[科普中国]-焦脱镁叶绿素

叶绿素的结构与性质

叶绿素(chlorophyll)是绿色植物的主要色素，存在于叶绿体中类囊体的片层膜上，在植物光合作用中进行光能的捕获和转换。叶绿素是由叶绿酸、叶绿醇和甲醇缩合而成的二醇酯，其分子结构见图1。高等植物中的叶绿素有a、b两种类型，其区别仅在于3位碳原子上的取代基不同。取代基是甲基时为叶绿素a(蓝绿色)，是醛基时为叶绿素b(黄绿色)，二者的比例一般为3：1。叶绿素不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂。

叶绿素的衍生物——焦脱镁叶绿素在活体植物细胞中，叶绿素与类胡萝卜素、类脂物及脂蛋白结合成复合体，共同存在于叶绿体中。当细胞死亡后，叶绿素就游离出来，游离的叶绿素对光、热敏感，很不稳定。因此在食品加工贮藏中会发生多种反应，生成不同的衍生物，如图2所示。在酸性条件下，叶绿素分子中的镁离子被两个质子取代，生成橄榄绿色的脱镁叶绿素，依然是脂溶性的。在叶绿素酶作用下，分子中的植醇由羟基取代，生成水溶性的脱植醇叶绿素(叶绿酸)，仍然为绿色的。焦脱镁叶绿素的结构中除镁离子被取代外，甲酯基也脱去，同时该环的酮基也转为烯醇式．颜色比脱镁叶绿素更暗。脱镁脱植醇叶绿素中心镁离子还可以被二价锌或铜离子取代而形成衍生物，这类物质仍具有绿色，且其绿色比叶绿素更鲜艳、更稳定1。

酸对叶绿素的作用向叶绿素溶液中加入弱酸(苹果酸、乳酸和草酸等)，并加热，镁即从分子中游离出来，生成脱镁叶绿素a(褐色)或脱镁叶绿素b(褐绿色)，其变色机理如图3。

叶绿素a与叶绿素b相比，转化为相应的脱镁叶绿素的反应速度更快。叶绿素b比叶绿素a的热稳定性高，前者具有较高稳定性的原因是3位碳甲酰基的拉电子效应。由于叶绿素的共轭结构，位于分子中央处的电子可转移出去，造成四吡咯氮上的正电荷增加，因而降低了反应中间体的形成平衡常数。

在强酸介质中或在加热时间较长的情况下，脱镁叶绿素能进一步发生水解反应，生成脱镁叶绿素甲酯酸、脱镁叶绿素酸、叶绿醇等。再进一步反应时，脱镁叶绿素甲酯酸分子中的环V可进一步水解破坏，生成二氢原卟啉甲酯，又称二氢卟酚。

受热蔬菜组织中叶绿素的降解受组织pH的影响，在酸性介质中(pH3.0)，叶绿素对热的稳定性欠佳。植物组织在加热过程中释放出的酸可使体系的pH降低一个单位。有研究表明，当甜菜叶置于缓冲液中加热时，只有升温至60℃以上，叶绿素才开始发生变化。将其在60℃和100℃下保温60min，分别有32%和97%的叶绿素转化为脱镁叶绿素。因而有人推断受热可使氢离子穿过细胞膜的通透性增加，从而诱发植物细胞中脱镁叶绿素的形成。

脱镁叶绿素10位碳上的甲氧甲酰基被氢原子取代，可形成橄榄色的焦脱镁叶绿素，焦脱镁叶绿素在红区与蓝区的最大光吸收波长均与脱镁叶绿素相同。

在加热过程中，叶绿素的变化为序列反应，并按以下动力学过程进行：

叶绿素——脱镁叶绿素——焦脱镁叶绿素

这个反应过程的结构式见图4和5，根据研究数据表明，焦脱镁叶绿素a和叶绿素b是许多罐装蔬菜中叶绿素类物质的主要组分，它们可以使产品显橄榄绿色。因此，焦脱镁叶绿素的含量可作为热处理强度的指标2。