最近发表在《Scientific Reports》杂志上的一个研究显示，指导我们选择食物时最主要的感官是视觉。

人类发展出这样一套复杂的视觉系统也说明了，人类是视觉动物，而不是和狗或者其他动物一样，主要靠嗅觉。

事实显示，我们是少数能够以双眼区分红绿的动物之一。我们的先祖住在热带森林，需要从一大片绿色背景中准确找出所需的食物。

热带植物的新生叶片大多是红色，这些新生叶片比绿色老叶更柔嫩，更容易消化，也更富营养。如果欠缺优异的红色视觉，就很难从满目的绿色中找出新叶，或者是含有类胡萝卜素和花青素色泽的果实了。因此叶片和果实造就了我们的视觉。

红色嫩叶

总而言之，这是个看脸的社会，植物界也不例外，除了让自己长得形状饱满好看，很多植物拼命让自己的颜色也五彩缤纷，以传递讯号，告诉各色人等，来我这授粉或者来我这取食。因为靓丽的颜色是先于形状进入到我们的视野中的。

这幅图是艾略特女士的画作，叫做《植物色彩》。

威斯康辛大学的坎迪斯·艾略特（Kandis Elliot）女士继《植物伟业》三部曲（包括《特殊的花》，《变态植物》和《果实种类》之后的又一大作——《植物色彩》

这幅画告诉我们，植物斑斓的色彩是由不同的色素呈现的。植物色素根据结构主要分为四大类。

主要包括叶绿素，类胡萝卜素，类黄酮和甜菜碱。

叶绿素、类胡萝卜素和花青素

这些色素在植物生命中分别发挥不同功能，并在加工和贮藏中展现不同特性。食品科学家要面对的挑战是如何保持这些出色分子的生命力和吸引力。

第一大类就是叶绿素。叶绿素为地球抹上绿色，这种分子能吸收太阳能导入光合作用系统，把能量转换为糖分子。

1. 绿色的叶绿素

• 叶绿素的作用

叶绿素为地球抹上绿色，这种分子能吸收太阳能导入光合作用系统，把能量转换为糖分子。

叶绿素

叶绿素的结构和颜色

叶片层析条带

叶片捣碎，进行层析，得到右图的层析条带。可以看到叶片中主要是叶绿素。

叶绿素主要有两种类型。

叶绿素a呈明亮蓝绿色，叶绿素b带有较暗沉的橄榄色。

叶绿素a和叶绿素b的比例大约为3:1

多数叶片所含叶绿素a型为主，和b型呈3:1的比例。

不过，植物若生长在阴影中，其比例便较为平衡，老化的组织也是如此。因为a型会较快分解。

叶绿素a和叶绿素b

每个叶绿素分子都有两部分组成。

一部分是环状构造（卟啉环），由碳氮原子群环绕中央一个镁原子构成，这一部分负责吸收光线，一般是绿色。

第二部分是由16个碳原子构成的亲脂性一端，负责把整个分子固定在类囊体膜上，这一部分是无色的。

请大家仔细看好这个环状构造。这个环状构造非常神奇，它的出镜频率非常高。不仅在植物界出现，在动物界，它也会出现。

左图是动物血红素的铁卟啉环，右图是植物叶绿素的镁卟啉环。

叶绿素和血红素很像

这两个环长的太像了，但是他们功能有差别。在动物体内，它存在于血液的血红素或肌肉的肌红素中，作用是运输氧气或存储氧气。在植物体中，这个卟啉环存在于叶绿素中，吸收光线。

所以这一结构可以说是生命的基点，因为它们的作用对象是自然界中最广泛存在的两大免费资源，一个是光线，一个是氧气。

自然界中这些遥相呼应的地方，常常让人感慨万千，唏嘘不已，惊叹造物主的神奇！

叶绿素的稳定性

让我们看看这个叶绿素分子，你会觉得哪几个地方比较薄弱，可以来降解它呢？

对的，一个是脱去镁原子，一个是脱去碳氢长链。所以，有两种情况会造成叶绿素颜色的改变。

一种是在加热条件下，位于尾端的碳氢长链丢失。通常叶绿素酶会催化这一反应。这个碳氢长链通常被称作植醇链。脱掉植醇的叶绿素，被称为脱植叶绿素，但依然是绿色。

一种是在酸性环境中，卟啉环中镁原子被氢原子取代。也就是说这个镁原子没有了，叶绿素就变为橄榄色的脱镁叶绿素。

如果两者全脱，也就是植醇也被脱掉，镁也被脱掉，叶绿素就变成颜色更暗淡的脱植脱镁叶绿素。

冷冻，腌制，脱水，还有单纯的成熟老化也都会损伤叶绿体和叶绿素，因此我们经常会见到蔬菜颜色变暗转呈橄榄绿。

不同状态下叶绿素呈现的颜色

城市自来水多半保持微碱性，带微碱性的水最适合用来保持叶绿素的颜色。

碱性环境有利于保持叶绿素的绿色

因此，含有柠檬汁等酸性成分的酱汁，要等最后上桌时再淋上，还可以考虑先淋上一层油，以保护蔬菜不变色。 

2. 黄色、橙色和红色类胡萝卜素

所谓类胡萝卜素，就是胡萝卜素这一类。类黄酮，就是黄酮这一类。

类胡萝卜素的结构

类胡萝卜素是含40个碳的类异戊烯聚合物, 即四萜化合物。典型的类胡萝卜素是由8个异戊二烯单位首尾相连形成。因此，是一个典型的长链结构，这个长链结构类似于脂肪烃，很显然是脂溶性的。

请大家仔细看一下这个图。

结构相似的类胡萝卜素们

图中列举了几个常见的类胡萝卜素。你会看到类胡萝卜素，那真是彼此长得很像。但是结构上依然有细微的差异，根据它们的结构，可以分为两类，

1.一类是不包含氧，比如胡萝卜素和番茄红素，只是单纯的碳氢化合物。

2.一类是包含氧，比如叶黄素和虾青素，含有羟基、酮基、羧基、甲氧基等含氧官能团。

我们同样也会看到，虽然是碳氢长链，然而，依然有不饱和的双键，这些双键间隔排列形成共轭双键。共轭双键的数目越多,颜色越移向红色。

• 蔬果的黄，橙色彩（包括β-胡萝卜素，叶黄素和玉米黄素。）， 

• 番茄西瓜和辣椒的红色（包括番茄红素，辣椒黄素和辣椒红素。植物中的红色大部分出自花青素。）

• 硬粒小麦，粗糙的粗麦粉以及干硬的面团的黄色（主要是叶黄素）

六种类胡萝卜素

类胡萝卜素的作用

对于植物而言，

第一个作用是沉积于细胞中，显示出红橙黄等颜色，以向动物发出讯号，告诉他们花朵已经开张了，或者果实已经成熟了。

第二个作用，由于类胡萝卜素有双键，意味着容易被氧化，所以它是很良好的抗氧化剂。存在于叶绿体中，保护叶绿素和光合系统的其他部位免遭光损伤。

类胡萝卜素可防止脂质膜的氧化损伤，能清除叶绿素捕获的多余能量，清除在光合作用的过程中不可避免的反应活性较高的单线态氧。

很多植物当中都包含有类胡萝卜素，我们通常无法直接从绿叶当中看到类胡萝卜素，那是因为他们被大量的叶绿素所遮盖，当叶片老化，叶绿素分解的时候，类胡萝卜素就成为颜色的决定者。通常情况颜色越绿的蔬菜，所含的类胡萝卜素也越多。

当叶绿素分解，类胡罗卜素就显现出来

对于动物而言，

动物食用含有类胡萝卜素的植物，可以将类胡萝卜素沉积在皮肤表面或者羽毛上。

动物将类胡罗卜素沉积在皮肤或者羽毛上 人也会在皮肤处沉积类胡罗卜素 carotene tan carotene tan

或者，将类胡萝卜素转化为维生素a，参与其他细胞的代谢调节。

类胡萝卜素的稳定性

如前所述，这类色素结构类似于脂肪分子，通常溶于油脂，构造稳定，因此，食物在水中加热时，这一类色素往往能维持原样，鲜艳如常。但是由于它们含有大量的双键，因此对光、热、氧等非常敏感，易被氧化。

总结

关于类胡萝卜素，我们总结一下。

在结构上，通常含有40个碳原子，也就是八个异戊二烯单元首尾相连形成。

在功能上，对光合作用非常重要，可以帮助清除叶绿素捕获的多余的光能。

在性质上是属于脂溶性的。有不饱和键，在光照条件下，容易被异构化和氧化。

在营养方面，它具有较高的生物利用度，通常需要在含有油脂的情况下食用，消费者的hdl（运输β-胡萝卜素和番茄红素。）和ldl（运输大部分叶黄素和玉米黄质）含量不一样。对于类胡萝卜素的吸收情况就不一样。

3. 类黄酮

类黄酮又叫黄酮类化合物，分为黄酮、黄酮醇和花青素3种，前两者大多呈浅黄色，含花青素的植物则会根据pH值的不同，呈红色到蓝色。

花青素和黄酮

我们重点介绍其中的花青素。

花青素的作用

花青素对植物的主要功能是为花朵果实提供讯号色彩，不过他的第一个任务可能是吸收光线以保护幼叶的光合系统。

已知花青素约有300种，蔬果通常最少都含有十几种花青素，如同其他众多酚类化合物，花青素也是宝贵的抗氧化物。

花青素类化合物，在很多植物的果实当中都有分布。其中以黑加仑黑莓等颜色较深的果实当中分布最多。

水果中的花青素含量

下图显然是一个胡萝卜，但是它的胡萝卜素含量非常低，它主要含有花青素。

富含花青素的胡萝卜

花青素的结构

这一类植物色素是酚类物质庞大家族的一支，其构造基础是六碳原子环，其中部分碳环具有2/3个水分子（OH），因此酚类可溶于水。典型的花青素具有三个环。

花青素也是一个耐不住寂寞的化合物，通常喜欢和糖基结合形成花色苷。如下图。

花色苷

花青素的稳定性

京剧有个绝技，叫做变脸，花青素也有个绝技，叫做变色。

我们说叶绿素变色通常也只是颜色变淡，主色调往往不会改变，而花青素是完全变个颜色。

我们来看个小实验，将紫色甘蓝放入杯中切碎，在沸水中煮制15分钟，过滤，将滤液调整为不同的pH值。可以看到在酸性环境下花青素呈红色，接着变成玫红色，到pH中性的时候变成蓝色，逐渐加深，再变成绿色。到pH为13时变成黄色。

紫甘蓝小实验1

再来看看紫色甘蓝叶片，在碱性条件下是绿色，质地很软。在中性环境下为蓝紫色，在酸性条件下为亮红色。

紫甘蓝小实验2

所以，花青素对食物的酸碱度非常敏感，碱性让色泽偏向蓝色，酸性环境花青素偏红色，在大致呈中性的酸碱度中，花青素呈紫罗兰色。下图是复杂的机理，有兴趣可以了解。

pH值不同颜色不同 甘蓝中的色素(compund interest)

有些花青素和花黄素接触铁，铝和锌时会构成浅灰，蓝，红或褐色等各种繁杂的色彩。

想要保持花青素的天然色泽，就需要充分的保持酸度，还要避免添入微量金属，比如滴几滴柠檬汁到食品中柠檬汁含有柠檬酸，并且能与金属离子螯合。

在制作muffin的时候，通常面糊里面会加苏打粉和泡打粉，以保证成品的蓬松度，但是在制作蓝莓muffin的时候，苏打粉用量越少越好，不然你以为你的蓝莓muffin是左边这个的，但最终做出来的是下面右图这样的，是个绿色。

蓝莓muffin暗黑料理

当然你也可以用花青素来自制一些天然的天蓝色色素。

和前面一样紫色甘蓝切片，煮沸，过滤，滤液加上苏打粉，得到深蓝色的色素。苏打粉的含量一定不要加太多，不然味道不好。深蓝色的色调也不够天蓝，你可以加一些奶制品来调和。

天然天蓝色素

4. 红色和黄色的甜菜碱。

甜菜碱的作用

红色甜菜碱约有50种，黄色甜菜碱约有20种，两种色素混合起来为甜菜的茎柄叶脉染上几近荧光的色彩。红色的甜菜碱，含有一种酚类物质，是一种优秀的抗氧化物，甜菜黄素不含酚，不具有抗氧化作用。

人类代谢这一类的分子的能力有限，因此大量摄食红色的甜菜或者刺梨，便可能让尿液染上骇人的色调，不过这是无害的。

甜菜碱的结构

甜菜碱这类物质只见于少数几个关系疏远的种类，不过其中有三种色彩鲜艳的蔬菜倒很常见，比如甜菜beets和恭菜chard（同种蔬菜的两个品种。）苋菜以及仙人掌的果实刺梨。

甜菜碱betains，或称为甜菜色素betalains，是一种含氮的复杂分子，其余便与花青素相似。

甜菜碱

甜菜碱的稳定性

这是种水溶性色素，对光和热敏感，在碱性环境中常偏向蓝色。

5. 变色，酶促褐变。

酶促褐变的原因。

我们一定要隆重介绍一类非常重要的颜色，叫做褐色。很多植物系美食在贮藏和加工过程当中会发生这一类颜色改变。

香蕉、土豆和苹果等水果，再切开或者碰擦中受损，就很快变成褐色红色或者灰色。

褐变

这种变色现象的起因为三种化学成分：单环和双环酚类化合物（底物），多酚氧化酶（酶）以及氧（反应物）。

这三种化学成分分别位于不同的位置。

未受损果蔬所含的酚类物质都存于液泡中，而酶则位于四周的细胞质中，当细胞破损，酶，酚之间的间隔破坏，两者得以相互接触，同时空气中的氧气混入，酶会将酚类氧化，产物分子进一步发生聚合，形成一串串吸光物质，也就是带颜色的大分子群，从而让受损部位转而呈现褐色。

酶促褐变机理

这些褐色的物质通常都是有细胞毒性的，所以这一套系统实际上是植物的化学防御手段之一，动物们有免疫系统，植物它没有，只有采用这种方式来抵御外界病原体、化学物质、恶劣环境的侵害。

最后我们来做个总结。

色泽是美食的感官品鉴中重要的组成部分。

我们了解了植物系美食的呈色物质。呈色物质的颜色和其结构密切相关。我们掌握了包括环状结构的叶绿素，线状结构的类胡萝卜素，以及容易变色的花青素等。同时我们还了解到植物在加工和贮藏中容易产生的颜色，褐色，以及褐变反应是怎么发生的。

下一篇，我们将探讨动物系美食的色泽！