番茄果實類胡蘿卜素組成含量與色澤相關性分析

王丹，張建，王曉蕊，張連富，魏哲文，熊素玉

摘要：類胡蘿卜素是番茄呈現不同色澤的物質基礎，系統研究番茄色澤與類胡蘿卜素種類、含量的相關性可以為篩選特定類胡蘿卜素成分如六氫番茄紅素、八氫番茄紅素和順式番茄紅素等提供指導。利用高效液相色譜-二極管陣列檢測系統（HPLC-PDA）和色度儀對12個不同品種番茄在不同成熟期的類胡蘿卜素組成和顏色特征值進行分析。結果表明，紅色系番茄主要積累番茄紅素，最高鮮質量含量達到（123.50±1.34） μg/g;黃色系番茄、綠色系番茄主要積累β-胡蘿卜素，最高鮮質量含量達到（7.56±0.02） μg/g。黃色系番茄中橙色番茄有較高鮮質量含量的八氫番茄紅素、六氫番茄紅素，分別達到（59.72±0.84） μg/g、（23.24±0.31） μg/g，且番茄紅素中順式番茄紅素占比達到77.44%，遠遠高于其他顏色的番茄品種。在所有供試番茄品種中，八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、番茄紅素含量在果實發育過程中整體上隨著番茄果實成熟度的增加而增加，β-胡蘿卜素因番茄品種的不同在果實發育過程中呈現出不同的變化趨勢。在番茄果實中，番茄紅素含量與紅度（a*）和a*/b*呈極顯著正相關，與亮度（L*）、黃度（b*）和色度角（H）呈極顯著負相關，β-胡蘿卜素含量與亮度（L*）和H呈極顯著負相關，與b*無顯著相關性，這2種主要類胡蘿卜素含量與色彩飽和度（C）均無顯著相關性。

關鍵詞：番茄;八氫番茄紅素;六氫番茄紅素;順式番茄紅素;顏色特征值

中圖分類號：S641.201文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2021）06-1554-11

Correlation analysis between tomato color with carotenoid constitutes and content

WANG Dan1，ZHANG Jian1，WANG Xiao-rui1，ZHANG Lian-fu2，WEI Zhe-wen3，XIONG Su-yu4

（1.College of Food Science and Technology， Shihezi University， Shihezi 832003， China;2.School of Food Science and Technology， Jiangnan University， Wuxi 214122， China;3.Shihezi Customs of the People′s Republic of China， Shihezi 832099， China;4.Institute for Drug Control of Changji Hui Autonomous Prefecture， Changji 831100， China）

Abstract：Carotenoids are the material basis for different colors of tomatoes. Systematic study on the relationship between tomato color with carotenoid constitutes and content can provide guidance for screening specific carotene components such as phytofluene， phytoene and cis-lycopene. The carotenoid composition and color characteristics of twelve different tomato varieties at different maturity stages were analyzed by high performance liquid chromatography-photo diode array detection （HPLC-PDA） and colorimeter. The results showed that the main carotenoid in red series of tomatoes was lycopene， the highest content was （123.50±1.34） μg/g， the main carotenoid in the yellow and green series of tomatoes was β-carotene， the highest content was （7.56±0.02） μg/g. The content of phytoene and phytofluene in orange tomato was （59.72±0.84） μg/g and （23.24±0.31） μg/g， respectively. The proportion of cis-lycopene in orange tomato was 77.44%， which was much higher than that in other tomato varieties. Among all tested varieties， the contents of phytoene， phytofluene and lycopene increased with the increase of tomato fruit maturity， β-carotene showed different trends during fruit ripening in coloured-tomatoes. Lycopene content in tomato fruits was significantly positively correlated with redness （a*） and a*/b*， and negatively correlated with brightness （L*）， yellowness （b*） and chromaticity angle （H）， β-carotene content was negatively correlated with brightness （L*） and chromaticity angle （H）， but had no significant correlation with yellowness （b*）. There was no significant correlation between the contents of these two main carotenoids and color saturation （C）.

Key words：tomato;phytoene;phytofluene;cis-lycopene;color characteristic value

番茄為茄科茄屬草本植物，是世界范圍內重要的蔬菜作物之一，中國是其主要產地，2016年的產量為5.640×107 t，占世界總產量的1/3[1]。番茄中含有類胡蘿卜素、酚類化合物、維生素C和生育酚等營養物質[2]，其中類胡蘿卜素通常呈現黃、橙、紅等顏色，它們賦予番茄果實鮮艷的色彩，被稱為呈色類胡蘿卜素，主要包括番茄紅素、β-胡蘿卜素等[3-4]，這些化合物的含量因成熟階段、種植環境或其他因素的作用而有顯著的不同[5]。同時，番茄中也含有一類呈色類胡蘿卜素的前體物質，它們本身不呈現肉眼可見的色彩，被稱為無色類胡蘿卜素，主要包括八氫番茄紅素與六氫番茄紅素[6]。Li等[7]研究發現，類胡蘿卜素能改善人的認知功能和心血管功能、減少氧化損傷并可能有助于預防某些癌癥，如前列腺癌、肺癌、乳腺癌、皮膚癌等，還能預防動脈粥樣硬化等。

番茄果實呈色的物質基礎是其中所含類胡蘿卜素的種類及含量[8]。目前，生產上傾向于優選紅色番茄，因為在通常情況下，紅色番茄的顏色越深，其中的番茄紅素，尤其是全反式番茄紅素的含量就越高。番茄的紅色成分是廣受關注的類胡蘿卜素組分[9-12]，但是近年來，番茄紅素以外的其他類胡蘿卜素組分以其獨特的生理功能而廣受關注，如順式構型番茄紅素（Cis-lycopene），為黃至橙色，比普通番茄中呈現紅紫色的全反式番茄紅素更易被人體吸收[13-16];在可見光區沒有吸收峰（本身不呈現顏色）的六氫番茄紅素、八氫番茄紅素可有效保護皮膚免受紫外線傷害，有優異的美白作用，商業價值非常高[17-20]。企業在篩選天然含有高含量順式構型番茄紅素或天然含有高含量六氫番茄紅素及八氫番茄紅素的番茄原料時，缺乏番茄色澤與類胡蘿卜素組分相關性的基礎信息。為此，本研究以12個不同品種、不同顏色的番茄果實為原料，采用高效液相色譜（HPLC）法分析番茄果實在成熟過程中的類胡蘿卜素含量及其變化規律，探究番茄中2種主要呈色類胡蘿卜素組分含量與顏色特征值的相關性，以期為番茄優質品種選育及質量評價提供理論依據和技術參考。

1材料與方法

1.1材料與試劑

從主產地新疆挑選12個番茄品種在實驗基地進行種植，不同品種番茄的名稱及特性見表1。全反式番茄紅素標準品（純度≥95%），購自上海純優生物科技有限公司;全反式β-胡蘿卜素標準品（純度≥96%），購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;正己烷、丙酮、甲醇均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司;甲醇、甲基叔丁基醚（MTBE）為色譜純，購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2儀器與設備

Wates e2695高效液相色譜儀（配有2998二極管陣列檢測器和Epower3色譜工作站），產自美國Waters 公司;YMC Carotenoids C30色譜柱（4.6 mm×250.0 mm，5 μm），產自日本YMC株式會社;R-300型旋轉蒸發儀，產自瑞士歩琪公司;HJ-6A多頭磁力加熱攪拌器，產自常州鼎豐儀器制造有限公司;CM-5型臺式分光測色儀，產自日本柯尼卡美能達有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1材料的選擇12種供試番茄品種于2019年3月上旬播種，于2019年5月上旬定植于石河子大學農學院實驗站大田中，參試品種均為無限生長型，管理方法同大田栽培模式。分5個時期取樣：綠熟期（M1），綠色，堅實，不宜食用;顯色期（M2），果實頂端轉色面積占全果面積的10%;轉色期（M3），果實表面轉色面積占全果面積的50%;半熟期（M4），果實轉色面積占全果面積的75%;成熟期（M5），果實呈現各參試品種特有的色澤。

1.3.2類胡蘿卜素的提取番茄中類胡蘿卜素的提取參考Jazaeri等[21-22]的方法，并作少許改變。取大小相仿的新鮮番茄若干，帶皮切成小塊后，用打漿機打成番茄勻漿。取5 g番茄勻漿于錐形瓶中，用錫紙包裹避光，加入20 ml正己烷-甲醇-丙酮混合溶劑（體積比為2∶1∶1），在磁力攪拌器上攪拌30 min，將樣品過濾后收集濾液，將殘渣再提取2次至殘渣為無色。收集3次過濾所得濾液，用分液漏斗分離有機相和水相，收集上層有機相并轉移至圓底燒瓶中，在35 ℃、150 MPa條件下旋轉蒸發溶劑后，用甲基叔丁基醚-甲醇溶劑（體積比為1∶1）溶解后用于HPLC分析。

1.3.3類胡蘿卜素的高效液相色譜-二極管陣列檢測系統（HPLC-PDA）分析HPLC分析參照Cooperstone等[23]的方法，并作少許改變。流動相A為甲醇-MTBE-水-2%醋酸銨水溶液（體積比為88∶5∶5∶2），流動相B為甲醇-MTBE-2%醋酸銨水溶液（體積比為78∶20∶2），采用線性梯度洗脫，流動相B的含量在20 min內由45%增加至50%，再在8 min內由50%增加到95%并維持4 min，隨后在2 min內增加到100%并維持3 min，最后在3 min內減少到初始含量，檢測波長為471 nm、452 nm、348 nm、286 nm，流速為1 ml/min，進樣量為20 μl，采用C30色譜柱（4.6 mm×250.0 mm，5 μm），柱溫為25 ℃，PDA的光譜收集范圍為200～600 nm。

1.3.4番茄果實顏色特征值的測定選擇大小和色澤比較均勻一致的6個番茄果實， 沿果1周均勻取3個點， 用色度儀測定亮度（L*）、紅度（a*）和黃度（b*），根據公式（1）、公式（2）計算色彩飽和度（C）和色度角（H）[24]。C越大，表明顏色的鮮艷度越高;H是0°～360°之間的顏色角，0°～90°包含紅色、橙色和黃色，90°～180°包含黃色、黃綠色和綠色，180°～270°包含綠色、青色和藍色，270°～360°包含藍色、紫色、洋紅色和紅色[25-26]。

C=（a*）2+（b*）2（1）

H=tan-1（b*/a*），a*>0，b*>0

H=180°+tan-1（b*/a*），a* <0（2）

1.4統計分析

以上試驗至少重復3次，結果用平均值±標準差表示。用IBM SPSS 16軟件進行數據分析，顯著性采用單變量方差分析和多元線性相關分析進行統計，同組數據中標有不同小寫字母表示有顯著差異（P<0.05）。

2結果與分析

2.1番茄果實發育過程中顏色特征值

果實顏色是果實品質中最重要也是最復雜的屬性之一，由于不同品種的番茄具有不同的類胡蘿卜素色素系統，導致其外觀顏色不同[8]。如表2所示，在M5階段，紅色系番茄品種L*的范圍為34.60±3.24～43.59±2.06，a*的范圍為12.13±1.05～23.19±1.21，b*的范圍為8.57±1.02～18.74±1.34，這與已有的報道[27]相近，b*的差異相對較大，可能因為編號為11、12的番茄與典型的紅色番茄不同，它們分別呈現紫紅色、黑紅色，在這些顏色較深的品種中，造成這一特性的原因可能是葉綠素的保留和番茄紅素的積累[28]，甚至是類胡蘿卜素、花青素的積累[29]，導致其b*降低。隨著番茄成熟度的增加，紅色系番茄的L*整體呈下降趨勢，a*的變化最明顯，呈上升的趨勢，在M1階段a*為負值，從M2階段開始部分品種的a*變為正值。在果實未完全成熟前，ζ-胡蘿卜素（淺黃色）含量達到最高，導致b*在成熟前的淺紅階段達到最高值，在果實完全成熟時，番茄紅素（紅色）和β-胡蘿卜素（橙色）含量最高，在番茄整個成熟過程中，葉綠素的降解及番茄紅素和其他類胡蘿卜素的合成導致紅色系番茄果實呈現最終的深紅色[8]。綠色系番茄的顏色沒有明顯變化，幾乎不含番茄紅素，與a*為負值在本質上相符。黃色系番茄在M5階段的L*、b*均最高，分別為45.17±1.61～47.64±2.68、31.37±2.64～36.57±0.63，L*越高，表明亮度越好，b*越高，表明顏色越黃，這與其外觀相符。與其他顏色的番茄（綠色番茄除外）相比，編號為2、3的番茄在M5階段的a*/b*較低，分別為0.23±0.02和0.39±0.01，Georgé等[30]認為，這可能與黃色番茄中番茄紅素的缺失有關，含有較高番茄紅素含量的番茄（編號12）中的a*/b*較高，為1.57±0.19，含有較低番茄紅素含量的番茄（編號3）中的a*/b*較低，為0.39±0.01。C代表色彩飽和度，C越大則表明顏色的鮮艷度越高[31]，在所有參試番茄品種中，以橙色番茄的成熟期果實色澤最好。與紅色系番茄相比，黃色系番茄、綠色系番茄在M5階段有較高的色度角，為61.84±1.51～95.05±0.44，這也證實其不含紅色成分。此外，如表3所示，在M5階段，紅色系番茄中β-胡蘿卜素的鮮質量含量較高，為（14.51±0.13）～（28.58±0.13） μg/g，黃色系番茄中β-胡蘿卜素的鮮質量含量相對較低，為（7.07±0.16）～（7.56±0.02） μg/g。

2.2不同顏色番茄類胡蘿卜素成分鑒定

如圖1～圖4所示，八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、β-胡蘿卜素、番茄紅素分別在286 nm、348 nm、452 nm、471 nm處有獨特的吸收光譜，類胡蘿卜素全反式異構體主要通過與相應標準品的保留時間和紫外吸收光譜進行對比來鑒別，由于八氫番茄紅素、六氫番茄紅素和順式異構體沒有標準品，因此主要基于文獻報道中各類胡蘿卜素及異構體的特征吸收光譜和Q值（Q=A順式峰/A最大吸收峰）進行鑒別[32-34]。外標法用于定量全反式番茄紅素和全反式β-胡蘿卜素，此外，順式番茄紅素、順式β-胡蘿卜素也可用全反式異構體的標準曲線定量[7]，但應指出的是，順式異構體的摩爾吸光系數較全反式異構體小，因此所得結果比實際結果偏小。八氫番茄紅素和六氫番茄紅素參照Cooperstone等[23]的方法進行定量。

圖1～圖4中的a圖和b圖分別為紅色番茄和橙色番茄在286 nm、348 nm、452 nm、471 nm檢測波長下的高效液相色譜結果，可以看出，在紅色、橙色番茄中均檢測到了八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、β-胡蘿卜素和番茄紅素（包括全反式番茄紅素、順式番茄紅素異構體），但2種顏色番茄的高效液相色譜圖有明顯不同，說明其類胡蘿卜素含量及組成有明顯差異。在同一檢測波長下，橙色番茄中八氫番茄紅素、六氫番茄紅素的峰面積明顯大于紅色番茄，全反式番茄紅素的峰面積明顯小于紅色番茄，但橙色番茄順式番茄紅素峰面積占番茄紅素（包括全反式番茄紅素、順式番茄紅素異構體）總峰面積的77.44%，遠遠大于紅色番茄的13.72%。上述數據表明，與紅色番茄相比，橙色番茄擁有較高含量的八氫番茄紅素、六氫番茄紅素，同時其順式番茄紅素異構體占比也遠遠大于紅色番茄。

A：紅色番茄在286 nm檢測波長下的高效液相色譜結果;B：橙色番茄在286 nm檢測波長下的高效液相色譜結果。1a、1b、1：八氫番茄紅素吸收峰。

A：紅色番茄在348 nm檢測波長下的高效液相色譜結果;B：橙色番茄在348 nm檢測波長下的高效液相色譜結果。2a、2b、2c：六氫番茄紅素吸收峰。

A：紅色番茄在452 nm檢測波長下的高效液相色譜結果B：橙色番茄在452 nm檢測波長下的高效液相色譜結果。3a：全反式β-胡蘿卜素吸收峰;3b：順式β-胡蘿卜素吸收峰。

A：紅色番茄在471 nm檢測波長下的高效液相色譜結果;B：橙色番茄在471 nm檢測波長下的高效液相色譜結果。4a～4d：順式番茄紅素異構體吸收峰;5a～5c、5d～5e：順式番茄紅素異構體;4：全反式番茄紅素;5：5-順-番茄紅素。

2.3番茄果實發育成熟過程中類胡蘿卜素成分的比較

如表3所示，不同顏色番茄果實中的類胡蘿卜素組成及含量差異顯著，紅色系番茄主要積累番茄紅素，大部分番茄品種的番茄紅素含量從M2階段開始顯著增加，在M5階段達到最高值，這與Li等[7，35-36]的研究結果一致。與幾個典型的紅色番茄不同，編號為12的番茄有明顯的黑紅色表皮，可能由于其在合成番茄紅素的過程中同時保留了葉綠素[10]，同時其含有比普通紅色番茄更高的番茄紅素和β-胡蘿卜素鮮質量含量[在M5階段分別為（123.50±1.34） μg/g、（28.58±0.13） μg/g]。編號為10的番茄中番茄紅素的鮮質量含量最低，在M5階段為（34.04±1.02） μg/g，在M5階段其余紅色系番茄中番茄紅素的鮮質量含量為（42.38±0.12）～（95.83±1.10） μg/g，在番茄紅素鮮質量含量中，順式番茄紅素的鮮質量含量占比為12.2%～22.1%，全反式番茄紅素的鮮質量占比為78.9%～88.8%。整體上看，2種重要的類胡蘿卜素八氫番茄紅素和六氫番茄紅素的鮮質量含量從M2階段開始顯著增加，在M5階段達到最高值，且八氫番茄紅素的鮮質量含量高于六氫番茄紅素，在紅色系番茄中，二者最高值分別達到（20.66±0.10） μg/g、（11.82±0.23） μg/g。在紅色系番茄中，M1階段積累的類胡蘿卜素主要是β-胡蘿卜素，八氫番茄紅素、六氫番茄紅素在此階段未檢測到。從M1到M5階段可以看出，各番茄品種的β-胡蘿卜素都呈現出穩步上升的趨勢，這些結果與Meléndez-Martínez等[37]的研究結果一致。

與紅色系番茄相比，黃色系番茄中的橙色番茄中含有較少的番茄紅素，但其順式異構體占比達到了77.44%。此外，橙色番茄中還有較高鮮質量含量的八氫番茄紅素和六氫番茄紅素，從M1階段開始，隨著成熟度的增加，二者的鮮質量含量顯著增加，在M5階段達到最高值，分別為（59.72±0.84） μg/g和（23.24±0.31） μg/g，分別是紅色系番茄的2.89～6.59倍和1.97～4.75倍，這與已有研究報道的橙色番茄汁中無色類胡蘿卜素含量顯著高于紅色番茄汁的結果相符[15]。綠色系番茄和黃色系番茄主要積累β-胡蘿卜素，其中主要是全反式β-胡蘿卜素，不同品種番茄果實在發育過程中β-胡蘿卜素的鮮質量含量變化不一致[37]，成熟期的鮮質量含量為（3.82±0.05）～（7.56±0.02） μg/g。在綠色系番茄和黃色系番茄中沒有檢測到八氫番茄紅素和六氫番茄紅素，這與Coyago-Cruz等[38]的測定結果一致。基于紅色系番茄以外品種中類胡蘿卜素的水平可以推測，在物種內部和物種之間對類胡蘿卜素生物合成的調控確實存在重要差異，在綠色系番茄中沒有檢測到紅色系番茄的典型類胡蘿卜素成分，可能由于其關鍵類胡蘿卜素基因的低表達[37]，或是果實成熟過程中軟化或乙烯合成等其他因素[39-40]。關于乙烯在番茄成熟過程中的作用，有研究認為可能是由于激素協調了果實中高轉錄物質的積累，因此1個乙烯受體的簡單突變會影響300多個基因的表達，更確切地說，乙烯參與了好幾種類胡蘿卜素的生物合成過程[41]。Dias等[42]認為，在很多水果中觀察到類胡蘿卜素明顯的定性和定量差異是由于受到成熟度、氣候和遺傳等多種因素的影響。

2.4番茄果實成熟過程中類胡蘿卜素含量與顏色特征值的相關性分析

如表4所示，在不同品種番茄果實成熟過程中，番茄紅素含量與L*、b*呈極顯著負相關，即當番茄果實中的番茄紅素含量越高時，其亮度越低，黃度越低;番茄紅素含量與a*、a*/b*呈極顯著正相關，即在番茄果實成熟過程中，番茄紅素含量越高，紅度越高，a*/b*越大;β-胡蘿卜素含量與L*呈極顯著負相關，即當番茄果實中β-胡蘿卜素含量越高時，其亮度越低，β-胡蘿卜素含量與b*沒有顯著相關性;番茄紅素和β-胡蘿卜素含量與色度角（H）呈極顯著負相關，即番茄果實中的番茄紅素、β-胡蘿卜素含量越高，色度角越小;番茄紅素和β-胡蘿卜素含量與色彩飽和度（C）均無顯著相關性。

3結論

不同品種番茄的類胡蘿卜素含量差異顯著，同色系番茄品種中類胡蘿卜素的組成相似。在番茄果實成熟過程中，八氫番茄紅素、六氫番茄紅素、番茄紅素含量均隨著果實成熟度的增加而增加，β-胡蘿卜素含量因番茄品種不同而在果實發育過程中呈現出不同的變化趨勢。在所有供試品種中，編號為1的番茄（大黃）中八氫番茄紅素、六氫番茄紅素含量及其順式番茄紅素占比均遠遠高于其他番茄品種，可作為獲取八氫番茄紅素、六氫番茄紅素和順式番茄紅素等特殊類胡蘿卜素成分的良好原料。番茄果實中番茄紅素含量與a*、a*/b*呈極顯著正相關，與L*、b*、H呈極顯著負相關，β-胡蘿卜素含量與L*、H呈極顯著負相關，與b*無顯著相關性，2種主要類胡蘿卜素含量與C均無顯著相關性。這些研究結果對今后評價不同顏色番茄中的類胡蘿卜素組成、含量和綜合利用不同顏色番茄原料生產高附加值番茄制品具有重要指導意義。

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（責任編輯：徐艷）

收稿日期：2021-03-04

基金項目：昌吉州科學研究與技術開發計劃項目（2019G02）; 新疆生產建設兵團重點領域創新團隊建設計劃項目（2019CB007）

作者簡介：王丹（1996-），女，安徽六安人，碩士研究生，主要研究方向為功能性食品。（E-mail）88623827@qq.com

通訊作者：張連富， （E-mail）lianfu@jiangnan.edu.cn