《食品科學》：上海交通大學岳進副研究員等：熱加工過程中蔬菜葉綠素的降解及護色技術研究進展

蔬菜是人們獲取礦物質、維生素、膳食纖維以及生物活性物質的重要途徑。葉綠素是蔬菜中綠色色澤的來源，具有抗氧化、抗菌、免疫調節和抗癌活性。葉綠素是由4 個吡咯與1 個Mg2+絡合形成的卟啉環。蔬菜中的葉綠素主要為葉綠素a和葉綠素b，在一些藻類中還含有葉綠素c和葉綠素d（圖1）。

在衰老的植物體內，葉綠素通過脫鎂葉綠酸氧化酶（PAO）途徑降解。而在熱加工過程中，葉綠素除在酶的作用下通過生物途徑降解外，還會通過物理方式及化學方式降解。為減少熱加工過程中蔬菜葉綠素的降解，需要對蔬菜進行護色處理，護色方法可以分為物理護色、化學護色和生物護色。

上海交通大學農業與生物學院的龍洋洋、雷宇潔、岳進*等對熱加工過程中蔬菜葉綠素的降解機理、影響因素以及降解動力學進行歸納，并對熱加工過程中葉綠素的護色方法及護色機制進行總結。

1 熱加工過程中蔬菜葉綠素的降解

1.1 蔬菜中葉綠素的降解途徑

在熱加工過程中，葉綠素的降解包括酶促反應以及非酶促反應的降解，如圖2所示。酶促降解是指葉綠素經過多種葉綠素降解酶的催化作用，最終代謝為無色小分子物質；而非酶促反應是在熱的作用下，葉綠素通過物理和化學反應降解，主要包括對細胞結構的破壞以及熱作用造成的葉綠素降解化學反應。

對于正常衰老的植物胞，葉綠素的體內降解酶促反應主要通過PAO途徑（圖2）。該途徑分為兩個階段：第一階段葉綠素b（先轉換為葉綠素a）和葉綠素a降解生成初級熒光葉綠素分解產物（pFCC）；第二階段是pFCC降解為無熒光葉綠素分解產物（NCC）。

在PAO途徑的第一階段，葉綠素b首先轉變為葉綠素a，這一過程首先在葉綠素b還原酶（CBR）催化作用下生成7-羥甲基葉綠素a，再被7-羥甲基葉綠素a還原酶（HACR）催化生成葉綠素a。

后續的降解反應途徑與植物種類和反應條件有關，普遍認為葉綠素a的下一步代謝是在葉綠素酶（CLH）的作用下脫去植醇基，生成脫植基葉綠素a，隨后在脫鎂螯合酶（MD）作用下生成脫鎂葉綠酸a。但也有研究提出，葉綠素a首先會在MD的催化下生成脫鎂葉綠素a，隨后在脫鎂葉綠素酶（PPH）的作用下脫去植醇，形成脫鎂葉綠酸a。研究發現，在柑橘類水果中，CLH表現出較高的活性。而在擬南芥和水稻中，PPH是葉綠素降解不可或缺的酶。隨后脫鎂葉綠酸a在PAO的作用下發生開環反應，產生紅色葉綠素降解產物（RCC），葉綠素失去綠色。接著在紅色葉綠素分解產物還原酶（RCCR）的作用下進一步分解產生pFCC。

PAO途徑的第二階段是對葉綠素降解產物的修飾。pFCC再經過一系列非酶促異構化反應生成NCC。普遍認為葉綠素降解為NCC后就不再繼續降解，但有研究發現NCC在液泡中仍會進一步氧化生成黃色葉綠素分解產物。

除了PAO途徑外，Huff發現在一些特定酚類化合物的存在下，葉綠素a在體外會被葉綠素-過氧化物酶（Chl-POX）降解，形成 C13 2 羥基葉綠素a（ C13 2 -OHChl a）。Chl-POX首先氧化特定酚類化合物（在p位具有羥基的酚類化合物，產生酚氧自由基和超氧陰離子，這些物質會攻擊葉綠素a，生成 C13 2 -OHChl a，之后降解為熒光葉綠素分解物（FCC）和膽紅素類化合物（BLC），最終分解為無色小分子物質（圖3）。

除此之外，葉綠素a降解為脫鎂葉綠酸a后，還可以通過焦脫鎂葉綠酸途徑降解。Shioi等發現脫鎂葉綠酸酶（PPD）可以催化脫鎂葉綠酸a形成前體物質 C13 2 -羧基-焦脫鎂葉綠酸，并自發脫羧形成焦脫鎂葉綠酸（圖4）。Suzuki等對焦脫鎂葉綠酸途徑進一步探討，他們認為焦脫鎂葉綠酸的形成是葉綠素降解的早期步驟，之后的代謝與PAO途徑一致，進一步代謝為紅色代謝產物RCC，最終代謝為小分子物質和有機酸。

而在反應條件較溫和的熱加工過程中，仍存在葉綠素的酶促降解反應，酶活性會顯著影響降解效果，因此為保護葉綠素不被降解，通常會采用熱加工鈍化酶的活性，隨著加熱時間延長或加熱溫度升高，酶更易失活。根據Funamoto等的研究，西蘭花經過50 ℃熱空氣循環1 h及2 h后置于15 ℃環境貯藏6 d，期間CLH的活性逐漸下降，而MD以及Chl-POX的活性增加。但熱處理組以上3 種酶活性均低于對照組，這也與熱處理組較高的葉綠素含量相對應。Kaewsuksaeng等也在50 ℃熱處理西蘭花后發現了相同的酶活性變化，并且50 ℃熱處理2 h后葉綠素保留較多，這歸因于葉綠素降解酶CLH、MD以及Chl-POX的活性下降。Xu Yayuan等曾報道，相比于冷凍干燥與微波真空干燥，經過60 ℃真空干燥的卷心菜中的CLH活性更高，這也造成了該干燥條件下葉綠素的嚴重降解。Sun Zhixia等將西蘭花在100 ℃蒸汽漂燙后再進行70 ℃遠紅外干燥，隨著漂燙時間從0 s延長到90 s，最終干燥產品的葉綠素含量從（99.46±9.68）mg/100 g，增加到（144.49±3.11）mg/100 g，這歸因于漂燙造成CLH的失活。而在反應更加劇烈的熱加工過程中，葉綠素的降解主要受到物理和化學作用的影響。物理作用主要包括對細胞結構的破壞，造成葉綠素的流出及降解。根據An Nannan等的研究，在各種干燥過程中（70 ℃熱風干燥、70 ℃微波滾床干燥等）由于細胞壁以及細胞膜受到破壞，葉綠素從細胞器中釋放從而含量降低。多項研究中均發現了這一現象。

在熱的作用下，葉綠素會發生一系列化學反應導致降解。Gauthier-Jaques等報道了在熱加工過程中葉綠素分子的變化，主要包括去金屬化、去甲氧羰基化、去植酸化以及差向異構化等。多項研究表明，葉綠素在熱的作用下降解，仍主要遵循PAO途徑。Teng等發現菠菜葉在蒸汽及微波加熱條件下，葉綠素按照葉綠素-焦葉綠素-焦脫鎂葉綠酸以及葉綠素-脫鎂葉綠素-焦脫鎂葉綠酸的路徑降解。而在焙烤、漂燙過程中，葉綠素僅降解為脫鎂葉綠素，如圖5所示。Schwartz等使用121 ℃蒸汽處理菠菜發現，焦脫鎂葉綠酸是最主要的葉綠素降解產物，并且遵循葉綠素-脫鎂葉綠素-脫鎂葉綠酸的降解路徑。根據Weemaes等的報道，在800 MPa、50～60 ℃條件下，西蘭花汁中的葉綠素遵循葉綠素-脫鎂葉綠素的降解路徑。Yamauchi等發現，過氧化物酶催化反應中形成的超氧陰離子也可能參與葉綠素的氧化降解。

1.2 熱加工過程中蔬菜葉綠素降解的影響因素

在熱加工過程中，葉綠素的穩定性受多種因素影響，如溫度、pH值、氧氣含量及加工方式等。揭示熱加工過程中葉綠素降解的影響因素及作用機制，對優化加工工藝、提高產品品質具有重要意義。

加工溫度影響葉綠素降解的轉化速率、轉化量、轉化程度，甚至影響葉綠素的降解路徑。Haisman等發現葉綠素a向脫植基葉綠素a的轉化速率隨著溫度的升高而升高，轉化量和轉化程度受到溫度以及加熱時間的顯著影響。Van Loey等用不同的高壓與溫度組合處理西蘭花果汁發現，在所有處理壓力下，葉綠素降解速率表現出隨著溫度的升高而增加的規律。在多項研究中也發現葉綠素的降解符合一級降解動力學，隨著溫度升高，提供的能量增加，葉綠素的降解加快。

pH值對葉綠素降解產生較大的影響。低pH值條件下，高濃度 H + 取代葉綠素分子中的 Mg 2+ ，促進葉綠素降解。Koca等研究發現，豌豆的綠色損失速率和葉綠素降解的速率隨pH值的降低而增加。除低pH值的加工環境，熱加工本身也會導致蔬菜pH值下降。Schwartz等研究發現，121 ℃處理菠菜60 min后，其pH值從7.06下降至5.65。因此，在熱加工過程中，蔬菜葉綠素同時也受到酸的協同作用，降解更加嚴重。

由于葉綠素會通過氧化降解，因此熱加工環境中氧氣也會影響葉綠素的降解。根據Zhang Zhenshan等的研究，在高壓反應釜中，隨著蒸汽處理溫度從80 ℃升高至120 ℃，加熱時間30 min，油莎豆中的葉綠素含量從（0.19±0.02）mg/kg升高至（0.24±0.02）mg/kg。這是由于溫度升高導致空氣不斷從高壓反應釜中排出，從而降低氧氣的相對濃度，減少葉綠素的降解。

加工方式對葉綠素的降解也有較大影響。傳統的熱加工方式包括熱水、熱風以及熱蒸汽加熱等。但這些加工方式具有加熱時間長、效率低、能耗高的特點，還會產生蔬菜組織軟化、水溶性營養素流失等不良影響。近年來，出現了一些新型熱加工技術，如射頻和微波這兩種介電加熱技術，能夠對物料進行整體加熱，溫度分布及升溫速率均勻，可減少葉綠素的降解。表1總結了不同熱加工方式對葉綠素降解的影響。Paciulli等報道，相比于蒸煮加熱，采用蒸汽及微波加熱，葉綠素降解減少。而沸水漂燙能保留最多的葉綠素，這是因為沸水漂燙能夠排出組織中的氧氣，在高溫條件下鈍化酶，并稀釋組織中的有機酸。加工方式不僅影響葉綠素降解程度，同時也會影響葉綠素的降解途徑。

1.3 蔬菜熱加工過程中葉綠素的降解動力學

蔬菜葉綠素降解動力學模型可用于預測蔬菜的耐熱性及其加工品質，它的建立主要依靠測定葉綠素a、b以及總葉綠素含量隨時間的變化。但葉綠素含量的測定較為復雜，Ahmed等提出了分數轉換（fractional conversion）的方法，使用可方便獲取的相關參數代替葉綠素含量，比如色度值，建立了綠色值（-

a

）變化的動力學模型。Ahmed等同時也認為任何綠色的變化都會影響到

L

（明暗度）、

a

（紅綠度）和

b

（黃藍度），因此也有研究采用以

L

a

b

組合的形式——

L

a

b

a

b

，對葉綠素降解過程的視覺顏色變化模型進行擬合。Weemaes等在分數轉化概念的基礎上，針對西蘭花汁葉綠素降解動力學，提出了葉綠素降解兩步反應的模型，該模型相比于一級反應動力學模型具有更好的預測能力，這也與Schwartz等推測的葉綠素兩步降解途徑相符，即“葉綠素-脫鎂葉綠素-焦脫鎂葉綠酸”的降解途徑。除少數研究發現葉綠素的降解符合零級和二級反應動力學，大多數研究證實葉綠素的降解符合一級反應動力學方程，公式如下：

式中：

t

代表反應進行的時間/s；

C

t

代表

t

時的測量值；

C

0

代表初始測量值；

k

代表反應速率常數/s -1 。其中測量值

C

包括葉綠素a、b以及總葉綠素的含量。

采用分數轉換概念的一級反應動力學方程如下：

式中：

k

t

與式（1）中的含義相同；

A

t

代表時間為t時顏色測量值；

A

0

代表初始顏色測量值；

A

代表經過一定時間后，顏色測量值保持恒定時的值；顏色測量值包括-

a

L

a

b

以及-

a

b

溫度與反應速率的關系可以使用阿倫尼烏斯方程（式（3））表示：

式中：

k

T

代表不同溫度下對應的反應速率常數；

A

0

代表指前系數；

E

a

代表反應的活化能/（kJ/mol）；

R

為通用氣體常數（8.314 J/（K·mol））；

T

代表溫度/K。

一級降解動力學的關鍵參數為反應速率常數

k

和活化能

E

a

k

反映葉綠素降解的速度，

k

值越大意味著降解速率越快；而

E

a

反映葉綠素降解的溫度依賴性，

E

a

高意味著溫度對降解速率影響大。動力學參數與復雜的物料環境有關，物料處理環境的微小差異也會影響葉綠素的降解過程，如蔬菜中的不同成分以及pH值。

反應速率常數與物料種類和處理條件有關，但一般隨著溫度的升高，速率常數增加。Nayak等對芥菜進行微波漂燙處理后，使用綠色值（-

a

）作為動力學參數得到反應速率

k

k

值也呈現隨溫度升高而增加的趨勢。隨著溫度從50 ℃升至80 ℃，

k

值從1.24× 10 -4 min -1 升高至1.91× 10 -4 min -1 。pH值越低，葉綠素的降解越快，因此，隨著pH值的下降，反應速率通常呈現上升的趨勢。在70 ℃條件下對豌豆進行漂燙，隨著pH值從7.5下降至5.5，

k

值從0.011 min -1 升至0.027 4 min -1 。

活化能也與熱加工的條件有關。在酸性條件下，葉綠素更容易降解，因此活化能通常隨著pH值的下降呈現升高的趨勢。Koca等發現隨著pH值從7.5下降至5.5，豌豆中的葉綠素a的活化能從20.09 kJ/mol升高至58.60 kJ/mol。活化能

E

a

是反映溫度依賴性的量，而葉綠素a對熱更加敏感，因此相比于葉綠素b，葉綠素a具有更高的活化能，在西蘭花汁中，葉綠素a和b降解的活化能分別為71 kJ/mol和67 kJ/mol。Koca等發現在pH值為7.5時，豌豆中葉綠素a的活化能為20.09 kJ/mol，低于葉綠素b的活化能28.63 kJ/mol。這與葉綠素a具有通常具有較高活化能的結論不一致，這是處理的溫度范圍、環境pH值以及定量檢測方法不同導致的。Nayak等也發現，莧菜經熱水和超聲預處理后微波干燥，其葉綠素降解的活化能在189.80～751.19 kJ/mol內大范圍波動。

2 熱加工過程中蔬菜的護色技術

2.1 物理方法

物理護色主要是通過加熱、高壓、光照等物理方法處理，鈍化葉綠素降解相關酶，從而減少葉綠素的降解。在蔬菜的貯藏期間，低溫冷藏、氣調保藏也對保護葉綠素具有一定的效果。

漂燙是蔬菜干燥、冷凍等加工前的重要預處理步驟，主要是利用熱水、熱蒸汽加熱蔬菜，起到鈍化酶的作用。過氧化物酶（POD）是植物組織中最耐熱的酶，一般將POD的活性下降至10%作為熱燙的終點。近期研究發現電磁場加熱也可用于漂燙，如射頻漂燙、微波漂燙等。Zhang Zhenna等利用射頻加熱馬鈴薯塊，在120 mm極板間距下射頻加熱，直至馬鈴薯塊中心溫度達到90 ℃，能夠使多酚氧化酶（PPO）活性下降至1.35%，而95 ℃熱水漂燙3 min后的PPO活性為32.23%。由于電磁場加熱具有較高的穿透率及傳熱速率，并且能對物料進行整體加熱，利用電磁場漂燙能夠降低鈍化酶所需的溫度或縮短加熱時間。Icier等發現利用歐姆漂燙能夠縮短加熱時間，相比于熱水漂燙需要300 s才能鈍化POD活性，而使用50 V/cm電壓的歐姆漂燙在54 s就能鈍化POD活性。并且歐姆加熱后的產品具有更高的綠色值（-

a

）（21.14），而熱水漂燙的-

a

值為18.99。由于葉綠素是熱敏性物質，降低溫度或縮短加熱時間能夠減少葉綠素的降解，從而達到護色的效果。Xu Jingjing等也發現射頻以及微波加熱漂燙卷心菜，都能夠將POD活性降低至10%以下，并且與熱水漂燙相比，射頻和微波漂燙均保留了更好的產品品質，其中射頻漂燙保留更豐富的揮發性化合物、更高的葉綠素含量和抗壞血酸含量。電磁場漂燙利用電磁場替代傳統的熱水，能夠減少水溶性營養物質的流出，使產品保持更好的顏色以及營養品質。

超高壓（HHP）技術通常是指利用水或其他液體介質作為壓力介質，形成100～1 000 MPa的壓力，在一定溫度下對物料進行處理的技術。研究表明HHP技術能夠在低溫下鈍化蔬菜中酶的活性，降低了熱加工對營養成分以及風味物質的損傷，并且HHP技術還能夠增強葉綠素分子之間的相互作用，增強葉綠素的穩定性。Finten等研究發現，采用700 MPa于常溫下處理菠菜15 min，其中PPD和POD活性分別降低了86.4%和76.7%，這使得葉片保留了更多的綠色。由于高壓造成細胞損傷，葉綠素和類胡蘿卜素含量相比于處理前分別增加了13.6%和15.6%。Li Fangwei等研究發現HHP處理使葉綠素分子趨向聚集，形成葉綠素聚集體。而相比于兩個葉綠素單體，兩個葉綠素分子形成的聚集體的單點能降低了14.53 kcal/mol，這表明相比于葉綠素單體，聚集體能量更低，結構更加穩定。

紫外線（UV）為波長10～400 nm的電磁波，根據波長主要分為3 個波段：低頻長波（UV-A，315～400 nm）、中頻中波（UV-B，280～315 nm）和高頻短波（UV-C，200～280 nm）。有研究發現UV-B照射對葉綠素有一定的保護效果，主要是通過抑制葉綠素降解相關酶的活性。19 kJ/m2的UV-B照射處理能夠顯著降低西蘭花中的兩種Chl-POX活性，在15 ℃貯藏的第6天，Chl-POX的活性僅為對照組的約50%，延緩了葉綠素的降解。青檸經19.0 kJ/m2強度的UV-B照射20 min后，其在貯藏過程中PPH的活性持續被抑制，保持較高的VC含量。

2.2 化學方法

化學護色主要是通過添加化學試劑來穩定葉綠素或抑制葉綠素降解相關酶的活性。主要方法包括添加金屬護色劑（Cu2+、Zn2+等）；添加鹽（NaCl、焦亞硫酸鉀等）降低水分活度，促進葉綠素分子之間的接觸，促使形成更穩定的葉綠素聚集體；添加糖（甘露糖等）、外源硝普鈉（SNP）抑制與葉綠素降解相關酶的活性；使用焦亞硫酸鈉、對香豆酸等抗氧化劑，減少葉綠素的氧化降解。

使用金屬護色劑（Cu 2+ 、Zn 2+ 等）取代葉綠素中心的Mg 2+ 能夠形成更穩定的銅或鋅葉綠素。在對小竹筍的護色研究發現，鋅葉綠素的穩定性優于鎂葉綠素，117 ℃高溫殺菌后，鋅葉綠素仍可以保持綠色。為解決金屬護色劑帶來的金屬超標問題，李淑媛將獼猴桃放在含有 ZnCl 2 護色劑的糖液中浸泡后真空滲透處理，以減少 ZnCl 2 的用量。經過滲糖處理后，在較低護色劑質量濃度下（＜200 mg/L），相比于對照組，處理組的總葉綠素含量仍提高了近40%。

熱加工過程中添加鹽也有護色效果。Nayak等探討了微波加熱條件下，不同鹽及鹽添加量對干燥及漂燙過程中芥菜的顏色及葉綠素含量的影響。相比于單獨微波加熱，添加2% NaCl能夠將葉綠素含量提高近6.7%，綠色值增加；添加0.5%的焦亞硫酸鉀在900 W的微波漂燙下，具有一定的保護葉綠素的作用，但效果較小，僅增加1.7%。Li Fangwei等探究了菠菜熱加工過程中NaCl對葉綠素的保護作用及機理。當NaCl添加量達到3%或以上時，可顯著增加葉綠素保留率，且保留率隨NaCl添加量的升高而增加；當NaCl添加量為7.8%時，葉綠素保留率提高至80.14%。研究發現，NaCl是通過增加溶液中的Na ＋ 和Cl - 降低水分活度，促進葉綠素分子之間的接觸并形成更穩定的葉綠素聚集體，以減少葉綠素的降解。

糖在植物中作為碳、能源和調節分子起著至關重要的作用，能夠抑制葉綠素的降解以及葉綠素降解相關的酶的活性。Guo Fan等發現，添加甘露糖能夠抑制西蘭花中葉綠素降解相關酶（PPH、RCCR、PAO和MD）的活性，并減少ROS的產生。貯藏3 d后，處理組的葉綠素含量約為對照組的2 倍。一氧化氮（NO）是一種重要的信號分子，對植物的呼吸代謝、生長發育、成熟和衰老等多種細胞過程具有調節作用，而外源SNP可以作為外源NO的供體，用于蔬菜中可以減少氧化并延緩黃化，減少葉綠素的降解。Shi Junyan等使用SNP（200 μmol/L）處理西蘭花，提高了氧化反應相關酶（過氧化氫酶、POD、谷胱甘肽還原酶）的活性，抑制了葉綠素降解相關酶（CLH、PPH、Chl-POX）的活性以及葉綠素降解酶基因的表達，從而延緩了葉綠素的降解。

使用外源抗氧化劑能夠清除活性氧自由基，保護細胞免受應激損傷，減少葉綠素的氧化降解，達到護色的效果。在果蔬貯藏保鮮領域，對香豆酸被用作一種新的抗菌劑和抗褐變抑制劑。Zhang Xue等探索了對香豆酸在抑制黃化方面的效果，研究將對香豆酸噴灑在西蘭花表面，干燥后在4 ℃（78%～80%相對濕度）避光存放25 d，結果表明不同濃度的對香豆酸噴灑均可延緩西蘭花的黃化過程，延緩葉綠素含量的下降并提高西蘭花的抗氧化能力，在貯藏25 d后處理組的葉綠素含量約為對照組的2 倍。茉莉酸甲酯是一種天然的植物激素，對熱、干燥等多種植物脅迫具有響應性，能減輕脅迫帶來的傷害。Lv Jingyi等將蘋果浸泡在10 μmol/L以及1 500 μmol/L的茉莉酸甲酯溶液中，經10 μmol/L茉莉酸甲酯溶液浸泡后，在貯藏第28天時蘋果仍能保持綠色，而1 500 μmol/L處理反而加劇了黃化。從酶活性上看，1 500 μmol/L茉莉酸甲酯溶液提高了葉綠素降解酶MD以及PPH的活性，而10 μmol/L茉莉酸甲酯溶液對其起到抑制作用。貯藏35 d內，10 μmol/L茉莉酸甲酯處理組葉綠素含量始終高于對照組。

2.3 生物方法

生物護色主要是利用生物保鮮劑來延緩葉綠素的降解。生物保鮮劑是指利用生物代謝產物及其衍生物開發出的一類物質，具有護色、防腐和延長果蔬采后貯藏期的特性。

近年來，有較多研究采用生物保鮮劑對蔬菜進行護色。瓜爾多膠是一種天然可食用多糖，用于蔬菜能夠延緩脫水并抑制呼吸作用及乙烯的產生。Sarpong等利用瓜爾多膠涂覆于秋葵表面，延緩了葉綠素的降解并減少了乙烯的生成，在貯藏21 d后，處理組秋葵葉綠素含量約為對照組的2 倍。殼聚糖因為其安全環保以及較好的成膜性而廣泛應用于蔬菜護色。Ansorena等使用殼聚糖涂覆于西蘭花表面，處理組的綠色保留得更好。而未涂覆殼聚糖的西蘭花在熱加工后，葉綠素降解得更快，降解速率約為處理組的1.4 倍。

3 熱加工過程中蔬菜葉綠素的護色機理

3.1 鈍化酶的活性

酶的催化作用來源于依靠氫鍵、范德華力、疏水相互作用以及離子相互作用力形成特定三維結構，當酶的結構遭到破壞，便失去催化功能。為減少熱加工過程中葉綠素的降解，鈍化葉綠素降解酶活性至關重要，所采用的主要技術包括漂燙（加熱）、HHP、紫外照射以及使用化學添加劑等。

漂燙通過熱作用破壞非共價鍵造成酶失去活性。通常需要在較高溫度下，葉綠素降解酶活性被抑制，經50 ℃熱風處理2 h，CLH、MD以及Chl-POX仍具有較高活性；射頻加熱豌豆莢實驗中，在極板間距105 mm、升溫到60 ℃條件下，POD殘余活性為（63.05±2.81）%，同一極板間距下，升溫到85 ℃時，POD活性僅為（1.10±0.71）%。

HHP處理不會對食品組分分子的共價鍵產生影響，但會破壞蛋白質的二級和三級結構，較低處理壓力（100～200 MPa）主要是影響蛋白質的三級結構或者促進蛋白質結構的解離；超過200 MPa就會對蛋白質的三級結構造成顯著破壞；較高壓力下（700 MPa以上）會對蛋白質的二級結構造成破壞，導致蛋白質的不可逆變性。因此高壓力HHP處理能夠對酶的結構造成破壞（如POD、PPO），使其活性下降，達到護色的目的。然而相比于其他處理方法（如熱加工、UV-C處理），HHP對酶的破壞程度較弱，根據Ali等的研究，75 ℃加熱小麥草汁15 s后POD活性下降75.3%，而經500 MPa處理60 s后，POD活性僅下降25.9%。

紫外照射使酶結構中的非共價鍵（如氫鍵）吸收能量，易被破壞，并且能夠阻斷蛋白質的合成及破壞基因，持續延緩葉綠素的降解。研究發現，西蘭花經8.8 kJ/m2的UV-B照射后貯藏6 d，葉綠素降解酶（CLH、MD、Chl-POX）的活性均低于對照組。

3.2 金屬離子增強葉綠素穩定性

金屬護色劑Cu2+、Zn2+等通過取代葉綠素卟啉環中心的Mg2+，形成熱穩定性較高的銅葉綠素及鋅葉綠素，同時降低葉綠素中心Mg2+離子被H+取代的幾率。但使用金屬護色劑存在金屬離子超標的風險，并會帶來風味改變、營養物質如VC破壞等問題。

3.3 促進葉綠素聚集體的形成

有研究表明，葉綠素在多種溶劑中自組裝形成葉綠素聚集體，如水、甲醇、乙醇和二噁烷等。在不同的溶劑中，葉綠素自聚集的形式不同，而葉綠素聚集體的穩定性與形成的自聚體的形式、粒徑大小有關。Krasnovsky等發現在水、甲醇、乙醇、氨、甲醛或乙醛溶液中，葉綠素在Mg和C＝O之間形成穩定的分子間作用力，形成有序晶體結構的葉綠素聚集體，穩定性更強。Yasuda等發現在不同體積分數的甲醇和乙醇溶液中，葉綠素聚集體的形式不同，在80%～100%甲醇溶液和60%～100%乙醇溶液中以單體形式存在，在60%～70%甲醇溶液和50%乙醇溶液中以J-聚集體（粒徑＞2 000 nm）存在，在10%～20%甲醇溶液和10%～30%乙醇溶液中以隨機聚集體（粒徑＜100 nm）的形式存在。聚集體的粒徑大小與甲醇或乙醇體積分數呈正比，體積分數越低，聚集體的粒徑越小，穩定性越強。這是因為小的聚集體能夠排除水分子，并在葉綠素聚集體之間形成較強的π-π作用及疏水相互作用，而大聚集體中包含了大量的水分子，吸收電子后會形成羥自由基，破壞葉綠素。Zhang Zhihong等也報道了脈沖電場處理菠菜可以改變溶液微環境，促進Mg2+與周圍葉綠素分子（吡咯環IV）的羰基結合，形成葉綠素聚集體，增加穩定性。Li Fangwei等研究了NaCl及HHP處理促進葉綠素聚集體形成的機制，研究結果表明600 MPa條件下，高壓加速了葉綠素分子間的接觸，促進了葉綠素聚集體的形成，Hu Yuwei等也發現了同樣的結果，高壓下葉綠素分子的熒光特性與聚集體的形成相似。而NaCl通過的Na+及的Cl-束縛周圍的水分子，促進溶液中葉綠素分子間的接觸，形成更加穩定的聚集體結構。

3.4 提高抗氧化性

在熱加工過程中葉綠素不僅會經過Chl-POX參與的酶促反應氧化降解，還會受氧氣和活性氧自由基的攻擊，導致鎂離子與氮原子之間的相互作用力解離，導致葉綠素氧化降解。因此在熱加工過程中排除氧氣或添加抗氧化劑清除自由基可以起到保護葉綠素的作用。

4 結 語

在果蔬代謝過程中，葉綠素在PPH或CLH的作用下經PAO途徑降解，具體路徑取決于果蔬種類。在加工過程中，除PAO途徑外，葉綠素也會在Chl-POX催化下經C13 2 -OHChl a降解。在熱加工過程中，葉綠素除生物降解外，會在物理及化學作用下降解，包括熱造成細胞結構的物理破壞以及熱促進的化學降解反應。熱加工過程中的溫度、pH值、氧氣濃度及加工方式等因素會影響葉綠素的降解，其中溫度和pH值的影響最為顯著，主要通過影響葉綠素降解酶的活性以及促進葉綠素的去金屬化（脫鎂）反應。多項研究表明葉綠素降解符合一級動力學方程，降解速率隨溫度的升高而加快。為減少熱加工過程中葉綠素的降解，可采用物理、化學和生物方法等多種護色技術。護色機理主要為鈍化酶的活性、金屬離子增強葉綠素穩定性、促進葉綠素聚集體的形成以及提高抗氧化性。

目前對于熱加工蔬菜護色的研究主要針對單一葉綠素底物，探討不同護色技術對葉綠素含量以及蔬菜色澤的影響。由于蔬菜成分復雜，在熱加工過程中會發生復雜的物理、化學及生物反應，難以對護色機理進行深入探究。隨著技術迭代及分析儀器更新，對于熱加工過程中蔬菜的護色機理的研究，可以采用組學技術分析蔬菜代謝物變化及酶或基因變化，從而全面深入探討護色機理。

作者簡介

通信作者

岳進，上海交通大學農業與生物學院副研究員，博士生導師，陸伯勛食品安全研究中心主任，高原特色健康食品洱源創新中心主任，四川天府峨眉計劃特聘專家。長期從事果蔬高值化加工，食品包裝材料的開發與食品保鮮方面的研究。主持國家自然科學基金面上項目、四川省科技廳重點研發項目、上海市自然科學基金，以及企業委托開發項目等30 余項。在

Chemical Engineering Journal, Food hydrocolloids, Food Chemistry

等國際頂級期刊上發表學術論文60余篇，授權國家發明專利10余項，主編《食品安全文化理論與實踐》。獲全國食品安全示范項目獎，上海科普教育創新獎二等獎，上海交通大學晨星青年學者、凱原十佳教師，最受學生喜愛的青年教師等獎勵。主要學術兼職：上海市食品安全專家委員會秘書長，中國食品科學技術學會果蔬加工技術分會委員，上海市食品安全風險評估專家委員會委員，

Global Food Safety Initiative

（GFSI）中國工作組專家,

International Featured Standards China

（IFS）中國工作組專家。

第一作者

龍洋洋，男，上海交通大學農業與生物學院碩士研究生。主要研究方向為果蔬熱加工護色技術以及果蔬氣調保鮮技術。已發表SCI論文1 篇。

引文格式：

龍洋洋, 雷宇潔, 馬小云, 等.熱加工過程中蔬菜葉綠素的降解及護色技術研究進展[J].食品科學, 2025, 46(4): 285-294. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240308-050.

LONG Yangyang, LEI Yujie, MA Xiaoyun, et al.Research progress on the degradation of and preservation techniques for chlorophyll in vegetables during thermal processing[J]. Food Science, 2025, 46(4): 285-294.(in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240308-050.

實習編輯：甘冬娜；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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