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色素

课题6食品色素与健康

【学习指南】

许多天然食品具有本身的色泽，这些色泽能促进人的食欲，增加消化液的分泌，因而有利于消化和吸收，是食品的重要感官指标。

但是，天然食品在加工保存过程中容易褪色或变色，为了改善食品的色泽，人们常常在加工食品的过程中添加食用色素，以改善感官性质。

了解食品色素和着色剂的种类、特性及其在加工和贮藏过程中如何保持食品的天然颜色，防止颜色变化，是食品化学中值得重视的问题.

那么食品色素与人体健康到底有怎样千丝万缕的关系呢？

让我们一起进入今天的课题——食品色素与健康。

【关注焦点】

2011年04月17日新华网消息，温州工商部门日前查处一家制售染色馒头作坊。

据悉，3月22日到4月14日该作坊卖出约19.48万个染色馒头，其中1.1万个卖给附近一所高校。

没有一颗玉米，却做出成千上万的“玉米馒头”。

该作坊用柠檬黄、糖精钠、玉米香精等多种添加剂炮制玉米馒头、白馒头。

温州市食品研究所所长陈显群表示，柠檬黄色素、玉米香精、糖精钠等都是国家允许使用的添加剂，但使用的范围是有限的，不是所有食品都适用。

“如面食制品是禁止添加色素、糖精的。

另外，玉米香精在玉米面包中可以使用，但若直接用玉米香精替代玉米，那就涉嫌假冒伪劣，是违法的。

”陈显群说。

据了解，长期摄入柠檬黄色素、香精、糖精等，会影响青少年的正常发育。

随后上海、南宁等地均发现过期染色馒头。

【观察与思考】

你知道的日常生活中的色素有哪些？

色素在生活中的应用有哪些？

对于食品色素与人体健康的关系你有哪些了解？

试举例说说食品色素的利与弊？

怎样减少合成色素的危害呢?

眼睛观察物体时，进入眼睛的并非是各种颜色，而是各种波长不同的电磁波，也就是光线。

颜色是一定波长的散射波或反射波刺激人的视觉器官而产生的特种感觉。

颜色由光的波长决定，色彩的明暗由光的强度决定。

物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。

当日光照射有色物质（如颜料或染料）时，因为显示该颜色的波长的光大部分被反射和投射出来，其余部分波长的光则被吸收，从而产生其特征的颜色。

一、食品色素的定义和作用

食品色素：

食品中能够吸收和反射可见光波（380-780nm）进而使食品呈现各种颜色的物质，包括食品原料中固有的天然色素、食品加工中由原料成分转化产生的有色物质和外加的食品着色剂。

其功能是可以用来改变物质或制品的颜色以使物品起到美化、修饰和增加悦感以及诱发和增强人们的食欲等目的。

二、色素呈色与其结构的关系

食品色素在结构上都具有发色基团（或生色基团）和助色基团。

发色基团是一类在紫外及可见光区域能产生强烈吸收的原子基团，多为具有双键及类似结构的基团，如―C=C―、―CΞC―、―CHO、―N=N―、―C=S、―C=O、―N=O―等都是含有π电子的基团。

共轭双键体系延伸得越长，愈容易被激发，其生色作用愈强。

与发色基团连接，能使发色基团的吸收波段向长波方向移动的基团称为助色基团，如—OH、—OR、—NH2、—OCH3、—N（C2H5）2、—NO2、—Cl、—Br、—SR等;它们中的氧、氮、硫等原子都有未共用的电子对，即孤对p电子对，这类基团连在发色基团适当的位置后，形成p-π共轭，促进物质发色，使颜色加深。

不同色素的颜色差异和色素的变色主要是由发色团和助色团的差异和变化引起的。

【你知道吗】

以上官能团的名称、性质以及从这些信息中你能获得的结论？

三、分类

1、化学结构

（1）四吡咯衍生物叶绿素和血红素

（2）异戊二烯衍生物类胡萝卜

（3）多酚类衍生物花青素、花黄

（4）酮类衍生物红曲色素、姜黄素

（5）醌类衍生物虫胶色素、胭脂虫红素

2、来源

植物色素叶绿素、

（1）天然色素类胡萝卜素、花青素

动物色素血红素、虾青素

微生物色素红曲色素

（2）人工合成色素

3溶解性质

水溶性色素（花青素）和脂溶性色素（叶绿素）

4食品着色剂

分为天然食品着色剂和合成食品着色剂。

（1）天然食品着色剂：

天然生物原料中得到的提取物。

如辣椒红、甜菜红、红花黄、玉米黄；

（2）合成食品着色剂：

人工合成的产物。

如觅莱红、胭脂红、柠檬黄、日落黄。

四、结构

1、植物性食品中的色素及其变化——叶绿素、花青素类

（1）叶绿素结构：

叶绿素a：

叶绿素b＝3：

1

（青绿色）（黄绿色）

物理性质：

纯叶绿素a蓝黑色粉末，其乙醇溶液呈蓝绿色并有深红色荧光；叶绿素b深绿色粉末，其乙醇溶液呈绿或黄绿色，有红色荧光。

叶绿素不溶于水，易溶于有机溶剂，丙酮、乙醇、乙酸乙脂。

【你知道吗】

请同学们根据叶绿素的结构图说说叶绿素含有哪些官能团、能发生什么反应？

【科学视野】

叶绿素在食品加工和贮藏中的变化：

【科学探究】叶绿体中色素的提取和分离

实验目的：

掌握提取和分离叶绿体色素的方法，探究叶绿体中色素的种类。

实验材料：

新鲜的菠菜叶片、研钵、二氧化硅、碳酸钙、丙酮、尼龙布、漏斗、试管、试管架、铅笔、毛细吸管、汽油、剪刀、培养皿、滤纸

实验原理：

叶绿体中含有两大类色素（叶绿素和类胡萝卜素），它们溶于有机溶剂，因此可选用乙醇或丙酮进行提取。

层析液是一种脂溶性很强的有机溶剂，叶绿体内的色素在层析液中的溶解度各不相同，溶解度越高，在滤纸上的扩散速度越快，反之则慢，可以将叶绿体中的色素分离开来。

因此采用纸层析法进行分离

实验步骤

提取：

用天平称取5克菠菜叶，剪碎

↓研钵

少许二氧化硅、碳酸钙+5ml丙酮

↓迅速、充分地进行研磨

取单层尼龙布折叠，放入漏斗，把漏斗放入试管，架到试管架上

↓

将研磨好的菠菜叶加到漏斗中过滤

分离：

铅笔画线，剪角

↓

用毛细吸管吸取少量滤液，画线，重复2-3次

↓

烧杯中倒入层析液（不要没过滤液线），将滤纸条轻轻插入，培养皿盖住小烧杯

实验结果：

【思考题】

1.研磨时要使叶绿素能够提取出来，要破坏多少层膜？

2.滤纸剪角的目的是什么？

3.到了秋天叶色变黄、变红的原因是什么？

议一议:

叶绿素的作用

    实验证明，叶绿素中所含叶绿素a的药物功效能使人体组织细胞的活性增强。

在临床上，叶绿素a可防止伤口感染，具有收敛伤口、促进愈合的作用。

尤其是在厌氧菌感染，引起伤口变臭的情况下，叶绿素a能帮助排除腐烂组织；叶绿素还可作干燥剂，使伤口干燥。

术后服用叶绿素，可以减少抗生素的用量。

花青素的结构有C6-C3-C6碳骨架结构，是2-苯基苯并吡喃阳离子（又称花样盐）结构的衍生物。

花青素是一类广泛存在于植物中的水溶性色素，属于类黄酮化合物。

在植物中常见的有6种，即天竺葵色素（Pg）、矢车菊色素（Cy）、飞燕草色素（Dp）、芍药色素（Pn）、牵牛花色素（Pt）和锦葵色素（Mv）。

自然条件下游离的花青素极少见，常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷，花色苷中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的香豆酸、阿魏酸、咖啡酸、对羟基苯甲酸等芳香酸和脂肪酸通过酯键形成酰基化的花色苷。

已知天然存在的花色苷有250多种，存在于27个科、73个属的植物中。

已开发的花青素葡萄皮色素是开发最早且最丰富的花青素类色素，由葡萄科果实的果皮或葡萄酒酒厂的废料--葡萄渣，以水或乙醇萃取，后经精制、真空浓缩而得，主要成分有锦葵色素-3-葡糖啶、丁香啶、二甲翠雀素、甲基花青素、翠雀素等，广泛用在饮料、冷饮、蛋糕、果酱等的生产上，用量0.002%―0.3%。

未来有潜力的花青素类色素花青素类色素广泛存在于葡萄、血橙、红球甘蓝、蓝莓、茄子皮、樱桃、红橙、红莓、草莓、桑葚、山楂皮、紫苏、紫薯、黑（红）米、牵牛花等植物的组织中。

20世纪80年代，日本就从红球甘蓝的叶子中提取分离出4种花青素，并将其作为食品着色剂（红至红紫色），广泛用于糖果、果汁、汽水、冰淇淋、话梅的生产上。

紫苏色素主要成分是紫苏素、紫苏宁，是存在于紫苏科中具有紫色叶的品种的天然红色素，日本在1993年就规定其为食品添加剂，并用于口香糖、果汁饮料等，认为其具有预防过敏、防龉齿、消炎等作用。

紫苏是我国传统药用植物，是我国卫生部卫防字（1987）57号文公布的第二部分33个药食两用的品种之一。

【你知道吗】

请同学们根据下图说说以下六种花青素分别含有哪些官能团、能发生什么反应？

2、动物性食品色泽及其变化——血红素

血红素结构：

血红素是亚铁卟啉化合物

肌红蛋白结构：

血液——血红蛋白，肌肉——肌红蛋白

血红蛋白＝4肌红蛋白

议一议:

血红素在食品中的应用

在肉品的加工与储藏中，肌红蛋白会转化为多种衍生物，包括氧合肌红蛋白、高铁肌红蛋白、氧化氮肌红蛋白、氧化氮高铁肌红蛋白、肌色原、高铁肌色原、氧化氮肌色原、亚硝酰高铁肌红蛋白、亚硝酰高铁血红素、硫肌红蛋白和胆绿蛋白。

这些衍生物的颜色各异，氧合肌红蛋白为鲜红，高铁肌红蛋白为褐色，氧化氮肌红蛋白和氧化氮肌色原为粉红色，氧化氮高铁肌红蛋白为深红，肌色原为暗红，高铁肌色原为褐色，亚硝酰高铁肌红蛋白为红褐色，最后三种物质为绿色。

新鲜肉放置空气中，表面会形成很薄一层氧合肌红蛋白的鲜红色泽。

而在中间部分，由于肉中原有的还原性物质存在，肌红蛋白就会保持还原状态，故为深紫色。

当鲜肉在空气中放置过久时，还原性物质被耗尽，高铁肌红蛋白的褐色就成为主要色泽。

图8-5显示出这种变化受氧气分压的强烈影响，氧气分压高时有利于氧合肌红蛋白的生成，氧气分压低时有利于高铁肌红蛋白的生成。

【科学视野】

鲜肉在热加工时，由于温度升高以及氧分压降低，肌红蛋白的球蛋白部分变性，铁被氧化成三价铁，产生高铁肌色原，熟肉的色泽呈褐色。

当其内部有还原性物质存在时，铁可能被还原成亚铁，产生暗红色的肌色原。

火腿、香肠等肉类腌制品的加工中经常使用硝酸盐或亚硝酸盐作为发色剂。

血红素的中心铁离子可与氧化氮以配价键结合而转变为氧化氮肌红蛋白，加热则生成鲜红的氧化氮肌色原，用图9-6表示。

因此，腌肉制品的颜色更加诱人，并对加热和氧化表现出更大的稳定性。

但可见光可促使氧化氮肌红蛋白和氧化氮肌色原重新分解为肌红蛋白和肌色原，并被继续氧化为高铁肌红蛋白和高铁肌色原。

这就是腌肉制品见光褐变的原因。

鲜肉不合理存放会导致微生物大量生长，产生过氧化氢、硫化氢等化合物。

过氧化氢可强烈氧化血红素卟啉环的α–亚甲基而生成胆绿蛋白。

在氧气或过氧化氢存在下，硫化氢等硫化物可将硫直接加在卟啉环的α–亚甲基上，成为硫肌红蛋白。

另外，腌肉制品过量使用发色剂时，卟啉环的α–亚甲基被硝基化，生成亚硝酰高铁血红素。

这是肉类偶尔发生变绿现象的原因。

肉及肉制品的护色

（1）采用低透气性材料、抽真空和加除氧剂。

（2）高氧压护色。

（3）采用100%CO2条件，若配合使用除氧剂，效果更好。

腌肉制品的护色一般采用避光、除氧。

五、食品色素的利与弊

世界卫生组织定义：

♣食物当中含有有毒有害物质

♣对人体的健康产生了公共卫生问题的影响。

我国目前食品安全问题主要有三大类：

♣微生物引起的食源性疾病

（我国主要的食品安全问题）

♣化学性污染

如农药残留，有机汞超标。

♣非法使用食品添加剂

如苏丹红、三聚氰胺、瘦肉精、色素……

1、食品色素的有益作用

♣有利于食品的保藏，防止食品败坏变质

除少数物品如食盐等之外，食品几乎全都来自动、植物。

各种生鲜食品，在植物采收或动物屠宰后，若不及时加工或有效保存，往往会败坏变质。

防腐剂可防止由微生物引起的食品变质，延长食品的保存期；抗氧化剂可阻止或推迟食品的氧化变质，提高食品的稳定性和耐藏性。

♣改善食品的感官性状

食品的色、香、味、形态和质地等是衡量食品感官质量的重要指标。

食品加工后会出现褪色、变色、风味和质地的改变。

适当使用着色剂、护色剂、漂白剂、香料、乳化剂和增稠剂，可明显提高食品的感官质量，满足消费者的不同需要。

娃娃饼干豆豆糖碧绿的青豆

♣保持或提高食品的营养价值

食品应富有营养，但食品加工不可避免地造成一定的营养素损失。

食品加工时适当地添加某些属于天然营养素范围的食品营养强化剂，可大大提高食品的营养价值，这对于防止营养不良和营养缺乏，促进营养平衡，提高人们健康水平具有重要意义。

♣增加食品的品种和方便性

当前，不少超级市场已拥有多达2万种以上的食品供消费者选择。

尽管这些食品的生产采用了不同的加工方法和包装形式，但它们大多是具有防腐、抗氧、乳化、增稠、着色、增香、调味等不同功能食品添加剂配合使用的结果。

正是这些众多的食品，尤其是方便食品的供应，给人们的生活和工作以很大方便。

2、食品色素的危害

“苏丹红”是一种化学染色剂。

它的化学成分中含有一种叫萘的化合物，该物质具有偶氮结构，由于这种化学结构的性质决定了它具有致癌性。

苏丹红为亲脂性偶氮化合物，主要包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四种类型。

苏丹红I

（1-苯基偶氮-2-萘酚）

苏丹一号染色剂含有“偶氮苯”，当“偶氮苯”被降解后，就会产生“苯胺”，这是一种中等毒性的致癌物。

过量的“苯胺”被吸入人体，可能会造成组织缺氧，呼吸不畅，引起中枢神经系统、心血管系统和其他脏器受损，甚至导致不孕症

实验显示，苏丹红一号能引起膀胱癌和肝癌。

显示有肿瘤迹象的老鼠，服用苏丹红一号的量为：

每天按每公斤体重30毫克的量持续服用2年。

在按每天每公斤体重15毫克服用苏丹红一号的其它动物身上，就没有发现与癌症相关的变化。

据伦敦毒物学专家艾伦·博比斯教授介绍说，化学物质的摄入量比人们从食物中摄取的量多得多。

如果按相同比例推算，出现肿瘤迹象的老鼠摄入的量相当于一个50公斤重的人，每天摄取苏丹红一号1500毫克，持续服用2年。

而在被列入英国污染名单的食品中，含苏丹红一号的量每千克不到1毫克。

在上海被检测出含有苏丹红成分的6种榨菜中，其含量从每千克0.1毫克至10毫克不等。

在亨氏美味源（广州）食品有限公司生产的“美味源”牌金唛桂林辣椒酱样本中，苏丹红一号的残留量为0.6毫克/千克。

食品安全造成的问题：

急性中毒、慢性中毒、致癌、致畸、基因突变。

前苏联在1968—1970年曾对苋菜红这种食用色素进行了长时间动物试验，结果发现致癌率高达22％。

美、英等国的科研人员在做过相关的研究后也发现，不仅是苋菜红，许多其它的合成色素也对人体有伤害作用，可能导致生育力下降、畸胎等等，有些色素在人体内可能转换成致癌物质。

科研人员说，合成色素是以煤焦油为原料制成的，通称煤焦色素或苯胺色素，对人体有害。

危害包括一般毒性、致泻性、致突性（基因突变）与致癌作用。

　　尤其是偶氮化合物类合成色素的致癌作用更明显。

偶氮化合物在体内分解，可形成丙种芳香胺化合物，芳香胺在体内经过代谢活动后与靶细胞作用而可能引起癌肿。

此外，许多食用合成色素除本身或其代谢物有毒外，在生产过程中还可能混入砷和铅。

过去用于人造奶油着色的奶油黄，早已被证实可以不可以导致人和动物患上肝癌，而其它种类的合成色素如橙黄能导致皮下肉瘤、肝癌、肠癌和恶性淋巴癌等。

3、食品色素的合理利用

    食用色素分为两大类，即食用天然色素与食用合成色素。

天然色素是直接来自植物组织的色素，使用的范围主要是糕点、糖果、饮料、蜜饯等。

合成色素系以煤焦油为原料制成，有些可能具有毒性，但由于它成本低廉，色泽鲜艳，着色力强，色彩多样，故仍然被广泛地应用。

我国允许使用的合成色素有10个品种，使用的范围为果味水果味粉、果子露、汽水、配制酒、糖果、糕点上的彩装和红绿丝、罐头、浓缩果汁等。

专家表示，食品添加剂给人们带来了好处，但也要防止它可能产生的危害，关键是品种要选对，用量要控制。

根据我国《食品添加剂卫生使用标准》（GB2760-1996）规定,目前我国允许β-胡萝卜素、红花黄、栀子黄、姜黄素、甜菜红、紫胶红、红曲色素等47种天然色素用于食品着色。

应严格按照国家标准中的使用范围、使用限量在食品中添加着色剂。

《食品添加剂使用卫生标准》（GB2760）明确规定，食品中添加食用色素的范围和用量。

例如，柠檬黄及其铝色淀在冰淇淋中最大使用量是0.02g/kg，β-胡萝卜素可在各类食品中按照生产需要适量使用。

婴幼儿食品、牛奶等食品中一般严禁使用色素。

需要特别注意的是，《食品添加剂使用卫生标准》中还规定：

“同一色泽的色素如混合使用时，其用量不得超过单一色素允许量。

固体饮料及高糖果汁或果味饮料色素加入量按该产品的稀释倍数加入。

”

由于天然色素成分复杂,生产过程中化学结构可能发生变化,且可能混入其他有害物质,所以也存在毒性问题。

为了安全起见,天然色素用于食品着色一般也需经过毒理学检验,对其最大使用量也有具体的规定。

总之，只要严格遵照国家有关规定使用食品添加剂，其安全性即可得到保证，而且还可在尽量发挥其有作用的同时，最大限度地消除其可能给人类带来的不良影响。

【思考题】

1、食品中的天然色素按其化学结构可以分为哪几类？

2、色素的发色原理是什么？

3、什么是发色基团？

什么是助色基团？

4、试述叶绿素在食品加工与储藏中的变化。

5、氧气分压对肌红蛋白的相互转化有何影响？

6、试述腌肉制品中的发色反应。

7、虾蟹经烹煮后变色的原因是什么？

8、试述花青素在食品加工与储藏中的变化。

9、常见的黄酮类色素有哪些？

10、如何提取、分离与纯化黄酮类物质？