單色光照射對(duì)鮮青花椒葉綠素降解的實(shí)驗(yàn)研究

汪 洋，鄧惠玲，闞建全，*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶400715；2.重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715）

青花椒（Zanthoxylum schinifolium Sieb.et Zucc）屬蕓香科（Rrutaceae）花椒屬（Zanthoxylum L.）落葉香料植物，又名川椒和香椒子?；ń凡粌H可以作為香料使用，而且也可以作為藥用，如用于治療腹瀉、嘔吐、蛔蟲病等[1]?；ń吩谌珖?guó)大部分地區(qū)均有種植，其種植面積和產(chǎn)量均較大[2]。青花椒從果實(shí)形成到成熟采收時(shí)都是綠色的，但是鮮青花椒采后在干燥過程中極易變色，嚴(yán)重影響其市場(chǎng)價(jià)值。青花椒果皮的綠色主要是由于其存在的葉綠素，而葉綠素卻容易降解。影響葉綠素降解的因素很多，除了體內(nèi)相關(guān)酶引起的葉綠素降解外，還包括如光、溫度、氧、濕度等外部環(huán)境因素的影響，分為葉綠素酶降解和光降解兩條途徑。目前，國(guó)內(nèi)外在果蔬采后葉綠素酶降解方面[3-5]已有較深入的研究，而葉綠素的另一降解途徑，即光降解途徑方面的研究卻甚少。光降解途徑，又叫光漂白途徑或氧化漂白途徑[6-7]，在高等植物體內(nèi)光對(duì)葉綠素的漂白作用是非常普遍的。黃持都等[8]研究表明，紫外線對(duì)離體葉綠素的破壞作用最強(qiáng)，可見光中藍(lán)光、紅光的破壞作用次之，紅外線的破壞作用較小。有研究認(rèn)為葉綠素在過量光能下轉(zhuǎn)變?yōu)槿€態(tài)，再通過電子將能量傳遞給氧等，產(chǎn)生單線態(tài)氧等活性氧從而破壞膜脂及蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，造成葉綠素的降解[9-10]。但目前，單色光對(duì)于鮮青花椒中葉綠素降解的影響，國(guó)內(nèi)外都還沒有相關(guān)的研究報(bào)道。因此，本文擬開展單色光對(duì)鮮青花椒色澤和葉綠素降解影響的研究，對(duì)于提高干青花椒的品質(zhì)和闡明葉綠素光降解途徑具有較重要的作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮青花椒 產(chǎn)自重慶北碚區(qū)靜觀鎮(zhèn)素心村；N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和乙醚等 成都科龍化工試劑廠，分析純；丙酮和甲醇 成都科龍化工試劑廠，色譜純；葉綠素標(biāo)準(zhǔn)品 Sigma公司。

自制單色光照箱（內(nèi)置單色濾光片紅A044S、橙A033X、黃A012J、綠A2307、青A0935、藍(lán)A0823、紫A135X） 意大利O.D.L.公司；測(cè)光計(jì)（Light Meter）深圳華盛昌機(jī)械實(shí)業(yè)有限公司；ULTRASCAN PRO測(cè)色儀 美國(guó)HunterLab公司；分析型液相色譜儀 日本島京公司；ALPHA1-4/2-4LSC冷凍干燥設(shè)備 德國(guó)Marin Christ公司；FSH-Ⅱ型勻漿機(jī) 江蘇金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

在光照箱內(nèi)，選用150W的溴鎢燈作為光源，采用單色光濾光片過濾得不同波長(zhǎng)的單色光；將鮮青花椒樣品（每份樣品鮮重5.0g）置于單色光濾光片下方，調(diào)整距離，使得每種單色光照射鮮青花椒的光強(qiáng)度為2000lux。紫外光的獲得采用20W紫外燈，強(qiáng)度也是2000lux。溫度控制在33℃左右，可避免因溫度過高而產(chǎn)生葉綠素降解。連續(xù)光照，每1.5h取樣5.0g×3，連續(xù)9h取樣。以同樣環(huán)境下遮光作為對(duì)照組。

根據(jù)復(fù)合光透過濾光片后所得的單色光波段，單色光可分為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，分別用A、B、C、D、E、F、G表示，紫外光用H表示。

1.3 分析測(cè)定方法

1.3.1 青花椒樣品色差值的測(cè)定 采用UltraScan PRO測(cè)色儀進(jìn)行測(cè)定。選用RSIN-包括鏡面反射模式，觀察面積4.826mm，濾光片位置：微量的。實(shí)驗(yàn)指標(biāo)為國(guó)際CIE Lab色度空間中的L*、a*、b*值。每個(gè)樣品中選取20顆青花椒樣品進(jìn)行測(cè)量，每顆測(cè)一次。色差△E的計(jì)算以新鮮青花椒的L*、a*、b*值作為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照，根據(jù)國(guó)際ASTM E308-99標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算公式為：

式中：△L*=L*處理-L*對(duì)照；△a*=a*處理-a*對(duì)照；△b*=b*處理-b*對(duì)照。

1.3.2 葉綠素含量的測(cè)定

1.3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[11-12]色譜條件：色譜柱，GL Sciences column（ODS-SP，5μm，4.6mm×250mm）；洗脫液：50%甲醇-50%丙酮；檢測(cè)器：SPD-M20A型二極管陣列（PDA）；RF-10AXL型熒光檢測(cè)器，激發(fā)波長(zhǎng)為440nm，發(fā)射波長(zhǎng)為660nm，與PDA一同使用；洗脫液流速為0.6mL/min；柱溫35℃，進(jìn)樣量10μL。

通過實(shí)驗(yàn)，葉綠素a的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=0.14027+2.59028E-5X，R=0.9997；葉綠素b：Y=0.01227+6.6989E-5X，R=0.9994，Y為濃度mol/L，X為峰面積。

1.3.2.2 青花椒樣品葉綠素類的提取[13]準(zhǔn)確稱取青花椒樣品5.0g，加入用MgCO3飽和過的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）40mL，勻漿后抽濾。置濾液于分液漏斗中，加入50mL正己烷洗滌三次后，在DMF相中加入其2倍體積的預(yù)冷（0℃）的飽和食鹽水，再加入40mL 1∶1（V/V）的乙醚∶正己烷提取葉綠素。提取液用30mL蒸餾水洗滌三次后加入3g無(wú)水硫酸鈉干燥5min。然后在低于30℃下蒸干有機(jī)溶劑，溶殘余物于丙酮中并定容至5mL，即得葉綠素類待測(cè)樣品。

1.3.2.3 葉綠素含量的測(cè)定 采用液相色譜法定量分析，方法同1.3.2.1。計(jì)算公式為：

青花椒樣品中葉綠素a（b）的含量（μg/g）=Y×V×M×106/m

式中：Y為標(biāo)準(zhǔn)曲線查得的溶液中葉綠素a（b）的濃度（mol/L）；V為樣品提取液體積（mL）；M為葉綠素a（b）的相對(duì)分子質(zhì)量（g/mol）；m表示樣品質(zhì)量（g）。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次（顏色指標(biāo)重復(fù)20次），實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析采用Excel（2003）和Origin 8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 單色光光照對(duì)鮮青花椒色澤的影響實(shí)驗(yàn)研究

由圖1可知，在鮮青花椒的單色光光照過程中，其a*值均呈增加趨勢(shì)，表明青花椒的綠色漸漸褪去。紫外光照射對(duì)青花椒色澤影響最大，連續(xù)照射9h后，其a*值從-4.64上升至1.26，此時(shí)青花椒已無(wú)明顯綠色。在其他單色光光照條件下，a*值均略微增加，但仍為負(fù)值，這時(shí)青花椒仍為綠色。

圖1 單色光照射對(duì)青花椒色澤（a*值）的影響Fig.1Effect of monochromatic light on the color（the value of a*）of green prickleyashes注：A～H分別表示紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫光及紫外光；圖2、圖3，圖5～圖7同。

由圖2可知，鮮青花椒在單色光照射下，其b*值均呈下降趨勢(shì)，表明其色澤逐漸向黃色過渡。其中，紫外光（H）照射對(duì)其b*值影響最大，其值從21.66降至12.51；其次是藍(lán)色光（F）和黃色光（C），分別從21.77和20.11降至15.32和15.00。

圖2 單色光照射對(duì)青花椒色澤（b*值）的影響Fig.2Effect of monochromatic light on the color（the value of b*）of green prickleyashes

圖3 單色光照射對(duì)青花椒色澤（L*值）的影響Fig.3Effect of monochromatic light on the color（the value of L*）of green prickleyashes

由圖3可知，鮮青花椒在單色光照射下，其L*值呈下降趨勢(shì)，表明其色澤越來(lái)越暗。其中，紫外光照射下L值下降最為明顯（從44.81降至24.4），其次為黃色光C（從42.49降至34.6）和藍(lán)色光F（從39.34降至31.54）。

如綜合考慮各種單色光照射方式對(duì)于青花椒色澤指標(biāo)L*、a*、b*值的影響，色差E是綜合考慮明度差（L*）以及色度差（a*、b*）的總色差值，可以有效反映青花椒果皮顏色的變化，其值越大，表明顏色改變?cè)矫黠@，即該種單色光照射方式對(duì)青花椒果皮顏色的影響越大，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，紫外光照射（H）對(duì)青花椒果皮色澤影響最為明顯，其次是藍(lán)色光（F）和黃色光（C）。

圖4 不同光照模式中青花椒樣品的的色差值（E）Fig.4 Values of E of green prickleyashes

2.2 單色光光照對(duì)青花椒葉綠素含量的影響實(shí)驗(yàn)研究

圖5 單色光照射對(duì)青花椒樣品中葉綠素a含量的影響Fig.5 Effect of monochromatic light on chlorophyll a of green prickleyashes

由圖5可知，在同等條件下，紫外光（H）照射使鮮青花椒葉綠素a降解得最多，其含量從113.66μg/g降至86.65μg/g。其次是藍(lán)光（C）和黃色光（F）的照射。在黃色光（F）照射下，葉綠素a從128.14μg/g降至111.35μg/g；藍(lán)色光（C）光照射下，其含量從70.39μg/g降至58.89μg/g。而在其他單色光照射條件下，葉綠素a均降解不明顯。

由圖6可知，在同等條件下，紫外光（H）也使葉綠素b降解得最多，其含量從55.48μg/g降至39.62μg/g。其次是黃色光（F）、藍(lán)光（C）、青色光（G）的照射。在黃色光（F）照射下，其含量從61.18μg/g降至48.48μg/g；在藍(lán)色光（C）照射下，其含量從30.65μg/g降至24.91μg/g；在青色光（G）照射下，其含量從60.48μg/g降至49.73μg/g。而在其他單色光照射條件下，葉綠素b均降解不明顯。

圖6 單色光照射對(duì)青花椒葉綠素b的影響Fig.6 Effect of monochromatic light on chlorophyll b of green prickleyashes

圖7表示單色光照射下青花椒樣品中總?cè)~綠素降解的情況，紫外光（H）使葉綠素a和葉綠素b的總含量從169.14μg/g降至126.27μg/g，藍(lán)色光（B）使葉綠素a和葉綠素b的總含量從101.04μg/g降至83.8μg/g，黃色光（E）使葉綠素a和葉綠素b的總含量從189.32μg/g降至159.83μg/g。

圖7 單色光照射對(duì)青花椒葉綠素a和葉綠素b的影響Fig.7 Effect of monochromatic light on chlorophyll a and chlorophyll b of green prickleyashes

圖8表示單色光照射下青花椒樣品中總?cè)~綠素含量的降解率，紫外光（H）照射中葉綠素a和葉綠素b的總含量的降解率達(dá)到25.35%，藍(lán)色光（B）和黃色光（E）分別為17.06%和15.58%。

圖8 單色光照射對(duì)青花椒葉綠素a和葉綠素b降解率的影響Fig.8 Effect of monochromatic light on degradation rates of chlorophyll a and chlorophyll b of green prickleyashes

由以上分析可知，鮮青花椒在單色光照過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的色澤劣變，具體表現(xiàn)為綠色褪去、逐漸向黃色過渡以及色澤變暗，同時(shí)，青花椒體內(nèi)的葉綠素a和葉綠素b逐漸降解，為了消除不同批次的原料所造成的差異，色澤的變化采用色差值（圖4）表示，葉綠素的變化采用降解率（圖8）表示，分析色差值與葉綠素降解率之間的相關(guān)性，可知其相關(guān)系數(shù)為0.8380，說(shuō)明青花椒色澤的劣變與青花椒體內(nèi)葉綠素的降解率呈正相關(guān)，且相關(guān)性較大，即采后鮮青花椒顏色的劣變主要?dú)w因于其體內(nèi)葉綠素的降解。

3 結(jié)論

3.1 在相同的光照強(qiáng)度和溫度等條件下，紫外光照射對(duì)青花椒葉綠素的影響最為明顯，其次是藍(lán)色光和黃色光。在采后鮮青花椒的加工、包裝和儲(chǔ)藏等過程中，為了保證其質(zhì)量和貨架期，應(yīng)盡量遮光，特別是應(yīng)該防止紫外線的照射。

3.2 葉綠素a更容易受單色光紫外光、藍(lán)色光和黃色光的作用而降解，而對(duì)葉綠素b依次易受單色光紫外光、黃色光、藍(lán)色光的作用而降解。該結(jié)論是進(jìn)一步研究青花椒葉綠素發(fā)生光降解的基礎(chǔ)，同時(shí)也可為葉綠素的光降解研究提供參考。

3.3 青花椒果皮的色差值與青花椒體內(nèi)總?cè)~綠素的降解率呈現(xiàn)較大的正相關(guān)性，表明青花椒的色澤變化主要受葉綠素含量的影響。

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