利用色差儀快速檢測西瓜番茄紅素含量

路緒強　袁明　何楠　趙勝杰　朱紅菊　劉文革

摘 要：西瓜果實中含有豐富的番茄紅素，對人體保健和疾病預防有著重要的意義。為建立一種快速測定西瓜果實番茄紅素含量的方法，利用色差儀測定22份不同倍性西瓜果實顏色系數，同時采用分光光度法測定其番茄紅素含量，分析結果表明兩者具有極顯著高度正相關關系，相關系數為0.849。以此建立西瓜番茄紅素含量與果實顏色系數Chroma回歸方程，并對29份西瓜果實番茄紅素實測值與回歸方程估測值進行差異性顯著分析，結果表明實測值與估測值之間差異不顯著，利用創建的回歸方程可快速估測西瓜果實番茄紅素含量。因此，利用色差儀可以快速、準確地檢測西瓜番茄紅素含量。

關鍵詞：西瓜;色差儀;番茄紅素

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：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

我國是西瓜（Citrullus lanatus）生產與消費大國，2018年種植面積150.97萬hm2，占世界西瓜生產面積的46.6%，總產量的60.6%[1]。西瓜果實富含番茄紅素、瓜氨酸、維生素C、谷胱甘肽等多種對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物質，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，它可以保護細胞對抗氧化損傷，從而降低慢性疾病的發生風險，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、抑制癌細胞增殖、減少基因突變發生、增加細胞間信號傳遞等對人體有益的功能[4]。研究發現，鮮食番茄果實番茄紅素平均質量分數（按鮮質量計）為31 mg·kg-1 [5]，而Perkins等[6]研究發現紅色果肉西瓜番茄紅素質量分數分布范圍為33～100 mg·kg-1，袁平麗等[7]研究發現，201份紅瓤西瓜品種中的番茄紅素質量分數在10.03～91.99 mg·kg-1之間，西瓜果肉中的番茄紅素無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成為育種家的重要目標[9]。

高番茄紅素含量的西瓜品種的選育，需對現有西瓜種質資源的番茄紅素含量進行測定，以便對高番茄紅素含量的資源材料進行改良與利用。目前西瓜果肉番茄紅素含量的測定方法主要有分光光度法和高效液相色譜法[7，10]，這些測定方法一般要進行樣品前處理，提取番茄紅素進行測定，檢測速度較慢，成本相對較高[11]，因此，急需探索一種新的測定方法。色差儀是一種簡單的顏色偏差測試儀器，通過輸出 L、a、b 三組數據，從而構建被測量物品的色品坐標[12]。近年來，色差儀在果蔬品質測定中的應用研究日益廣泛，已成為果實品質快速無損檢測的首選技術[13]。利用色差儀估測番茄中番茄紅素含量的研究較多，周蓉等[14]、吳峰華等[15]發現番茄表皮色光值與番茄紅素含量存在顯著的相關性，并構建了回歸方程用于估測番茄果實中番茄紅素含量。王利群等[16]利用色差儀對7個不同顏色辣椒品種的色澤進行檢測，檢測結果可詳細地反映辣椒不同發育期果實顏色的變化。

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

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為22個不同倍性西瓜果實，其中二倍體西瓜（2n=2x=22）果實12個，三倍體西瓜（2n=3 x =33）果實5個，四倍體西瓜（2n=4x =44）果實5個，果肉顏色均為紅色。試驗材料定植于江蘇省東臺市國家現代農業產業園大棚內，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育良好、果形周正的果實備用。供試材料均由中國農業科學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。

利用分光光度計法測定番茄紅素含量，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（北京萊伯泰科儀器有限公司）、SHB-Ⅲ型真空泵（鄭州長城科工貿有限公司）、DY89-Ⅱ型電動玻璃勻漿機（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（美國愛色麗公司）。

1.2 方法

1.2.1 西瓜果肉番茄紅素含量測定 試驗在江蘇省東臺市國家現代農業產業園育種實驗室進行，番茄紅素含量測定采用分光光度法[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測定。西瓜果實縱切，瓜瓤榨汁后利用電動玻璃勻漿機勻漿做破壁處理，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，設置分光光度計檢測波長為502 nm，測定吸光值，3次重復，取其平均值。利用番茄紅素標準品構建標準曲線如下：

番茄紅素質量分數/（mg·kg-1）=（3.49A+0.1297）/W×f。

式中：A-502 nm處的吸光值;3.49-標準曲線的斜率;W-樣品的質量（g）;f-稀釋倍數。

1.2.2 西瓜果實剖面色度值測定 利用色差儀測定西瓜剖面色度值。每個待測果實縱切后取剖面中心至邊緣3個不同位置測定3次，測定L、a、b值，取3次結果的平均值。利用a值和b值計算得到的果實顏色評價系數色調（Hue）與飽和度（Chroma）。其中Hue值大小用來確定紅黃綠藍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 統計分析與顯著性分析 使用Microsoft Excel 2013軟件對番茄紅素測定值與估測值進行計算，采用SPSS 19.0軟件對番茄紅素測定值與果實顏色系數進行Person相關性分析、回歸方程構建與差異顯著性分析等。

2 結果與分析

2.1 番茄紅素含量及果實顏色系數值

番茄紅素含量測定結果及果實顏色系數分析結果如表2所示。22份西瓜果實番茄紅素質量分數分布在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顏色系數的相關性

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

2.3 回歸預測研究

為驗證該模型的可信度，利用已構建的番茄紅素含量與Chroma值回歸模型對試驗基地隨機采收29份紅肉西瓜果實估測番茄紅素含量，并采用分光光度法實際測定這些樣品的番茄紅素含量。結果表明，該批次樣品番茄紅素質量分數實測均值為（56.86±7.60） mg·kg-1，估測均值為（57.50±11.62） mg·kg-1。同時通過兩樣本平均數配對法對實測值與估測值進行t檢驗及差異顯著性分析，由分析結果（表4）可知，在實測值與估測值的總體均數之間差異不顯著（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值與實際值符合程度高。圖2為29份紅肉西瓜果實番茄紅素預測值和實際測定值之間的對比。

3 討論與結論

筆者對22份不同倍性西瓜果實進行了番茄紅素含量的測定，結果表明試驗所選取的西瓜果實番茄紅素質量分數分布在24.68～86.43 mg·kg-1之間，與Perkins等[6]、袁平麗等[7]測定的紅肉西瓜果實番茄紅素含量范圍基本相當，說明試驗材料的選取有一定的代表性。

同時利用色差儀對22份不同倍性西瓜果實剖面進行了顏色系數分析，結果發現，西瓜果實番茄紅素含量與果實剖面顏色系數Chroma值之間存在極顯著正相關，Chroma值的大小反映了色素的濃度高低，以此建立了西瓜果實番茄紅素含量與Chroma的回歸模型，并利用29份材料進行驗證，結果表明利用回歸方程得到的番茄紅素含量的估測值與實際值符合程度高。利用色差儀可以快速檢測果實中番茄紅素含量。

色差儀為光學儀器，測量過程中易受被測物品表明光滑度、周圍光照度等因素的影響[18-19]。在西瓜果實剖面顏色系數測量過程中，西瓜果實剖面的顏色均勻程度對西瓜果實顏色系數有較大的影響，測定時需選取剖面均勻、顏色一致的區域進行測定。此外，西瓜果實剖面滲出的水分同樣對色差計讀數影響很大，直接影響到回歸方程預測的準確性，因此在測量過程中需利用吸水紙將西瓜果實剖面的自由水吸掉后再進行測量。同時測量時宜選用周圍光照變化較小的工作臺進行測量，避免環境造成的測量誤差[20]。

筆者建立了一種利用色差儀快速測定紅色果肉西瓜果實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異種質，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。

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