镁与叶绿素

镁离子与生命的催化剂有着密切的关系，特别是镁在植物的光合作用中起着极其重要的作用。

众所周知，植物的光合作用依赖于一种绿色色素——叶绿素，而叶绿素是以镁离子作为其中心金属离子的。叶绿素有叶绿素a和叶绿素b两种（见图6-14），两者共存在一起，通常的比例约为3∶1，在光合作用中各自起着特定的作用。叶绿素不溶于水，而溶于有机溶剂，如乙醇、丙酮、乙醚、氯仿等。在颜色上，叶绿素a呈蓝绿色，而叶绿素b呈黄绿色。

图6-14　叶绿素a和叶绿素b

德国化学家R.M.维尔施泰特经过8年的努力，于1913年阐明了叶绿素的化学组成。另一位德国化学家H.菲舍尔于1940年确定了它的结构。叶绿素的分子与人体的红血球分子在结构上很相似，都是由卟啉环构成，唯一的区别就是各自的核心分别为镁原子与铁原子（见图6-15）。一位著名的诺贝尔获得奖者因此指出：饮用叶绿素对产妇与因意外失血者会有很大的帮助。此外，我们还能看出卟啉环与氧之间的关系：卟啉-铁能够结合氧，而卟啉-镁则能生成氧。

图6-15　血红素与叶绿素a结构的对照

叶绿素卟啉环中的镁原子可被H＋，Cu2＋，Zn2＋所置换。用酸处理植物叶片，H＋就易进入叶绿体，置换掉镁原子形成去镁叶绿素，使叶片呈褐色。去镁叶绿素易与铜离子结合，形成铜代叶绿素，颜色又会还转成绿色，而且比原来更稳定。根据这一原理就可以用醋酸铜来处理、保存绿色植物标本。工业上制取的叶绿素铜钠盐具有天然绿色植物的色调，着色力强，对光、热稳定性稍差，但在固体食品中稳定性较好，适用于中性或碱性（pH值7～12）食品，已广泛应用在青豌豆罐头、果蔬汁、果肉饮料、果汁（味）饮料、碳酸饮料、配制酒、冰淇淋、冰棍、果冻、糕点上彩装、饼干、糖果中，用量一般为0.2‰～1‰。关键是其中铜离子的量，因为铜过量是会中毒的。也有不法商人用来制造伪劣棕叶、茶叶。

绿色蔬菜加工中的加热和杀菌是造成叶绿素损失的主要原因。在加热下植物细胞组织被破坏，其中的有机酸成分就增加了与叶绿素的接触。而且加热还会生成新的有机酸，如乙酸、草酸、苹果酸、柠檬酸等。由于酸的作用，叶绿素发生脱镁反应生成脱镁叶绿素，食品的颜色转变为橄榄绿甚至褐色。试验表明：pH值是决定脱镁反应速度的一个重要因素。在pH值为9.0时叶绿素很耐热，在pH值为3.0时就非常不稳定。植物组织在加热期间，其pH值大约会下降1。因此，如加入适量钙、镁的氢氧化物或氧化物，如食用碱，可防止生成脱镁叶绿素，这是一种有效的护绿方法，但碱会破坏食品的质地、风味和维生素C。

在活体绿色植物中，叶绿素既可发挥光合作用，又不会发生光分解。但在加工储藏过程中，叶绿素经常会受到光和氧气作用，被光解为一系列小分子物质而褪色。光解产物是乳酸、柠檬酸、琥珀酸、马来酸以及少量丙氨酸。如茶叶，夏茶总是比春茶容易变色，即从绿色变为黄棕色。那是因为，和春茶相比，夏茶叶片中的pH值较低，并有较高的叶绿素转化为脱镁叶绿素的速度。在香蕉和梨等果实中叶绿素的消失与叶绿体的解体相联系，而在番茄和柑橘等果实中则主要由于叶绿体转变成有色体，使其中的叶绿素失去了光合能力。乙烯对多数果实都有加快褪绿的作用。