因此,叶绿素b具有较高的热稳定性 p影响蔬菜组织中叶绿素的热降解,在碱性介质中(pH9.0),叶绿素对热非常稳定, 然而在酸性介质中(pH3.0)易降解。植物组织受热后,细胞膜被破坏,増加了氢离子的 通透性和扩散速率,于是由于组织中有机酸的释放导致pH降低一个单位,从而加速了叶 绿素的降解。盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解,有试验表明,在烟叶中添加盐(如 NaCl、MgCl2和CaCl2)后加热至90℃,脱镁叶绿素的生成分别降低47%、70%和77%,这是 叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进,约 由于盐的静电屏蔽效果所致。表7-2列出了某些市售蔬菜罐头中叶绿素的降解产物含量。 叶绿素→脱镁叶绿素→焦脱镁叶绿素 表7-2市售蔬菜罐头中叶绿素降解产物的比例 脱镁叶绿素(μg/g干重) 焦脱镁叶绿素(μg/g干重) 产品 b 菠菜 00 绿豆 340 芦笋 绿碗豆 13 不含镁的叶绿素衍生物的四吡咯核的2个氢原子容易被锌或铜离子置换形成绿色的 金属配合物。脱镁叶绿素a和b由于金属离子的配位,使之在红区的最大吸收波长向短 波方向移动,而蓝区则向长波方向移动。不含植醇基的金属配合物与其母体化合物的光 谱特征相同。 锌和铜的配合物在酸性溶液中比在碱性溶液中稳定。前面已经指出,当在室温时添 加酸,叶绿素中的镁易被脱除,而锌的配合物在p2的溶液中则是稳定的。铜被脱除只 有在皿低至卟啉环开始降解才会发生。已知植物组织中,叶绿素a的金属配合物的形成 速率高于b的金属配合物。叶绿素的植醇基由于空间位阻降低了金属配合物的形成速率, 在乙醇中脱镁叶绿酸盐a比脱镁叶绿素a和叶绿素铜钠a的反应速率快四倍。 Schander 比较了蔬菜泥中铜和锌金属螯合物的形成速率,结果表明,铜比锌更易发生螯合,当铜 和锌同时存在时,主要形成叶绿素铜配合物。p值也影响配合物的形成速率,将蔬菜泥 在121℃加热60min,p从4.0增加到8.5时,焦脱镁叶绿素锌a的生成量增加11倍。 然而在pH10时,由于锌产生沉淀而使配合物的生成量减少(图7-4)
- 6 - 因此，叶绿素 b 具有较高的热稳定性。 pH影响蔬菜组织中叶绿素的热降解，在碱性介质中（pH9.0），叶绿素对热非常稳定， 然而在酸性介质中（pH3.0）易降解。植物组织受热后，细胞膜被破坏，增加了氢离子的 通透性和扩散速率，于是由于组织中有机酸的释放导致pH降低一个单位，从而加速了叶 绿素的降解。盐的加入可以部分抑制叶绿素的降解，有试验表明，在烟叶中添加盐(如 NaCl、 MgCl2和CaCl2)后加热至 90℃，脱镁叶绿素的生成分别降低 47%、70%和 77%，这是 由于盐的静电屏蔽效果所致。表 7-2 列出了某些市售蔬菜罐头中叶绿素的降解产物含量。 叶绿素在受热时的转化过程是按下述动力学顺序进行： 叶绿素→脱镁叶绿素→焦脱镁叶绿素 表 7-2 市售蔬菜罐头中叶绿素降解产物的比例 脱镁叶绿素（μg/g 干重） 焦脱镁叶绿素（μg/g 干重） 产品 a b a b 菠菜 830 200 4000 1400 绿豆 340 120 260 95 芦笋 180 51 110 30 绿碗豆 34 13 33 12 不含镁的叶绿素衍生物的四吡咯核的 2 个氢原子容易被锌或铜离子置换形成绿色的 金属配合物。脱镁叶绿素a和b 由于金属离子的配位，使之在红区的最大吸收波长向短 波方向移动，而蓝区则向长波方向移动。不含植醇基的金属配合物与其母体化合物的光 谱特征相同。 锌和铜的配合物在酸性溶液中比在碱性溶液中稳定。前面已经指出，当在室温时添 加酸，叶绿素中的镁易被脱除，而锌的配合物在 pH2 的溶液中则是稳定的。铜被脱除只 有在 pH 低至卟啉环开始降解才会发生。已知植物组织中，叶绿素 a 的金属配合物的形成 速率高于 b 的金属配合物。叶绿素的植醇基由于空间位阻降低了金属配合物的形成速率， 在乙醇中脱镁叶绿酸盐 a 比脱镁叶绿素 a 和叶绿素铜钠 a 的反应速率快四倍。Schanderl 比较了蔬菜泥中铜和锌金属螯合物的形成速率，结果表明，铜比锌更易发生螯合，当铜 和锌同时存在时，主要形成叶绿素铜配合物。pH 值也影响配合物的形成速率，将蔬菜泥 在 121℃加热 60 min，pH 从 4.0 增加到 8.5 时，焦脱镁叶绿素锌 a 的生成量增加 11 倍。 然而在 pH10 时，由于锌产生沉淀而使配合物的生成量减少（图 7-4）
-叶绿素a 40 ▲…·锌金属整合物 6.00 Q 45.80 5.60 5.40 5.20 0102030405060 加热时间(min) 图7-4豌豆浓汤在121℃加热至60min,p值变化与叶绿素a转变为锌金属螯合物的关系图 叶绿素铜配合物由于在食品加工的大多数条件下具有较高的稳定性及安全性,因而 我国和欧洲共同体也相继批准作为色素使用。 (3)叶绿素的加氧作用与光降解 叶绿素溶解在乙醇或其他溶剂后并暴露于空气中会发生氧化,将此过程称为加氧作 用( allomerization)。当叶绿素吸收等摩尔氧后,生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色 植物正常细胞进行光合作用时,叶绿素由于受到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保 护,而避免了光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从组织中提取出色素,或者是在加工 过程中导致细胞损伤而丧失这种保护,叶绿素则容易发生降解。当有上述条件中任何 种情况和光、氧同时存在时,叶绿素将发生不可逆的褪色。 叶绿素的光降解是四吡咯环开环并降解为小分子量化合物的过程,主要的降解产物 为甲基乙基马来酰亚胺、甘油、乳酸、柠檬酸、琥珀酸、丙二酸和少量的丙氨酸。已知 叶绿素及类似的卟啉在光和氧的作用下可产生单重态氧和羟基自由基。一旦单重态氧和 羟基自由基形成,即会与四吡咯进一步反应,生成过氧化物及更多的自由基,最终导致 卟啉降解及颜色完全消失。 (4)在食品处理、加工和贮藏过程中的变化 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。如用透明容器包装的脱 水食品容易发生光氧化和变色。食品在脱水过程中叶绿素转变成脱镁叶绿素的速率与食 品在脱水前的热烫程度有直接关系。菠菜经热烫、冷冻干燥,叶绿素a转变成脱镁叶绿素 a,比对应的叶绿素b的转化快2.5倍,并且这种变化是水活性(a)的函数 许多因素都会影响叶绿素的含量。绿色蔬菜在冷冻和冻藏时颜色均会发生变化,这 种变化受冷冻前热烫温度和时间的影响。有人发现豌豆和菜豆中的叶绿素由于脂肪氧合
- 7 - 图 7-4 豌豆浓汤在 121℃加热至 60min,pH 值变化与叶绿素 a 转变为锌金属螯合物的关系图 叶绿素铜配合物由于在食品加工的大多数条件下具有较高的稳定性及安全性，因而 我国和欧洲共同体也相继批准作为色素使用。 （3）叶绿素的加氧作用与光降解 叶绿素溶解在乙醇或其他溶剂后并暴露于空气中会发生氧化，将此过程称为加氧作 用（allomerization）。当叶绿素吸收等摩尔氧后，生成的加氧叶绿素呈现蓝绿色。 植物正常细胞进行光合作用时，叶绿素由于受到周围的类胡萝卜素和其他脂类的保 护，而避免了光的破坏作用。然而一旦植物衰老或从组织中提取出色素，或者是在加工 过程中导致细胞损伤而丧失这种保护，叶绿素则容易发生降解。当有上述条件中任何一 种情况和光、氧同时存在时，叶绿素将发生不可逆的褪色。 叶绿素的光降解是四吡咯环开环并降解为小分子量化合物的过程，主要的降解产物 为甲基乙基马来酰亚胺、甘油、乳酸、柠檬酸、琥珀酸、丙二酸和少量的丙氨酸。已知 叶绿素及类似的卟啉在光和氧的作用下可产生单重态氧和羟基自由基。一旦单重态氧和 羟基自由基形成，即会与四吡咯进一步反应，生成过氧化物及更多的自由基，最终导致 卟啉降解及颜色完全消失。 （4）在食品处理、加工和贮藏过程中的变化 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。如用透明容器包装的脱 水食品容易发生光氧化和变色。食品在脱水过程中叶绿素转变成脱镁叶绿素的速率与食 品在脱水前的热烫程度有直接关系。菠菜经热烫、冷冻干燥，叶绿素a转变成脱镁叶绿素 a，比对应的叶绿素b的转化快 2.5 倍，并且这种变化是水活性(aw)的函数。 许多因素都会影响叶绿素的含量。绿色蔬菜在冷冻和冻藏时颜色均会发生变化，这 种变化受冷冻前热烫温度和时间的影响。有人发现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合物,脂肪氧合酶还会使叶绿素降解产生自由基。食品 在γ射线辐照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、脱植基叶绿素和脱镁叶绿甲酯一酸。 绿色蔬菜在酸作用下的加热过程中,叶绿素转变成脱镁叶绿素,因而颜色从鲜绿色 很快变为橄榄褐色。在热加工菠菜、碗豆和青豆时,发现有十种有机酸存在,色素降解 产生的主要酸是醋酸和吡咯烷酮羧酸。 (5)绿色的保持 对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题,曾有过大量的研究,但没有一种方法真 正获得成功。例如,采用碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子不被氢原子所置 换的处理方法,虽然在加工后产品可以保持绿色,但经过贮藏后仍然变成褐色。 早在1882年博罗丁( Borodin)就已认识到,在一定条件下叶绿素是能够“固定的”, 但这些条件都有利于叶绿素酶的作用,所以他所指的固定叶绿素很可能是脱植基叶绿素。 1928年以后,汤马斯( Tomas)等人获得了关于绿色蔬菜加工前于温度67℃烫漂30min 可保持产品绿色的专利。克莱德斯戴勒( Clydesdale)和弗朗西斯( Francis)证明菠菜的脱 植基叶绿素比叶绿素更稳定,但所得到的脱植基叶绿素量太少,对产品颜色的保持并无 实际意义。人们还应用高温短时灭菌(HTST)加工蔬菜,这不仅能杀灭微生物,而且比普 通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。在商业上,目前还采用一种复杂的方法,采用含 锌或铜盐的热烫液处理蔬菜加工罐头,结果可得到比传统方法更绿的产品 Clydesdale等曾试图以碱处理和酶法相结合使叶绿素转变成脱植基叶绿素,以及采 用HST加工方法保持菠菜的绿色,但贮藏后很快改变原来的颜色。目前保持叶绿素稳定 性最好的方法,是挑选品质良好的原料,尽快进行加工并在低温下贮藏 血红素化合物 动物肌肉中由于肌红蛋白的存在而呈红色。肌红蛋白和血红蛋白都是血红素与球状 蛋白结合而成的结合蛋白,因此,肉的色素化学实际上是血红素色素化学 肌红蛋白是球状蛋白,多肽链和血红素结合的摩尔比为1:1,而血红蛋白所结合的血 红素为肌红蛋白的4倍 活动物体中肌红蛋白的铁含量仅占体内总铁量的10%,在屠宰放血时大部分铁以血红 蛋白的形式除去,在完全放血的牛骨骼肌肉中,肌红蛋白所含的铁占剩余总铁量的95% 或更多,肌红蛋白此时在肉组织中占总色素的90%以上。肌肉组织中肌红蛋白的含量因动 物种类、年龄和性别、以及部位的不同相差很大。肌红蛋白及其各种化学形式并不是肌 肉中唯一的色素,也不是生物学上最重要的色素,但它却是使肉类产生颜色的主要色素, 其他肌肉色素含量少不足以呈色,它包括细胞色素类(类似卟啉-蛋白质复杂结构中含铁 的红色血红素);维生素B2(比肌红蛋白的结构要复杂得多,含有与血红素和细胞色素同
- 8 - 酶的作用而降解生成非叶绿素化合物，脂肪氧合酶还会使叶绿素降解产生自由基。食品 在γ射线辐照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、脱植基叶绿素和脱镁叶绿甲酯一酸。 绿色蔬菜在酸作用下的加热过程中，叶绿素转变成脱镁叶绿素，因而颜色从鲜绿色 很快变为橄榄褐色。在热加工菠菜、碗豆和青豆时，发现有十种有机酸存在，色素降解 产生的主要酸是醋酸和吡咯烷酮羧酸。 （5）绿色的保持 对于蔬菜在热加工时如何保持绿色的问题，曾有过大量的研究，但没有一种方法真 正获得成功。例如，采用碱性钙盐或氢氧化镁使叶绿素分子中的镁离子不被氢原子所置 换的处理方法，虽然在加工后产品可以保持绿色，但经过贮藏后仍然变成褐色。 早在 1882 年博罗丁(Borodin)就已认识到，在一定条件下叶绿素是能够“固定的”， 但这些条件都有利于叶绿素酶的作用，所以他所指的固定叶绿素很可能是脱植基叶绿素。 1928 年以后，汤马斯(Tomas)等人获得了关于绿色蔬菜加工前于温度 67℃烫漂 30min 可保持产品绿色的专利。克莱德斯戴勒(Clydesdale)和弗朗西斯(Francis)证明菠菜的脱 植基叶绿素比叶绿素更稳定，但所得到的脱植基叶绿素量太少，对产品颜色的保持并无 实际意义。人们还应用高温短时灭菌(HTST)加工蔬菜，这不仅能杀灭微生物，而且比普 通加工方法使蔬菜受到的化学破坏小。在商业上，目前还采用一种复杂的方法，采用含 锌或铜盐的热烫液处理蔬菜加工罐头，结果可得到比传统方法更绿的产品。 Clydesdale 等曾试图以碱处理和酶法相结合使叶绿素转变成脱植基叶绿素，以及采 用 HTST 加工方法保持菠菜的绿色，但贮藏后很快改变原来的颜色。目前保持叶绿素稳定 性最好的方法，是挑选品质良好的原料，尽快进行加工并在低温下贮藏。 二、血红素化合物 动物肌肉中由于肌红蛋白的存在而呈红色。肌红蛋白和血红蛋白都是血红素与球状 蛋白结合而成的结合蛋白，因此，肉的色素化学实际上是血红素色素化学。 肌红蛋白是球状蛋白，多肽链和血红素结合的摩尔比为 1:1，而血红蛋白所结合的血 红素为肌红蛋白的 4 倍。 活动物体中肌红蛋白的铁含量仅占体内总铁量的 10%，在屠宰放血时大部分铁以血红 蛋白的形式除去，在完全放血的牛骨骼肌肉中，肌红蛋白所含的铁占剩余总铁量的 95% 或更多，肌红蛋白此时在肉组织中占总色素的 90%以上。肌肉组织中肌红蛋白的含量因动 物种类、年龄和性别、以及部位的不同相差很大。肌红蛋白及其各种化学形式并不是肌 肉中唯一的色素，也不是生物学上最重要的色素，但它却是使肉类产生颜色的主要色素， 其他肌肉色素含量少不足以呈色，它包括细胞色素类（类似卟啉-蛋白质复杂结构中含铁 的红色血红素）；维生素B12（比肌红蛋白的结构要复杂得多，含有与血红素和细胞色素同
样的卟啉环,但配位原子是钴原子而不是铁原子);辅酶黄素(与细胞中的电子传递体系 有联系)及血红蛋白。表7-3是不同加工肉类中的主要色素 表7-3鲜肉、腌肉和熟肉中存在的色素 铁的羟高铁血红素环珠蛋白 色素 形成方式 价态 状态 状态颜色 高铁肌红蛋白还原,氧合肌 肌红蛋白 红蛋白脱氧合作用 天然略带紫红色 氧合肌红蛋白 肌红蛋白氧合作用 完整 天然鲜红色 肌红蛋白和氧合肌红蛋白的 高铁肌红蛋白 3+ 完整 氧化作用 亚硝酰肌红蛋白 肌红蛋白和一氧化氮结合 完整 天然鲜红(粉红) 高铁肌红蛋白亚硝酸高铁肌红蛋白和过量的亚硝 天然红 酸盐结合 加热、变性剂对肌红蛋白 珠蛋白血色原 氧合肌红蛋白的作用,高铁 完整 变性暗红色 血色原的辐照 加热、变性剂对肌红蛋白、 珠蛋白血色原 氧合肌红蛋白、高铁肌红蛋 变性棕色 白、血色原的作用 亚硝酰血色原 加热、盐对亚硝基肌红蛋白 完整 变性鲜红色(粉红) 的作用 硫化氢和氧对肌红蛋白的作 硫肌红蛋 完整但被还原 用 过氧化氢对肌红蛋白或氧合 肌红蛋白的作用,抗坏血酸 胆绿蛋白 e2或Fe完整但被还原变性绿色 或其他还原剂对氧合肌红蛋 过量试剂对硫肌红蛋白的作 氯铁胆绿素 卟啉环开环 变性绿色 大大过量的试剂对硫肌红蛋 卜啉环开环被破 胆汁色素 不含铁 不存在黄色或无色 白的作用 坏:卟啉链 肌红蛋白是一种肌肉蛋白质,与血红蛋白的功能相似,两者都能同动物代谢所需要
- 9 - 样的卟啉环，但配位原子是钴原子而不是铁原子）；辅酶黄素（与细胞中的电子传递体系 有联系）及血红蛋白。表 7-3 是不同加工肉类中的主要色素。 表 7-3 鲜肉、腌肉和熟肉中存在的色素 色素 形成方式 铁的 价态 羟高铁血红素环 的状态 珠蛋白 状态 颜色 肌红蛋白 高铁肌红蛋白还原，氧合肌 红蛋白脱氧合作用 Fe2+ 完整 天然 略带紫红色 氧合肌红蛋白 肌红蛋白氧合作用 Fe2+ 完整 天然 鲜红色 高铁肌红蛋白 肌红蛋白和氧合肌红蛋白的 氧化作用 Fe3+ 完整 天然 褐色 亚硝酰肌红蛋白 肌红蛋白和一氧化氮结合 Fe2+ 完整 天然 鲜红（粉红） 高铁肌红蛋白亚硝酸 盐 高铁肌红蛋白和过量的亚硝 酸盐结合 Fe3+ 完整 天然 红 珠蛋白血色原 加热、变性剂对肌红蛋白、 氧合肌红蛋白的作用，高铁 血色原的辐照 Fe2+ 完整 变性 暗红色 珠蛋白血色原 加热、变性剂对肌红蛋白、 氧合肌红蛋白、高铁肌红蛋 白、血色原的作用 Fe3+ 完整 变性 棕色 亚硝酰血色原 加热、盐对亚硝基肌红蛋白 的作用 Fe2+ 完整 变性 鲜红色（粉红） 硫肌红蛋白 硫化氢和氧对肌红蛋白的作 用 Fe3+ 完整但被还原 变性 绿色 胆绿蛋白 过氧化氢对肌红蛋白或氧合 肌红蛋白的作用，抗坏血酸 或其他还原剂对氧合肌红蛋 白的作用 Fe2+或Fe3+ 完整但被还原 变性 绿色 氯铁胆绿素 过量试剂对硫肌红蛋白的作 用 Fe3+ 卟啉环开环 变性 绿色 胆汁色素 大大过量的试剂对硫肌红蛋 白的作用 不含铁 卟啉环开环被破 坏；卟啉链 不存在 黄色或无色 肌红蛋白是一种肌肉蛋白质，与血红蛋白的功能相似，两者都能同动物代谢所需要
的氧配位。红细胞中的血红蛋白含有四条多肽链和四个血红素基团,血红素的中心含有 铁原子。血红素基团的功能是和分子氧可逆地结合,并通过血液将结合的氧从肺部输送 至全身组织。肌红蛋白的大小为血红蛋白的四分之一,由一条含大约153个氨基酸和 个血红素基团的多肽链组成,它存在于细胞内,作为向血液中血红蛋白提供氧的临时贮 藏库 1.结构 血红蛋白和肌红蛋白都是结合蛋白质,除了多肽链部分以外,还有与肽链配位的非 肽部分。肌红蛋白的蛋白质部分称为珠蛋白,非肽部分称为血红素。血红素由两个部分 即一个铁原子和一个平面卟啉环所组成,卟啉是由4个吡咯通过亚甲桥连接构成的平面 环,在色素中起发色基团的作用。中心铁原子以配位键与4个吡咯环的氮原子连接,第5 个连接位点是与珠蛋白的组氨酸残基键合,剩下的第6个连接位点可与各种配位体中带 负荷的原子相结合 血红蛋白可粗略地看成是由四个肌红蛋白分子连接在一起构成的4聚体,因此,在 讨论这些色素的化学结构和性质时可以肌红蛋白为例。图7-5表示血红素基团的结构, 它与珠蛋白连接时则形成肌红蛋白(图7-6)。 CH2CH2COCH CH2 CH? COOH 图7-5血红素基团的结构 图7-6肌红蛋白结构简图 肌红蛋白可看成是在血红素基团的铁原子周围有八股折叠的a螺旋肽段的复杂分 子,图7-7表示肌红蛋白分子肽链的三级结构。图上部中心位置的圆圈表示血红素铁 图7-7肌红蛋白分子肽链的三级结构
- 10 - 的氧配位。红细胞中的血红蛋白含有四条多肽链和四个血红素基团，血红素的中心含有 铁原子。血红素基团的功能是和分子氧可逆地结合，并通过血液将结合的氧从肺部输送 至全身组织。肌红蛋白的大小为血红蛋白的四分之一，由一条含大约 153 个氨基酸和一 个血红素基团的多肽链组成，它存在于细胞内，作为向血液中血红蛋白提供氧的临时贮 藏库。 1.结构 血红蛋白和肌红蛋白都是结合蛋白质，除了多肽链部分以外，还有与肽链配位的非 肽部分。肌红蛋白的蛋白质部分称为珠蛋白，非肽部分称为血红素。血红素由两个部分 即一个铁原子和一个平面卟啉环所组成，卟啉是由 4 个吡咯通过亚甲桥连接构成的平面 环，在色素中起发色基团的作用。中心铁原子以配位键与 4 个吡咯环的氮原子连接，第 5 个连接位点是与珠蛋白的组氨酸残基键合，剩下的第 6 个连接位点可与各种配位体中带 负荷的原子相结合。 血红蛋白可粗略地看成是由四个肌红蛋白分子连接在一起构成的 4 聚体，因此，在 讨论这些色素的化学结构和性质时可以肌红蛋白为例。图 7-5 表示血红素基团的结构， 它与珠蛋白连接时则形成肌红蛋白（图 7-6）。 图 7-5 血红素基团的结构 图 7-6 肌红蛋白结构简图 肌红蛋白可看成是在血红素基团的铁原子周围有八股折叠的α螺旋肽段的复杂分 子，图 7-7 表示肌红蛋白分子肽链的三级结构。图上部中心位置的圆圈表示血红素铁。 图 7-7 肌红蛋白分子肽链的三级结构