不同发光二极管(LED)光质对辣椒(Capsicum annum L.)采后品质的影响

毛 奇，杨有新，范飞军，万红建，周国治，姚祝平，阮美颖，王荣青，叶青静，李志邈，陈双臣，程 远，*

(1.浙江省植物有害生物防控重点实验室，浙江省农业科学院 蔬菜研究所， 浙江 杭州 310021； 2.河南科技大学 林学院，河南 洛阳 471003； 3.江西农业大学 农学院 园艺系，江西 南昌 330045； 4.浙江省丽水市农业农村局，浙江 丽水 323000)

辣椒原产中南美洲，茄科辣椒属一年或多年生，是世界上最重要的蔬菜作物之一[1，2]。辣椒中包含辣椒素、维生素、胡萝卜素等多种对人体有益的活性物质，由于辣椒果实中较高的维生素C含量，辣椒被称作蔬菜维C之王[3]。辣椒素类物质是茄科辣椒属植物果实所特有的一种生物碱，辣椒素和二氢辣椒素占辣椒果实中辣椒素类物质含量的90%以上。辣椒素不仅是一种重要的调味物质，而且在促进新陈代谢、减脂降压、保护心血管系统等人体健康维护方面具有广泛应用价值[4-8]。近年来，随着市场消费水平的提高，辣椒等蔬菜作物品质研究已经成为领域研究热点。相关研究团队针对辣椒在采后贮藏过程中衰老劣变、感官品质下降、营养物质降解等问题，从温湿度调控、光照处理等方面进行了相关研究和讨论[9-11]。

发光二极管(LED)作为一种新型半导体材料，具有操作简单、成本低廉、环境友好等优点，已经被广泛应用于园艺作物生产[12-14]。相关研究发现，对采后绿熟期番茄进行LED蓝光预处理能够延缓番茄软化[15]，LED红光照射可延缓采后花椰菜黄化，减少维生素C的降解[16]。虽然大量研究表明，光质在蔬菜作物采后品质调控方面发挥重要作用[17-19]，但是目前关于光质调控采后辣椒品质的报道较少。

本研究通过高效液相色谱(high performance liquid chromatograph， HPLC)、高效氨基酸定性定量分析等技术手段，对不同LED光质(白光、红光、蓝光)处理后的辣椒果实商品性、风味及营养品质相关指标进行了测定和比较分析，解析了不同光质对辣椒采后果实品质调控规律，以期为今后辣椒采后处理中LED补光技术的应用提供理论支撑和技术参考。

1 材料与方法

1.1 植物材料和果实处理条件

以辣椒杂交组合P1833(C.annum)为材料开展相关实验。P1833主要特征为：植株高度约75 cm，展开度约69 cm。青熟果深绿，老熟果大红，光泽度好。果实横径和纵径分别为2.4 cm和10.4 cm，单果质量约20.6 g，露地春季栽培平均单株结果数21个，单株果实产量约0.5 kg(图1-A、B)。

图1 P1833辣椒植株(A)和不同LED光质处理下的果实样品(B)Fig.1 P1833 pepper plant (A) and fruit samples under different LED light treatments (B)

2019年春季种植20株P1833辣椒于浙江省海宁市浙江省农业科学院杨渡试验基地(东经120°2′，北纬30°27′)。第四档(八面风)辣椒果实绿熟时(2019年6月20日，授粉后约35 d)，从20株P1833植株中收集大小均匀八面风果实，进行后续光照试验处理。

采后辣椒果实被分为4份(每份20个辣椒果实)，其中3份分别放置在LED白光(光强500 lx，50 μmol·m-2·s-1)，LED红光(660 nm，50 μmol·m-2·s-1)和LED蓝光(450 nm，50 μmol·m-2·s-1)(T5-120-18A，宁波格欣莱光电科技有限公司)照射条件下，1份放置在完全黑暗条件下作为对照。处理条件为48 h全光照，对照为48 h全黑暗，温度24 ℃，相对湿度(85±3)%(图1-B)。

处理2 d后，部分果实通过电子秤(CL-1200，上海亚津电子科技有限公司)进行质量测定，部分果实通过硬度计(Model-GY3，徐州淮博仪器设备有限公司)进行硬度测定，其他样品磨碎后用于后续风味和营养品质指标测定。除氨基酸含量及组成外，每个处理相关指标均设置3个生物学重复，每个生物学重复使用4个辣椒果实。

1.2 测定指标及方法

植株和果实形态的测定：植株高度和展开度用直尺(得力集团有限公司)测定，果实纵经和横径用游标卡尺(上海市量具厂)测定，单果质量用电子天平(上海亚津电子科技有限公司)测定。

果实硬度由水果硬度计(Model-GY3，徐州淮博仪器设备有限公司)进行测定。压力针圆形(直径10 mm)，压力测试深度为1.5 mm，压力单位为kg·cm-2。

辣椒素类物质测定参照标准GB/T21266—2007，利用高效液相色谱系统(Waters Corp.， Milford， MA， USA)进行测定；蛋白质含量测定采用Bradford的考马斯亮蓝法；丙二醛(MDA)含量通过硫代巴比妥酸(TBA)法，计算方法参照Hodges等[20]；叶绿素含量和总胡萝卜素含量测定方法参照Zhong等[21]的分光光度计法进行测定，公式计算参照Zhong等[21]；维生素C(VC)含量利用高效液相色谱系统(Waters Corp.， Milford， MA， USA)进行测定[22]。

氨基酸成分利用氨基酸分析仪(SYKAM433D，苏州华美辰仪器设备有限公司)进行测定。氨基酸组成的界定和换算：氨基酸总量、人体必需氨基酸、非必需氨基酸、儿童必需氨基酸和鲜味氨基酸分别用T、A、B、C和D表示[23-24]。计算人体必需氨基酸占氨基酸总量的质量分数(A/T)，人体非必需氨基酸占氨基酸总量的质量分数(B/T)，儿童必需氨基酸占氨基酸总量的质量分数(C/T)。蛋白质营养价值评价分别计算缬氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、苏氨酸+酪氨酸占总氨基酸的相对含量，并与1973年 FAO/WHO修订的人体必需氨基酸含量模式谱(简称氨基酸模式谱)比较[23，25]。

1.3 数据分析

采用Excel 2007进行数据整理，用Origin Pro 7.5进行制图。采用Duncan’s新复极差多重比较法对试验数据进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同LED光质处理辣椒素类物质含量比较分析

试验结果表明，不同LED光质处理对P1833离体辣椒果实中的辣椒素类物质(辣椒素、二氢辣椒素)含量具有显著影响，而辣椒素和二氢辣椒素含量在不同光质下的变化趋势相似(图2)。

与对照(黑暗处理48 h)相比，白光、红光和蓝光处理后的辣椒果实中辣椒素类物质含量均显著降低，其中白光处理条件下降低水平最为显著，辣椒素和二氢辣椒素含量相比对照分别下降了58.97%和54.36%(图2)。相比白光处理，红光和蓝光处理在一定程度上延缓了辣椒素类物质含量降低，尤其是蓝光处理48 h后，辣椒素和二氢辣椒素含量相比对照分别下降了32.51%和30.84%，下降幅度显著低于白光和红光(图2)。因此，对于本实验中采用的P1833辣椒，黑暗贮存最有利于其果实中的辣椒素类物质积累保持在较高水平，其次是蓝光。此外，从图2中可以看出，相比于二氢辣椒素，不同光质处理情况下辣椒素含量的变化更大，变异系数达到了41.09%，而二氢辣椒素为35.00%。

2.2 不同LED光质处理辣椒品质相关指标比较分析

果实质量是采后辣椒果实的重要商品性指标，直接决定经济效益。采后48 h，对照和不同光质处理果实质量均有一定程度下降，相比对照处理果实质量变化(处理前的95.88%)，LED白光和蓝光处理果实质量显著下降(白光处理94.92%，蓝光处理94.35%)，LED红光处理无显著变化(图3-A)。果实硬度是衡量采后辣椒商品性的另一项重要指标，与对照相比，蓝光处理显著减低了辣椒果实的硬度，而白光和红光处理则与对照无显著差异(图3-B)。蛋白质、叶绿素、总胡萝卜素和维生素C是衡量果实营养价值的重要标准。对于蛋白质来说，红光和蓝光处理与对照相比变化趋势相反，相比于对照，红光处理显著提高了辣椒果实中蛋白质的含量，而蓝光处理后蛋白质含量显著低于对照(图3-C)。叶绿素含量能够反映采后果实的颜色变化，与对照相比，白光能够显著诱导或者保持离体辣椒果实叶绿素含量，而红光和蓝光处理辣椒果实的叶绿素含量则与对照无显著差异(图3-D)。与对照相比，红光和蓝光处理辣椒果实中总胡萝卜素含量显著下降(图3-E)。维生素C含量在辣椒果实不同光质处理中的变化与总胡萝卜素含量变化相反，相比于对照处理，红光和蓝光处理辣椒果实中的维生素C含量更高(图3-F)。

果实质量占比(%)=(不同LED光质处理后辣椒果实质量/不同LED光质未处理时辣椒果实质量)×100。Fruit weight percentage(%)=(pepper fruit weight after different LED light treatments/ pepper fruit weight without different LED light quality treatments)×100.图3 不同LED光质处理下P1833辣椒果实的质量占比(A)、硬度(B)、蛋白质含量(C)、叶绿素含量(D)、总胡萝卜含量(E)和维生素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光质处理辣椒果实氨基酸含量比较分析

本实验从P1833辣椒果实中共鉴定出17种氨基酸，其中人体必需氨基酸7 种，非必需氨基酸 8种，儿童必需氨基酸 2种，鲜味氨基酸2种(表1)。从表1中可以看出，LED白光和红光处理辣椒果实中，大部分种类氨基酸含量与对照处理接近或者有较小幅度的增加，红光处理辣椒果实中各类氨基酸增加幅度略高于白光处理。数据表明，与其他种类氨基酸不同，白光处理辣椒果实异亮氨酸含量仅为对照的9.60%，而红光处理异亮氨酸含量与对照接近，这也是白光处理总氨基酸含量略低于对照，而红光处理则高于对照的主要影响因素之一(表1)。蓝光处理48 h后，辣椒果实中的几乎所有种类氨基酸(除胱氨酸外)含量均明显高于对照，其中甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸含量是对照处理的2倍以上。蓝光处理辣椒果实总氨基酸含量达到了5 416.02 mg·100g-1，几乎是对照处理(2 863.65 mg·100g-1)和白光处理(2 829.74 mg·100g-1)的2倍(表2)。

进一步对不同功能类型氨基酸(人体必需氨基酸、非必需氨基酸、儿童必需氨基酸、鲜味氨基酸)含量进行分析后发现，白光处理辣椒果实人体必需氨基酸、儿童必需氨基酸和鲜味氨基酸含量均低于对照，但是非必需氨基酸高于对照(表1)。而红光和蓝光处理辣椒果实的所有功能类型氨基酸含量均高于对照，其中蓝光相比对照增加幅度高于红光。对不同光照处理条件下不同功能类型氨基酸占比进行比较分析后发现，蓝光处理辣椒果实人体必需氨基酸比例(42.8%)高于其他处理(对照38.9%、白光37.8%、红光38.7%)，红光处理辣椒果实儿童必需氨基酸占比在不同光质处理中最高，达到10.3%，对照黑暗处理辣椒果实鲜味氨基酸占比在不同光质处理中最高，为21.4%(表1)。

对不同光质处理后各类氨基酸变异分析表明，辣椒果实中异亮氨酸含量变化最为剧烈，变异系数CV接近80%，这主要是由白光处理后较低的异亮氨酸含量决定的。CV达到40%以上的还有蛋氨酸(48%)和组氨酸(41%)，与白光处理后大部分氨基酸种类含量与对照接近不同，这两个氨基酸含量与对照差异较大。与之相反的是，不同光质处理后辣椒果实中脯氨酸和胱氨酸含量变化较为保守，变异系数不到20%(脯氨酸12.8%，胱氨酸16.1%)。在不同功能类别氨基酸中，不同光质处理下人体必需氨基酸(35.0%)的变异系数远高于非必需氨基酸(25.0%)、儿童必需氨基酸(28.8%)和鲜味氨基酸(24.2%)(表1)。

表1 不同光质处理对P1833辣椒果实不同氨基酸成分含量的影响

2.4 不同LED光质处理辣椒果实氨基酸营养评价

由表2可知，对照及不同光质处理后，辣椒果实的大部分必需氨基酸质量分数符合氨基酸模式谱要求。蛋氨酸+胱氨酸质量分数是唯一在所有处理中均未达标的氨基酸组合，白光处理辣椒果实蛋氨酸+胱氨酸质量分数(2.30)高于对照(1.72)及红光(1.74)和蓝光(1.73)处理。除蛋氨酸+胱氨酸外，未达到氨基酸模式普要求的还有白光处理辣椒果实的异亮氨酸、红光处理的缬氨酸和异亮氨酸，其中白光处理异亮氨酸质量分数仅为0.40，远低于氨基酸模式普要求(4.00)，这也是不同光质处理辣椒果实异亮氨酸质量分数变异系数较高(60%)的主要影响因素。异亮氨酸是白光处理辣椒果实的第一限制氨基酸，蛋氨酸+胱氨酸是对照、红光和蓝光处理辣椒果实的第一限制氨基酸(表2)。此外，从表2中可以看出，蓝光处理下大部分人体必需氨基酸质量分数均高于对照和其他处理。

表2 不同光照处理下P1833果实人体必需氨基酸构成分析(参照氨基酸模式谱)

3 讨论

目前，蔬菜采后品质主要是通过控制温湿度来维护和调节，光照处理作为一种采后处理方式在蔬菜品质调节中的应用得到了学界的关注[26-27]。前人研究表明，光照可抑制采后蔬菜的衰老，一定程度上还可提高其营养成分，例如白光照射可提高采后番茄的抗氧化能力，并使采后黄瓜的维生素含量维持在较高水平[28-29]。辣椒素类物质积累对于光照响应的早期研究表明，荧光灯下储存的成熟辣椒果实辣椒素含量能够达到储存在黑暗条件下辣椒果实的二倍以上[30]。与前人研究结果不同，张珍[31]发现，中椒6号和辽椒7号在疏网遮荫下分别比自然光下辣椒素含量高出18.4%、12.3%。高妍萍等[32]也发现，花后50 d的绿熟期遮光辣椒果实中辣椒素含量显著上升。综上所述，目前不同光照强度对于辣椒果实中辣椒素类物质积累的影响尚没有明确的定论，相关结果受到光照强度、辣椒材料、辣椒果实状态(活体或离体)等复合因素的影响，难以得到统一的结论。

得益于近年来LED技术的进步，不同波长光质在辣椒采后处理中的应用成为可能。相关研究团队对于Takanotsume辣椒果实在LED红光(660 nm，50 μmol·m-2·s-1)和蓝光(470 nm，50 μmol·m-2·s-1)处理下的营养参数研究表明，处理48 h后辣椒果实中β-胡萝卜素、辣椒红素、总胡萝卜素含量为红光>蓝光>黑暗，总叶绿素含量为蓝光>黑暗>红光，维生素C含量为蓝光>红光≈黑暗[33]。与Pola等[33]的研究相比，本研究中加入了LED白光处理，相关研究结论也有所差异。本研究中经过LED红光和蓝光处理辣椒果实的总胡萝卜素含量显著低于黑暗和白光处理，而红光和蓝光处理辣椒果实中的总胡萝卜素含量没有显著差异。此外，与前人研究表明白光照射有助于维持黄瓜中较高的叶绿素含量，抑制黄化[28]结论一致，本研究中的白光处理可显著提高采后辣椒中叶绿素的含量。维生素C含量方面，蓝光处理辣椒果实维生素C含量高于黑暗处理的发现与前人研究结果一致，但是蓝光和红光处理辣椒果实的维生素C含量无显著差异的发现与Pola等[33]研究结果有所区别。综上所述，虽然本研究与前人研究虽然在处理中采用的光质类型、处理时间等方面具有一定相似之处，但在处理光照强度、处理温湿度、采用辣椒材料等方面有所不同，以上差异可能是导致相关研究结论有所不同的直接原因。除Pola等[33]的研究外，Maroga等[34]也于最新的研究中发现LED红光(660 nm，150 μmol·m-2·s-1)处理7 d和11 d后的黄色、绿色甜椒果实颜色、功能性成分(总酚，抗坏血酸和抗氧化活性)保持最好。但是，由于Maroga等[34]的研究在处理光照强度、环境温度及取样时间点等方面与本研究差异较大，因此，在此不做详细比较讨论。辣椒素类物质方面，本研究中P1833采后辣椒果实在LED蓝光处理条件下的辣椒素类物质含量低于黑暗处理，这一结果与王晓芬等[35]发现14 μmol·m-2·s-1LED蓝光照射48 h辣椒素含量与黑暗处理无显著差异的结论不符，这一差异可能是由于采用的辣椒材料与光照强度不同导致的。综合前人在光照和辣椒素类物质含量关系中的研究结果[36-39]，我们认为辣椒中辣椒素类物质与光照之间的相互作用处于一种复杂的动态变化中，受到辣椒遗传背景、光照时间、光照强度、光质类型等一系列因素的影响和调控。

本研究还对氨基酸这一重要营养物质在不同光质处理辣椒中的变化进行了比较分析，发现与果实质量、硬度、总胡萝卜素含量等品质和营养指标相比，采后辣椒果实氨基酸对于不同LED光质处理更为敏感，尤其是蓝光处理，蓝光处理的辣椒果实总氨基酸含量达到黑暗处理辣椒果实的2倍以上，而且蓝光处理后辣椒果实中的人体必需氨基酸比例高于对照和其他处理。从氨基酸功能角度的分析表明，白光处理后人体必需氨基酸、儿童必需氨基酸和鲜味氨基酸含量低于对照，而红光和蓝光处理均高于对照，尤其是蓝光处理各类功能氨基酸含量均接近或达到黑暗处理辣椒果实的2倍。通过与人体必需氨基酸的氨基酸模式谱比较，发现对照和3种光质处理条件下，白光和红光分别有2项和3项必需氨基酸质量分数没有达标，而黑暗和蓝光处理仅有1项。综上所述，不论从氨基酸含量、组成还是氨基酸模式谱方面，蓝光是保证采后辣椒果实高氨基酸营养的最优处理。

4 结论

本研究表明，运用不同LED光质照射采后辣椒，可有效调控辣椒的商品性和风味营养品质。LED白光处理可促进辣椒果实叶绿素积累，有效减缓辣椒采后贮存中的褪绿。LED红光处理能够较好地保持采后果实质量和硬度，积累比黑暗贮存条件下更多的蛋白质和维生素C含量。LED蓝光处理能够保持辣椒素类物质和维生素C含量在相对较高水平，且氨基酸营养价值显著高于黑暗和其他光质处理。因此，不同LED光质处理在采后辣椒保鲜、风味品质和营养价值调控方面具有重要意义。