茶叶色素分水溶性与脂溶性两大类。黄酮类和花青素以及红茶色素属于水溶性色素,叶绿素和胡萝卜素属于脂溶性色素。水溶性色素内容在本章第四节茶多酚部分已经有清楚的介绍,所以本节中仅简单地补充说明。
一、水溶性色素
1.黄酮类
黄酮类(也称花黄素)基本结构是a-苯基色原酮(a-phenylchromone)。结构中C3位易羟基化而形成黄酮醇类。黄酮醇类和黄酮类都多与糖结合形成相应的苷类。
茶叶中黄酮苷类含量较少,主要是黄酮醇及其苷类,它们占鲜叶干重的3%~4%,是水溶性的黄色或黄绿色素。这与它具备吡酮环、羰基等生色团有关。但结构上羟基位置对显色有不同的影响,一般羟基在5、7碳位置上对显色影响较小,3′、4′碳位置上有羟基的衍生物多呈深黄色,在3碳位有羟基仅能使化合物显灰黄色,但3碳位上的羟基能使3和4碳位上有羟基的化合物颜色加深,这就是黄酮醇类在紫外线下显亮黄色或黄绿色,而黄酮类呈棕色的原因。
2.花青素
花青素在茶鲜叶中约占干重的0.01%左右,紫色茶芽中含量达0.5%~1%,花青素苷元水溶性较黄酮苷元强。花青素在可见光下的颜色随环境的pH改变而异,在酸性条件下为红色的锌盐形式,近中性时为无色的a-羟基色原烯中间体,这种中间体很不稳定,开环而形成查耳酮,进一步碱化则生成蓝色的醌式。
3.红茶色素
茶叶中含有大量的儿茶素,其含量约占鲜叶干重的12%~30%,纯品呈白色结晶,但由于含有较多的酸性羟基,所以极易被氧化,从而生成有色物质。茶黄素就是由成对的儿茶素经氧化结合而成的。茶黄素类含量一般占干重的0.3%~1.5%,是红茶茶汤中的主要黄色色素,滋味颇辛辣,具有强烈的收敛性。红茶制作中,由于加工中酶促氧化作用,使花青素得到转化,对品质影响较小。
茶红素类是茶黄素类进一步氧化的产物,也是红茶茶汤中红色物质的主要成分。纯品茶红素为棕红色,易溶于热水,刺激性没有茶黄素强烈,收敛性较弱,含量一般为干重的5%~11%。茶红素的分子结构中有两个羧基(-C00H),因而显酸性。茶红素的阴离子(-C00-)颜色没有解离的颜色深,因此,茶汤中若加入酸会降低颜色深度,加碱则颜色变深。茶红素进一步氧化并与氨基酸、蛋白质等物质结合可形成茶褐素。茶褐素是一类结构十分复杂的大分子化合物,能溶于水,不溶于乙酸乙酯和正丁醇。
二、脂溶性色素
茶叶脂溶性色素主要有叶绿素(包括叶绿素a和叶绿素b),其次是类胡萝卜素(包括胡萝卜素、叶黄素)。这些物质与磷脂、蛋白质等构成茶树光合器官叶绿体基粒,是将光能转化为化学能的重要机构。
1.叶绿素
叶绿素是茶叶中的主要色素,约占茶叶干重的0.6%,比胡萝卜素高4倍。叶绿素可分为蓝绿色的叶绿素a和黄绿色的叶绿素b两种。茶树鲜叶的叶绿素a含量约为叶绿素b的2~3倍,使叶片在正常情况下呈现绿色。叶绿素是由甲醇、叶绿醇与卟吩环结合而成的,是一种双羧酸酯化合物。由吡咯构成卟啉并戊酮环,即卟吩环,中间有一个不电离的镁离子。茶叶越嫩,叶绿素a的含量越少,所以嫩叶多呈黄绿色,茶树叶片长大后,叶绿素a的含量大增,叶色呈浓绿色。叶绿素中镁原子被氢原子取代,使叶绿素的原有绿色消失变成褐色的脱镁叶绿素。叶绿素被水解脱去叶绿醇和甲醇,其叶绿酸由脂溶性变成水溶性。水溶性的叶绿酸呈鲜绿色,而且比叶绿素稳定。
2.类胡萝卜素
类胡萝卜素(Carotenoids亦称“辅助色素”。类胡萝卜素含有两种色素,即胡萝卜素(Carotene)和叶黄素(Lutein),前者呈橙黄色,后者呈黄色。功能为吸收和传递光能,保护叶绿素。在自然界分布很广,属四萜类衍生物,大多是结构复杂的复烯色素。
能使植物最大限度地吸收光能,以充分利用各种不同波长的光来进行光合作用。已知结构式的化合物在300种以上,茶树体内存在10种以上,大致属以下三类:①复烯烃类。有a胡萝卜素、B-胡萝卜素、8-胡萝卜素、y-胡萝卜素和番茄红素等。②复烯醇类。如叶黄素、玉米黄素、隐黄素。③复烯烃的环氧化物。在茶树中已发现的有堇黄素、a-胡萝卜素环氧化合物。胡萝卜素在茶叶制作过程中受到酶促氧化和热解等作用可转化为紫罗酮、二氢海癸内酯。叶黄素类(Xanthophylls)是胡萝卜素的二羟基衍生物,常伴随胡萝卜素共存于茶树及其他植物的绿色鲜叶中,常被叶绿素掩盖,如叶绿素在制茶时被破坏,黄色即显露。
3.叶酸
叶酸(Folicacid)又称“维生素B3”和“维生素M”,是B族维生素的一种。黄色或橙黄薄片状或针状晶体
4.原花色素类
原花色素类(Proanthoeyanidins),茶叶中色素的种类之一。又称“原花色苷元类”,黄烷-3-醇的二聚物和较高的寡聚物,用无机酸处理能产生红色的花青素,属缩合单宁,具鞣质通性,因含有更多的自由酚羟基,收敛性、苦涩味和抗氧化作用更强。
5.花白素
花白素(Leucoanthocyanidins)即“白花色苷元”,化学名为羟基-4-黄烷醇。广泛分布于植物体内的一类还原的黄酮类化合物。花白素按花色素分类,在高等植物中以芙蓉花色素和飞燕草花色素为主。茶叶中含有的花白素苷及其苷元数量比儿茶素少得多。花白素无色,但在盐酸水溶液或酒精溶液中,加热煮沸时可转化为有色的花色苷元或花色苷。花白素较活泼,易氧化聚合,是缩合鞣质的前体。花白素又名隐色花青素,占茶叶中干物的2%~3%。
6.脱镁叶绿素
脱镁叶绿素(Pheophytin)又名“叶褐素”。叶绿素分子中的镁原子受酶(或热)和酸的作用而丧失形成的一种褐色物质。成品茶的外表色泽同这种物质的含量有关。例如,绿茶制作工艺不当,失去翠绿的特点,是叶褐素过量累积的结果。