1、1烟草色素河南省亚临界萃取工程技术研究中心烟草在田间成长时呈现不同程度的绿色。经调制后烟叶显现不同程度的黄色，如淡黄色、正黄色、金黄色、深黄色、红黄色、棕黄色等。烟叶的颜色是各种呈色物质的外观反映。各种色素不但在烟草生长发育过程中与生理活动关系密切，而且对调制后烟叶的外观质量和内在质量也起着重要作用。不同类型烟草及调制品其质量特点和风格不同，对烟叶的颜色要求也不同。因此，了解烟草有哪些色素，它们有那些性质，这些色素在烟草生长期间和加工过程中如何变化，人们如何在加工过程中使烟叶保持好的色泽和防止颜色变坏，了解这些问题对于研究烟草及其制品的质量有重要意义。有关烟草色素方面已有大量报道，烟草中色素的
2、总量和组成随烟草类型、品种、生长阶段、加工处理方法的不同而不同，新鲜烟叶中的色素主要有叶绿素 a、叶绿素 b、 -胡萝卜素、叶黄素、新黄质和紫黄质。一般说来，新鲜烟叶中的叶绿素变化范围为 0.54%，其中叶绿素 a 约占 70%，叶绿素 b 约占 30%。成熟烟叶中黄色色素总量约为叶绿素含量的五分之一至三分之一。烤烟型烟叶的胡萝卜素是由 68%的 -胡萝卜素和 32%的新-胡萝卜素所组成的混合物，而叶黄素的构成为 60%的叶黄素 22%新黄质和 18%的紫黄质。第一节 叶绿素叶绿素是叶绿体中的质体色素，存在烟草中的叶和绿色茎中。它参与光合作用，使太阳能转化为化学能贮存在形成的有机化合物中，因此
3、他对烟草的生理生化和生长发育起着重要作用。叶绿素在烟草成熟和烟叶调制过程中大量降解消失，他在干烟叶中是一种不利的化学成分，在烟叶分级中是被严格控制的指标之一。一、叶绿素的结构2从上面的结构式可以看出，叶绿素是一个含氮杂环化合物。叶绿素 a /COOCH3的分子式为 ： C32H30N4Mg 。 COOC30H39分子中含有一个卟吩环的基本结构，卟吩环也叫噐环是由四个吡咯环的-碳原子通过次甲基（-CH-）相连而成。噐环呈平面型。在四个吡咯环中间的间隙里以共价键和配位键与镁原子结合。取代卟吩叫做卟啉化合物。同样，血红素和细胞金素也都有卟吩环的基本结构，只是取代基不同，中间络合的原子为铁。卟吩环是一
4、个闭合共轭体系，这是叶绿素显色的结构基础。在卟吩环上的四个吡咯结构 位上还存在着不同的取代基，对叶绿素 a 来说，1，3，5，8 位上各连接一个甲基，2 位上连接一个乙烯基，4 位上连接一个乙基，7 位上连接的是一个与叶绿醇结合成酯的丙酸基。叶绿素 b 不同于叶绿素 a 的地方就在于 3 位上是一个醛基。叶绿素分子中除了环、外，还存在着一个环，环上的一个碳原子上连接着一个以羰基形式存在的氧原子，另一个碳原子上连接着一个以甲酯形式存在3的羧基。二、叶绿素的性质叶绿素分子存在于叶绿体中，分子的一端与亲水性的蛋白质相结合，另一端可与脂类化合物相结合。当细胞死亡之后叶绿素既游离出来，游离叶绿素很不稳定
5、，对光和热都较敏感。在碱的作用下，叶绿素生成叶绿醇、甲醇、叶绿原素盐。用酸谨慎处理，去镁叶绿素生成 醋酸铜。三、叶绿素对烟质的影响简单介绍叶绿素在烟草生长过程中生物合成、积累、降解规律。烟叶在调制过程中， 绝大部分降解消失。叶吩环可分解成顺丁烯二酸亚胺的衍生物。由于叶绿素是与蛋白质、脂类相结合以复合体的形式存在，那么当叶绿素降解的同时，蛋白质也降解。因为鲜烟叶中与叶绿素结合的蛋白质约占蛋白质总量的 50%左右，所以当叶绿素绝大部分被分解，烟叶显现黄色的时候，蛋白质也得到了充分的降解。淀粉的转化分解也已达到了充分的程度，烟叶内部可自行调节的生化过程即将结束。当这些物质变化达到了理想程度时，即可结
6、束变黄，把烟叶烤干，将有利于品质的颜色和内部化化学成分固定下来。如果不能及时烤干，烟叶内部的生化变化过程转变为细胞自溶自解过程。细胞解体，多酚氧化酶释放氧气自由进入叶组织，多酚被氧化，产生深色物质，使烟叶颜色加深，内部化学成分也向着不利于品质的方向发展。如果叶绿素没有充分降解，就把烟叶烤干，就会考出不同程度的“青黄烟” ， “青黄烟”不但产生青杂气，而且由于碳水化合物和含氮化合物没有充分降解，各种内在质量都较差。所以“青黄烟”的使用价值较低，且随着含青度的增加越来越低。第二节 类胡卜素类胡卜素广泛分布于生物界，已知的达 300 种以上，颜色从黄、橙、红以至紫色都有。其中含量最多的有西红柿红素、
7、叶黄素、-胡萝卜素等。类胡萝卜素也是叶绿体中的质体色素。不溶于水，溶于脂肪溶剂，属于脂溶性色素一、类胡萝卜素的结构类胡罗素是以异戊二稀残基为单元组成的一类色素。也是萜类化合物。4这类化合物的基本结构都是一个较长的共轭体系，都属于多稀色素，分子中含八个异戊二烯单位的四萜化合物，分子间的四个异戊二稀单位为尾首相连，尾尾相连和首尾相连。这是各种类胡卜素的共同部分，分子两端各连两个异戊二烯单位，或两个开链接构，或一个开链接构和一个环状结构，又辞去分为不同的类胡罗卜素。类胡罗卜素分子中都含有一个较长的共轭体系，是具有吸光特性而呈现颜色的结构基础。 CH2=C-H=C2CH3 C-C-C异戊二烯（2-甲基
8、-1，3-丁二烯） 异戊二烯碳架 CH-=CH-=CH3CH-=CH-=CH3CH-=CH-=CH3 CH-=CH-=CH3R1= R21. 胡罗卜素类大多的天然胡罗卜素类都可看作是西红柿红素的衍生物，其结构式如下：番茄红素番茄红素的一端或两端环化后，形成他的同分异构体 -、-和 -5胡萝卜素。类胡卜素与叶绿素一样由绿色植物所合成，一些微生物也能合成类胡罗卜素（如酵母菌、霉菌、细菌类等） 。而人和动物体内不能合成类胡罗素，只能直接或间接取食于植物。一些类胡罗卜素如 -胡罗卜素等在人体和动物体内装化为维生 A,称为维生素 A 元，这就是类胡罗卜素的营养价值所在。类胡罗卜素端环结构的双键位置在 4
9、，5-碳位间的称为 -紫罗兰酮，在 5，6-碳位间的称为 -紫罗兰酮，只有具备 -紫罗兰酮环的类胡罗卜素才有维生素 A 元的功能，所以西红柿红素没有营养价值，-和-胡罗卜素也只有 -胡罗卜素也只有 -胡罗卜素一般的生理价值。O O-紫罗兰酮 -紫罗兰酮O假紫罗兰酮6CH2O维生素 AO O-二氢大马酮 - 二氢大马酮O O-二氢大马酮 - 二氢大马酮O O-大马酮 - 大马酮O7-大马酮2、叶黄素类叶黄素是类胡罗卜素的含氧衍生物，多呈浅黄色、黄色、橙色等。烟叶种常见的叶黄素类有叶黄素，化学名称有 3，3-二羟基-胡罗卜素；玉米黄素，化学名称为 3，3-二羟基-胡罗卜素；紫黄质，化学名称为5，6
10、-环氧-56-环氧-玉米黄素；隐黄质，化学名称为 3-羟基-胡萝卜素。其化学结构如下8二、类胡罗卜素的性质类胡罗卜都有较强的亲脂性，几乎不溶于水，乙醇或甲醇，大多易溶于石油醚和烷。但是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小，而在乙醇或甲醇中的溶解度则逐渐加大。类胡罗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，但分子中至少含有七个共轭双键时，才能呈现黄色。由于这一类色素的双键可能存在顺式或反式几何构型，这种构型对颜色也有影响。全反式化合物颜色较深，顺式双键数目增加，颜色逐渐变浅。三、类胡罗卜素对烟质的影响1. 生理作用类胡
11、罗卜素在光合作用中起一定作用，他们可以保护叶绿素分子，使之在强光下不致被氧化而破坏。其中胡罗卜素也可以吸收光能并传递给叶绿素 a，它本身不能进行光化反应。叶黄素是胡罗卜素的衍生物，其生理作用与胡罗卜素基本相同。在新鲜烟叶中 -、-、-胡罗卜素的三种异构体中尤以 -胡罗卜素含量最多，也最重要。烟草细胞中类胡罗卜素与蛋白质形成络合物，它比游离的类胡罗卜更稳定。类胡罗卜素带不同程度的黄色，但在烟叶生长发育过程中，新鲜烟叶中叶绿素含量较高时，它的颜色被绿色所掩盖，只对绿色的鲜明程度有一定影响。烟叶调制过程中，胡罗卜素和叶黄素虽然也被氧化降解，但其速度较慢，因此，在调制中期就显出黄色。调制结束时，这些色
12、素也因分解而大量减少。2. 在调制过程中的变化白肋烟在晾制时色素含量的减少从视觉观察就很明显。Burton 等人通过控制温度和干燥速度研究白肋烟的调制。他们报告说，叶绿素 a 的含9量在 810 天内非常迅速地下降到一个很低的水平，而叶绿素 b 在 10 天内线性下降到检测不出的水平。新黄质和紫黄质浓度在头两天内有明显的增加，但在第 311 天内又全部损失掉。这些色素在表观上浓度的增加可能是由于呼吸作用引起的干物质减少而造成的。叶绿素和 -胡罗卜素的浓度变化相似，在调制的 1020 天内逐渐下降。一些早期的原苏联研究工作者，曾对烟叶在晾制期间的色素变化进行研究，结果列于表 7-1，从表中可以看
13、出，烟叶在晾制期间色素的变化规律，与前面介绍的研究结果相一致表 7-1 烟叶晾制期间色素的变化按原始含量的百分比计算晾制阶段 烟叶颜色叶绿素 叶黄素 胡罗卜素原始状态 绿色 100 100 100晾制 3 日后 浅绿色 61 78 99晾制 5 日后 黄色 17 57 94晾制 12 日后 棕色 6 46 493. 调制温度的影响及新植二烯的形成Burton 等人在固定的干燥速率条件下，研究了温度对白肋烟晾制的影响。高温可加速调制白肋烟中叶绿素 a 和 b 的分解代谢速率，低温调制则可降低这些色素消失的速率。在 15下调制比在 32下调制叶绿素的消失推迟了 4 天。高温还对叶黄素和胡罗卜素的分
14、解有加速作用。不仅如此，高温还降低这两类类胡罗卜素的最终浓度。在 32下调制的烟叶样品这两种类胡罗卜素的含量比在 15下调制的样品要少大约 25%。另外两个氧化程度更高的类胡罗卜素，紫黄质和新黄质也表现出与叶黄素和类胡罗卜素同样的下降现象。调制温度对于烟叶中的新植二烯的形成也有显著的影响。在 32和83%相对湿度下调制的白肋烟叶片中含有的新植二烯的浓度低于在较低温度下调制的浓度。降低调制温度可以降低新植二烯在调制初始 4 天内的生成速度，但到第 8 天时叶片中新植二烯含量迅速增加，在 13 天时达到顶峰。新植二烯： CHCH3CH2CH2 22 2 2CH323 3CH2210如果假定植醇（叶
15、绿醇）是新植二烯的一个可能的前源物的话，上述的新植二烯延迟增多就显得合理了。可以假设在叶片中植醇脱水形成新植二烯。在调制期间，植醇来自叶绿素 a 和 b 的植醇酯的水解产物，在较低调制温度时新植二烯形成的延迟与叶绿素 a 在这个温度下降解的延迟密切相关。这就可能是当叶绿素分解代谢时，游离植醇浓度增加并有可能进一步反应-新植二烯。但是 Amin 计算了叶绿素中的植醇只相当于调制后烟叶中新植二烯含量的 1530%，所以，观察到的增加现象不能完全归因于叶绿素降解形成植醇从而形成新植二烯。4. 在陈化过程中的变化从陈化的白肋烟上可观察到 18 个类胡罗卜素色素带，但其总量不到新鲜白肋烟中类胡罗卜素的
16、26%。其中的主要成分之一，色素 x 的吸收光带在玉米黄素上，显然是一个非醚化的顺式多元醇。-胡罗卜素、-胡罗卜素、隐黄质、叶黄素、玉米黄素和色素 x，以及他们的立体异构体，构成了类胡罗卜素总量的 98%。次要的组分包括 5 种色素，部分鉴定数据显示他们是：单羟基-胡罗卜素，表相性的叶黄素异构体，-胡罗卜素醛和 2 个顺势番茄红素。紫黄质和新黄质这两个新鲜烟叶中主要的类胡罗卜素，在陈化烟草中没有发现，这与他们在调制期间消失的报道相一致。无色的多烯类-新植二烯、八氢番茄红素、和六氢番茄红素也已被鉴定。除此之外，还有两个无色多烯，他们的部分鉴定数据说明可能是异去甲脱水维生素 A 和 -紫罗兰酮。5
17、. 对烟质的影响由于类胡罗卜素在氧的存在下，特别是被光线照射而分解褪色，因此烟叶如果长期贮存，会由于类胡罗卜素的的氧化分解而使颜色变淡发白，对外观质量和内在质量都产生不良影响，特别是质量差的烟叶更为显著。烟叶储存一般都采用密封和降氧措施。烟叶在调制、陈化过程中，类胡罗卜素部分分解转化形成一系列的降解产物，这些降解产物与烟草香味有密切关系。特别是紫罗兰酮类的同系物：-紫罗兰酮（甜-花香，紫罗兰花香） 、-紫罗兰酮（柏木香，稀释后紫罗兰香） 、-紫罗兰酮（木-树脂样的紫罗兰气味） 、-鸢尾酮（天然鸢尾油香） 、-鸢尾酮（-紫罗兰酮的香气） 、大马酮类同系物属玫瑰香韵。氧化异佛尔酮（香气为幽雅的微酸蜜甜的木香、干果香、香气强烈、留香持久） 、猕猴桃内酯等都是烟草中重要的香味物质。6. 烟草色素与烟气成分的关系
