利用色差儀快速檢測(cè)西瓜番茄紅素含量

路緒強(qiáng)　袁明　何楠　趙勝杰　朱紅菊　劉文革

摘 要：西瓜果實(shí)中含有豐富的番茄紅素，對(duì)人體保健和疾病預(yù)防有著重要的意義。為建立一種快速測(cè)定西瓜果實(shí)番茄紅素含量的方法，利用色差儀測(cè)定22份不同倍性西瓜果實(shí)顏色系數(shù)，同時(shí)采用分光光度法測(cè)定其番茄紅素含量，分析結(jié)果表明兩者具有極顯著高度正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.849。以此建立西瓜番茄紅素含量與果實(shí)顏色系數(shù)Chroma回歸方程，并對(duì)29份西瓜果實(shí)番茄紅素實(shí)測(cè)值與回歸方程估測(cè)值進(jìn)行差異性顯著分析，結(jié)果表明實(shí)測(cè)值與估測(cè)值之間差異不顯著，利用創(chuàng)建的回歸方程可快速估測(cè)西瓜果實(shí)番茄紅素含量。因此，利用色差儀可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)西瓜番茄紅素含量。

關(guān)鍵詞：西瓜;色差儀;番茄紅素

中圖分類號(hào)：S651 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-2871（2021）04-041-05

Abstract： Watermelon（Citrullus lanatus）is one of the few species that accumulate a large amount of lycopene， which is of great significance to human health and disease prevention. In order to establish a method for rapid determination of lycopene content in watermelon fruits， the color coefficients of 22 different ploidy watermelon materials were determined by chromatic meter， and the lycopene content was determined by spectrophotometry. Statistical analysis showed that there was a very significant and highly positive correlation between them， and the correlation coefficient was 0.849. The Chroma regression equation between lycopene content and fruit color coefficient of watermelon was established， and the significant difference between the measured value and the estimated value of lycopene from 29 watermelon materials was analyzed. The results showed that there was no significant difference between the measured value and the estimated value， using the regression equation can? rapidlyly estimate watermelon fruit lycopene content. In summary， the chromatic meter can be used to detect the lycopene content of watermelon rapidly and accurately.

Key words： Watermelon; Chromatic meter; Lycopene

我國(guó)是西瓜（Citrullus lanatus）生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，2018年種植面積150.97萬hm2，占世界西瓜生產(chǎn)面積的46.6%，總產(chǎn)量的60.6%[1]。西瓜果實(shí)富含番茄紅素、瓜氨酸、維生素C、谷胱甘肽等多種對(duì)人體健康有益的功能性成分，其中番茄紅素是西瓜中的重要化學(xué)物質(zhì)，也是形成紅色果肉西瓜的主要色素[2]。作為一種功能性天然色素，番茄紅素具有抗氧化性能，它可以保護(hù)細(xì)胞對(duì)抗氧化損傷，從而降低慢性疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，其抗氧化作用是維生素E的100倍[3]。此外，番茄紅素還具有提高免疫力、抑制癌細(xì)胞增殖、減少基因突變發(fā)生、增加細(xì)胞間信號(hào)傳遞等對(duì)人體有益的功能[4]。研究發(fā)現(xiàn)，鮮食番茄果實(shí)番茄紅素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)（按鮮質(zhì)量計(jì)）為31 mg·kg-1 [5]，而Perkins等[6]研究發(fā)現(xiàn)紅色果肉西瓜番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布范圍為33～100 mg·kg-1，袁平麗等[7]研究發(fā)現(xiàn)，201份紅瓤西瓜品種中的番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10.03～91.99 mg·kg-1之間，西瓜果肉中的番茄紅素?zé)o需加熱即可直接被人體吸收，其有效性比番茄高出約40%[8]，因此選育高番茄紅素含量的西瓜品種已經(jīng)成為育種家的重要目標(biāo)[9]。

高番茄紅素含量的西瓜品種的選育，需對(duì)現(xiàn)有西瓜種質(zhì)資源的番茄紅素含量進(jìn)行測(cè)定，以便對(duì)高番茄紅素含量的資源材料進(jìn)行改良與利用。目前西瓜果肉番茄紅素含量的測(cè)定方法主要有分光光度法和高效液相色譜法[7，10]，這些測(cè)定方法一般要進(jìn)行樣品前處理，提取番茄紅素進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)速度較慢，成本相對(duì)較高[11]，因此，急需探索一種新的測(cè)定方法。色差儀是一種簡(jiǎn)單的顏色偏差測(cè)試儀器，通過輸出 L、a、b 三組數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建被測(cè)量物品的色品坐標(biāo)[12]。近年來，色差儀在果蔬品質(zhì)測(cè)定中的應(yīng)用研究日益廣泛，已成為果實(shí)品質(zhì)快速無損檢測(cè)的首選技術(shù)[13]。利用色差儀估測(cè)番茄中番茄紅素含量的研究較多，周蓉等[14]、吳峰華等[15]發(fā)現(xiàn)番茄表皮色光值與番茄紅素含量存在顯著的相關(guān)性，并構(gòu)建了回歸方程用于估測(cè)番茄果實(shí)中番茄紅素含量。王利群等[16]利用色差儀對(duì)7個(gè)不同顏色辣椒品種的色澤進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可詳細(xì)地反映辣椒不同發(fā)育期果實(shí)顏色的變化。

筆者擬通過探討西瓜果肉顏色與番茄紅素含量的相關(guān)性，建立一種利用色差儀快速測(cè)定番茄紅素含量的方法，為西瓜果實(shí)高番茄紅素優(yōu)異基因的挖掘、種質(zhì)資源創(chuàng)新和高番茄紅素含量的西瓜新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為22個(gè)不同倍性西瓜果實(shí)，其中二倍體西瓜（2n=2x=22）果實(shí)12個(gè)，三倍體西瓜（2n=3 x =33）果實(shí)5個(gè)，四倍體西瓜（2n=4x =44）果實(shí)5個(gè)，果肉顏色均為紅色。試驗(yàn)材料定植于江蘇省東臺(tái)市國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園大棚內(nèi)，2020年2月28日播種，3月28日定植，穴盤育苗，自根苗栽培，株距45 cm，行距2.5 m，6月15日左右完全成熟后選取發(fā)育良好、果形周正的果實(shí)備用。供試材料均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所多倍體西瓜遺傳育種課題組選育，具體信息如表1所示。

利用分光光度計(jì)法測(cè)定番茄紅素含量，所用試劑二氯甲烷、石油醚、甲醇、乙醇均為分析純，儀器采用UV Blue Star型紫外可見分光光度計(jì)（北京萊伯泰科儀器有限公司）、SHB-Ⅲ型真空泵（鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司）、DY89-Ⅱ型電動(dòng)玻璃勻漿機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）等。采用色差儀為SP62-162色差計(jì)（美國(guó)愛色麗公司）。

1.2 方法

1.2.1 西瓜果肉番茄紅素含量測(cè)定 試驗(yàn)在江蘇省東臺(tái)市國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園育種實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，番茄紅素含量測(cè)定采用分光光度法[7]，選用2%（φ）二氯甲烷-石油醚提取番茄紅素并利用分光光度計(jì)測(cè)定。西瓜果實(shí)縱切，瓜瓤榨汁后利用電動(dòng)玻璃勻漿機(jī)勻漿做破壁處理，稱取混合均勻的瓜汁2～3 g，用20 mL無水乙醇分多次脫水處理，再用30 mL甲醇分多次洗滌至洗出液無色。換接新的抽濾瓶，用2%二氯甲烷-石油醚提取液洗滌至西瓜渣無色，合并提取液并定容至100 mL容量瓶，設(shè)置分光光度計(jì)檢測(cè)波長(zhǎng)為502 nm，測(cè)定吸光值，3次重復(fù)，取其平均值。利用番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)曲線如下：

番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/（mg·kg-1）=（3.49A+0.1297）/W×f。

式中：A-502 nm處的吸光值;3.49-標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率;W-樣品的質(zhì)量（g）;f-稀釋倍數(shù)。

1.2.2 西瓜果實(shí)剖面色度值測(cè)定 利用色差儀測(cè)定西瓜剖面色度值。每個(gè)待測(cè)果實(shí)縱切后取剖面中心至邊緣3個(gè)不同位置測(cè)定3次，測(cè)定L、a、b值，取3次結(jié)果的平均值。利用a值和b值計(jì)算得到的果實(shí)顏色評(píng)價(jià)系數(shù)色調(diào)（Hue）與飽和度（Chroma）。其中Hue值大小用來確定紅黃綠藍(lán)紫等顏色以及這些基本顏色之間的顏色，Hue=tan-1（b/a）。Chroma值的大小反映了色素濃度的高低，Chroma=（a2+b2）1/2。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)分析與顯著性分析 使用Microsoft Excel 2013軟件對(duì)番茄紅素測(cè)定值與估測(cè)值進(jìn)行計(jì)算，采用SPSS 19.0軟件對(duì)番茄紅素測(cè)定值與果實(shí)顏色系數(shù)進(jìn)行Person相關(guān)性分析、回歸方程構(gòu)建與差異顯著性分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄紅素含量及果實(shí)顏色系數(shù)值

番茄紅素含量測(cè)定結(jié)果及果實(shí)顏色系數(shù)分析結(jié)果如表2所示。22份西瓜果實(shí)番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布在24.68～86.43 mg·kg-1之間，平均為57.77 mg·kg-1。L值分布在35.08～46.76之間，a值分布在22.01～32.32之間，b值分布在12.53～22.01之間，由公式計(jì)算得到的Hue值分布范圍為27.60～35.34，Chroma值分布范圍為25.48～38.05。

2.2 番茄紅素含量與果實(shí)顏色系數(shù)的相關(guān)性

對(duì)22份材料的番茄紅素含量與色差儀測(cè)定的果實(shí)顏色系數(shù)進(jìn)行Person相關(guān)性分析，其中r>0代表變量間存在正相關(guān)關(guān)系，r<0代表變量間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。利用相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值的大小可以衡量指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的緊密程度，當(dāng)1>r≥0.7 代表兩者高度相關(guān)，0.7>r≥0.4為中度相關(guān)，0.4>r≥0為低度相關(guān)[17]。相關(guān)性分析結(jié)果如表3所示：西瓜果實(shí)番茄紅素含含量與西瓜果實(shí)顏色系數(shù)Chroma、a、b值存在極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.849、0.815、0.831。Chroma值與番茄紅素含量相關(guān)系數(shù)最大，且Chroma值的大小反映了色素濃度的高低（見圖1），從而以果實(shí)顏色系數(shù)Chroma值構(gòu)建回歸方程估測(cè)西瓜果肉番茄紅素含量，回歸方程如下所示：

2.3 回歸預(yù)測(cè)研究

為驗(yàn)證該模型的可信度，利用已構(gòu)建的番茄紅素含量與Chroma值回歸模型對(duì)試驗(yàn)基地隨機(jī)采收29份紅肉西瓜果實(shí)估測(cè)番茄紅素含量，并采用分光光度法實(shí)際測(cè)定這些樣品的番茄紅素含量。結(jié)果表明，該批次樣品番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)測(cè)均值為（56.86±7.60） mg·kg-1，估測(cè)均值為（57.50±11.62） mg·kg-1。同時(shí)通過兩樣本平均數(shù)配對(duì)法對(duì)實(shí)測(cè)值與估測(cè)值進(jìn)行t檢驗(yàn)及差異顯著性分析，由分析結(jié)果（表4）可知，在實(shí)測(cè)值與估測(cè)值的總體均數(shù)之間差異不顯著（sig.=0.807>0.05）。因此，利用回歸方程得到的番茄紅素含量的估測(cè)值與實(shí)際值符合程度高。圖2為29份紅肉西瓜果實(shí)番茄紅素預(yù)測(cè)值和實(shí)際測(cè)定值之間的對(duì)比。

3 討論與結(jié)論

筆者對(duì)22份不同倍性西瓜果實(shí)進(jìn)行了番茄紅素含量的測(cè)定，結(jié)果表明試驗(yàn)所選取的西瓜果實(shí)番茄紅素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布在24.68～86.43 mg·kg-1之間，與Perkins等[6]、袁平麗等[7]測(cè)定的紅肉西瓜果實(shí)番茄紅素含量范圍基本相當(dāng)，說明試驗(yàn)材料的選取有一定的代表性。

同時(shí)利用色差儀對(duì)22份不同倍性西瓜果實(shí)剖面進(jìn)行了顏色系數(shù)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，西瓜果實(shí)番茄紅素含量與果實(shí)剖面顏色系數(shù)Chroma值之間存在極顯著正相關(guān)，Chroma值的大小反映了色素的濃度高低，以此建立了西瓜果實(shí)番茄紅素含量與Chroma的回歸模型，并利用29份材料進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明利用回歸方程得到的番茄紅素含量的估測(cè)值與實(shí)際值符合程度高。利用色差儀可以快速檢測(cè)果實(shí)中番茄紅素含量。

色差儀為光學(xué)儀器，測(cè)量過程中易受被測(cè)物品表明光滑度、周圍光照度等因素的影響[18-19]。在西瓜果實(shí)剖面顏色系數(shù)測(cè)量過程中，西瓜果實(shí)剖面的顏色均勻程度對(duì)西瓜果實(shí)顏色系數(shù)有較大的影響，測(cè)定時(shí)需選取剖面均勻、顏色一致的區(qū)域進(jìn)行測(cè)定。此外，西瓜果實(shí)剖面滲出的水分同樣對(duì)色差計(jì)讀數(shù)影響很大，直接影響到回歸方程預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，因此在測(cè)量過程中需利用吸水紙將西瓜果實(shí)剖面的自由水吸掉后再進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)測(cè)量時(shí)宜選用周圍光照變化較小的工作臺(tái)進(jìn)行測(cè)量，避免環(huán)境造成的測(cè)量誤差[20]。

筆者建立了一種利用色差儀快速測(cè)定紅色果肉西瓜果實(shí)中番茄紅素含量的方法，有助于育種家們快速篩選高番茄紅素含量的優(yōu)異種質(zhì)，從而提高育種效率，為選育高番茄紅素含量的西瓜品種奠定基礎(chǔ)。

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