1、2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,1,天然色素,演讲者：高 梅 指导老师：刘晓庚 教授 2011年11月1日,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,2,第1节 概述,第3节 色素的主要检测方法,第4节 异戊二烯类色素-类胡萝卜素,第5节 多酚类色素,主 要 讲 授 内 容,第2节 色素的主要制备方法,第6节 四吡咯色素,第7节 我国天然色素存在的问题,第8节 食用色素的安全性及其使用的相关法律法规,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,3,第一节 概述,一、天然色素的含义 食用天然色素主要是从植物组织中提取的色素,也包括来自于动物微生物的色素和少量无机矿物色素。 二、天然色素的
2、分类 按其来源不同可分为:(1)植物色素,如甜菜红、-胡萝卜素等。(2)动物色素,如紫胶红、血红素等。(3)微生物色素,如红曲红等。 按其化学结构可分为:(1)四吡咯衍生物,如叶绿素、血红素等。(2)异戊二烯衍生物,如辣椒红、胡萝卜素等。(3)多酚类衍生物,如越桔红、萝卜红素等。(4)酮类衍生物,如红曲红、姜黄素等。(5)醌类衍生物,如紫胶红、胭脂虫红等。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,4,二、色素的发色机理,不同的物质能吸收不同波长的光，如果某物质所吸收的波长在可见光区域(400800nm),那么该物质就会呈现一定的颜色,这种颜色是未被吸收光波反映出来的颜色。 物质之所以能吸收可
3、见光而呈现不同的颜色,是因为其分子含有某些特殊的基团即生色团(生色基或发色基),这些基团有:有些基团，如-OH、-OR、-NH2、-NR等，这些基团与共轭键或生色基相连接,使共轭键或生色基的吸收波长长移而显色,这些基团称为助色团。色素都是由发色团和助色团组成。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,5,第二节 色素的主要制备方法,天然色素常用的制备方法,大致有萃取法、组织培养法、粉碎法、压榨法、酶反应法、微生物发酵法以及人工合成法,其中最常用的是萃取法。 1. 萃取法主要工艺是将采集的天然色素植物原料,通过分选、水洗去泥、晒干去水,再经粉碎机粉碎后置于溶液中浸泡提取，提取液经离心分离、浓缩
4、、干燥、精制而得成品。工艺流程图为: 原料分选 水洗 干燥粉碎 溶剂萃取过滤分离干燥精制成品,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,6,2. 压榨法利用挤压方法将粉碎后的新鲜植物的叶、果、皮中色素成分随植物浆液挤压出来。该法适用于提取水溶性色素, 但提取的色素杂质含量较高,需进一步精制。 3. 粉碎法植物样品干燥后, 粉碎制成色素制品,如可可豆色素。粉碎法的简易工艺路线为原料-筛选-水洗干燥-粉碎-成品。 4. 酶反应法酶反应法是通过酶反应产生所需要的颜色, 如桅子黄色素经酶处理可产生桅子蓝色素、红色素。酶反应法工艺路线为原料-筛选-水洗千燥-破碎-萃取-酶反应-萃取、浓缩-千燥制成粉剂或
5、加溶剂-成品。 5. 超临界流体萃取法超临界流体萃取是一项新兴的萃取分离技术, 即利用流体在临界点附近某区域内对原料中的目标物质有独特的溶解能力和传质速率等特点, 通过对压力和温度的调控, 对目标物质进行选择性的提取与分离。生产中常用的萃取剂是超临界CO2流体。该技术适合提取分离非挥发性、热敏性、脂溶性色素, 如辣椒红素、胡萝卜素、胭脂树橙、叶黄素、番茄红素等。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,7,6. 超声波提取法超声波提取法就是利用超声波产生的强烈振动、很高的加速度、强烈的空化效应、搅拌等特殊作用来破坏植物细胞, 使溶媒渗透到被提取物的细胞中, 以使被提取物的化学成分溶于液体之中
6、, 再通过化学分离提纯得到所需成分。超声提取的主要动力是声空化。超声波强化萃取技术现已用于叶绿素、姜黄色素、桅子黄色素、板栗壳棕色素、桑套红色素等多种天然食用色素的提取。 7. 微波萃取法微波强化萃取技术是将微波激活与传统的溶剂萃取法结合起来而形成的新型萃取技术。其基本原理是利用微波场中吸收微波能力的差异, 使萃取体系中的某些区域或某些组分被选择性加热, 从而使目标组分从原料中溶出。该法适用于对番茄红素等脂溶性色素的辅助提取, 有利于提高萃取效率。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,10,第四节 异戊二烯类色素类胡萝卜素,类胡萝卜素(carotenoids)是一类使动植物食品显现黄色和
7、红色的脂溶性色素。类胡萝卜素在自然界中分布相当广泛，现已发现600多种，其中3850种是维生素A生物合成前体，是人类饮食中必需的成分。类胡萝卜素为脂溶性色素。含氧胡萝卜素可溶于甲醇和乙醇，而不含氧的只在甲醇、乙醇中微溶，易溶于石油醚。类胡萝卜素的吸收波长430nm480nm。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,11,一、类胡萝卜素的种类及其结构,1、类胡萝卜素的种类 一般来说，类胡萝卜素包含两种，一种为只含碳氢的化合物，称为胡萝卜素，另外一种为含氧的衍生物，称为叶黄素。 胡萝卜素类包括：-胡萝卜素、-胡萝卜素、-胡萝卜素、-玉米胡萝卜素、-玉米胡萝卜素等。 叶黄素类包括：叶黄素、黄体黄
8、素、-隐黄素、-隐黄素、玉米黄素、玉红黄素 等。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,12,2、类胡萝卜素的结构类胡萝卜素一般为由8个C5-异戊二烯头尾相连组成具对称结构的类异戊二烯，其中包括环化的(如-胡萝卜素)或无环的(如番茄红素)胡萝卜素，以及含有氧原子的胡萝卜醇等。 胡萝卜素,-胡萝卜素,- 胡萝卜素,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,13,新黄质(C40H56O4),玉米黄素(C40H56O2),辣椒红(C40H56O3),胭脂树素(C25H30O4),辣椒玉红素,含氧衍生物,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,14,岩藻黄质,叶黄素,堇菜黄质,虾青素,2018/
9、10/25,刘晓庚化学导论讲稿,15,二、类胡萝卜素的分布状况,类胡萝卜素广泛分布于多种植物的色素体中，尤以十字花科植物、黄绿色蔬菜和各种水果中含量最为丰富。我国的类胡萝卜素资源十分丰富，如植物类的胡萝卜、番茄、桔子皮和海洋中的藻类等的产量、品种和品质均在国际上名列前茅，而且近年来它们是呈现出提高上升的快速发展趋势。人体血液中也含有丰富的类胡萝卜素，人体血液中最重要的类胡萝卜素包括-胡萝卜素、-胡萝卜素、番茄红素、隐黄素、黄体素及少量的玉米黄素。类胡萝卜素的输送主要依靠血液中的脂蛋白,其中低极性的类胡萝卜素由低密度脂蛋白输送,而极性较高的叶黄素由数种血液成分共同运送。,2018/10/25,刘
10、晓庚化学导论讲稿,16,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,17,三、类胡萝卜素的化学特性,1) 所有类型的类胡萝卜素都是脂溶性化合物。 2) 具有适度的热及酸碱稳定性。 3) 易发生氧化而褪色，亚硫酸盐或金属离子的存在将加速-胡萝卜素的氧化。 4) 光的作用下很容易发生光敏氧化及异构化。 5) 类胡萝卜素的颜色在黄色至红色范围，其检测波长一般在430480nm。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,18,6) 许多试剂能与类胡萝卜作用产生光谱位移，因此可用于类胡萝卜素的鉴定。类胡萝卜素常与蛋白质结合，比游离态稳定。 7) 类胡萝卜素易被组织中存在的许多酶体系特别是脂肪氧合酶迅速降
11、解。 8) 某些类胡萝卜素可以作为一种单重态氧猝灭剂，这种作用与氧分压的大小有关。 9)由于类胡萝卜素物质分子中都含有较多的共轭双键，具有很强的抗氧化活性，可以保护机体免受活性氧碎片的破坏。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,19,四、类胡萝卜素的生物活性,安全的维生素A 的来源(&-胡萝卜素) 脂溶性抗氧化剂 促进免疫功能 (-胡萝卜素) 保护DNA(番茄红素) 预防视网膜黃斑变性 (叶黃素),2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,20,五、类胡萝卜素的生产提取,直接提取法，例如大规模培养杜氏藻从中提取-胡萝卜素、从番茄中提取番茄红素，从灯盏花菊中提取叶黄素，从红辣椒中提取辣椒玉
12、红素。从废弃的虾皮中提取虾青素等。 生物发酵提取法，通过发现和驯化高产菌种进行生物发酵，再通过提取得到。例如生物发酵用深红酵母 、三抱布拉菌 等来生产-胡萝卜素、番茄红素，用红发夫酵母 来生产虾青素。 化学合成法，例如己工业化的产品包括-胡萝卜素，角黄素、番茄红素、虾青素、玉米黄素等均有化学合成产品。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,21,以上三种方法具有各自的特点，直接提取法由于自然界动植物或藻类来源广泛，绝大部分类胡萝卜素均可以用此法得到，但多数情况下纯度不高或原料含量低而导致效率低、成本高；生物发酵提取法菌种选育和驯化难度大，成功应用的较少，目前主要集中在-胡萝卜素、番茄红素、
13、虾青素这三个品种的研究并有了一定的进展。同样如果单位发酵效价低也会导致生产成本居高不下。化学合成法的特点总体来说是成本相对较低，纯度很高，一旦寻找到合适的合成路线或方法，则其高效率和成本低的优势就得以体现出来。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,22,直接提取法提取 类胡萝素的方法有多种，如有机溶剂浸提法、超声波提取法、超临界流体萃取法(SFE)、大孔树脂吸附法、酶工程法、色谱法等。有机溶剂浸提法是目前生产中提取天然色素的常用方法。有机溶剂浸提法提取色素的基本原理是用各种溶剂萃取天然色素原料，根据相似相溶原理，使色素物质溶解而进入溶液，是一种固一液萃取过程。常用的浸提液为石油醚与丙酮或
14、乙醇的混合提取液。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,23,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,24,2. 生物发酵法用微生物发酵法生产天然-胡萝卜素，也是近些年国外研究的一大热点。Nattell等报道用粘红酵母(Rhodotorula glutinis)发酵生产件胡萝卜素，培养20h，其中-胡萝卜素产量2.5mg/g干细胞。俄罗斯等东欧国家，己完成用三抱布拉霉发酵生产-胡萝卜素的发酵工艺、产品后处理工艺等研究，实现工业化生产。国外通过养殖盐藻规模生产天然-胡萝卜素胡萝卜素技术较为成熟大面积养殖杜氏盐藻，然后通过溶剂萃取等方法提取，是目前国外生产天然胡萝卜素的主要手段。,2018
15、/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,25,3.化学合成法所有的类胡萝卜素均通过类异戊二烯化合物或萜类化合物途径合成。 Roehe公司C19+C2+C19路线以-紫罗兰酮为起始原料，先合成C14醛1-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基-)-3-甲基-2-丁烯-4-醛，经缩醛保护后分别与乙烯基醚和丙烯基醚缩合先后得到C16醛 6-(2,6,6-三甲基-1-环己烯基)-4-甲基-2,4-己二烯醛和C16醛8-(2,6,6-三甲基-11-环己烯基)-2,6-二甲基-2,4,6-辛三烯醛，最后与乙炔的双格氏试剂加成得到-胡萝卜。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,26,2018/10/25,刘晓庚
16、化学导论讲稿,27,C15+C10+C15路线BASF公司以-紫罗兰酮为原料，与乙炔加成、选择性还原三键得到乙烯基-紫罗兰醇，再与三苯基膦反应形成C15三苯基膦盐，最后以C15+C10+C15的连接方法经Wittig反应得到-胡萝卜素。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,28,从维生素A合成卜胡萝卜素的C20+C20路线以维生素A或制备维生素A的母液或脚料为原料，一部分氧化成C20醛，另一部分与三苯基膦硫酸反应生成C20三苯基膦盐，由Wittig反应合成-胡萝卜素。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,29,六、类胡萝卜素的生物合成,在高等植物中，类胡萝卜素是在质体中通过类异戊二
17、烯途径合成的。近几年来，人们对类胡萝卜素生物合成的认识取得了很大的进展。其生物合成包括缩合、脱氢、环化、经基化及环氧化等一系列反应。异戊烯焦磷酸(IPP)是所有类异戊二烯物质形成的共同前体。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,30,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,31,七、类胡萝卜素的氧化降解,氧化降解的途径,类胡萝卜素氧化降解的途径主要有化学降解和酶降解。化学降解途径包括：直接化学氧化降解、热氧化降解、光氧化降解、光热氧化降解和加压氧化降解等方式。酶降解途径包括：羟化酶途径(BCH途径)、双加氧酶裂解途径(CCD途径)和氧化酶途径(BCO途径) 。,2018/10/25,刘
18、晓庚化学导论讲稿,32,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,33,类胡萝卜素及其主要裂解底物,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,34,-胡萝卜素的氧化降解主要生成酮类、醇类、醛类、烯烃类、呋喃类、芳烃类以及少量的酸类及酯类物质，其中主要是-紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯。 叶黄素催化氧化降解的产物主要包括酮类、醇类、醛类、呋喃类、烯烃类、芳烃类化合物，其中主要是异佛尔酮、-紫罗兰醇、二氢猕猴桃内酯、-环柠檬醛、-环柠檬醛、-紫罗兰烯等。类胡萝卜素降解的产物大部分具有各自的特征香气。,氧化降解主要产物的香气特征,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,35,2018/10/25,刘晓庚
19、化学导论讲稿,36,类胡萝卜素氧化降解的机理探讨,-胡萝卜素的降解反应机制也依据其降解方式而有所不同，热降解、光氧化降解、化学氧化降解等主要是先发生氧化作用然后再发生降解反应；高温热裂解一般主要是发生分子的直接断裂作用；生物氧化及酶催化氧化降解则是依靠酶的催化作用而直接完成同步的氧化降解作用。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,37,八、氧化降解对食品品质的影响,食品中类胡萝卜素含量与食品品质之间存在正相关关系，一方面食品外观品质(如色泽)与类胡萝卜素成分含量直接相关；另一方面类胡萝卜素是食品香气成分的重要前提物质，对食品的香气量、香气品质和风味有直接作用。因此，类胡萝卜素及其氧化降解
20、产物在工业上常用作着色剂和食品添加剂。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,38,对色泽的影响,研究表明植物的脱辅基类胡萝卜素参与色素、风味、香气的形成。Mwafaq等指出不同颜色的香瓜，由于脱辅基类胡萝卜素成分及类胡萝卜素含量的不同，其风味和香气存在明显差异，在桔黄色香瓜中类胡萝卜素、-紫罗酮、-环柠檬醛、二氢猕猴桃内醇含量均高于白色和淡绿色香瓜，其香味浓郁。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,39,对风味的影响,在食品加工、醇化过程中，类胡萝卜素不仅继续降解使中性香味物质总量增加，而且其降解产物继续发生转化(如氧化、还原及脱水等)，生成在香味方面更有用的化合物。类胡萝卜素降解
21、时因双键断裂的部位不同，可产生不同碳原子数的化合物，进一步形成许多重要的香气物质。类胡萝卜素降解产生的香味物质刺激性较小，香气质较好，对食品香气贡献率大，是影响食品香气质和香气量的重要组分 。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,40,九、类胡萝卜素氧化降解的调控,1、温度在一定的温度范围内，提高温度能加快类胡萝卜素的降解。温度影响类胡萝卜素的降解的机理主要是影响各种酶的活性如类胡萝卜素双加氧酶。温度还影响食品的水分损失。 2、水分含量在加工过程中，受温湿度和pH值的影响，在含水量较高的情况下，类胡萝卜素脱羧基反应速率快。,食品储存、加工中的环境条件对类胡萝卜素的降解影响显著，类胡萝卜素
22、对光、酸、高温均不稳定。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,41,3、微量的金属离子类胡萝卜素的反应可由光催化和一般的自由基引发催化，但对微量的金属离子存在，也是高度的敏感，这些金属离子是能够吸引电子的氧化剂，如：Ag+、Fe3+、Co3+。黄勇等经实验证明不同的UV对植物中类胡萝卜素的含量有一定的影响，当处于光线较弱时，类胡萝卜素的降解较快。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,42,十、展 望,目前对类胡萝卜素降解的调控机制及生成的脱辅基类胡萝卜素的生理功能、代谢途径及机理尚不完全清楚，这是当前迫切需要研究解决的问题。倘若问题得到解决，应能实现人工调控粮食、瓜果、蔬菜等众多含
23、类胡萝卜素的植物类食品的色香味等品质，生产出更优质的食品以满足社会消费需求。此外，食品在储藏、加工过程中类胡萝卜素的降解变化规律和类胡萝卜素在高温及光照时的氧化降解产物是我们今后将进一步研究的问题。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,43,第五节 多酚类色素,一、花青素类(Anthocyans) 花色素又称花青素，存在于植物果实、花、茎和叶中液泡中，是植物体内一种水溶性色素。 结构花色素苷被认为是类黄酮的一种，只有C6-C3-C6碳骨架结构。所有花色素苷都是花色羊(flavylium)阳离子基本结构的衍生物。,花色羊阳离子由苯并吡喃和苯环组成的2-苯基-苯并吡喃阳离子，A环、B环上都有
24、羟基存在，花色苷颜色与A环和B环的结构有关。,花色羊阳离子,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,44,2. 分类现已知道的花色素有20多种，一般分为六种： 花葵素(天竺葵色素，pelargonidin)花青素(矢车菊色素，cyanidin)飞燕草色素(翠花素，delphinidin)芍药色素(peonidin)3-甲花翠素(牵牛花色素，petunidim)二甲花翠素(锦葵色素，malvidin),2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,45,花青苷,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,46,3. 花青苷的色泽红色 花青苷色素色泽呈红色，不过受到其它因素影响时，其色泽会发生改变，例
25、如由于它是一个离子，因而在不同的PH条件下发生结构变化可导致色泽的变化：,花青苷在酸性条件下呈红色,在中性条件下呈无色,在碱性条件下呈蓝色，因而可以看出要维持花青苷的正常色泽，必须使之保持在酸性条件下，中性或碱性条件下它均能降解变化成查尔酮的形式，使红色褪去。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,47,金属离子Sn2+、Fe2+、Cu2+、AI3+ 与花青苷结合使花青苷呈蓝色.由于具有多个酚基；可与一些金属离子形成蓝色化合物，因而自然界中的一些花青苷以蓝色形式出现。 亚硫酸盐类可以对花青苷进行漂白使之褪色 。亚硫酸氢根离子在2-位上发生加成反应 ，次反应可逆，通过加热或酸化处理可去掉亚硫
26、酸，使花青苷再生,重新恢复原来的红色。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,48,甲氧基增多，红色加强,羟基取代基增多，蓝色加强,食品中常见的花青素物质光学吸收性质,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,49,4.影响花色素苷稳定性的因素 (1)结构分子中羟基数目增加则稳定性降低；甲基化程度提高则增加稳定性；糖基化也有利于色素稳定。目前仅发现5种糖构成花色素苷分子的糖基部分：葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖。(2)酸度酸度的改变，花色素的结构改变，颜色随之改变。一般情况下，花色苷类色素在酸性溶液中呈色效果最好。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,50,受pH变化的影响，
27、在pH0.71时为深红色，pH升高色素转变成蓝色醌式碱。,花青素-3-鼠李葡糖苷在pH0.714.02缓冲液中的吸收光谱，色素浓度为1.610-2g/L,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,51,二甲花翠素-3-葡萄糖苷不同pH时的结构变化,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,52,低pH值时，以二甲花翠素-3-葡萄糖苷羊阳离子占优势；而在pH46主要为无色甲醇假碱结构；当溶液在pH6时呈现无色。 蓝色醌式碱(A)质子化生成红色花色羊阳离子(AH+)，然后水解形成无色甲醇碱(B)，甲醇假碱与无色查耳酮(C)处于平衡状态，可概略表示于下：,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,5
28、3,(3)光照及温度加热有利于生成查尔酮型，颜色褪去。花色素苷的热降解机制与花色素苷的种类和降解温度有关。加热使花色苷分解：一般按照三种途径进行第一种分解途径可以看作加热水解；第二种分解途径可看作醚键水解断裂； 光通常会加速花色素的降解。 (4)酶的影响：能够导致花色苷分解的酶有糖苷水解酶及多酚氧化酶。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,54,(5)金属离子花色苷与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离子可以形成配位化合物，而使颜色变深而发生变化。如：,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,55,(6)抗坏血酸的影响花色苷受抗坏血酸的影响是抗坏血酸可以将氧分子转化为过氧化氢
29、，而过氧化氢可以进攻花色苷的2-C,导致红色苷的分解。,(7)与其它植物性成分发生缩合： 花色苷可以与自身、蛋白质、单宁、其它黄酮或多糖类物质发生缩合反应，形成的产物一般颜色会加深(红移)，少数颜色消失。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,56,二、原花色素(proanthocyanidins),原花色素是无色的，结构与花色素相似，在食品处理和加工过程中可转变成有颜色的物质。主要存在于苹果、梨、柯拉果、可可豆、葡萄、莲、高梁、荔枝、沙枣、蔓越桔、山楂属浆果和其他果实中。它们在其中起着重要的作用，例如它们与涩味有关，在无机酸中加热可以转化为花青苷，可参加酶促褐变反应，所以它们既可赋予食品
30、(如酒、茶、香蕉、巧克力、越桔)以特殊的风味，也可影响食品的色泽，如使罐头果肉变红、变褐，在啤酒或其它酒中形成浑混物 。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,57,原花色素的基本结构单元是黄烷3-醇或黄烷3，4-二醇以48或46键形成的二聚物，但通常也有三聚物或高聚物。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,58,原花色苷本身没有颜色，但在酸热条件下可以分解为花青素和其它多酚类化合物而显示一定的颜色。如：,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,59,原花青素的主要生物功能 具有很强的抗氧化活性。 抗癌 清除自由基。 抑菌及抗病毒作用。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,6
31、0,三、类黄酮色素(Flavonoids ),类黄酮是一大类结构相似的天然化合物，广泛存在于各类植物体内。大部分此类化合物不仅具有特殊的颜色，而且具有特殊的生物学功能。类黄酮类化合物在水中的溶解度较大。 1.结构类黄酮的基本结构：2-苯基-苯并吡喃酮最重要的类黄酮化合物是黄酮(flavone)和黄酮醇(flavonol)的衍生物 。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,61,黄酮醇常见的有莰非醇(kaempferol)、槲皮素(querein)等。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,62,黄酮主要有芹菜素(apigenin)、樨草素(luteolin)。,2018/10/25,刘
32、晓庚化学导论讲稿,63,2. 性质 类黄酮的羟基呈酸性，具有酸类化合物的通性。 类黄酮在碱性溶液中易开环生成查耳酮型结构而呈黄色、橙色或褐色。 类黄酮可与金属离子生成络合物。 类黄酮色素在空气中久置，易氧化生成褐色沉淀。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,64,3 类黄酮在食品中的重要性 类黄酮具有抗氧化作用。 柑桔类黄酮被称为生物黄酮，即维生素P。此外，柑桔类黄酮还应用于室内除臭和消毒。 柚皮苷，橙皮苷在碱性条件下加氢开环，是高甜度的新型甜味剂。 芦丁(栎精的7-鼠李糖苷)还具有降低血压的作用，可用于医疗上作为降压药品。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,65,四、单宁(Ta
33、nnin),单宁存在于柿子、茶叶、咖啡、石榴等植物组织中，在未成熟时含量尤为多，它们的结构较为复杂，多是高分子多元酚类的衍生物，水解后可生成葡萄糖、没食子酸或其它多酚酸(鞣酸)。 食品中单宁包括两种类型： 缩合单宁(原花色素)水解单宁(hydrolyzable tannins) 相对分子质量为5003000的水溶性单宁可作为澄清剂。它能与Fe3+形成黑色物质，与蛋白质形成不溶性沉淀可以用来对果汁的澄清。单宁使食品具有收敛性涩味，并产生酶促褐变反应 。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,66,没食子酸(倍酸) (gallic acid),鞣花酸 (ellagic acid),2018/1
34、0/25,刘晓庚化学导论讲稿,67,1. 结构甜菜色素的基本结构相同，存在两个手性碳原子C-2和C-15，具有光学活性，结构中R为氢原子或芳香取代基。,五、甜菜色素(betalaines),主要特点：其颜色不受pH的影响。包括甜菜色苷( betacyanin，红色 )和甜菜黄质( betaxanthin，黄色)两种类型的化合物。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,68,色素的颜色是由于共振结构引起的。R或R不扩展共振，则此化合物呈黄色，称为甜菜黄素；R或R扩展共振，则此化合物显红色，称为甜菜色苷。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,69,2. 影响其稳定性的因素 热和酸甜菜色素
35、在pH4.05.0最稳定。 氧和光氧会加速色素的褪色，抗氧化剂抗坏血酸和异抗坏血酸可增加甜菜苷的稳定性。光加速甜菜色苷降解，,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,70,儿茶素本身没有颜色，当其与金属离子结合后产生白色或有色沉淀。儿茶素具有轻微的涩味。,六、儿茶素,儿茶素也为多酚类化合物，常见的四种为：,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,71,第六节 四吡咯色素,吡咯(pyrrole)类色素是以四个吡咯构成的大环(卟吩)为结构基础的天然色素。具有四吡咯结构的色素其一般共同特点就是其基本单位是四个吡咯构成的卟啉环，其中是金属元素以共价键和配位键结合并在吡咯环上可能有取代基，从而呈现不
36、同的颜色。四毗咯色素最重要的是血红素和叶绿素、胆汁色素，它们的基本结构分别为：,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,72,一、血红素 1、结构、物理性质种类 ：血红蛋白、肌红蛋白。 血红素在血液中的存在形式为血红蛋白，在肌肉中的存在形式为肌红蛋白；肌红蛋白是一个由153个氨基酸残基形成的蛋白质分子，血红素处于分子中的疏水空腔内。 在肉品的加工贮藏中肌红蛋白会转化为多种衍生物，从而会呈现不同的色泽。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,73,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,74,肉中的主要色素,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,75,2、肉色在贮藏加工中的变化 肉的
37、颜色取决于 肌红蛋白的化学性质 氧化的状态( 卟啉环中Fe2+或Fe3+) 与血红素键合的配基的种类 球蛋白蛋白质的状态,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,76,肉中还原态的肌红蛋白向两个不同的方向转变，一部分发生氧合反应生成鲜红色的氧合肌红蛋白，一部分发生氧化反应生成棕褐色的高铁肌红蛋白。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,77,氧合作用 分子态氧与肌红蛋白键合成为氧合肌红蛋白(MbO2) 肉由浅红色变为亮红色 氧化反应 卟啉环中的Fe2+转变成Fe3+生成高铁肌红蛋白(MMb) 浅红色的肌红蛋白和亮红色的氧合肌红蛋白变为棕红色的MMb 高铁肌红蛋白无法键合分子态氧，第六个配
38、位键的位置上只能键合水。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,78,上述反应处于动态平衡之中，这种平衡收养气分压的强烈影响,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,79,光照、温度、相对湿度、水分活度、pH及细菌的种类 抗氧化剂可阻止或延缓脂质的氧化 如抗坏血酸、维生素E、 BHA或PG，从而延长肉组织颜色的保留时间 动物屠宰前氧气消耗的速度和高铁肌红蛋白还原酶的活力 气调法包装 选择透气率低的包装膜，先除去包装袋中的空气，再充入富氧或缺氧空气密封,3肉类色素的稳定性,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,80,二、叶绿素 1、结构、物理性质及应用食品中的叶绿素，常为脱镁、脱植醇后
39、的产物与铜、锌或铁离子结合形成，性质稳定，水溶性较好。天然叶绿素由a、b两种物质组成，a为青绿色，b为黄绿色。均不溶于水，溶于丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,81,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,82,叶绿素衍生物可借助可见吸收光谱进行鉴定 叶绿素a ：600700nm(红光) 叶绿素b：400500nm(蓝光) 在乙醚中： a：660.5nm和642nm(红光) b：428.5nm和452.5nm(蓝光) 在高等植物中，叶绿素a：b3：1,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,83,2、叶绿素在食品加工储藏中的变化,酶促反应 叶绿素酶能直接
40、使叶绿素降解，使植醇从叶绿素及脱镁叶绿素上脱落。 最适温度6082.2。 脂酶、蛋白酶、果胶酶等通过作用于相应的底物(非叶绿素)，间接使叶绿素发生与蛋白或自身分解，降低稳定性。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,84,叶绿素(绿色) 脱镁叶绿素(橄榄褐色) 绿色的叶绿素的铜或锌络合物 铜代叶绿素的色泽最鲜亮，对光和热较稳定，是理想的食品着色剂。 pH会影响叶绿素的降解 在碱性条件下(pH 9.0)，对热非常稳定 在pH 3.0的酸性条件下，叶绿素不稳定 加入钠、镁、钙的盐酸盐能降低叶绿素脱镁反应的速度 绿色蔬莱在加工前用石灰水或Mg(OH)2 提高pH，有利于保持蔬菜的鲜绿色,热与酸,
41、2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,85,天然色素的特性,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,86,第七节 我国天然色素存在的问题,天然色素性质不稳定，应用过程中容易受光照，温度，氧化，pH，金属离子，介质极性等因素的影响。从而影响食品的着色效果，阻碍天然色素作为食品添加剂的发展。我国天然食用色素产业自改革开放以来，虽然发展非常迅速，但也存在许多问题. 1、成本较高，提取效率偏低，工艺研究不多； 2、企业规模小，产品单一，经济效益不明显； 3、开发过程中，许多单位只注重开发，不注重保护，致使资源枯竭； 4、对色素毒理学评价、色素性质及系统检测方法还不够完善。,2018/10/25,
42、刘晓庚化学导论讲稿,87,第八节 食用色素的安全性及其 使用的相关法律法规,我国对在食品中添加合成食用色素有严格的限制：凡是肉类及其加工品、鱼类及其加工品、醋、酱油、腐乳等调味品、水果及其制品、乳类及乳制品、婴儿食品、饼干、糕点都不能使用人工合成色素。只有汽水、冷饮食品、糖果、配制酒和果汁露可以少量使用，一般不得超过1/10000。 我国批准使用的食用合成色素有6个品种，即苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄、靛蓝和亮蓝。虽然对这6种食用合成色素的危害性仍然没有定论，但它们没有任何营养价值，对人体健康也没有任何帮助，能不食用就尽量不要食用。,2018/10/25,刘晓庚化学导论讲稿,88,谢谢聆听， 敬请提问!,下次课再见！,
