食品中的天然色素按其化学结构可以分为哪几类？

食品中的天然色素是指在新鲜原料中眼睛能看到的有色物质，或者是本来无色，在加工过程中由于化学反应而呈现颜色的物质。食品中的天然色素就其来源而言，可分为动物色索、植物色索和微生物色素。以植物色素最为绞纷多彩，是构成食物色泽的主体。这些不同来源的色素，若按溶解性能来分则可分为脂溶性和水溶性色素。从化学结构类型来区分，可分为吡咯色素、多烯色素、酚类色素、醌酮色素。

    (一) 吡咯类色素

    1．叶绿素

    叶绿素是高等植物和其它所有能进行光合作用的生物体内所含有的一类绿色色素，它使蔬菜和未成熟果实呈现绿色。叶绿素的生物作用就是作为光合作用的催化剂。生物通过叶绿素吸收太阳能，固定二氧化碳，使其与水作用转变为有机化合物。

    叶绿素属吡咯类色素。叫绿素是由叶绿酸与叶绿醇及甲醇所成的二醇酯，绿色来自叶绿酸残基部分。叶绿素有叶绿素a、b、c和d等几种。高等植物中的叶绿素主要有a、b两种，通常a:b＝3:1。

叶绿素a和b都是脂溶性色素，易溶于乙醇、丙酮、氯仿等，而难溶于石油醚，且都具有旋光性。

叶绿素在活细胞中与蛋白质结合成叶绿体，细胞死亡后叶绿素即游离出来。游离叶绿素极不稳定，对光和热均为敏感。叶绿素在酸性条件下分子中的镁原子可被氢原子所取代，生成暗橄榄褐色的脱镁叶绿素。加热可加快反应进行。在室温下，叶绿素在弱碱中尚稳定，如果加热则使酯的部分水解成叶绿醇、甲醇及水活性的叶绿酸，该酸呈鲜绿色，而且比较稳定。碱浓度高时，则生成叶绿酸的钠盐或钾盐，也是绿色。如果叶绿素中的镁被铜或铁所替代，生成的绿色盐则更为稳定。

叶绿体中含有叶绿素分解酶，当叶绿体受到破坏时，则表现出其活性，可使叶绿素分解为甲基叶绿素酸和叶绿醇。甲基叶绿素酸亦呈绿色。

食品在加工或贮藏过程中都会引起叶绿素不同程度的变化。如在罐藏杀菌或烹饪时，热力的作用位叶绿体蛋白质变性而释放叶线素，同时细胞中的有机酸也释放出来，这一点点酸已足以使叶绿素几乎全部脱镁成为脱镁叶绿素；用透明容器包装的脱水食品容易发生光敏氧化，裂解为无色产物；绿色蔬菜在冷冻和冻藏时颜色均会发生变化，这种变化受冷冻前的热烫温度和时间的影响；豌豆和菜豆中的叶绿素由于脂肪氧合酶的作用而降解生成非叶绿素化台物，脂肪氧台酶还产生使叶绿素降解的游离基；食品在γ射线照射及辐照后的贮藏过程中叶绿素和脱镁叶绿素均发生降解；黄瓜在乳酸发酵过程中，叶绿素降解成为脱镁叶绿素、脱叶醇基叶绿素和脱镁叶绿素甲酯一酸。

绿色蔬菜在加工前，如用60~75℃的热水进行烫漂，使叶绿素水解酶失去活性，则可保持其绿色。在加热达到叶绿素的沸点时，叶绿素容易氧化。经60~75℃热水烫漂后，可排除蔬菜组织中的氧气，即使用高温处理，由于氧化的机会减少，所以仍可保持其鲜绿色。将菠菜放置在水中，经高温真空处理数分钟后(除去组织中的氧)，然后再经过烫漂，也能较好地保持绿色。另外的看法是，烫漂后可减少绿色蔬菜组织中相当数量的酸，再经高温处理时，可减少叶绿素与酸的作用，因而不易形成脱镁叶绿素。此外，在较低温度下，叶绿素水解酶活性强，能将叶绿素水解成稳定的绿色的甲酯叶绿素酸。

烫漂用的水，最好选月pH6.5~7.0或稍高，这样蔬菜更易保存原有的鲜绿色。烫漂的温度与时间对各种蔬菜的要求是不同的。如果温度过高，时间过长，则绿色易消失，或生成脱镁叶绿素。

绿色蔬菜在加工前，用石灰水或氢氧化镁处理以提高pH值，能减少脱镁叶绿素的形成，可保持蔬菜的鲜绿色泽，但用碱过多时，能损害植物的组织及风味，Vc也易损失。

用稀硫酸铜溶液处理，能形成较稳定的铜叶绿素，可保持其绿色，但含铜的食品有害于卫生。

另外，叶绿素在低温或干燥状态时，其性质也较稳定，所以低温贮藏的蔬菜和脱水干燥的蔬菜都能较好地保持其鲜绿色。

2．血红素

血红素是动物血液和肌肉中的色素，在活的机体中，它是呼吸过程中氧气和二氧化碳的载体，肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的辅基。肉的色素化学实际上是血红素化学。血红素也属吡咯类色素。

血红素以复合蛋白质的形式存在，肌红蛋白是珠蛋白与一分子血红素相结合，而血红蛋白是珠蛋白与四分子血红素相结合。血红素是由一个铁原子与卟琳环构成的卟啉化合物。它与珠蛋白分子中的组氨酸残基咪唑环上的一个氮原子通过亚铁原子以配价键连结而成。血红素的四个氮原子位于同一水平面上，蛋白质分子在平面以上与铁原子相连，水或氧在平面下方与铁原子相连。

肌红蛋白和血红蛋白分子中的铁原子上有结合水，它跟分子状态氧相遇时，水分子被氧置换形成氧合肌红蛋白和氧合血红蛋白，这个反应是可逆的。

氧合肌红蛋白和氧合血红蛋白为鲜红色，反应后血红素中的铁原子仍为二价，因此，这种结合不是氧化而是氧合。

当氧合肌红蛋白或血红蛋白在有氧的条件加热，因珠蛋白发生热变性．血红系个的Fe2+被氧化为Fe3+，则生成黄褐色的变肌红蛋白(MMb)，或称为肌色质。但在缺氧条件下贮存，则因珠蛋白的弱氧化作用(其中—SH参与还原作用)将Fe3+又还原为Fe2+，因而又变成粉红色，称为血色质。这种现象在煮肉时或在肉类贮存过程中均可见到。

在一定pH值和温度的条件下，一部分变肌红蛋白会重新生成肌红蛋白。若在肌肉中加入还原剂，则可加速肌红蛋白的形成。在肉制品加工和贮藏中利用还原性肌红蛋白的这种稳定性，对保持肉制品的色泽有重要的意义。

亚铁血红素还可与NO结合生成鲜桃红色的亚硝基亚铁血红素，NO也是以配价键的形式与亚铁原子相连的。亚硝基肌红蛋白或亚硝基血红蛋白(亚硝基亚铁血红素蛋白质)在受热后发生变性，此时称为亚硝基血色原，其色泽仍保持鲜红。故在肉类食品加工中为了保持肌肉的新鲜颜色，常添加一些发色剂和还原剂，如亚硝酸盐、尼克酸胺和抗坏血酸等。但过量的亚硝酸根可和肉中存在的仲胺进行反应，生成亚硝胺类的致癌物。所以肉制品的发色不得使用过多的亚硝酸盐和硝酸盐。

 (二) 多烯类色素

多烯类色素总称类胡萝卜素，是主要分布于生物中的一类呈现从黄、橙、红以至紫色的色素。在叶绿素存在的时候，绿色占有优势，往往掩盖类胡萝卜素颜色的表现，但是，一旦叶绿素被分解，即呈现此类色素。如成熟了的水果、秋天的枫叶等。

类胡萝卜素属脂溶性的色素，是由异戊二烯残基为单元组成的共轭双键长链为基础的一类化合物。大多数天然类胡萝卜素都可看作是番茄红素的衍生物。

类胡萝卜素按其溶解性可分为二类：

 (1) 胡萝卜素类。系不饱和碳氢化合物，易溶于石油醚，溶于甲醇、乙醇。

 (2) 叶黄素类。系胡萝卜素的衍生物，多以醇、醛、酮、酸等的形式存在，溶于甲、乙醇和石油醚，而不溶于乙醚。

类胡萝卜素对pH值的变化和热较稳定，只有强氧化剂才能使它破坏褪色。食品中类胡萝卜素被破坏主要由于光敏氧化作用，双键发生裂解，使颜色失去。尤其在pH值和水分含量较低时更易被氧化。提取后的类胡萝卜素对光、热、氧较敏感，而在细胞中与蛋白质成结合态时却相当稳定。这很可能与细胞的渗透性和起保护作用的成分有关。

 (三) 酚类色素

1．花青素

花青素是一类主要的水溶性植物色素，许多水果，蔬菜和花之所以显鲜艳的颜色，就是由于细胞汁液中存在着这类水溶性化合物。

花青素属酚类色素，多与糖结合以苷的形式(称为花青苷)存在。其结构母核是2-苯基苯并吡喃，即花色基元。花青素分子中吡喃环上的氧为四价，使花青素呈碱性，酚环上的经基又呈酸性，从而使得这类色素具有随介质pH值的改变而改变其颜色的特性。水果、蔬菜在成熟过程中，由于pH的变化呈现各种颜色。

    花青素与Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+、Al3+等金属离子能发生络合反应，生成紫红色、青色、蓝色等，且不再受pH值的影响，因此，含花青素的水果必须装在特殊涂料罐内或玻璃瓶内。

花青素对光和温度极为敏感，含花青素的食品在光照下或在较高的温度下很快会变褐色。二氧化硫和抗坏血酸都能使其褪色。

花青素苷在糖苷酶或酚酶作用下分解成糖和花青素而褪色。花青素与盐酸共热生成无色物质，称为无色花青素。无色花青素也以苷的形式存在于植物组织中，在一定条件下可转化为有色花青素，是罐藏水果果肉变红变褐的原因之一。

2．花黄素

花黄素通常指黄酮类及其衍生物，是广泛分布于植物的花、果实、茎叶细胞中的一类水溶性黄色物质。它与葡萄糖、鼠李糖、云香糖等结合成配糖苷类形式而存在。其在食品加工中的重要性仅在于它在加工条件下会因pH值和金属离子的存在而产生难看的颜色，影响食品的外观质量。黄酮类色素是由苯并吡喃与苯环组成的2-苯基苯并砒喃酮。

在自然情况下，黄酮类的颜色自浅黄以至无色，鲜见明显黄色，但在遇碱时却会变成明显的黄色，其机制是黄酮类物质在碱性条件下其苯并吡喃酮的1,2碳位间的C—O键打开成查尔酮型结构所致，各种查尔酮的颜色自浅黄至深黄不等。在酸性条件下，查尔酮又回复为闭环结构，于是颜色消失。

黄酮类物质遇铁离子可变成蓝色。

硬水的pH值往往高达8，用NaHCO 3软化的水的pH值甚至更高。由于黄酮物质遇碱变成查尔酮型结构，一些食物如马铃薯、稻米、小麦面粉、芦笋等在碱性水中炊煮会发生变黄现象。洋葱特别是黄皮种，这种现象尤为突出，当水质为碱性时。葱头因黄酮物质溶出而呈浅黄色，而汤汁则因而呈鲜明的黄色，花椰菜和甘蓝也有这种现象。在水果加工中用柠檬酸调整预煮水的pH值的目的之一就在于控制黄酮色素的变化。

这类色素在空气中久置，则易发生氧化而产生褐色的沉淀，这是果汁久置变褐的原因之一。

3．鞣质

存在于许多植物(如石榴、咖啡、茶叶、柿子等)中的一类具有收敛性和鞣革性的物质，称为单宁或鞣质。食品化学中，食物鞣质是指一切具有涩味、能与金属离子或因氧化而产生黑色的一切物质，除了真正的鞣质外，还包括儿茶酚素和一些经基酚酸(绿原酸)。

植物体内的鞣质分为水溶性和聚合性两大类。水溶性鞣质是由鞣质单体分子之间通过酯键形成的大分子物质，它们在温和的条件下，用稀酸、酶或煮沸即水解为鞣质单体物质。聚合性鞣质是其单体分子之间以C—C键相连而成的大分子物质，在温和的条件下处理不会分解为单体物质，而是进一步缩合成高分子物质。例如：葡萄、苹果、桃、李及茶叶中的二苯型的聚合体鞣质，受热后聚合为二聚体、四聚体、八聚体等高分子物质。

所有的鞣质都具有潮解性、鞣质与金属反应生成不溶性的盐类，尤其与铁反应生成蓝黑色物质。所以，加工这类食品不能使用铁质器皿。鞣质在空气中氧化生成暗黑色的氧化物，在碱性溶液中氧化更快。

果汁中的鞣质能与明胶作用生成混浊液，并产生沉淀，因此可用明胶除去果蔬汁中的鞣质。未成熟的果实或果实中有涩味的鞣质存在时，有多种除涩的方法。例如：涩柿子可采用温水浸泡、酒精浸泡、二氧化碳气调、乙烯催熟等等。

 (四) 醌酮色素

1．红曲色素

红曲色素是由红曲霉菌所分泌的色素，该霉菌在培养初期无色，以后逐渐变为鲜红色，是我国民间常用的食品着色剂。如酿造红曲黄酒、制酱、腐乳、香肠、酱油、粉蒸肉和各种糕点的着色。该色素耐热性强，耐光性强，不受金属离子的影响，不易被氧化剂、还原剂作用，不溶于水。

2．姜黄色素

姜黄色素存在于多年生的草本植物姜黄根茎中。姜黄色素在碱性溶液中呈红褐色，在中性或酸性溶液中呈黄色。不易被还原，易与铁离子结合而变色。对光、热稳定性差。着色性好，特别对蛋白质的着色能力较强。姜黄色素常用来对咖喱粉及黄色萝卜干等食品着色和增香。

3．甜菜红

甜菜红是存在于红甜菜中的天然植物色素。甜莱红是甜菜中有色化合物的总称。甜菜红素主要是甜菜甙，占红色素的75％~95％。甜菜甙溶液呈红至红紫色，pH3.0~7.0时比较稳定，pH4.0~5.0时最稳定。pH＜4.0时，溶液的颜色由红变紫；pH＞7.0对，溶液也由红变紫；pH＞l0.0时，溶液的颜色迅速变黄。由于绝大多数食品的pH值都在3.0~7.0之间，所以，含甜菜甙食品的色泽比较稳定。水分活性对甜菜甙的稳定性影响较大，甜菜甙的稳定性随水分活性降低而增大，说明甜菜红色素可作低水分含量的食品的着色剂。甜菜红色素可用于糖果，糕点、清凉饮料以及某些乳制品、肉制品的着色。