红素甜菜红素是从不多的几种植组织中如食用红甜菜的根中提出的水溶性色素，其主要成分有红色的甜菜红色素和黄色的甜菜黄素两大类。从化学结构（如下图上看，它们的基本结构是吡啶衍生物甜菜醛氨酸同仲胺的缩合产物，分子中具有不同的取代基，并存在正负电荷，所以它是一种具有内盐结构的天然色素。甜菜红素甜菜黄素七.其他天然色素之甜菜红素在1965年发现在0.6mol/L的氨水、过量的脯氨酸存在下，梨果仙人掌黄质（见右图）可以由甜菜红苷或甜菜红素生成，进一步证明了这些化合物之间的化学结构类似性。同时认为，梨果仙人掌黄质是由于甜菜红素或甜菜红苷水解的中间物甜菜醛氨酸与脯氨酸进行缩合反应的结果。梨果仙人掌黄质在过量脯氨酸存在下由甜菜红苷形成梨果仙人掌黄质七.其他天然色素之甜菜红素甜菜红的稳定性受到几个因素的影响，比较重要的影响包括热降解、水解、氧化、光降解等。甜菜红的溶液一般呈红紫色，染色力较强，ｐＨ为４～５的范围内色泽稳定，在碱性溶液中变黄。甜菜红的耐热性较差，光、氧气都能促使其降解，金属离子和水活度均对稳定性有影响。不过，热加工中虽有大量甜菜红被破坏，但由于体系中尚有足够残留量，仍能使产品产生吸引人的深红色。化学小常识