番茄不同成熟時期品質(zhì)變化及可利用性研究

馬璐璐，楊 成，張 建，王陳強，馬自強，張連富*，

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.石河子大學(xué) 食品學(xué)院，新疆 石河子 832003；3.新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司技術(shù)中心，新疆 庫爾勒 841000）

番茄作為全球栽培最為廣泛的農(nóng)作物之一，含有豐富的類胡蘿卜素、維生素、糖類、有機酸等[1]，具有較高的營養(yǎng)價值[2]。我國的加工番茄主要種植于西北地區(qū)，而新疆加工番茄產(chǎn)量占全國的70%左右[3]。由于新疆番茄種植品種較多、成熟期不一致、機械采收等導(dǎo)致收獲的番茄成熟度不一，其中摻雜10%~20%的未成熟番茄[4-5]，這些未成熟番茄對番茄醬、番茄汁等產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味等造成不良影響，一般在加工前會被篩選出來并廢棄，造成資源浪費，同時還會對環(huán)境造成污染。

根據(jù)NY/T 1517-2007《加工用番茄標(biāo)準(zhǔn)》[6]，自然成熟番茄須色澤鮮紅、新鮮完好。與番茄外觀有關(guān)的品質(zhì)主要包括果質(zhì)量、果徑及顏色；風(fēng)味相關(guān)的特征品質(zhì)主要包括可溶性固形物、糖和酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；營養(yǎng)品質(zhì)主要包括番茄紅素（Lycopene LYC）、六氫番茄紅素（Phytofluene PTF）、八氫番茄紅素（Phytoene PT）、β-胡蘿卜素、番茄堿（tomatine TMT）等。番茄在成熟過程中品質(zhì)不斷發(fā)生變化，TMT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，類胡蘿卜素逐漸積累[7]。其中TMT較多是未成熟番茄難以利用的主要原因。TMT大量存在于番茄的莖葉及未成熟的果實當(dāng)中，保護(hù)番茄植株免受昆蟲、細(xì)菌等的侵害[8]，但會使番茄具有一種苦澀味，大量食用后有可能導(dǎo)致嘔吐、腹瀉等癥狀[9-11]。但TMT對乙酰膽堿酯酶的抑制作用較弱，毒性較低[12]，成熟番茄中因含量較少因而更安全。同時類胡蘿卜素作為番茄中的主要功能性成分，長期食用有利于抑制膽固醇的合成、預(yù)防心血管疾病[13-14]，降低前列腺癌、乳腺癌等多種疾病的發(fā)病風(fēng)險[15-16]，其中PTF、PT存在天然順式結(jié)構(gòu)，生物可給率高[17]，共軛雙鍵較少，主要在紫外區(qū)吸收，可降低紫外對皮膚的傷害，防止皮膚光老化[18]。

目前，對于番茄不同成熟時期品質(zhì)探究主要集中在糖、酸的種類與含量[19-20]以及番茄紅素、β-胡蘿卜素[21]的變化，而對生長過程中類胡蘿卜素前體物質(zhì)PTF、PT及負(fù)營養(yǎng)物質(zhì)TMT的報道較少。作者選取IVF3535、8210、金番11、3311等4種常用加工品種，將其劃分為青熟期、變色期、堅熟期和完熟期4個階段，分別測定其果質(zhì)量、果徑、表皮顏色、干物質(zhì)、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、類胡蘿卜素，建立TMT檢測方法并探究其變化，旨在監(jiān)測番茄在成熟過程中品質(zhì)變化，從而篩選出適宜成熟度的廢棄番茄再進(jìn)行加工利用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試番茄為加工用番茄品種，分別為IVF3535、8210、金番11、3311共4個品種，由新疆冠農(nóng)果茸公司提供，每個品種在成熟過程中分為4個成熟時期。1）青熟期：番茄外部果皮白青色，果實堅硬；2）變色期：番茄果皮外表開始變色，有青黃色；3）堅熟期：果實表面大部分為紅色，但較為堅硬；4）完熟期：果實完全變紅且變軟，為正常的番茄加工原料，見圖1。

圖1 不同成熟時期的加工番茄Fig.1 Processed tomatoes at different ripening stages

番茄紅素標(biāo)品（純度96%）：購于華北制藥廠；β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品（純度96%）：購于上海阿拉丁有限公司；番茄堿標(biāo)品（純度98%）：購于上海甄準(zhǔn)生物有限公司；乙腈、甲醇、甲基叔丁基醚：均為色譜純；正己烷、丙酮、甲醇、氨水等：為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Alliance e2695高效液相色譜儀、2998二極管陣列檢測器，配有Empower3色譜工作站：美國Waters公司；1525高效液相色譜儀（蒸發(fā)光檢測器）：美國Waters公司；YMC Carotenoids C30色譜柱（250 mm×4.6 mm，5μm）：日本YMC株式會社；ODS-2 C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5μm）：賽默飛世爾科技有限公司；UV-2802型紫外可見光分光光度計：尤尼柯（上海）科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 番茄果重質(zhì)量、果徑及表面顏色的測定將挑選出番茄分類后進(jìn)行清洗，每個品種、每個成熟度選取8個果實樣品，記錄果實的果質(zhì)量、橫徑和縱徑。使用色度儀沿果實赤道面一周均勻取3點進(jìn)行測定，色澤采用CIE-L*a*b色空間表示方法，得到L*、a*和b*3個參數(shù)。

1.3.2 可溶性固形物及干物質(zhì)的測定番茄可溶性固形物直接用糖度儀進(jìn)行測定，結(jié)果以°Brix表示；干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)按照國標(biāo)GB5009.3-2016《食品中水分的測定》[22]進(jìn)行測定，結(jié)果以質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以鮮質(zhì)量計）表示。

1.3.3 可溶性糖及可滴定酸的測定可溶性糖：硫酸-蒽酮法進(jìn)行測定[23]；可滴定酸：酸堿滴定法測定[24]；結(jié)果以g/100 g（以鮮質(zhì)量計）表示。

1.3.4 類胡蘿卜素的測定類胡蘿卜素提取參考文獻(xiàn)[25]的方法。將番茄勻漿凍干，取適量凍干粉末加入20 mL正己烷-甲醇-丙酮（體積比為2∶1∶1），磁力攪拌提取20 min，抽濾收集上清液，濾渣重復(fù)上述步驟2次直至濾渣顏色褪盡，合并上清液。上清液中加入5 mL水，于分液漏斗中靜置分液，取正己烷層，45℃旋轉(zhuǎn)蒸干后乙酸乙酯溶解，并用甲醇-甲基叔丁基醚（體積比1∶1）定容，置于-20℃冰箱中待測。

類胡蘿卜素檢測：采用高效液相色譜-二極管陣列檢測器（HPLC-PDA）分離檢測，根據(jù)保留時間和光譜特征進(jìn)行定性鑒定[26]，LYC和β-胡蘿卜素用外標(biāo)法定量，PTF和PT利用各自摩爾吸光系數(shù)與全反式LYC的比值，得出相對斜率定量[27-29]。色譜柱：C30柱（5μm，250 mm×4.6 mm）；液相條件：柱溫30℃；流速1 mL/min；進(jìn)樣量20μL[28]；流動相A為甲醇-甲基叔丁基醚-水（體積比為450∶25∶25），流動相B為甲基叔丁基醚-甲醇（體積比為400∶100），采用梯度洗脫的方法，流動相B梯度變化為0~20 min，B相由45%變?yōu)?0%；20~28 min，B相由50%到95%；28~32 min，B相維持95%；32~34 min，B相由95%到100%；34~37 min，B相維持100%；37~40 min，B相由100%變?yōu)?5%，總共運行45 min。檢測波長：PT 286 nm，PTF 348 nm，LYC 471 nm，β-胡蘿卜素452 nm。結(jié)果以μg/g（以干質(zhì)量計）表示。

全反式番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線為：

式中：y為峰面積；x為樣品質(zhì)量濃度，μg/mL；線性范圍為0.5~25μg/mL。

全反式β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)曲線為：

式中：y為峰面積；x為樣品質(zhì)量濃度，μg/mL；線性范圍為1~25μg/mL。

1.3.5 TMT的分析檢測TMT提?。簠⒖糞uk-Hyun等人的方法[20]，取適量番茄凍干粉末，加入體積分?jǐn)?shù)2%乙酸-甲醇溶液攪拌提取40 min，收集上清液，濾渣重復(fù)上述步驟兩次，合并濾液。濾液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至5 mL左右，用0.2 mol/L的鹽酸溶解濃縮液，再用氨水將pH值調(diào)至11。將調(diào)好pH的溶液置于65℃水浴50 min后取出冷卻，于4℃冰箱放置過夜，取出后在4℃下10 000 r/min離心10 min，取沉淀，沉淀氮氣吹干后復(fù)溶于2 mL甲醇中，置于-20℃冰箱中待測。

TMT檢測方法：采用高效液相色譜-蒸發(fā)光檢測器（HPLC-ELSD）進(jìn)行檢測。色譜柱：C18柱（5μm，250 mm×4.6 mm）；液相條件：柱溫30℃；流量1 mL/min；進(jìn)樣量20μL；ELSD漂移管溫度80℃，載氣流速2.5 L/min。流動相A相為體積分?jǐn)?shù)0.1%甲酸-水溶液，流動相B為0.1%甲酸-乙腈；采用梯度洗脫的方法，流動相B梯度變化為0~5 min，B相由30%變?yōu)?0%；5~20 min，B相保持40%；20~22 min，B相由40%變?yōu)?0%；22~25 min，B相保持30%，總運行時間為25 min。結(jié)果以μg/g（以干質(zhì)量計）表示。

標(biāo)準(zhǔn)曲線制作：稱取TMT標(biāo)品2.5 mg，用甲醇超聲溶解定容至5 mL，制成0.5 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，精密吸取20、16、10、5、1μL進(jìn)樣，每個進(jìn)樣體積重復(fù)進(jìn)樣3次，記錄峰面積并取平均值，以對照品進(jìn)樣量為橫坐標(biāo)x，以峰面積為縱坐標(biāo)y，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

方法學(xué)驗證：方法學(xué)驗證主要從線性范圍、檢測限、定量限、精密度、穩(wěn)定性、回收率方面進(jìn)行驗證。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

以上實驗測定指標(biāo)均重復(fù)3次，采用GraphPad Prism7作圖，圖中數(shù)據(jù)均為平均值，誤差以平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。實驗數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計分析軟件SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，均值間比較采用Duncan’s多重比較，在0.05水平上進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄果質(zhì)量、果徑及表面顏色

表1為4個不同加工品種番茄在不同成熟階段的果質(zhì)量、果徑及顏色變化。從表1可以看出，番茄在成熟過程中質(zhì)量不斷增加，果實不斷膨脹，體積增大。從青熟期開始，果形指數(shù)逐漸減小。番茄果實表面顏色是對番茄成熟度辨別的最直觀指標(biāo)，從表1可以看出，L*值逐漸減小，a*值由負(fù)到正逐漸增加，番茄在成熟過程中表皮逐漸變暗，顏色由綠轉(zhuǎn)紅。

表1 不同番茄品種各成熟階段的果質(zhì)量、果徑及表皮顏色Table 1 Weight,diameter and color of different tomato cultivars at various ripening stages

2.2 可溶性固形物及干物質(zhì)的變化分析

由圖2可知4個品種番茄在不同成熟時期可溶性固形物總體變化不大，4個品種間無明顯變化規(guī)律。其中品種IVF3535的可溶性固形物明顯優(yōu)于其他3個品種，在4個成熟階段均大于6°Brix。

圖2 番茄成熟過程中可溶性固形物糖度變化Fig.2 Soluble solid contents changed in tomato during ripening

由圖3可見，4個品種的加工番茄在成熟過程中干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化趨勢一致，即隨著番茄的成熟，其干物質(zhì)呈先降低后升高趨勢，但在成熟后期無顯著性差異。番茄在成熟時期通過光合作用積累干物質(zhì)，前期積累速率較大至成熟后期逐漸減小[30]。其中品種IVF3535在各成熟階段的干物質(zhì)均大于其他3個品種，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為7.0%~7.5%。

圖3 番茄成熟過程中干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig.3 Mass fraction of dry matter changed in tomato during ripening

2.3 番茄中可溶性糖及可滴定酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

從圖4可以看出，4種番茄在未成熟時可溶性糖與完熟時期差距較小，不同品種之間可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)存在差異。IVF3535、8210、3311這3個品種在4個成熟階段中均為先增加后減小趨勢，堅熟期達(dá)到最大值；其中品種IVF3535可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個時期均大于其他3個品種。金番11可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個時期逐漸增加，完熟期為3.58%。除金番11外，其余3種加工番茄在變色期或堅熟期時可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均優(yōu)于完熟期。

圖4 番茄成熟過程中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig.4 Mass fraction of soluble sugar changed in tomato during ripening

番茄果實中的酸大部分為有機酸，主要為檸檬酸和蘋果酸，對番茄果實風(fēng)味品質(zhì)有重要的影響[31]。由圖5可見，4個品種的加工番茄的總酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4個成熟時期內(nèi)顯著下降。完熟期時，4個品種的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.45%~0.48%。

圖5 番茄成熟過程中可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig.5 Mass fraction of titratable acid changed in tomato during ripening

2.4 番茄中LYC、PT、PTF、β-胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

LYC、PT、PTF和β-胡蘿卜素在其最大吸收波長下的液相色譜見圖6。圖7分別為4個品種的番茄在不同成熟時期LYC、PTF、PT及β-胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化。由圖可知，LYC、PTF、PT、β-胡蘿卜素在成熟過程中均呈增長趨勢，與其他品種番茄中測定結(jié)果一致[32]。在植物體內(nèi)類胡蘿卜素的合成途徑中，PTF和PT是其他類胡蘿卜素合成的前體物質(zhì)，PT經(jīng)八氫番茄紅素脫氫酶（PDS）脫氫形成PTF，PTF再分別由PDS、ζ-胡蘿卜素脫氫酶、ζ-胡蘿卜素異構(gòu)酶脫氫、異構(gòu)化形成全反式LYC，再由番茄紅素環(huán)化酶（LCY）催化生成β-胡蘿卜素[33]。這些關(guān)鍵酶在番茄成熟過程中影響類胡蘿卜素的合成與積累。

圖6 類胡蘿卜素液相色譜圖Fig.6 Liquid chromatogram of carotenoids

圖7 番茄成熟過程中類胡蘿卜素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig.7 Mass fraction of carotenoid changed in tomato during ripening

4個品種加工番茄在變色期后均為LYC質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，PT次之，β-胡蘿卜素最少。在青熟期時，LYC積累較少，PTF和PT僅有微量積累，β-胡蘿卜素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于PTF和PT，青熟期后，LYC、PTF、PT迅速積累，而β-胡蘿卜素增長緩慢，遠(yuǎn)低于LYC。由于番茄在成熟后期PDS表達(dá)量顯著上升，促進(jìn)LYC的合成，同時催化LYC異構(gòu)化形成β-胡蘿卜素的LYC表達(dá)量則顯著下降，抑制了LYC的降解，使得LYC在番茄內(nèi)大量積累，β-胡蘿卜素增長緩慢[34-35]。變色期和堅熟期時，4個品種番茄已積累了一定量的類胡蘿卜素。以品種IVF3535為例，變色期和堅熟期時LYC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為723.36、1 888.95μg/g，約為完熟期的38.8%和70%，PTF和PT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為490.04μg/g和839.70μg/g，分別為完熟期的47.4%和81.2%。

2.5 番茄中番茄堿分析檢測

2.5.1 番茄堿標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制按1.3.5方式制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，以標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)樣量為橫坐標(biāo)x，以峰面積為縱坐標(biāo)y得線性回歸方程為y=82 501x-64 517，R2=0.995 9，番茄堿在0.5~10μg內(nèi)線性關(guān)系良好。以3倍信噪比計算，番茄堿的檢出限為0.1μg，以10倍信噪比計算，番茄堿的定量限為0.2μg[36]。

2.5.2 方法學(xué)驗證

1）精密度試驗 精密吸取標(biāo)準(zhǔn)品溶液20μL，按照1.3.5中檢測條件連續(xù)重復(fù)進(jìn)樣6次，記錄番茄堿面積，計算RSD為4.1%。

2）穩(wěn)定性試驗 精密吸取標(biāo)準(zhǔn)品溶液20μL，分別在0、2、4、6、8 h進(jìn)樣分析，記錄色譜峰面積，計算RSD為3.1%。

3）重復(fù)性試驗 精密稱取番茄凍干粉末1 g，按1.3.7中方法制得供試品溶液3份，分別在1.3.5色譜條件下分析測定，記錄色譜峰面積，計算RSD為1.6%。

4）回收率試驗 精密稱取已知番茄堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的樣品1 g，各樣品中分別加入適量對照品標(biāo)準(zhǔn)液，按1.3.5供試品溶液制備方法平行制備3份，進(jìn)樣分析并記錄色譜峰面積，結(jié)果見表2，番茄堿的回收率在84.05%～96.30%，平均回收率為89.32%，RSD為4.85%。

表2 番茄堿回收率試驗Table 2 Recovery of tomatine

2.5.3 番茄中番茄堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化番茄堿標(biāo)品與番茄提取物中番茄堿色譜圖見圖8，番茄在不同時期TMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化見圖9。隨著番茄的成熟，TMT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷降低，與文獻(xiàn)報道一致[12，20]。但除了品種IVF3535，其余3個品種從變色期開始TMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著性差異。番茄在成熟過程中TMT逐漸降低，并轉(zhuǎn)化為番茄皂苷[7]。4個品種番茄在青熟期TMT積累較多，不同品種在該時期內(nèi)差異較大。品種3311質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為910μg/g；品種金番11最低，為331μg/g。變色期番茄堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低，且4個品種間差異減小。從變色期開始，番茄堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化減小，趨勢平緩，至完熟期，4個加工番茄品種的番茄堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在42～44 μg/g，且與堅熟期相比無顯著性差異（P＞0.05）。

圖8 番茄堿液相色譜圖Fig.8 Liquid chromatogram of tomatine

圖9 番茄成熟過程中番茄堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化Fig.9 Mass fraction of tomatine changed in tomato during ripening

3 結(jié)語

番茄在由青熟期到完熟期的成熟過程中其外觀、風(fēng)味及營養(yǎng)方面均發(fā)生了變化。隨著成熟度的提高，番茄中的LYC、PTF、PT和β-胡蘿卜素的積累量顯著上升，且在變色期時就已有積累，堅熟期時各品種LYC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占完熟期的54%~75%，PT和PTF占完熟期的81%~92%，β-胡蘿卜素占完熟期的68%~86%，同時可滴定酸及負(fù)營養(yǎng)物質(zhì)TMT的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均隨著番茄的成熟而顯著減小，變色期后TMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降趨勢減緩，其中除品種IVF3535外，TMT在變色期和堅熟期時的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與完熟期時均無顯著差異（P＞0.05），而可溶性固形物、可溶性糖及干物質(zhì)在變色期后與成熟期相比差距較小。

因而在番茄加工企業(yè)廢棄的未成熟番茄中可將處于變色期及變色期之后的番茄再次揀選出來，進(jìn)一步加工利用。加工利用方式還需進(jìn)一步研究，例如可將其中的類胡蘿卜素PT、PTF等進(jìn)行分離提取添加于食品或化妝品中，或以變色期后的番茄為基料加入其他風(fēng)味物質(zhì)制成復(fù)合調(diào)味醬等。本研究可為番茄的高效利用提供新思路及理論支持。