食品中的天然色素是指新鮮原料中肉眼可見的有色物質，或在加工過程中因化學反應而無色顯色的物質。食品中的天然色素按來源可分為動物色素、植物色素和微生物色素。植物色素色彩最豐富，構成了食物顏色的主體。這些不同來源的色素，根據其溶解性可分為脂溶性色素和水溶性色素。按化學結構類型可分為吡咯顏料、多烯顏料、酚類顏料和醌類顏料。(1)吡咯顏料1。葉綠素葉綠素是高等植物和所有其他光合生物中含有的壹種綠色色素，它使蔬菜和未成熟的水果呈現綠色。葉綠素的生物學功能是作為光合作用的催化劑。生物通過葉綠素吸收太陽能，固定二氧化碳，並使其與水反應轉化為有機化合物。葉綠素是壹種吡咯色素。葉綠素是由葉綠酸、葉綠酸和甲醇組成的二醇酯，綠色來自葉綠酸的殘渣。葉綠素包括葉綠素A、葉綠素B、葉綠素c和葉綠素d，高等植物中的葉綠素有A和B兩種，通常A: B = 3: 1。葉綠素A和B是脂溶性色素，易溶於乙醇、丙酮、氯仿等。，但不溶於石油醚，且都具有旋光性。葉綠素與活細胞中的蛋白質結合形成葉綠體，細胞死亡後釋放出葉綠素。遊離葉綠素極不穩定，對光和熱敏感。在酸性條件下，葉綠素分子中的鎂原子可以被氫原子取代，生成深橄欖褐色的脫鎂葉綠素。加熱可以加速反應。在室溫下，葉綠素在弱堿中仍然穩定。如果加熱，酯會部分水解成葉綠酸、甲醇和水活性葉綠酸，呈亮綠色，比較穩定。堿濃度高時，生成葉綠酸的鈉鹽或鉀鹽，也是綠色的。如果葉綠素中的鎂被銅或鐵取代，綠鹽更穩定。葉綠體中含有葉綠素分解酶。當葉綠體被破壞時，它們表現出活性，能把葉綠素分解成甲基葉綠素和葉綠酸。甲基葉綠素也是綠色的。食物在加工或儲存過程中會引起葉綠素不同程度的變化。例如，在罐頭中殺菌或蒸煮時，葉綠體蛋白質在熱的作用下變性，釋放出phyllin，同時，細胞中的有機酸也被釋放出來。這壹點點酸就足以讓葉綠素幾乎完全退磁成脫鎂葉綠素；用透明容器包裝的脫水食品，容易發生光敏氧化，裂解成無色產品；青菜在冷凍和凍藏過程中顏色會發生變化，這種變化受冷凍前熱燙溫度和時間的影響。豌豆和菜豆中的葉綠素被脂氧合酶降解產生非葉綠素化產物，脂氧合酶還產生降解葉綠素的自由基。食品中的葉綠素和脫鎂葉綠素在γ射線輻照和輻照後的儲存過程中都會發生降解。在黃瓜乳酸發酵過程中，葉綠素降解為脫鎂葉綠素、脫葉葉綠素和脫鎂葉綠素甲酯壹元酸。綠色蔬菜在加工前，如果用60~75℃的熱水燙漂使葉綠素水解酶失活，可以保持綠色。當加熱到葉綠素的沸點時，葉綠素很容易被氧化。用60~75℃的熱水燙漂後，蔬菜組織中的氧可被消除，即高溫處理仍能保持其鮮綠色，因為氧化的機會減少了。將菠菜放入水中，經過高溫真空處理幾分鐘(去除組織中的氧氣)，然後熱燙，也能保持綠色。另壹種觀點認為，熱燙可以減少綠色蔬菜組織中相當數量的酸，然後高溫處理可以減少葉綠素與酸的相互作用，因此不容易形成脫鎂葉綠素。此外，在低溫下，葉綠素水解酶具有很強的活性，能將葉綠素水解成穩定的綠色甲基葉綠素酸。熱燙的水最好選擇每月pH6.5~7.0或稍高壹點的水，這樣更容易保存蔬菜原有的鮮綠色。熱燙的溫度和時間對各種蔬菜有不同的要求。溫度過高，時間過長，綠色容易消失，或者生成脫鎂葉綠素。綠色蔬菜加工前，用石灰水或氫氧化鎂提高pH值，可以減少脫鎂葉綠素的形成，保持蔬菜鮮亮的綠色。但用堿過多，會破壞植物的組織和風味，Vc也容易流失。用稀硫酸銅溶液處理，能形成穩定的銅葉綠素，保持綠色，但含銅的食物對健康有害。此外，葉綠素在低溫或幹燥狀態下是穩定的，因此無論是低溫貯藏的蔬菜還是脫水蔬菜都能保持其鮮艷的綠色。2.血紅素血紅素是動物血液和肌肉中的色素。在生物體內，它是呼吸時氧氣和二氧化碳的載體，也是肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的輔助基團。肉的色素化學其實就是血紅素化學。血紅素也是壹種吡咯色素。血紅素以復合蛋白的形式存在，肌紅蛋白是珠蛋白和壹個血紅素分子的結合體，而血紅蛋白是珠蛋白和四個血紅素分子的結合體。血紅素是由壹個鐵原子和壹個卟啉環組成的卟啉化合物。通過價鍵經由亞鐵原子與珠蛋白分子中組氨酸殘基的咪唑環上的氮原子結合形成。血紅素的四個氮原子位於同壹水平面上，蛋白質分子與平面上方的鐵原子相連，水或氧與平面下方的鐵原子相連。肌紅蛋白和血紅蛋白分子的鐵原子上有結合水。當遇到分子氧時，水分子被氧取代，形成氧合肌紅蛋白和氧合血紅蛋白。這個反應是可逆的。氧合肌紅蛋白和氧合血紅蛋白呈鮮紅色，反應後血紅素中的鐵原子仍為二價，所以這種結合不是氧化而是氧合。當氧合肌紅蛋白或血紅蛋白在氧氣存在下被加熱時，珠蛋白經歷熱變性。紅細胞的Fe2+被氧化成Fe3+，並產生黃褐色肌紅蛋白(MMb)或肌染色質。但在缺氧條件下保存時，由於珠蛋白的弱氧化作用(其中-SH參與了還原作用)，Fe3+被還原為Fe2+，從而重新變成粉紅色，這種現象稱為血色病。這種現象可以在烹調肉類或肉類儲存過程中看到。在壹定的pH和溫度下，壹部分肌紅蛋白會再生出肌紅蛋白。如果在肌肉中加入還原劑，可以加速肌紅蛋白的形成。利用還原肌紅蛋白的穩定性在肉制品的加工和貯藏中保持肉制品的色澤具有重要意義。血紅素還能與NO結合生成亮粉紅色的亞硝基血紅素，NO也以價鍵形式與亞鐵原子相連。亞硝基血紅蛋白或亞硝基血紅蛋白(亞硝基血紅蛋白)加熱後變性，此時稱為亞硝基血紅蛋白，顏色保持鮮紅色。因此，在肉類加工中，為了保持肌肉的新鮮顏色，常添加壹些著色劑和還原劑，如亞硝酸鹽、煙酰胺、抗壞血酸等。但過量的亞硝酸鹽可與肉類中的仲胺反應生成亞硝胺類致癌物。所以肉制品發色不要用太多亞硝酸鹽和硝酸鹽。(2)多烯色素多烯色素統稱為類胡蘿蔔素，是壹類主要分布於生物體內，呈現黃色、橙色、紅色到紫色的色素。葉綠素存在時，綠色占優勢，往往掩蓋了類胡蘿蔔素顏色的表達。但是，葉綠素壹旦分解，就出現了這種色素。如秋天成熟的水果和楓葉。類胡蘿蔔素是脂溶性色素，是壹類基於異戊二烯殘基組成的* * *軛雙鍵長鏈的化合物。大多數天然類胡蘿蔔素可被視為番茄紅素的衍生物。類胡蘿蔔素按其溶解度可分為兩類:(1)類胡蘿蔔素。它是壹種不飽和烴，溶於石油醚，溶於甲醇和乙醇。(2)葉黃素。胡蘿蔔素衍生物，大多以醇、醛、酮、酸等形式存在。溶於甲醚、乙醇和石油醚，但不溶於乙醚。類胡蘿蔔素對pH值和熱的變化是穩定的，只有強氧化劑才能破壞和褪色。食物中類胡蘿蔔素的破壞主要是由於光敏氧化，導致雙鍵斷裂，失去顏色。尤其是pH值和水分含量較低時，更容易被氧化。提取的類胡蘿蔔素對光、熱和氧敏感，但當與細胞中的蛋白質結合時，它們相當穩定。這大概與細胞和保護成分的通透性有關。(3)酚類顏料1。花青素是壹種主要的水溶性植物色素。許多水果、蔬菜和花卉之所以呈現鮮艷的顏色，就是因為細胞液中存在這種水溶性化合物。花青素是壹種酚類色素，多與糖結合，以糖苷形式存在(稱為花青素)。它的結構母核是2-苯基苯並吡喃，即顏色的基序。花色苷分子中吡喃環上的氧是四價的，使得花色苷呈堿性，酚環上的經紗基團呈酸性，從而使這類色素具有隨介質pH值的變化而變色的特性。由於成熟過程中pH值的變化，水果和蔬菜呈現出各種顏色。花色苷可與金屬離子如Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+、Al3+反應生成紫紅色、青色、藍色等。，並且不再受pH值的影響。所以含有花青素的水果壹定要用專門的油漆罐或者玻璃瓶包裝。花青素對光和溫度極其敏感，含有花青素的食物在光照下或較高溫度下會很快變成褐色。二氧化硫和抗壞血酸都能使其褪色。花青素苷在糖苷酶或酚酶的作用下分解成糖和花青素並褪色。花青素與鹽酸反應生成無色物質，稱為無色花青素。無色的花青素也以糖苷的形式存在於植物組織中，在壹定條件下可以轉化為有色的花青素，這也是水果罐頭果肉變成紅色和褐色的原因之壹。2.Anthoxanthin通常指黃酮類化合物及其衍生物，是壹類廣泛分布於植物的花、果實和莖葉細胞中的水溶性黃色物質。與葡萄糖、鼠李糖、唐運祥等結合，以糖苷形式存在。它在食品加工中的重要性只是在加工條件下會因pH值和金屬離子的存在而產生難看的顏色，影響食品的外觀質量。黃酮類化合物是由苯並吡喃和苯環組成的2-苯基苯並吡喃酮。在自然條件下，黃酮類物質的顏色從淡黃色到無色，很少是明顯的黃色，但遇到堿就會變成明顯的黃色。其機理是黃酮類化合物苯並吡喃酮的碳位之間的C-O鍵在堿性條件下打開成查耳酮結構，各種查耳酮的顏色從淡黃色到暗黃色不等。在酸性條件下，查爾酮回復到閉環結構，因此顏色消失。類黃酮遇到鐵離子會變成藍色。硬水的pH值往往高達8，用NaHCO 3軟化的水pH值更高。壹些食物如土豆、大米、小麥粉、蘆筍等。用堿水煮會變黃，因為黃酮類化合物遇堿會變成查耳酮結構。這種現象在洋蔥，尤其是黃皮種，水質偏堿性時尤為突出。洋蔥由於黃酮類物質的溶解而呈淡黃色，而湯則呈亮黃色，西蘭花和卷心菜也是如此。水果加工中用檸檬酸調節預煮水pH值的目的之壹是控制黃酮色素的變化。這些色素如果長時間放置在空氣中，容易氧化，產生褐色沈澱，這也是果汁長期存放後變成褐色的原因之壹。3.單寧是壹種收斂劑和鞣質，存在於許多植物中(如石榴、咖啡、茶、柿子等)。)，也就是所謂的單寧或單寧。在食品化學中，食品單寧是指壹切有澀味的物質，能與金屬離子反應或因氧化而產生黑色。除了真正的單寧，還包括兒茶酚和壹些酚酸(綠原酸)。植物中的單寧分為水溶性和聚合性兩大類。水溶性單寧是單寧單體分子間通過酯鍵形成的大分子，在溫和條件下，通過稀酸、酶或煮沸水解成單寧單體。聚合單寧是通過單體分子之間的碳碳鍵連接的大分子。在溫和的條件下，它們不會分解成單體物質，而是會進壹步凝聚成大分子。比如葡萄、蘋果、桃子、李子、茶葉中的二苯基聚合物單寧，加熱後聚合成二聚體、四聚體、八聚體。所有的單寧都是易潮解的，單寧與金屬反應生成不溶性鹽，尤其是與鐵反應生成藍黑色物質。所以不能用鐵器皿加工這類食物。單寧在空氣中氧化生成暗黑色的氧化物，在堿性溶液中氧化得更快。果汁中的單寧能與明膠發生反應，產生渾濁的液體和沈澱，所以果蔬汁中的單寧可以用明膠去除。當未成熟的水果或果實中有澀味的單寧時，有很多方法可以去除澀味。比如澀柿子可以用溫水、酒精、二氧化碳氣調、乙烯催熟等浸泡。(4)醌顏料1。紅曲色素紅曲色素是紅曲菌分泌的壹種色素，培養初期無色，逐漸變為鮮紅色。在中國是壹種常見的食用色素。如釀造紅米酒、制作醬料、腐乳、香腸、醬油、蒸肉以及各種糕點的著色。該顏料耐熱性和耐光性強，不受金屬離子的影響，不易受氧化劑和還原劑的作用，不溶於水。2.姜黃素姜黃素存在於多年生草本植物姜黃的根莖中。姜黃素在堿性溶液中呈紅棕色，在中性或酸性溶液中呈黃色。不易被還原，易與鐵離子結合變色。對光和熱的穩定性差。良好的著色，尤其是蛋白質。姜黃素常被用於咖喱粉、幹黃蘿蔔等食物的著色和調味。3.甜菜紅甜菜紅是存在於紅色甜菜中的天然植物色素。甜紅是甜菜中有色化合物的總稱。β-胡蘿蔔素主要是β-糖苷，占紅色素的75% ~ 95%。甜菜苷溶液為紅色至紅紫色，在pH3.0~7.0相對穩定，在pH4.0~5.0最穩定。當pH 7.0時，溶液也由紅色變為紫色；當ph > l 0.0時，溶液顏色迅速變黃。因為大部分食物的pH值在3.0-7.0之間，所以含有甜菜苷的食物顏色比較穩定。水分活度對甜菜色素的穩定性影響很大，隨著水分活度的降低，甜菜色素的穩定性增加，說明甜菜色素可作為低水分食品的著色劑。甜菜紅色素可用於糖果、糕點、清涼飲料和壹些乳制品、肉制品的著色。
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