井 鳳，劉 峰，傅茂潤(rùn)，李紅梅，劉 偉，王 曉,*

(1.山東省科學(xué)院山東分析測(cè)試中心，山東 濟(jì)南 250014；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018；3.山東省科學(xué)院生物研究所，山東 濟(jì)南 250014)

辣椒(Capscum annuum L.)是世界上第三大蔬菜作物，辣椒色素已成為紅色素的首選產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于制藥、食品、保健品和化妝品等行業(yè)。辣椒色素是一種四萜類天然類胡蘿卜色素，主要包括紅色素和黃色素兩部分，紅色素的主要成分為辣椒紅素、辣椒玉紅素及其衍生物，黃色素的主要成分是β-胡蘿卜素和玉米黃素等[1-3]。辣椒紅素約占辣椒總色素的50%～60%，β-胡蘿卜素為辣椒黃色素的主要成分。辣椒類蘿卜素不僅具有VA的活性，還具有淬滅自由基、增強(qiáng)人體免疫力、預(yù)防心血管疾病和防癌抗癌等生理功能[4-5]。

目前對(duì)辣椒類胡蘿卜素的研究主要集中于辣椒生長(zhǎng)過程中的變化[4-5]，而對(duì)辣椒采后加工過程中的變化研究相對(duì)較少。辣椒果實(shí)達(dá)到商品成熟采摘后，在干制貯藏過程中類胡蘿卜素的生物合成依然進(jìn)行，這一過程受光照和溫度的影響，當(dāng)含水量下降到一定值時(shí)類胡蘿卜素的生物合成中斷[6]。研究還發(fā)現(xiàn)[3]，干制的加工方法會(huì)影響到紅辣椒的色素含量。因此，溫度、光照、果實(shí)含水量是影響類胡蘿卜素生物合成的主要因素。

本研究以杭椒為試材，系統(tǒng)研究光照、溫度、果實(shí)含水量等因素對(duì)辣椒總類胡蘿卜素含量的影響，并測(cè)定辣椒紅素和β-胡蘿卜素的含量變化，探尋杭椒干制過程中辣椒總類胡蘿卜素和辣椒紅素、β-胡蘿卜素與含水量、溫度、光照之間的相關(guān)關(guān)系，找出促進(jìn)辣椒色素生成最佳調(diào)控措施，為建立合理的杭椒加工工藝提供基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

杭椒采自于山東省濟(jì)南市濟(jì)陽(yáng)蔬菜基地，選擇大小均勻，無(wú)機(jī)械損傷，果實(shí)硬度和成熟度一致，處于商品成熟期深綠色的杭椒，用自來水沖洗干凈。

1.2 試劑與儀器

異丙醇、甲醇、二氯甲烷、丙酮(分析純) 天津廣成化學(xué)試劑有限公司；丙酮(色譜純) 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鉀 淄博化學(xué)試劑廠；氯化鈣 濟(jì)南化工分廠；辣椒紅素 實(shí)驗(yàn)室自制；β-胡蘿卜素 美國(guó)Sigma公司。

PQX-280A-3H人工氣候箱 寧波萊?？萍加邢薰?；722E型可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；Agilent1120高效液相色譜儀 美國(guó)安捷倫公司；R-3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 瑞士Buchi公司；Scientz-10N冷凍干燥機(jī) 寧波新芝科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 材料的處理

溫度處理組：將杭椒洗凈后于3個(gè)人工氣候培養(yǎng)箱放置，分別標(biāo)號(hào)1、2、3。設(shè)定每個(gè)培養(yǎng)箱的參數(shù)分別為：1號(hào)，溫度25℃、濕度50%、光照；2號(hào)，溫度30℃、濕度50%、光照；3號(hào)，溫度35℃、濕度50%、光照。確保杭椒表面獲得1000lx的光照度。

光照處理組：將杭椒洗凈后于2個(gè)人工氣候培養(yǎng)箱放置，分別標(biāo)號(hào)A、B。設(shè)定每個(gè)培養(yǎng)箱的參數(shù)為：A：溫度30℃，濕度50%，光照；B：溫度30℃，濕度50%，避光。

取樣時(shí)間為每天上午9：00，觀察杭椒外觀顏色并將各處理杭椒按全紅、半紅、微紅分類，計(jì)算各類杭椒占總數(shù)比例，取樣時(shí)按3類杭椒所占的比例，每個(gè)培養(yǎng)箱取30個(gè)，將樣品去籽，去梗，放入冷凍干燥機(jī)避光冷凍干燥，粉碎，過50目篩，置－20℃冰箱中密封保存待用。

1.3.2 類胡蘿卜素含量測(cè)定

葉綠素、類胡蘿卜素含量的測(cè)定方法依據(jù)趙世杰等[7]的方法，準(zhǔn)確稱取杭椒粉末0.5g放入石英研缽中，加入少量石英砂，用80%的丙酮水溶液作提取劑反復(fù)研磨樣品至無(wú)色，過濾，定容至50mL棕色容量瓶中，以80%丙酮水溶液為空白參比，在波長(zhǎng)663、646、470nm處測(cè)定提取液的吸光度，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。然后按下面的公式計(jì)算類胡蘿卜素的含量。

式中：V為提取液體積/mL；m為樣品質(zhì)量/g。

1.3.3 水分含量的測(cè)定

參照國(guó)標(biāo)GB 8858—1988《水果、蔬菜產(chǎn)品在減壓下干燥測(cè)定干物質(zhì)含量以及用共沸蒸餾法測(cè)定水分量》[8]的方法，取30個(gè)杭椒分成3組，每組10個(gè)，測(cè)定其含水量。

1.3.4 辣椒紅素、β-胡蘿卜素含量的測(cè)定

稱取杭椒粉末2.0g，加80%的丙酮研磨，過濾，將濾液蒸干得到辣椒色素提取物。辣椒色素提取物的皂化參考井鳳等[9]的方法得到辣椒色素粗品。將辣椒色素粗品用色譜丙酮定容至5mL，微孔濾膜過濾待用。樣品重復(fù)處理3次。稱取辣椒紅素、β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品2.5mg和1.0mg，用丙酮溶解，置10mL 棕色容量瓶中定容。其他低質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)品溶液用丙酮稀釋而成。

HPLC條件：色譜YMC ODS-C30(4.6mm×250mm，5μm)。流動(dòng)相A 為水，B 為丙酮，梯度洗脫條件：0～10min B(80%～80%)，10～25min B(80%～90%)，25～30min B(90%～100%)，30～35min B(100%～ 100%)；流速1.0mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)450nm，柱溫30℃，進(jìn)樣量5μL。

2 結(jié)果與分析

2.1 總類胡蘿卜素的含量變化

2.1.1 溫度的影響

圖 1 光照下不同溫度處理中類胡蘿卜素和水分含量的變化Fig.1 Changes of carotenoids and water content at different treatment temperatures under light

由圖1可以看出，溫度對(duì)杭椒中類胡蘿卜素含量影響較大，25、30、35℃處理組最終總類胡蘿卜素的含量分別為5.15、5.49、2.34mg/g。干制起始階段，總類胡蘿卜素呈增加的趨勢(shì)，30、35℃處理中，4～8d類胡蘿卜素的含量增幅最快，增幅分別為3.28、1.46mg/g，水分含量從80.8%降到50.8%，74.5%減少到45.1%；25℃處理中，5～11d類胡蘿卜素的含量增幅最快，為2.94mg/g，水分含量從80.8%降到38.9%。此后，25℃處理組中類胡蘿卜素含量緩慢增長(zhǎng)，30、35℃處理組其含量分別在第10天和第8天達(dá)到最大值后稍有下降。

研究發(fā)現(xiàn)[10-12]，溫度高于30℃會(huì)抑制類胡蘿卜素的合成。番茄紅素的合成在辣椒類胡蘿卜素的合成中處于中間位置[13]，30℃以上的高溫會(huì)抑制番茄果實(shí)的番茄紅素合成，37℃完全抑制番茄紅素的合成[14-15]，從而導(dǎo)致其他類胡蘿卜素的減少。高溫通過減少mRNA的含量影響ACC氧化酶的合成[16]，35℃的高溫使番茄中的ACC急劇增加，乙烯含量下降，ACC氧化酶的活性降低，抑制果實(shí)成熟[17]?？梢姼邷匾种婆c果實(shí)成熟有關(guān)的mRNA的積累，蛋白質(zhì)的合成減少，酶的活性降低，導(dǎo)致類胡蘿卜素含量降低。本研究發(fā)現(xiàn)30℃處理組類胡蘿卜素的含量是35℃組的2.34倍，35℃的高溫抑制了辣椒類胡蘿卜素的合成。在干制后期，總類胡蘿卜素的變化處于一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的過渡狀態(tài)，其含量沒有大幅度的變化，但30、35℃處理組其含量稍有下降，可能受溫度的影響，仍然存在著小幅的降解與轉(zhuǎn)化。

表1 5組處理方程擬合的參數(shù)Table 1 Parameters of the fitted equations

Minguez-Mosquera等[6]研究表明，在35℃光照條件，杭椒干制過程中類胡蘿卜素的生物合成分成兩個(gè)階段：第一階段色素含量快速增加，第二階段在此基礎(chǔ)上色素緩慢減少，但最終總類胡蘿卜素含量增加；當(dāng)水分含量達(dá)到65%～60%時(shí)第一階段結(jié)束，第二階段開始進(jìn)行。由圖1可見，杭椒中水分含量在80%～50%之間辣椒類胡蘿卜素合成速率最快，隨后隨著水分的逐漸降低類胡蘿卜素并沒有損失，而是增加的速率變緩，直到水分含量到30%時(shí)，30、35℃處理組類胡蘿卜素的含量不再增加，而是緩慢的降低。25℃處理組類胡蘿卜素一直在緩慢的增加，這可能是由于在第一步的過程中類胡蘿卜素的生物合成不完全。

對(duì)上述3組樣品分別以水分含量和時(shí)間、類胡蘿卜素含量和時(shí)間的關(guān)系擬合方程，得到類胡蘿卜素合成和水分含量損失的動(dòng)力學(xué)方程y=(C0－C1)/[1＋e(t－t1/2)/dt]，式中，C0表示水分含量和類胡蘿卜素的最大值，C1表示水分含量和類胡蘿卜素的最小值，t1/2表示水分含量和類胡蘿卜素含量達(dá)到一半時(shí)(C0/2)的時(shí)間/d，dt是一個(gè)變化的常數(shù)。不同條件下，類胡蘿卜素合成和水分含量損失動(dòng)力學(xué)模型的擬合度R2值均在0.98以上，擬合度較好。由表1可知，25、30、35℃光照條件下類胡蘿卜素含量達(dá)到一半時(shí)(即C0/2)需要的時(shí)間(t1/2)分別為5.687、4.703、5.055d，對(duì)應(yīng)的水分含量為77.5%、75.1%、66.9%。干制后其總類胡蘿卜素為：5.15、5.49、2.34mg/g，與擬合結(jié)果(C0)的5.004、5.412、2.193mg/g基本一致?？梢?0℃光照條件下類胡蘿卜素的合成最快，且類胡蘿卜素含量最高。

2.1.2 光照的影響

圖 2 30℃條件下光照和避光類胡蘿卜素和水分的含量變化Fig.2 Changes of carotenoidsand water content under light or darknessat 30 ℃

由圖2可知，光照和避光兩組總類胡蘿卜素的最大含量分別達(dá)到5.49mg/g和2.58mg/g，光照組的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于避光組的，這與大量研究表明光下生長(zhǎng)植物的總類胡蘿卜素含量高于遮陰生長(zhǎng)植物的相符合[18]。類胡蘿卜素在葉綠體的光合作用中起著至關(guān)重要的作用，但當(dāng)葉綠體光合天線的輔助色素，幫助葉綠素接受光能；而另一方面，在高溫、強(qiáng)光下能通過葉黃素循環(huán)，以非輻射的方式耗散光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的過剩能量保護(hù)葉綠素免受破壞[19-20]，因此，光對(duì)類胡蘿卜素的合成有影響，適度的光照促進(jìn)植物組織類胡蘿卜素合成。避光處理中，類胡蘿卜素增幅最快的是在4～8d，為1.38mg/g，相應(yīng)的水分含量是80.2%～53.4%；9～12d類胡蘿卜素的含量增加緩慢達(dá)到了2.58mg/g，增幅僅為0.20mg/g，水分含量為70.5%～31.4%；13～15d類胡蘿卜素的含量一直維持在2.57mg/g左右。其擬合結(jié)果見表1，類胡蘿卜素含量達(dá)到一半時(shí)需要的時(shí)間(t1/2)4.756d，對(duì)應(yīng)的水分含量為77.1%。干制完成后總類胡蘿卜素理論含量(C0)為2.571mg/g，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。光照組類胡蘿卜素的含量變化和溫度處理下的結(jié)果一致。由圖2還可以看出，光照、避光兩種處理對(duì)杭椒含水量的影響無(wú)差異，而對(duì)類胡蘿卜素變化的影響較大。

2.2 辣椒紅素和β-胡蘿卜素的含量變化

辣椒紅素約占辣椒總色素的50%～60%，β-胡蘿卜素為辣椒黃色素的主要成分，因此，測(cè)定樣品干制過程中辣椒紅素和β-胡蘿卜素的含量變化具有重要意義。皂化后杭椒樣品的液相圖譜和標(biāo)準(zhǔn)品的液相圖譜如圖3所示。

圖 3 辣椒紅素、β-胡蘿卜素對(duì)照品(A)和杭椒樣品(B)的HPLC圖譜Fig.3 HPLC chromatograms of capsanthin and β- carotene reference materials (A) and chili pepper sample (B)

2.2.1 溫度的影響

圖 4 光照下不同溫度處理中辣椒紅素和β-胡蘿卜素的含量變化Fig.4 Changes of capsanthin and β- carotene content at different treament temperatures under light

由圖4可知，25、30、35℃處理組辣椒紅素的最大含量分別為2.01、2.13、0.65mg/g。25、30℃處理組4～8d辣椒紅素的含量增幅最快，分別增幅為1.30、0.675mg/g；35℃處理組4～7d辣椒紅素的含量增幅最快，為0.348mg/g。此后，25℃處理組辣椒紅素緩慢增加至2.01mg/g；30℃處理組到12d緩慢增加至2.13mg/g，15d辣椒紅素的含量稍有降低至2.05mg/g；35℃處理組8～10d辣椒紅素增長(zhǎng)緩慢最終為0.654mg/g；至15d含量略有下降為0.593mg/g。25、30、35℃處理組辣椒紅素含量變化分別和總類胡蘿卜素含量的變化趨勢(shì)基本相同，但溫度對(duì)辣椒紅素含量的影響明顯。β-胡蘿卜素的含量緩慢增加，25、30、35℃處理組最大含量分別達(dá)到了0.206、0.225、0.120mg/g。25、30、35℃β-胡蘿卜素的含量一直在增加，35℃條件下其含量沒有受到明顯的抑制。有研究表明[21]，β-胡蘿卜素通過3種不同途徑合成：一條途徑是番茄紅素轉(zhuǎn)化成β-胡蘿卜素；另一條途徑是通過鏈孢紅素→β-玉米類胡蘿卜素；第3條途徑是由ζ-胡蘿卜素的同分異構(gòu)體7’,8’,11’,12’-四氫番茄紅素轉(zhuǎn)化成7’,8’,11’,12’-四氫化-γ-胡蘿卜素→β-玉米類胡蘿卜素。高溫抑制第一條途徑，但還有另外兩條途徑可能會(huì)促進(jìn)β-胡蘿卜素的合成。

2.2.2 光照的影響

圖 5 30℃條件下光照(有光、避光)條件下辣椒紅素和β-胡蘿卜素含量變化Fig.5 Changes of capsanthin and β- carotene content under light or darkness at 30 ℃

由圖5可知，光照、避光處理中辣椒紅素的最大含量分別為2.13mg/g和0.813mg/g。避光處理中，4～5d辣椒紅素的含量增幅最大，為0.279mg/g；6～12d辣椒紅素含量增幅緩慢，其含量是0.564～0.813mg/g；此后含量基本不變。光照處理中的辣椒紅素的含量與溫度處理的結(jié)果基本相同。兩個(gè)處理辣椒紅素的變化趨勢(shì)分別與總的類胡蘿卜素含量的變化趨勢(shì)基本相同。β-胡蘿卜素的含量呈緩慢增加趨勢(shì)，光照處理最大含量為0.225mg/g，避光處理最大含量為0.0834mg/g。

3 結(jié) 論

3.1 在杭椒干制過程中溫度和光照對(duì)辣椒類胡蘿卜素的合成影響很大。30℃光照，水分含量在80%～50%之間最有利于其合成，總類胡蘿卜素、辣椒紅素和β-胡蘿卜素的含量最終達(dá)到5.49、2.13、0.225mg/g。杭椒含水量在80%～50%時(shí)，類胡蘿卜素合成速度最快。

3.2 干制過程中，辣椒紅素和β-胡蘿卜素的含量變化與總類胡蘿卜素含量的變化趨勢(shì)基本相同，而35℃光照條件下β-胡蘿卜素的含量一直呈增加趨勢(shì)，并沒有出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

3.3 辣椒類胡蘿卜素合成速度與最終含量與干制溫度、光照條件密切相關(guān)。25、30、35℃光照和30℃避光條件類胡蘿卜素含量達(dá)到一半時(shí)需要的時(shí)間(t1/2)分別為5.687、4.703、5.055、4.756d，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。本實(shí)驗(yàn)揭示了杭椒干制過程中類胡蘿卜素與含水量、溫度、光照之間的相關(guān)關(guān)系，建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型，為杭椒加工工藝的研究提供了理論指導(dǎo)。

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