利用色差仪快速检测西瓜番茄红素含量

路绪强　袁明　何楠　赵胜杰　朱红菊　刘文革

摘 要：西瓜果实中含有丰富的番茄红素，对人体保健和疾病预防有着重要的意义。为建立一种快速测定西瓜果实番茄红素含量的方法，利用色差仪测定22份不同倍性西瓜果实颜色系数，同时采用分光光度法测定其番茄红素含量，分析结果表明两者具有极显著高度正相关关系，相关系数为0.849。以此建立西瓜番茄红素含量与果实颜色系数Chroma回归方程，并对29份西瓜果实番茄红素实测值与回归方程估测值进行差异性显著分析，结果表明实测值与估测值之间差异不显著，利用创建的回归方程可快速估测西瓜果实番茄红素含量。因此，利用色差仪可以快速、准确地检测西瓜番茄红素含量。

关键词：西瓜;色差仪;番茄红素

中图分类号：S651 文献标志码：A 文章编号：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

我国是西瓜（Citrullus lanatus）生產与消费大国，2018年种植面积150.97万hm2，占世界西瓜生产面积的46.6%，总产量的60.6%[1]。西瓜果实富含番茄红素、瓜氨酸、维生素C、谷胱甘肽等多种对人体健康有益的功能性成分，其中番茄红素是西瓜中的重要化学物质，也是形成红色果肉西瓜的主要色素[2]。作为一种功能性天然色素，番茄红素具有抗氧化性能，它可以保护细胞对抗氧化损伤，从而降低慢性疾病的发生风险，其抗氧化作用是维生素E的100倍[3]。此外，番茄红素还具有提高免疫力、抑制癌细胞增殖、减少基因突变发生、增加细胞间信号传递等对人体有益的功能[4]。研究发现，鲜食番茄果实番茄红素平均质量分数（按鲜质量计）为31 mg·kg-1 [5]，而Perkins等[6]研究发现红色果肉西瓜番茄红素质量分数分布范围为33～100 mg·kg-1，袁平丽等[7]研究发现，201份红瓤西瓜品种中的番茄红素质量分数在10.03～91.99 mg·kg-1之间，西瓜果肉中的番茄红素无需加热即可直接被人体吸收，其有效性比番茄高出约40%[8]，因此选育高番茄红素含量的西瓜品种已经成为育种家的重要目标[9]。

高番茄红素含量的西瓜品种的选育，需对现有西瓜种质资源的番茄红素含量进行测定，以便对高番茄红素含量的资源材料进行改良与利用。目前西瓜果肉番茄红素含量的测定方法主要有分光光度法和高效液相色谱法[7，10]，这些测定方法一般要进行样品前处理，提取番茄红素进行测定，检测速度较慢，成本相对较高[11]，因此，急需探索一种新的测定方法。色差仪是一种简单的颜色偏差测试仪器，通过输出 L、a、b 三组数据，从而构建被测量物品的色品坐标[12]。近年来，色差仪在果蔬品质测定中的应用研究日益广泛，已成为果实品质快速无损检测的首选技术[13]。利用色差仪估测番茄中番茄红素含量的研究较多，周蓉等[14]、吴峰华等[15]发现番茄表皮色光值与番茄红素含量存在显著的相关性，并构建了回归方程用于估测番茄果实中番茄红素含量。王利群等[16]利用色差仪对7个不同颜色辣椒品种的色泽进行检测，检测结果可详细地反映辣椒不同发育期果实颜色的变化。

笔者拟通过探讨西瓜果肉颜色与番茄红素含量的相关性，建立一种利用色差仪快速测定番茄红素含量的方法，为西瓜果实高番茄红素优异基因的挖掘、种质资源创新和高番茄红素含量的西瓜新品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为22个不同倍性西瓜果实，其中二倍体西瓜（2n=2x=22）果实12个，三倍体西瓜（2n=3 x =33）果实5个，四倍体西瓜（2n=4x =44）果实5个，果肉颜色均为红色。试验材料定植于江苏省东台市国家现代农业产业园大棚内，2020年2月28日播种，3月28日定植，穴盘育苗，自根苗栽培，株距45 cm，行距2.5 m，6月15日左右完全成熟后选取发育良好、果形周正的果实备用。供试材料均由中国农业科学院郑州果树研究所多倍体西瓜遗传育种课题组选育，具体信息如表1所示。

利用分光光度计法测定番茄红素含量，所用试剂二氯甲烷、石油醚、甲醇、乙醇均为分析纯，仪器采用UV Blue Star型紫外可见分光光度计（北京莱伯泰科仪器有限公司）、SHB-Ⅲ型真空泵（郑州长城科工贸有限公司）、DY89-Ⅱ型电动玻璃匀浆机（宁波新芝生物科技股份有限公司）等。采用色差仪为SP62-162色差计（美国爱色丽公司）。

1.2 方法

1.2.1 西瓜果肉番茄红素含量测定 试验在江苏省东台市国家现代农业产业园育种实验室进行，番茄红素含量测定采用分光光度法[7]，选用2%（φ）二氯甲烷-石油醚提取番茄红素并利用分光光度计测定。西瓜果实纵切，瓜瓤榨汁后利用电动玻璃匀浆机匀浆做破壁处理，称取混合均匀的瓜汁2～3 g，用20 mL无水乙醇分多次脱水处理，再用30 mL甲醇分多次洗涤至洗出液无色。换接新的抽滤瓶，用2%二氯甲烷-石油醚提取液洗涤至西瓜渣无色，合并提取液并定容至100 mL容量瓶，设置分光光度计检测波长为502 nm，测定吸光值，3次重复，取其平均值。利用番茄红素标准品构建标准曲线如下：

番茄红素质量分数/（mg·kg-1）=（3.49A+0.1297）/W×f。

式中：A-502 nm处的吸光值;3.49-标准曲线的斜率;W-样品的质量（g）;f-稀释倍数。

1.2.2 西瓜果实剖面色度值测定 利用色差仪测定西瓜剖面色度值。每个待测果实纵切后取剖面中心至边缘3个不同位置测定3次，测定L、a、b值，取3次结果的平均值。利用a值和b值计算得到的果实颜色评价系数色调（Hue）与饱和度（Chroma）。其中Hue值大小用来确定红黄绿蓝紫等颜色以及这些基本颜色之间的颜色，Hue=tan-1（b/a）。Chroma值的大小反映了色素浓度的高低，Chroma=（a2+b2）1/2。

1.2.3 统计分析与显著性分析 使用Microsoft Excel 2013軟件对番茄红素测定值与估测值进行计算，采用SPSS 19.0软件对番茄红素测定值与果实颜色系数进行Person相关性分析、回归方程构建与差异显著性分析等。

2 结果与分析

2.1 番茄红素含量及果实颜色系数值

番茄红素含量测定结果及果实颜色系数分析结果如表2所示。22份西瓜果实番茄红素质量分数分布在24.68～86.43 mg·kg-1之间，平均为57.77 mg·kg-1。L值分布在35.08～46.76之间，a值分布在22.01～32.32之间，b值分布在12.53～22.01之间，由公式计算得到的Hue值分布范围为27.60～35.34，Chroma值分布范围为25.48～38.05。

2.2 番茄红素含量与果实颜色系数的相关性

对22份材料的番茄红素含量与色差仪测定的果实颜色系数进行Person相关性分析，其中r>0代表变量间存在正相关关系，r<0代表变量间存在负相关关系。利用相关系数绝对值的大小可以衡量指标相关关系的紧密程度，当1>r≥0.7 代表两者高度相关，0.7>r≥0.4为中度相关，0.4>r≥0为低度相关[17]。相关性分析结果如表3所示：西瓜果实番茄红素含含量与西瓜果实颜色系数Chroma、a、b值存在极显著正相关，其相关系数分别为0.849、0.815、0.831。Chroma值与番茄红素含量相关系数最大，且Chroma值的大小反映了色素浓度的高低（见图1），从而以果实颜色系数Chroma值构建回归方程估测西瓜果肉番茄红素含量，回归方程如下所示：

2.3 回归预测研究

为验证该模型的可信度，利用已构建的番茄红素含量与Chroma值回归模型对试验基地随机采收29份红肉西瓜果实估测番茄红素含量，并采用分光光度法实际测定这些样品的番茄红素含量。结果表明，该批次样品番茄红素质量分数实测均值为（56.86±7.60） mg·kg-1，估测均值为（57.50±11.62） mg·kg-1。同时通过两样本平均数配对法对实测值与估测值进行t检验及差异显著性分析，由分析结果（表4）可知，在实测值与估测值的总体均数之间差异不显著（sig.=0.807>0.05）。因此，利用回归方程得到的番茄红素含量的估测值与实际值符合程度高。图2为29份红肉西瓜果实番茄红素预测值和实际测定值之间的对比。

3 讨论与结论

笔者对22份不同倍性西瓜果实进行了番茄红素含量的测定，结果表明试验所选取的西瓜果实番茄红素质量分数分布在24.68～86.43 mg·kg-1之间，与Perkins等[6]、袁平丽等[7]测定的红肉西瓜果实番茄红素含量范围基本相当，说明试验材料的选取有一定的代表性。

同时利用色差仪对22份不同倍性西瓜果实剖面进行了颜色系数分析，结果发现，西瓜果实番茄红素含量与果实剖面颜色系数Chroma值之间存在极显著正相关，Chroma值的大小反映了色素的浓度高低，以此建立了西瓜果实番茄红素含量与Chroma的回归模型，并利用29份材料进行验证，结果表明利用回归方程得到的番茄红素含量的估测值与实际值符合程度高。利用色差仪可以快速检测果实中番茄红素含量。

色差仪为光学仪器，测量过程中易受被测物品表明光滑度、周围光照度等因素的影响[18-19]。在西瓜果实剖面颜色系数测量过程中，西瓜果实剖面的颜色均匀程度对西瓜果实颜色系数有较大的影响，测定时需选取剖面均匀、颜色一致的区域进行测定。此外，西瓜果实剖面渗出的水分同样对色差计读数影响很大，直接影响到回归方程预测的准确性，因此在测量过程中需利用吸水纸将西瓜果实剖面的自由水吸掉后再进行测量。同时测量时宜选用周围光照变化较小的工作台进行测量，避免环境造成的测量误差[20]。

笔者建立了一种利用色差仪快速测定红色果肉西瓜果实中番茄红素含量的方法，有助于育种家们快速筛选高番茄红素含量的优异种质，从而提高育种效率，为选育高番茄红素含量的西瓜品种奠定基础。

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