天然食用色素的生产工艺—生化制药学课件.ppt

1、天然食用色素的生产工艺第一节第一节 概述概述 人肉眼观察到的颜色是由于物质吸收了人肉眼观察到的颜色是由于物质吸收了可见光区（可见光区（400800nm）的某些波长的光）的某些波长的光后，透过光所呈现出的颜色。即人们看到后，透过光所呈现出的颜色。即人们看到的颜色是被吸收光的互补色。的颜色是被吸收光的互补色。不同波长的颜色及其互补色 不同波长光的颜色及其互补色不同波长光的颜色及其互补色 物质吸收的光物质吸收的光 透过光（互补色）透过光（互补色）波长（波长（nm）相应的颜色相应的颜色 400 紫紫 黄绿黄绿 425 蓝青蓝青 黄黄 450 青青 橙黄橙黄 490 青绿青绿 红红 510 绿绿 紫紫

2、530 黄绿黄绿 紫紫 550 黄黄 蓝青蓝青 590 橙黄橙黄 青青 640 红红 青绿青绿 730 紫紫 绿绿发色团发色团 在紫外或可见光区在紫外或可见光区(200800nm）具有）具有吸收峰的基团被称为发色团吸收峰的基团被称为发色团,发色团均具有双发色团均具有双键。键。如：如：-N=N-,-N=O,C=S,C=C ,C=O等等.助色团助色团 有些基团的吸收波段在紫外区，不可能有些基团的吸收波段在紫外区，不可能发色，但当它们与发色团相连时，可使整个发色，但当它们与发色团相连时，可使整个分子对光的吸收向长波方向移动，这类基团分子对光的吸收向长波方向移动，这类基团被称为助色团。被称为助色团。如

3、：如：-OH,-OR,-NH2,-NHR,-NR2,-SR,-Cl,-Br 等。等。2、作用：、作用：a.食品色泽是决定食食品色泽是决定食品品质和可接受性的品品质和可接受性的重要因素。重要因素。b.食品的色泽能诱导食品的色泽能诱导人的食欲和提高食品人的食欲和提高食品的商品价值。的商品价值。1.天然天然食用色素食用色素如：辣椒红色素、叶绿素、姜黄、胡萝卜如：辣椒红色素、叶绿素、姜黄、胡萝卜素等素等对光、热、酶等敏感，易褪色或变色。对光、热、酶等敏感，易褪色或变色。二、食用色素按来源分：二、食用色素按来源分：a.以苯、甲苯、萘等为以苯、甲苯、萘等为原料，原料，b.色彩鲜艳，着色力强，色彩鲜艳，着色

4、力强，性质稳定性质稳定c.有不少合成色素具有有不少合成色素具有致毒、致癌、致畸致毒、致癌、致畸作作用。用。2.人工合成人工合成食用色素食用色素可以作为各种食品的着可以作为各种食品的着色剂，如色剂，如果酱、果汁、果酱、果汁、果冻、果酒、汽水、果冻、果酒、汽水、饮料、糕点饮料、糕点等等三、天然食用色素的主要用途三、天然食用色素的主要用途第二节第二节 天然色素分类天然色素分类（1）植物色素 如蔬菜的绿色（叶绿素）、胡萝卜橙红色（类胡萝卜素）草莓的红色（花青素）等。（2）动物色素 如猪肉的红色色素（血红素）、及虾、蟹的虾青素、虾红素等。（3）微生物色素 红曲色素、-胡萝卜素一、天然色素按其来源不同可分

5、为二、食用色素按颜色分：二、食用色素按颜色分：按色泽的不同，可分为：绿色绿色色素色素（如叶绿素）；橙红色橙红色色素色素（如胡萝卜素）；红色红色色素色素（如番茄红素）等；三、按色素的溶解性质可分为 （1）水溶性色素 花青素、黄酮类化合物。（2）脂溶性色素 叶绿素、类胡萝卜素。四、按色素化学结构的特征可分为（1）四吡咯衍生物 叶绿素、血红素。（2）异戊二烯衍生物 类类胡萝卜素、虾青素、虾红素（3）多酚类衍生物 花青素、黄酮类、单宁。（4）酮类生衍物 红曲色素、姜黄素。（5）醌类生衍物 虫胶色素、胭脂虫红等。第三节色素存在的形式第三节色素存在的形式一、异戌二烯衍生物异戌二烯衍生物类胡萝卜素类胡萝卜素

6、类胡萝卜素又称多烯色素，广泛分布于红色、黄色和橙色的水果及绿色的水果蔬菜中。类胡萝卜素为具有多个共轭双键的分子，现已发了500多种，按其结构中是否含有C、H元素组成的官能团而将 类胡萝卜素分为两大类：一类为纯碳氢化物被称为胡萝卜一类为纯碳氢化物被称为胡萝卜素；素；另一类的结构中含有含氧基团，另一类的结构中含有含氧基团，称为叶黄素类。称为叶黄素类。类胡萝卜素为类胡萝卜素为脂溶性色素脂溶性色素。胡萝卜素类目前指四种物质：-胡萝卜素、-胡萝卜素、-胡萝卜素、番茄红素。它们都是含40个碳的多烯四萜，由异戊二烯经头尾或尾尾相连而构成。胡萝卜素类为典型的脂溶性色素，易溶 于石油醚、乙 醚 难 溶 于 甲

7、醇 和 乙 醇。（一）胡萝卜素（一）胡萝卜素 1、结构及性质、结构及性质2 2、在加工中的变化、在加工中的变化 胡萝卜素类其颜色在多数加工和贮藏条件下点相当稳定的变化只是轻微的，但在有些加工条件下,使得其容易发生异构化和氧化降解反应，严重影响胡萝卜素在食品中的色感。（二）二）叶黄素类叶黄素类 1 1、结构及性质、结构及性质 叶黄素类是胡萝卜素类的含氧衍生物，随着含氧量的增加，它们的脂溶性下降，因此叶黄素在甲醇和乙醇中很好溶解，而难溶于乙醚、石油醚。叶黄素类的颜色为黄色或橙黄色，少数为红色，如与蛋白质相结合，颜色可能发生改变。2 2、在加工中的变化、在加工中的变化 叶黄素类在加工中遇到光照、氧化

8、、中性或酸性条件下加热，会发生异构化和氧化降解反应，缓慢地使食品发生退色或褐变。二、多酚类衍生物多酚类衍生物花青色素与花黄色素花青色素与花黄色素 1 1、结构及物理性质结构及物理性质 花青素是由苯并吡喃环与酚组成，随着酚环上含有的羟基数目的不同而呈现不同的颜色。（一）花青色素（一）花青色素水溶性色素水溶性色素花青素易受氧化剂、温度等影响而变色花青素易受氧化剂、温度等影响而变色属水溶性色素，构成植物花、茎、叶、果实等的美丽颜色，花青色素基本结构花青色素基本结构 随着不同花青素结构中所带基团种类和数量的不同，其颜色有所不同。其原因是不同基团及数量不同的基团其助色效果不同，基本结构上所带给电子基团越

9、多，颜色越深。2 2、花色苷的变化花色苷的变化 花青素、花色苷稳定性差，其主要原因是其结构中的环氧正离子结构及多个羟基的存在。自身结构的影响：结构中自由酚羟基越多越不稳定，花青素不如花色苷稳定，花色苷中糖基不同稳定性亦不同。*pHpH影响影响：溶液pH不同时花青素的结构不同，颜色亦有所不同。pH7，呈红色；pH为8.5左右呈紫色，pH为11则显蓝色。*温度的影响温度的影响：加热影响花色苷溶液平衡，使其向形成查尔酮方向移动。*加热也可使花色苷分解加热也可使花色苷分解：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；*光照的影响光照的影响：光照可以加速花色苷的

10、分解，多羟基黄酮、异黄酮和噢哢的磺酸酯对光分解有抗性。*抗坏血酸的影响抗坏血酸的影响：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，而过氧化氢可以进攻花色苷的2-C,导致红色苷的分解。抗坏血酸O2H2O2花色苷+酯+香豆素衍生物 （无色）降解或聚合褐色沉淀物 1、结构、性质及类型结构、性质及类型 是由苯并吡喃酮与苯环组成，广泛分布于植物的花、果实、茎、叶中。在水中溶解度较大，属水溶性色素。（二）花黄素（黄酮类色素）（二）花黄素（黄酮类色素）水溶性色素水溶性色素2、加工与贮藏、加工与贮藏时的变化时的变化 *类黄酮与Al3+、Fe2+、Fe3+、Sn2+等金属离子可以形成络合物，而使

11、颜色变深而发生变化。*加工条件中使pH上升，无色的黄烷酮或黄烷酮醇可变为有色的查耳酮类。*发生酶促褐变的中间生成物可氧化类黄酮而产生褐色物质。三、四吡咯衍生物四吡咯衍生物叶绿素与血红素叶绿素与血红素（一）（一）叶绿素叶绿素 1 1、结构、物理性质及应用、结构、物理性质及应用 食品中的叶绿素，常为脱镁、脱食品中的叶绿素，常为脱镁、脱植醇后的产物与铜、锌或铁离子结合植醇后的产物与铜、锌或铁离子结合形成，性质稳定，形成，性质稳定，水溶性较好水溶性较好。天然叶绿素由天然叶绿素由a、b两种物质组成，两种物质组成，a为青绿色，为青绿色，b为黄绿色。均不溶于水，为黄绿色。均不溶于水，溶于丙酮、乙酸乙酯等有机

12、剂。溶于丙酮、乙酸乙酯等有机剂。加工中，叶绿素变化后会产生几种重要的衍生物。加工中，叶绿素变化后会产生几种重要的衍生物。2 2、叶绿素在加工储藏中的变化、叶绿素在加工储藏中的变化 *酶促酶促变化：脂酶、蛋白酶、果胶酶等通过作用于变化：脂酶、蛋白酶、果胶酶等通过作用于相应的底物（非叶绿素），相应的底物（非叶绿素），间接间接使叶绿素发生与蛋白使叶绿素发生与蛋白或自身分解，降低稳定性。叶绿素酶可或自身分解，降低稳定性。叶绿素酶可直接直接使叶绿素使叶绿素脱镁脱植。脱镁脱植。*光解光解：加工储藏中的食品或食品原料，其中所含的：加工储藏中的食品或食品原料，其中所含的叶绿素很易受光作用而分解褪色。叶绿素很易

13、受光作用而分解褪色。*酸和热酸和热的作用：加热使叶绿素脱镁、脱植，也可的作用：加热使叶绿素脱镁、脱植，也可发生异构化反应，使颜色向褐色转变。发生异构化反应，使颜色向褐色转变。pHpH影响叶绿素影响叶绿素的分解速度，的分解速度，pH9pH9.0.0时最稳定，时最稳定，3.03.0时最不稳定。时最不稳定。3 3、护绿技术、护绿技术l 中和酸而护绿：中和酸的重点是绿色植物内部不中和酸而护绿：中和酸的重点是绿色植物内部不断产生的酸性物质，所以要长期保持体系中断产生的酸性物质，所以要长期保持体系中pH接接近中性，要采取一些特殊的方法，如缓慢释放的近中性，要采取一些特殊的方法，如缓慢释放的碱等。碱等。l

14、高温瞬时杀菌高温瞬时杀菌l 绿色再生：绿色再生技术是利用一定的方法将叶绿色再生：绿色再生技术是利用一定的方法将叶绿素中的镁置换为铜、锌等。绿素中的镁置换为铜、锌等。l 其它方法其它方法 1）造血作用：叶绿素中富含微量元素铁，是天然的造血原料，没有叶绿素，就不能源源不断地制造血液，人体就会发生贫血。2）提供维生素：叶绿素中含有大量的维生素C与无机盐，是人体生命活动中不可缺少的物质，还可以保持体液的弱碱性，有利于健康。3）维持酶的活性：酵素也称“酶”，是人体内化学变化的催化剂，负责各种化学物质的合成和分解工作。若酵素不足，一些化学物质得不到充分的分解与合成，就会形成过氧化物质自由基，它破坏人体的正

15、常细胞，导致各种疾病的发生。而叶绿素可以维持酵素的活性，使其发挥出极强的抗氧化作用，抵抗自由基，延缓衰老。叶绿素的作用叶绿素的作用 4）解毒作用：叶绿素是最好的天然解毒剂，可以中和各种垃圾食品中含有的防腐剂、添加剂和香精等在体内积存的毒素，并将其排出体外起到净化血液的作用。5）消炎作用：叶绿素还能预防感染，防止炎症的扩散，具有杀菌消炎的作用。对于很多炎症特别是皮肤发炎、外伤、久治不愈的胃溃疡、肠炎等都有意想不到的效果。6）脱臭作用：叶绿素的又一重要作用就是脱臭，原因在于它可以抑制代谢过程中产生的硫化物。只要每天适量的饮用青汁，就能使口腔、鼻腔、身体散发出的口臭、汗味、尿味、粪便味等异味消失。7

16、）抗病强身：叶绿素在改善体质，祛病强身方面也有很多作用。如能增强机体的耐受力；还有抗衰老、抗癌、防止基因突变等功能，是人体健康的卫士。8）纤维素丰富：因为纤维在植物的叶子中与叶绿素一同存在，所以摄取叶绿素就等于同时摄取了纤维素。（二）血红素（二）血红素 1 1、结构、物理性质、结构、物理性质 种类种类：血红蛋白、肌红蛋白。：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；肌红蛋白是一个由中的存在形式为肌红蛋白；肌红蛋白是一个由153153个氨个氨基酸残基形成的蛋白质分子，血红素处于分子中的疏基酸残基形成的蛋白质分子

17、，血红素处于分子中的疏水空腔内。水空腔内。在肉品的加工贮藏中肌红蛋白会转化为在肉品的加工贮藏中肌红蛋白会转化为多种衍生多种衍生物物，从而会呈现不同的色泽。，从而会呈现不同的色泽。2、肉色在贮藏加工中的变化、肉色在贮藏加工中的变化 肉中还原态的肌红蛋白向两个不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，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一部分发生氧化反应生成棕褐色的高铁肌红蛋白。的高铁肌红蛋白。此外，鲜肉加热时会迅速变色。此外，鲜肉加热时会迅速变色。四、酮类衍生物酮类衍生物红曲色素红曲色素来源于微生物，

18、是红曲霉的菌丝所分泌的色素。在我国自古以来就是用于着色。从不同菌种得到的红曲色素，其组成是有区别的。红曲色素对pH稳定，耐热性、耐光性强，几乎不受金属离子、氧化剂和还原剂的影响。五、醌类衍生物醌类衍生物虫胶色素虫胶色素此类色素有苯醌、萘醌、蒽醌、菲醌等类型。颜色与分子中带有的酚性羟基似乎有一定的关系。天然食品色素天然食品色素 食品在加工贮藏过程中，其本身具有的色素如叶绿素、血红素、花青素等可能受加工贮藏条件的影响，发生褪色或变色。为了保持食品外观质量，有必要添加某些色素弥补颜色的缺陷。生物技术的进展也提供一些微生物色素，常见的天然食品着色剂有甜菜红、姜黄、紫胶红、叶绿素铜钠盐、辣椒红和-胡萝卜

19、素多种。综上，根据其来源分类综上，根据其来源分类 1、植物色素、植物色素 2、动物色素、动物色素 3、微生物色素、微生物色素 4、矿物色素、矿物色素 天然色素安全上优于合成色素并可使用天然色素安全上优于合成色素并可使用于所有食品种类。因此认为，为了给食于所有食品种类。因此认为，为了给食品添加色素，最好选用天然色素，即使品添加色素，最好选用天然色素，即使成本提高，消费者还是乐意接受的。成本提高，消费者还是乐意接受的。思考？1.天然色素可以分为哪几种类型？2.水溶性色素有哪几种？脂溶性色素有哪几种？3.天然红色食品着色剂有哪些？各有何特点？第四节第四节 胡萝卜素的提取胡萝卜素的提取 胡萝卜素是最早

20、发现于胡萝卜肉质根中的红橙色色素，属多烯色素。广泛分布于生物界，颜色从黄、橙、红以至于紫色都有。不溶于水而溶于脂肪溶剂。一、介绍一、介绍-胡萝卜素在澳大利亚、德国、意大利、新西兰、瑞典、瑞士、英国、美国和我国作为保健品使用。0.6g的-胡萝卜素相当于1国际单位（IU）的维生素A-胡萝卜素结构与VitaminA相似，在人体内可转化为VA，具有较好的抗氧化性，能清除体内氧自由基，有防癌作用。二、二、-胡萝卜素用途胡萝卜素用途一、医药用途 目前认为-胡萝卜素具有抗氧化、抗肿瘤、抗衰老等作用，如对艾滋病患者可提高免疫力。二、食品添加剂-胡萝卜素具有防止衰老和增强免疫力等作用，也是重要的色素，是联合国粮

21、农组织（Food and Agricultrure Organization of the United Nations)，简称：FAO）和世界卫生组织（World Health Organization，简称：WHO）食品添加剂联合专家委员会认定的A类优秀有营养的食品添加剂（food additives）。全世界已有52个国家、地区批准使用，国际上需求量在1000吨以上，年增长率达1015三、日用化妆品-胡萝卜素的提取物含丰富的氨基酸、维生素、天然保湿因子、微量元素和其它生物活性物质，在日用化妆品（唇膏、胭脂等）中添加-胡萝卜素，色泽丰满自然，还能起到保护皮肤的作用。四、饲料添加剂 能提高动

22、物的生长速率和肉类质量，提高牛、马、猪的繁殖能力，增强鲑鱼、虾的色泽，加深禽蛋的颜色。三、胡萝卜素制备方法三、胡萝卜素制备方法 一、化学合成：一、化学合成：化学合成法是指采用有机化工原料，通过化学合成反应，人工合成-胡萝卜素的一种方法。化学合成法生产胡萝卜素技术复杂、难度大、活性低、毒性强，不能完全被人体吸收，并对人体产生一定程度的毒副作用，不少国家已限制使用。二、天然产物提取法二、天然产物提取法：从天然植物原料或者植物原料经加工处理后的下脚料中，采用有机溶剂(如石油醚、氯仿、丙酮、乙醚、乙醇等)萃取-胡萝卜素的一种方法。三、生物发酵法三、生物发酵法 生物发酵法又称为生物合成法，是指利用微生物

23、培养技术，通过微生物的培养，利用微生物在其体内合成-胡萝卜素，然后自微生物体内分离得到-胡萝卜素的一种方法。四、酶法：四、酶法：目前该方法的研究目的主要是提高果汁饮料中-胡萝卜素的含量。研究表明果胶酶和纤维素酶处理胡萝卜泥可以提高出汁率，胡萝卜素提出率可增加2倍多，混浊度增加，稳定性提高，胡萝卜汁的颜色变深。提取工艺流程（天然产物提取法天然产物提取法）(1)原料处理：选色素含量高的胡萝卜，清水洗净，切成丝；(2)乙醇提取：加1.2倍50%的乙醇，用1mol/L盐酸调节pH为4，加热至60度，反应1h，过滤，收滤液；(3)回收乙醇：用回收塔回收乙醇；(4)浓缩：加热，浓缩1015倍；(5)酶解去

24、果胶：加入0.15 0.2%的果胶酶，然后在pH3 4，温度35度左右，反应3 5h；(6)除生味：加入3%白皮白心萝卜汁调节pH至3.5，35度处理1h，然后用高压锅加热至于121度，放出蒸汽；(7)浓缩：加热浓缩(8)喷雾干燥：用喷雾干燥设备进行干燥。第六节第六节 姜黄色素的提取姜黄色素的提取 姜黄色素是从姜科类植物姜黄的根茎经物理方法以有机溶剂提取精致所得。本品为橙黄色素粉末，具有姜黄特有的香辛味；色泽鲜艳、稳定性强、无毒无害、安全性高等特点，被广泛应用于食品着色。（1）有机溶剂提取法：用相当于原料若干倍的乙醇等有机溶剂浸提经粉碎的姜黄原料，然后采用离心或过滤的方式分离提取液。该法的主要

25、优点是提取率高，但有机溶剂消耗大，产品成本高，生产安全性差。并且提取液中除姜黄色素外还含有脂溶性杂质。（2）水提取法：姜黄色素易溶于碱水，可用1%左右的NaOH加热浸提姜黄中的姜黄色素。尽管效率不及有机溶剂，但从经济和安全性方面考虑，仍有很强的实用性。一、姜黄色素粗提取方法一、姜黄色素粗提取方法二、姜黄色素的精纯方法二、姜黄色素的精纯方法（1）专一性溶剂法：利用姜黄色素与其它杂质对某些溶剂（如石油醚、乙醚）溶解度的差别，经多次处理粗制品，使色素与杂质分开；（2）酸碱法：用酸碱对粗制品进行适当处理，使其中酯类水解，达到易于干燥和提纯的目的。（3）酶水解法：用水提取的姜黄色素，其粗制品中含有淀粉，

26、可用淀粉酶进行处理，达到纯化的目的；（4）柱层析法：用有机溶剂提取的姜黄色素，含有大量脂溶性杂质，根据姜黄色素与脂溶性杂质在层析介质上吸附性不同，用吸附柱层析的方法将其分离开。姜黄色素提取工艺流程图 取0.1g标准姜黄色素加热溶解于冰乙酸中，定容100ml；分别取5ml，10ml，15ml至容量瓶中，定容100ml；OD540nm处测吸光值，然后再建立标准曲线；取0.1g样品，溶于冰乙酸中，然后定容100ml;测OD540；从标准曲线中求得样品的含量；姜黄色素的含量检测方法姜黄色素的含量检测方法第七节第七节 辣椒红色素的提取辣椒红色素的提取辣椒红色素是从辣椒中提取的一种天然色素，属于类胡萝卜系

27、色素。颜色鲜艳，色调多样。对人体无任何副作用广泛应用于医药、高级化妆品、食品、饮料中。辣椒的主要成分是辣椒素和辣椒色素，以及具有特殊香味的挥发物。辣椒中产生辣味的是辣椒碱，其在辣椒中的含量为0.20.5%。20吨辣椒可提取1吨红色素出口价50万元/吨。辣椒红色素的提取方法：辣椒红色素的提取方法：油溶法溶剂法超临界CO2流体萃取法硅胶柱层析法薄层色谱法溶剂微波提取法超声波溶剂提取法八种八种采用有机溶剂（丙酮、乙采用有机溶剂（丙酮、乙醚、氯仿等）进行浸提，醚、氯仿等）进行浸提，是目前常规方法是目前常规方法根据色素和辣素在固定相和洗脱液中分配系数的不同而达到分离效果。用高于临界温度和临界压力的CO2

28、流体作为溶媒的萃取过程1、有机溶剂法工艺流程工艺流程2、硅胶层析法工艺流程工艺流程 超临界流体萃取是近代化工分离中一种新型分离技术，它是利用超临界流体的特殊性能进行化学物质分离的一种高新技术。超临界萃取是采用气体作为溶剂，在超临界状态下，既不是气体也不是液体而成为流体。让超临界流体与待处理的物质接触，使之选择性地溶解其中所需成分，然后再通过减压、升温，使超临界流体迅速气化，被溶解的物质即以固态或液态析出，从而达到使某种组分与基质分离的目的。3、超临界、超临界CO2萃取法萃取法工艺流程工艺流程 色价定义：辣椒红色素色价计算：辣椒红色素色价计算：是单位质量原料的提取物在1浓度、以1cm比色皿在其最大吸收峰处的吸光度。色价计算：色价计算：1、精确称取0.0002g，用丙酮稀释一定倍数，用分光光度计测OD460nm；2、以丙酮作参比液；3、色价计算公式：辣椒红色素的产量计算：辣椒红色素的产量计算：辣椒红色素的质量标准辣椒红色素的质量标准小结 食用色素的分类？天然食用色素的分类？天然色素存在的形式有几种？胡萝卜素的作用？主要提取方法？姜黄色素的粗提与精制方法？辣椒红色素的色价定义？如何计算？