不同發光二極管(LED)光質對辣椒(Capsicum annum L.)采后品質的影響

毛 奇，楊有新，范飛軍，萬紅建，周國治，姚祝平，阮美穎，王榮青，葉青靜，李志邈，陳雙臣，程 遠，*

(1.浙江省植物有害生物防控重點實驗室，浙江省農業科學院 蔬菜研究所， 浙江 杭州 310021； 2.河南科技大學 林學院，河南 洛陽 471003； 3.江西農業大學 農學院 園藝系，江西 南昌 330045； 4.浙江省麗水市農業農村局，浙江 麗水 323000)

辣椒原產中南美洲，茄科辣椒屬一年或多年生，是世界上最重要的蔬菜作物之一[1，2]。辣椒中包含辣椒素、維生素、胡蘿卜素等多種對人體有益的活性物質，由于辣椒果實中較高的維生素C含量，辣椒被稱作蔬菜維C之王[3]。辣椒素類物質是茄科辣椒屬植物果實所特有的一種生物堿，辣椒素和二氫辣椒素占辣椒果實中辣椒素類物質含量的90%以上。辣椒素不僅是一種重要的調味物質，而且在促進新陳代謝、減脂降壓、保護心血管系統等人體健康維護方面具有廣泛應用價值[4-8]。近年來，隨著市場消費水平的提高，辣椒等蔬菜作物品質研究已經成為領域研究熱點。相關研究團隊針對辣椒在采后貯藏過程中衰老劣變、感官品質下降、營養物質降解等問題，從溫濕度調控、光照處理等方面進行了相關研究和討論[9-11]。

發光二極管(LED)作為一種新型半導體材料，具有操作簡單、成本低廉、環境友好等優點，已經被廣泛應用于園藝作物生產[12-14]。相關研究發現，對采后綠熟期番茄進行LED藍光預處理能夠延緩番茄軟化[15]，LED紅光照射可延緩采后花椰菜黃化，減少維生素C的降解[16]。雖然大量研究表明，光質在蔬菜作物采后品質調控方面發揮重要作用[17-19]，但是目前關于光質調控采后辣椒品質的報道較少。

本研究通過高效液相色譜(high performance liquid chromatograph， HPLC)、高效氨基酸定性定量分析等技術手段，對不同LED光質(白光、紅光、藍光)處理后的辣椒果實商品性、風味及營養品質相關指標進行了測定和比較分析，解析了不同光質對辣椒采后果實品質調控規律，以期為今后辣椒采后處理中LED補光技術的應用提供理論支撐和技術參考。

1 材料與方法

1.1 植物材料和果實處理條件

以辣椒雜交組合P1833(C.annum)為材料開展相關實驗。P1833主要特征為：植株高度約75 cm，展開度約69 cm。青熟果深綠，老熟果大紅，光澤度好。果實橫徑和縱徑分別為2.4 cm和10.4 cm，單果質量約20.6 g，露地春季栽培平均單株結果數21個，單株果實產量約0.5 kg(圖1-A、B)。

圖1 P1833辣椒植株(A)和不同LED光質處理下的果實樣品(B)Fig.1 P1833 pepper plant (A) and fruit samples under different LED light treatments (B)

2019年春季種植20株P1833辣椒于浙江省海寧市浙江省農業科學院楊渡試驗基地(東經120°2′，北緯30°27′)。第四檔(八面風)辣椒果實綠熟時(2019年6月20日，授粉后約35 d)，從20株P1833植株中收集大小均勻八面風果實，進行后續光照試驗處理。

采后辣椒果實被分為4份(每份20個辣椒果實)，其中3份分別放置在LED白光(光強500 lx，50 μmol·m-2·s-1)，LED紅光(660 nm，50 μmol·m-2·s-1)和LED藍光(450 nm，50 μmol·m-2·s-1)(T5-120-18A，寧波格欣萊光電科技有限公司)照射條件下，1份放置在完全黑暗條件下作為對照。處理條件為48 h全光照，對照為48 h全黑暗，溫度24 ℃，相對濕度(85±3)%(圖1-B)。

處理2 d后，部分果實通過電子秤(CL-1200，上海亞津電子科技有限公司)進行質量測定，部分果實通過硬度計(Model-GY3，徐州淮博儀器設備有限公司)進行硬度測定，其他樣品磨碎后用于后續風味和營養品質指標測定。除氨基酸含量及組成外，每個處理相關指標均設置3個生物學重復，每個生物學重復使用4個辣椒果實。

1.2 測定指標及方法

植株和果實形態的測定：植株高度和展開度用直尺(得力集團有限公司)測定，果實縱經和橫徑用游標卡尺(上海市量具廠)測定，單果質量用電子天平(上海亞津電子科技有限公司)測定。

果實硬度由水果硬度計(Model-GY3，徐州淮博儀器設備有限公司)進行測定。壓力針圓形(直徑10 mm)，壓力測試深度為1.5 mm，壓力單位為kg·cm-2。

辣椒素類物質測定參照標準GB/T21266—2007，利用高效液相色譜系統(Waters Corp.， Milford， MA， USA)進行測定；蛋白質含量測定采用Bradford的考馬斯亮藍法；丙二醛(MDA)含量通過硫代巴比妥酸(TBA)法，計算方法參照Hodges等[20]；葉綠素含量和總胡蘿卜素含量測定方法參照Zhong等[21]的分光光度計法進行測定，公式計算參照Zhong等[21]；維生素C(VC)含量利用高效液相色譜系統(Waters Corp.， Milford， MA， USA)進行測定[22]。

氨基酸成分利用氨基酸分析儀(SYKAM433D，蘇州華美辰儀器設備有限公司)進行測定。氨基酸組成的界定和換算：氨基酸總量、人體必需氨基酸、非必需氨基酸、兒童必需氨基酸和鮮味氨基酸分別用T、A、B、C和D表示[23-24]。計算人體必需氨基酸占氨基酸總量的質量分數(A/T)，人體非必需氨基酸占氨基酸總量的質量分數(B/T)，兒童必需氨基酸占氨基酸總量的質量分數(C/T)。蛋白質營養價值評價分別計算纈氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、蘇氨酸+酪氨酸占總氨基酸的相對含量，并與1973年 FAO/WHO修訂的人體必需氨基酸含量模式譜(簡稱氨基酸模式譜)比較[23，25]。

1.3 數據分析

采用Excel 2007進行數據整理，用Origin Pro 7.5進行制圖。采用Duncan’s新復極差多重比較法對試驗數據進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同LED光質處理辣椒素類物質含量比較分析

試驗結果表明，不同LED光質處理對P1833離體辣椒果實中的辣椒素類物質(辣椒素、二氫辣椒素)含量具有顯著影響，而辣椒素和二氫辣椒素含量在不同光質下的變化趨勢相似(圖2)。

與對照(黑暗處理48 h)相比，白光、紅光和藍光處理后的辣椒果實中辣椒素類物質含量均顯著降低，其中白光處理條件下降低水平最為顯著，辣椒素和二氫辣椒素含量相比對照分別下降了58.97%和54.36%(圖2)。相比白光處理，紅光和藍光處理在一定程度上延緩了辣椒素類物質含量降低，尤其是藍光處理48 h后，辣椒素和二氫辣椒素含量相比對照分別下降了32.51%和30.84%，下降幅度顯著低于白光和紅光(圖2)。因此，對于本實驗中采用的P1833辣椒，黑暗貯存最有利于其果實中的辣椒素類物質積累保持在較高水平，其次是藍光。此外，從圖2中可以看出，相比于二氫辣椒素，不同光質處理情況下辣椒素含量的變化更大，變異系數達到了41.09%，而二氫辣椒素為35.00%。

2.2 不同LED光質處理辣椒品質相關指標比較分析

果實質量是采后辣椒果實的重要商品性指標，直接決定經濟效益。采后48 h，對照和不同光質處理果實質量均有一定程度下降，相比對照處理果實質量變化(處理前的95.88%)，LED白光和藍光處理果實質量顯著下降(白光處理94.92%，藍光處理94.35%)，LED紅光處理無顯著變化(圖3-A)。果實硬度是衡量采后辣椒商品性的另一項重要指標，與對照相比，藍光處理顯著減低了辣椒果實的硬度，而白光和紅光處理則與對照無顯著差異(圖3-B)。蛋白質、葉綠素、總胡蘿卜素和維生素C是衡量果實營養價值的重要標準。對于蛋白質來說，紅光和藍光處理與對照相比變化趨勢相反，相比于對照，紅光處理顯著提高了辣椒果實中蛋白質的含量，而藍光處理后蛋白質含量顯著低于對照(圖3-C)。葉綠素含量能夠反映采后果實的顏色變化，與對照相比，白光能夠顯著誘導或者保持離體辣椒果實葉綠素含量，而紅光和藍光處理辣椒果實的葉綠素含量則與對照無顯著差異(圖3-D)。與對照相比，紅光和藍光處理辣椒果實中總胡蘿卜素含量顯著下降(圖3-E)。維生素C含量在辣椒果實不同光質處理中的變化與總胡蘿卜素含量變化相反，相比于對照處理，紅光和藍光處理辣椒果實中的維生素C含量更高(圖3-F)。

果實質量占比(%)=(不同LED光質處理后辣椒果實質量/不同LED光質未處理時辣椒果實質量)×100。Fruit weight percentage(%)=(pepper fruit weight after different LED light treatments/ pepper fruit weight without different LED light quality treatments)×100.圖3 不同LED光質處理下P1833辣椒果實的質量占比(A)、硬度(B)、蛋白質含量(C)、葉綠素含量(D)、總胡蘿卜含量(E)和維生素C含量(F)Fig.3 Fruit weight percentage (A)， fruit hardness (B)， protein content (C)， chlorophyll content (D)， total carotnoids content (E) and VC content (F) of P1833 pepper fruits under different LED light treatments

2.3 不同LED光質處理辣椒果實氨基酸含量比較分析

本實驗從P1833辣椒果實中共鑒定出17種氨基酸，其中人體必需氨基酸7 種，非必需氨基酸 8種，兒童必需氨基酸 2種，鮮味氨基酸2種(表1)。從表1中可以看出，LED白光和紅光處理辣椒果實中，大部分種類氨基酸含量與對照處理接近或者有較小幅度的增加，紅光處理辣椒果實中各類氨基酸增加幅度略高于白光處理。數據表明，與其他種類氨基酸不同，白光處理辣椒果實異亮氨酸含量僅為對照的9.60%，而紅光處理異亮氨酸含量與對照接近，這也是白光處理總氨基酸含量略低于對照，而紅光處理則高于對照的主要影響因素之一(表1)。藍光處理48 h后，辣椒果實中的幾乎所有種類氨基酸(除胱氨酸外)含量均明顯高于對照，其中甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸含量是對照處理的2倍以上。藍光處理辣椒果實總氨基酸含量達到了5 416.02 mg·100g-1，幾乎是對照處理(2 863.65 mg·100g-1)和白光處理(2 829.74 mg·100g-1)的2倍(表2)。

進一步對不同功能類型氨基酸(人體必需氨基酸、非必需氨基酸、兒童必需氨基酸、鮮味氨基酸)含量進行分析后發現，白光處理辣椒果實人體必需氨基酸、兒童必需氨基酸和鮮味氨基酸含量均低于對照，但是非必需氨基酸高于對照(表1)。而紅光和藍光處理辣椒果實的所有功能類型氨基酸含量均高于對照，其中藍光相比對照增加幅度高于紅光。對不同光照處理條件下不同功能類型氨基酸占比進行比較分析后發現，藍光處理辣椒果實人體必需氨基酸比例(42.8%)高于其他處理(對照38.9%、白光37.8%、紅光38.7%)，紅光處理辣椒果實兒童必需氨基酸占比在不同光質處理中最高，達到10.3%，對照黑暗處理辣椒果實鮮味氨基酸占比在不同光質處理中最高，為21.4%(表1)。

對不同光質處理后各類氨基酸變異分析表明，辣椒果實中異亮氨酸含量變化最為劇烈，變異系數CV接近80%，這主要是由白光處理后較低的異亮氨酸含量決定的。CV達到40%以上的還有蛋氨酸(48%)和組氨酸(41%)，與白光處理后大部分氨基酸種類含量與對照接近不同，這兩個氨基酸含量與對照差異較大。與之相反的是，不同光質處理后辣椒果實中脯氨酸和胱氨酸含量變化較為保守，變異系數不到20%(脯氨酸12.8%，胱氨酸16.1%)。在不同功能類別氨基酸中，不同光質處理下人體必需氨基酸(35.0%)的變異系數遠高于非必需氨基酸(25.0%)、兒童必需氨基酸(28.8%)和鮮味氨基酸(24.2%)(表1)。

表1 不同光質處理對P1833辣椒果實不同氨基酸成分含量的影響

2.4 不同LED光質處理辣椒果實氨基酸營養評價

由表2可知，對照及不同光質處理后，辣椒果實的大部分必需氨基酸質量分數符合氨基酸模式譜要求。蛋氨酸+胱氨酸質量分數是唯一在所有處理中均未達標的氨基酸組合，白光處理辣椒果實蛋氨酸+胱氨酸質量分數(2.30)高于對照(1.72)及紅光(1.74)和藍光(1.73)處理。除蛋氨酸+胱氨酸外，未達到氨基酸模式普要求的還有白光處理辣椒果實的異亮氨酸、紅光處理的纈氨酸和異亮氨酸，其中白光處理異亮氨酸質量分數僅為0.40，遠低于氨基酸模式普要求(4.00)，這也是不同光質處理辣椒果實異亮氨酸質量分數變異系數較高(60%)的主要影響因素。異亮氨酸是白光處理辣椒果實的第一限制氨基酸，蛋氨酸+胱氨酸是對照、紅光和藍光處理辣椒果實的第一限制氨基酸(表2)。此外，從表2中可以看出，藍光處理下大部分人體必需氨基酸質量分數均高于對照和其他處理。

表2 不同光照處理下P1833果實人體必需氨基酸構成分析(參照氨基酸模式譜)

3 討論

目前，蔬菜采后品質主要是通過控制溫濕度來維護和調節，光照處理作為一種采后處理方式在蔬菜品質調節中的應用得到了學界的關注[26-27]。前人研究表明，光照可抑制采后蔬菜的衰老，一定程度上還可提高其營養成分，例如白光照射可提高采后番茄的抗氧化能力，并使采后黃瓜的維生素含量維持在較高水平[28-29]。辣椒素類物質積累對于光照響應的早期研究表明，熒光燈下儲存的成熟辣椒果實辣椒素含量能夠達到儲存在黑暗條件下辣椒果實的二倍以上[30]。與前人研究結果不同，張珍[31]發現，中椒6號和遼椒7號在疏網遮蔭下分別比自然光下辣椒素含量高出18.4%、12.3%。高妍萍等[32]也發現，花后50 d的綠熟期遮光辣椒果實中辣椒素含量顯著上升。綜上所述，目前不同光照強度對于辣椒果實中辣椒素類物質積累的影響尚沒有明確的定論，相關結果受到光照強度、辣椒材料、辣椒果實狀態(活體或離體)等復合因素的影響，難以得到統一的結論。

得益于近年來LED技術的進步，不同波長光質在辣椒采后處理中的應用成為可能。相關研究團隊對于Takanotsume辣椒果實在LED紅光(660 nm，50 μmol·m-2·s-1)和藍光(470 nm，50 μmol·m-2·s-1)處理下的營養參數研究表明，處理48 h后辣椒果實中β-胡蘿卜素、辣椒紅素、總胡蘿卜素含量為紅光>藍光>黑暗，總葉綠素含量為藍光>黑暗>紅光，維生素C含量為藍光>紅光≈黑暗[33]。與Pola等[33]的研究相比，本研究中加入了LED白光處理，相關研究結論也有所差異。本研究中經過LED紅光和藍光處理辣椒果實的總胡蘿卜素含量顯著低于黑暗和白光處理，而紅光和藍光處理辣椒果實中的總胡蘿卜素含量沒有顯著差異。此外，與前人研究表明白光照射有助于維持黃瓜中較高的葉綠素含量，抑制黃化[28]結論一致，本研究中的白光處理可顯著提高采后辣椒中葉綠素的含量。維生素C含量方面，藍光處理辣椒果實維生素C含量高于黑暗處理的發現與前人研究結果一致，但是藍光和紅光處理辣椒果實的維生素C含量無顯著差異的發現與Pola等[33]研究結果有所區別。綜上所述，雖然本研究與前人研究雖然在處理中采用的光質類型、處理時間等方面具有一定相似之處，但在處理光照強度、處理溫濕度、采用辣椒材料等方面有所不同，以上差異可能是導致相關研究結論有所不同的直接原因。除Pola等[33]的研究外，Maroga等[34]也于最新的研究中發現LED紅光(660 nm，150 μmol·m-2·s-1)處理7 d和11 d后的黃色、綠色甜椒果實顏色、功能性成分(總酚，抗壞血酸和抗氧化活性)保持最好。但是，由于Maroga等[34]的研究在處理光照強度、環境溫度及取樣時間點等方面與本研究差異較大，因此，在此不做詳細比較討論。辣椒素類物質方面，本研究中P1833采后辣椒果實在LED藍光處理條件下的辣椒素類物質含量低于黑暗處理，這一結果與王曉芬等[35]發現14 μmol·m-2·s-1LED藍光照射48 h辣椒素含量與黑暗處理無顯著差異的結論不符，這一差異可能是由于采用的辣椒材料與光照強度不同導致的。綜合前人在光照和辣椒素類物質含量關系中的研究結果[36-39]，我們認為辣椒中辣椒素類物質與光照之間的相互作用處于一種復雜的動態變化中，受到辣椒遺傳背景、光照時間、光照強度、光質類型等一系列因素的影響和調控。

本研究還對氨基酸這一重要營養物質在不同光質處理辣椒中的變化進行了比較分析，發現與果實質量、硬度、總胡蘿卜素含量等品質和營養指標相比，采后辣椒果實氨基酸對于不同LED光質處理更為敏感，尤其是藍光處理，藍光處理的辣椒果實總氨基酸含量達到黑暗處理辣椒果實的2倍以上，而且藍光處理后辣椒果實中的人體必需氨基酸比例高于對照和其他處理。從氨基酸功能角度的分析表明，白光處理后人體必需氨基酸、兒童必需氨基酸和鮮味氨基酸含量低于對照，而紅光和藍光處理均高于對照，尤其是藍光處理各類功能氨基酸含量均接近或達到黑暗處理辣椒果實的2倍。通過與人體必需氨基酸的氨基酸模式譜比較，發現對照和3種光質處理條件下，白光和紅光分別有2項和3項必需氨基酸質量分數沒有達標，而黑暗和藍光處理僅有1項。綜上所述，不論從氨基酸含量、組成還是氨基酸模式譜方面，藍光是保證采后辣椒果實高氨基酸營養的最優處理。

4 結論

本研究表明，運用不同LED光質照射采后辣椒，可有效調控辣椒的商品性和風味營養品質。LED白光處理可促進辣椒果實葉綠素積累，有效減緩辣椒采后貯存中的褪綠。LED紅光處理能夠較好地保持采后果實質量和硬度，積累比黑暗貯存條件下更多的蛋白質和維生素C含量。LED藍光處理能夠保持辣椒素類物質和維生素C含量在相對較高水平，且氨基酸營養價值顯著高于黑暗和其他光質處理。因此，不同LED光質處理在采后辣椒保鮮、風味品質和營養價值調控方面具有重要意義。