烟草色素

第五章烟草色素第五章烟草色素第一节烟草绿色素第二节烟草黄色素第三节烟草黑色素色素在植物细胞内的分布植物色素质体色素细胞液色素叶绿素（ab）类胡萝卜素花色素、黄酮素等植物多酚（液泡中）胡萝卜素（αβγ）叶黄素黄体素60紫黄质18新黄质22质体色素液泡色素烟草色素分类烟草色素绿色素：黄色素：黑色素：多酚色素类黑素：Maillard反应产物有色多酚无色多酚叶绿素ab类胡萝卜素第一节烟草绿色素一、叶绿素结构二、叶绿素性质三、叶绿素对烟质的影响一、叶绿素结构叶绿素是一种含氮杂环化合物，属于卟啉类色素，可分为叶绿素a和叶绿素b，一、叶绿素结构(续)叶绿素一、叶绿素结构(续)卟吩：4个吡咯环的α－碳原子通过次甲基（＝CH－）相连而成的大环闭合共轭体系。卟吩环又叫（蕾）环。卟吩是卟啉衍生物的前体，是卟啉类化合物呈色的基础。卟啉：取代卟吩，即卟吩环上联有取代基。吡咯的重要衍生物是卟啉化合物。一、叶绿素结构(续)叶绿素分子由极性的卟啉头头（N带部分负电荷，Mg带部分正电荷）和非极性的叶绿醇尾两部分构成。叶绿素分子就是通过叶绿醇这条尾巴而结合在光合膜上。叶绿素a和叶绿素b的不同之处是3位上的取代基不同，叶绿素a3位上的取代基是甲基，叶绿素b3位上的取代基是甲醛基。二、叶绿素性质1物理性质2化学性质2.1叶绿素物理性质1溶解性：不溶于水，而溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿等有机溶剂（提取）。2有荧光现象，对光有选择吸收。（测定）3遇光热酸碱易降解。2.2叶绿素性质化学性质1碱性条件下可以水解C55H72O5N4MgCH3OHC20H39OHC34H30O5N4MgK2KOH2+++叶绿素a甲醇叶绿醇叶绿原素钾盐2.2叶绿素性质化学性质（续）2用酸谨慎处理叶绿素可生成去镁叶绿素，去镁叶绿素不显绿色，用醋酸铜处理去镁叶绿素，可得到铜叶绿素，铜叶绿素色绿且稳定，可用来制作植物标本，长期保存。C32H30ON4MgCOOH3COOC20H39C32H32ON4COOCH3MgCl2COOC20H39++HCl2叶绿素a去镁叶绿素a三叶绿素的存在状态与作用叶绿素主要与蛋白质、脂类相结合以复合体的形式存在于叶绿体中，极性的卟啉头和蛋白质结合，非极性的叶绿醇尾巴和脂类结合。叶绿素参与绿色植物的光合作用，将太阳能转变为化学能而贮藏在形成的有机化合物中。作为干物质的90-95％由光合产物组成。叶绿素在植物生长期间可庇护（bihu）类胡萝卜素避免光氧化。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（一）生物合成叶绿素的形成取决于光诱导，养分供应和叶片着生部位。谷氨酸是高等植物中叶绿素生物合成的前体物质，它们似乎刺激叶绿素的形成（叶绿素合成酶的作用下）。历程如下：四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）谷氨酸δ－氨基－γ－酮戊酸（ALA）ALA脱水酶胆色素原粪卟啉原III原卟啉原氧化酶原卟啉原Ⅳ原卟啉ⅣMg鳌合酶镁－原卟啉Ⅳ原脱植基叶绿素脱植基叶绿素叶绿素（二）积累四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）成熟前达到高峰，其后进入成熟衰老，叶绿素降解。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）（三）代谢烟叶中叶绿素在代谢过程中一方面合成，一方面分解，不断更新。用14C研究表明：烟草植株中半量叶绿素完全更新的周期是几个星期，而燕麦幼苗中的叶绿素72h几乎全部更新。鲜烟叶中不但存在叶绿素合成酶，还存在叶绿素分解酶，烟叶成熟衰老以前，叶绿素以合成为主，之后，叶绿素合成能力降低，而分解过程继续进行。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）1代谢过程叶绿素的降解是在叶绿素酶的作用下，从卟啉和植醇之间的酯开始，将叶绿素降解为甲醇、叶绿醇和叶绿酸等，并进一步降解，最终叶绿素消失。衰老烟叶所含的过氧化酶活性、过氧化物和总酚含量都比幼叶高，酚－过氧化酶－过氧化物系统加速了叶绿体膜结构的衰退，结果导致叶绿素降解，四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）2叶绿素降解的外观表现随着叶绿素的不断降解，表现绿色逐渐退去，烟叶逐渐变黄，正常成熟的烟叶称为落黄，并且正常烟叶成熟，叶绿素是以自下而上的叶位顺序逐叶降解落黄，环境条件不适的变黄称为假熟。假熟有“饿熟”、“渴熟”、“旱熟”等烟叶正常衰老，叶绿素的消失，可通过一些处理而逆转，如喷施硝胺、用细胞分裂素处理，用光处理因黑暗诱发的衰老，可能对成熟烟株的部分返绿其促进作用。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）3叶绿素降解的内在成分变化烟叶在接近衰老时，随着叶绿素的减少，其它物质也发生变化。比较明显的变化：除烟碱以外的含氮组分、酚、灰分随叶绿素的减少而减少，总糖含量是增加的。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）4叶绿素降解的烟叶生产上的应用烟叶在调制过程中，要创造条件，使叶绿素顺利降解，由于叶绿素是与蛋白质、脂类物质相结合，变黄初期，要加速蛋白质分解，促使叶绿素分解，蛋白质分解酶是在适当失水条件下，活性增强，因此要使烟叶适当失水变软，先使蛋白质分解，叶绿素顺利降解，如果失水过快过多，会使烟叶烤青，失水过慢过少，会使烟叶不变黄，继而烤成黑色。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）4叶绿素降解的烟叶生产上的应用（续）叶绿素降解，卟吩环可分解成顺丁烯二酸、亚胺的衍生物；叶绿醇又叫植醇可以脱水形成新植二烯，这是一种重要的烟草增香剂，属于二萜类化合物，主要在调制和陈化过程中产生。正常调制出的原烟，会残存微量叶绿素0.01－0.1％，这需要在陈化过程中促使其降解。四叶绿素的生物合成、积累和代谢（续）5乙烯利在烟叶生产上的应用乙烯利（2-氯乙基磷酸）可用作许多作物包括烟草的催熟剂。生产上的一些黄剂和催熟剂的作用是不同的。环境条件变劣也可以加速烟叶衰老，叶绿素减少。五影响叶绿素形成的因素（一）光照叶绿素合成的关键酶原叶绿素酸酯氧化还原酶是光依赖型的，它必须在有光的条件下才能将原叶绿素酸酯还原为叶绿素。常常见到植物在黑暗无光环境中黄化的现象。目前有些研究报道，在被子植物中发现了非光依赖型原叶绿素酸酯酶，但实验结果的可靠性有待证实。五影响叶绿素形成的因素（二）营养缺肥，烟株营养不良，也影响叶绿素的生物合成。（三）水分缺水时，不但影响叶绿素的生物合成，而且已经合成的叶绿素也会因缺水而加速降解，造成叶子发黄，即生产上的因“渴”而造成的假熟。五影响叶绿素形成的因素（四）温度温度影响酶的活性，因而影响叶绿素的合成，一般来说，叶绿素合成的最低温（五）品种对成熟烟叶而言，低生物碱品系，叶绿素含量高，不易烤；高生物碱品系，叶绿素含量低，易烤。六叶绿素对烟质的影响（一）对烟叶成熟的影响烟叶成熟衰老以前，叶绿素以合成为主，之后，叶绿素合成能力降低，而分解过程继续进行,随着叶绿素的不断降解，表现绿色逐渐退去，烟叶逐渐变黄，正常成熟的烟叶称为落黄，并且正常烟叶成熟，叶绿素是以自下而上的叶位顺序逐叶降解落黄，环境条件不适的变黄称为假熟。假熟有“饿熟”、“渴熟”、“旱熟”等。因此在烟叶生育后期，要控制N肥，既不能产生黑暴烟，也不能出现假熟烟叶，以有利于烘烤。六叶绿素对烟质的影响（二）对调制过程的影响经调制，叶绿素分解完全，内部其它化学成分变化恰当，烤出的烟叶品质好，调制时，失水干燥和变黄配合不合适，叶绿素没有充分降解就把烟叶失水干燥定色，则烤出的是青黄烟，不仅外观品质不良，而且烟叶内因为有较多未降解的叶绿素，所以烟气青杂气较重，严重影响烟叶品质，若失水干燥过慢，烟叶不能及时干燥，细胞解体，多酚被过渡氧化，可能会烤出黑糟烟，烟叶失去使用价值。第二节烟草黄色素一、类胡萝卜素的结构二、类胡萝卜素的性质三、类胡萝卜对烟质的影响总述烟草黄色素主要是类胡萝卜素，已知的达300种以上，颜色从黄、橙、红以致紫色，它们也是叶绿体中的质体色素。其中含量最多的有番茄红素、叶黄素和β－胡萝卜素等，它们都属于类胡萝卜素。一、类胡萝卜素的结构类胡萝卜素属于萜烯类化合物，分子中含有8个异戊二烯单位的四萜化合物。分子中间的四个异戊二烯单位为尾首相连、尾尾相连和首尾相连，这是各种类胡萝卜素的共同部分。此分子两端各连两个异戊二烯单位，或为两个开链结构，或为两个环状结构，或一个为开链结构，一个为环状结构，由此可区分不同的类胡萝卜素。合在一起，类胡萝卜素分子中含有8个异戊二烯单位，含有2个异戊二烯单位的为单萜，因此类胡萝卜素为四萜化合物。R1CHCCH3CHCHCHCCH3CHCHCHCHCCHR2CHCHCCHCH3尾首尾尾首尾CH2CCHCH2CH3异戊二烯(2甲基1,3丁二烯)CH3一、类胡萝卜素的结构一、类胡萝卜素的结构（一）胡萝卜素结构大多数的胡萝卜素都可看作是番茄红素的衍生物，其结构式如下:（一）胡萝卜素结构（一）胡萝卜素结构番茄红素一端或两端环化后，即形成它的同分异构体，胡萝卜素（α、β、γ），即番茄红素和α、β、γ胡萝卜素互为同分异构体，其中番茄红素两端无环；α与β胡萝卜素两端都环化，但环的双键位置不同，β－胡萝卜素为对称分子；γ-胡萝卜素一端环化。其中以β－胡萝卜素的生理活性最强，含量也最多。结构如下：（一）胡萝卜素结构（二）叶黄素类结构叶黄素类是类胡萝卜素的含氧衍生物，多显浅黄色、黄色、橙色等。烟叶中常见的叶黄素类有叶黄素、玉米黄素、隐黄素、紫黄质等。类胡萝卜素以反式结构存在于生物体内，因为顺式结构有空间位阻效应，不稳定。常见的叶黄素类的结构如下：（二）叶黄素类结构HOOH叶黄素HOOH玉米黄素（二）叶黄素类结构HO隐黄质HOOOHHO新黄质（二）叶黄素类结构紫黄质二、类胡萝卜素的性质1都具有较强的亲脂性，几乎不溶于水、乙醇或甲醇，大多易溶于石油醚或烷。但它的含氧衍生物则随分子中含氧官能团的数目增多，亲脂性减弱，在石油醚中的溶解度依次减少，而在乙醇或甲醇中的溶解度则逐渐加大。也就是说叶黄素比胡萝卜素在乙醇或甲醇中的溶解度大。2类胡萝卜素具有高度共轭双键的发色团和含有-OH等助色团，所以具有不同的颜色，但分子中至少含有7个共轭双键时，才能呈现黄色。二、类胡萝卜素的性质3类胡萝卜素与蛋白质形成络合物，它比游离类胡萝卜素更稳定，也比叶绿素稳定，因为叶绿素仅和蛋白质结合，并非络合。4类胡萝卜素耐pH变化，因为分子中含有11个双键，具有不饱和结构，所以对光热和氧比较敏感，易氧化降解和异构化。酶解也可以引起类胡萝卜素的分解而褪色。类胡萝卜素比叶绿素耐热，降解速度也较慢，比叶绿素稳定。二、类胡萝卜素的性质5因为不饱和结构，所以胡萝卜素具有较强的抗氧化性和清除自由基的能力，并具有较高的生理活性。6类胡萝卜素降解因双键断裂部位不同，可产生不同碳原子数的化合物。进一步形成许多重要的香气物质，因此类胡萝卜素是烟叶重要的香气前体物。600oC以前主要形成小分子的芳香物质，且种类较多；600oC以后主要形成萘、蒽、菲等分子量较大的稠环化合物，β－紫罗兰酮和二氢猕猴桃内酯完全消失。三、类胡萝卜的作用（一）生理作用在光合作用中，类胡萝卜素可以吸收光能并传递给叶绿素a，并可保护叶绿素分子，使其在强光下不致被氧化而破坏。β－胡萝卜素具有抗氧化活性，可以清除自由基。三、类胡萝卜的作用（二）人和动物体内不能合成类胡萝卜素，只能取食植物而获得之。β－胡萝卜素在人和动物的肝脏或小肠中受酶作用，使其分子中的双键断裂，分解生成两分子维生素A，维生素A可医治夜盲症。β－胡萝卜素为红紫到暗红色，稀释时为黄色到橙色，脂溶性，黄绿色蔬菜（胡萝卜、南瓜、红薯）、水果（芒果）中含量多，黄色胡萝卜比深红色胡萝卜β－胡萝卜素含量高。因此吃胡萝卜要吃黄色的，并且要用大油或炖肉才能有效吸收β－胡萝卜素。三、类胡萝卜的作用维生素A无色，动物肝脏含量高，也可不吃胡萝卜，而多吃动物肝脏来补充维生素A，但维生素A过多也会损害肝脏，如过去曾有人过多食用维生素A丰富的北极熊肝脏而中毒。三、类胡萝卜的作用（三）开发β－胡萝卜素的功能饮料，即β－胡萝卜素饮料。（四）化妆品的口红里含有β－胡萝卜素。（五）β－胡萝卜素可以猝灭自由基，因具有防癌功能。（六）有人做了一个实验表明：吸烟者血液中的β－胡萝卜素浓度比不吸烟者低30％，推测原因是吸烟时产生了大量的自由基，微量猝灭这些自由基，吸烟者体内较多的β－胡萝卜素被消耗掉用以清除自由基。