红甜菜色素是基于甜菜醛氨酸与环多巴结合或与氨基酸(或胺)结合的不定共轭物，根据其化学结构可分为甜菜红素和甜菜黄素。

甜菜红素和甜菜黄素均属于季胺型生物碱。其中以氨基酸或胺为辅基类型的甜菜黄素呈黄色至橙色，糖苷化类型的甜菜红素呈红色至紫色。甜菜色素其核心结构是质子化的l，2.4，7，7-五取代的1，7-二偶氮庚甲碱，该结构负责色度，亦称“发色团”，甜菜红素与甜菜黄素颜色的不同是由于发色团所含的共轭双键结构谐振所产生的。

R和R’可以是氢或芳香族取代基，如果R’与发色团不共振，化合物颜色为黄色，则为甜菜黄素；如果R’与发色团共振，化合物颜色则为红色，即甜菜红素。

根据结构特征，甜菜红素包括甜菜苷和异甜菜苷、前甜菜苷及异前甜菜苷，占红甜菜色素总质量分数的75％～95％；甜菜黄素包括仙人掌黄素I、仙人掌黄素Ⅱ，占甜菜色素总质量分数的5％～25％。其中，甜菜苷占甜菜红素质量分数的75％～95％，仙人掌黄素I是甜菜黄素的主要部分，甜菜苷、异甜菜苷和仙人掌黄素I占红甜菜色素质量分数的95％以上。甜菜红素和甜菜黄素的吸收光谱分别为532～550nm和457～485nm。甜菜红素易溶于水，水溶液呈红色至紫红色，难溶于醋酸、丙二醇，不溶于无水乙醇、甘油、丙酮、氯仿、油脂、乙醚等有机溶剂。与甜菜黄素相比，甜菜红素能被糖基或酰基部分修饰，因为甜菜苷配基是大多数甜菜红素(如甜菜苷)的苷元，位于甜菜苷配基C-5或C-6的一个或两个羟基的不同取代(糖基化和酰基化)模式生成了不同结构的甜菜红素，大多数是5-O-β-葡萄糖苷，极少数是6-0-葡萄糖苷。

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