焦脱鎂葉綠素

葉綠素(chlorophyll)是綠色植物的主要色素，存在於葉綠體中類囊體的片層膜上，在植物光合作用中進行光能的捕獲和轉換。葉綠素是由葉綠酸、葉綠醇和甲醇縮合而成的二醇酯，其分子結構見圖1。高等植物中的葉綠素有a、b兩種類型，其區別僅在於3位碳原子上的取代基不同。取代基是甲基時為葉綠素a(藍綠色)，是醛基時為葉綠素b(黃綠色)，二者的比例一般為3：1。葉綠素不溶於水，易溶於乙醇、乙醚、丙酮等有機溶劑。

在活體植物細胞中，葉綠素與類胡蘿蔔素、類脂物及脂蛋白結合成複合體，共同存在於葉綠體中。當細胞死亡後，葉綠素就遊離出來，遊離的葉綠素對光、熱敏感，很不穩定。因此在食品加工貯藏中會發生多種反應，生成不同的衍生物，如圖2所示。在酸性條件下，葉綠素分子中的鎂離子被兩個質子取代，生成橄欖綠色的脱鎂葉綠素，依然是脂溶性的。在葉綠素酶作用下，分子中的植醇由羥基取代，生成水溶性的脱植醇葉綠素(葉綠酸)，仍然為綠色的。焦脱鎂葉綠素的結構中除鎂離子被取代外，甲酯基也脱去，同時該環的酮基也轉為烯醇式．顏色比脱鎂葉綠素更暗。脱鎂脱植醇葉綠素中心鎂離子還可以被二價鋅或銅離子取代而形成衍生物，這類物質仍具有綠色，且其綠色比葉綠素更鮮豔、更穩定 ^[1]  。

向葉綠素溶液中加入弱酸(蘋果酸、乳酸和草酸等)，並加熱，鎂即從分子中游離出來，生成脱鎂葉綠素a(褐色)或脱鎂葉綠素b(褐綠色)，其變色機理如圖3。

葉綠素a與葉綠素b相比，轉化為相應的脱鎂葉綠素的反應速度更快。葉綠素b比葉綠素a的熱穩定性高，前者具有較高穩定性的原因是3位碳甲酰基的拉電子效應。由於葉綠素的共軛結構，位於分子中央處的電子可轉移出去，造成四吡咯氮上的正電荷增加，因而降低了反應中間體的形成平衡常數。

在強酸介質中或在加熱時間較長的情況下，脱鎂葉綠素能進一步發生水解反應，生成脱鎂葉綠素甲酯酸、脱鎂葉綠素酸、葉綠醇等。再進一步反應時，脱鎂葉綠素甲酯酸分子中的環V可進一步水解破壞，生成二氫原卟啉甲酯，又稱二氫卟酚。

受熱蔬菜組織中葉綠素的降解受組織pH的影響，在酸性介質中(pH3.0)，葉綠素對熱的穩定性欠佳。植物組織在加熱過程中釋放出的酸可使體系的pH降低一個單位。有研究表明，當甜菜葉置於緩衝液中加熱時，只有升温至60℃以上，葉綠素才開始發生變化。將其在60℃和100℃下保温60min，分別有32%和97%的葉綠素轉化為脱鎂葉綠素。因而有人推斷受熱可使氫離子穿過細胞膜的通透性增加，從而誘發植物細胞中脱鎂葉綠素的形成。

脱鎂葉綠素10位碳上的甲氧甲酰基被氫原子取代，可形成橄欖色的焦脱鎂葉綠素，焦脱鎂葉綠素在紅區與藍區的最大光吸收波長均與脱鎂葉綠素相同。

在加熱過程中，葉綠素的變化為序列反應，並按以下動力學過程進行：

葉綠素——脱鎂葉綠素——焦脱鎂葉綠素

這個反應過程的結構式見圖4和5，根據研究數據表明，焦脱鎂葉綠素a和葉綠素b是許多罐裝蔬菜中葉綠素類物質的主要組分，它們可以使產品顯橄欖綠色。因此，焦脱鎂葉綠素的含量可作為熱處理強度的指標 ^[2]  。