番茄不同成熟时期品质变化及可利用性研究

马璐璐，杨 成，张 建，王陈强，马自强，张连富*，

（1.江南大学 食品学院，江苏 无锡 214122；2.石河子大学 食品学院，新疆 石河子 832003；3.新疆冠农果茸股份有限公司技术中心，新疆 库尔勒 841000）

番茄作为全球栽培最为广泛的农作物之一，含有丰富的类胡萝卜素、维生素、糖类、有机酸等[1]，具有较高的营养价值[2]。我国的加工番茄主要种植于西北地区，而新疆加工番茄产量占全国的70%左右[3]。由于新疆番茄种植品种较多、成熟期不一致、机械采收等导致收获的番茄成熟度不一，其中掺杂10%~20%的未成熟番茄[4-5]，这些未成熟番茄对番茄酱、番茄汁等产品的色泽、风味等造成不良影响，一般在加工前会被筛选出来并废弃，造成资源浪费，同时还会对环境造成污染。

根据NY/T 1517-2007《加工用番茄标准》[6]，自然成熟番茄须色泽鲜红、新鲜完好。与番茄外观有关的品质主要包括果质量、果径及颜色；风味相关的特征品质主要包括可溶性固形物、糖和酸的质量分数；营养品质主要包括番茄红素（Lycopene LYC）、六氢番茄红素（Phytofluene PTF）、八氢番茄红素（Phytoene PT）、β-胡萝卜素、番茄碱（tomatine TMT）等。番茄在成熟过程中品质不断发生变化，TMT的质量分数逐渐降低，类胡萝卜素逐渐积累[7]。其中TMT较多是未成熟番茄难以利用的主要原因。TMT大量存在于番茄的茎叶及未成熟的果实当中，保护番茄植株免受昆虫、细菌等的侵害[8]，但会使番茄具有一种苦涩味，大量食用后有可能导致呕吐、腹泻等症状[9-11]。但TMT对乙酰胆碱酯酶的抑制作用较弱，毒性较低[12]，成熟番茄中因含量较少因而更安全。同时类胡萝卜素作为番茄中的主要功能性成分，长期食用有利于抑制胆固醇的合成、预防心血管疾病[13-14]，降低前列腺癌、乳腺癌等多种疾病的发病风险[15-16]，其中PTF、PT存在天然顺式结构，生物可给率高[17]，共轭双键较少，主要在紫外区吸收，可降低紫外对皮肤的伤害，防止皮肤光老化[18]。

目前，对于番茄不同成熟时期品质探究主要集中在糖、酸的种类与含量[19-20]以及番茄红素、β-胡萝卜素[21]的变化，而对生长过程中类胡萝卜素前体物质PTF、PT及负营养物质TMT的报道较少。作者选取IVF3535、8210、金番11、3311等4种常用加工品种，将其划分为青熟期、变色期、坚熟期和完熟期4个阶段，分别测定其果质量、果径、表皮颜色、干物质、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、类胡萝卜素，建立TMT检测方法并探究其变化，旨在监测番茄在成熟过程中品质变化，从而筛选出适宜成熟度的废弃番茄再进行加工利用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试番茄为加工用番茄品种，分别为IVF3535、8210、金番11、3311共4个品种，由新疆冠农果茸公司提供，每个品种在成熟过程中分为4个成熟时期。1）青熟期：番茄外部果皮白青色，果实坚硬；2）变色期：番茄果皮外表开始变色，有青黄色；3）坚熟期：果实表面大部分为红色，但较为坚硬；4）完熟期：果实完全变红且变软，为正常的番茄加工原料，见图1。

图1 不同成熟时期的加工番茄Fig.1 Processed tomatoes at different ripening stages

番茄红素标品（纯度96%）：购于华北制药厂；β-胡萝卜素标准品（纯度96%）：购于上海阿拉丁有限公司；番茄碱标品（纯度98%）：购于上海甄准生物有限公司；乙腈、甲醇、甲基叔丁基醚：均为色谱纯；正己烷、丙酮、甲醇、氨水等：为分析纯。

1.2 仪器与设备

Alliance e2695高效液相色谱仪、2998二极管阵列检测器，配有Empower3色谱工作站：美国Waters公司；1525高效液相色谱仪（蒸发光检测器）：美国Waters公司；YMC Carotenoids C30色谱柱（250 mm×4.6 mm，5μm）：日本YMC株式会社；ODS-2 C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5μm）：赛默飞世尔科技有限公司；UV-2802型紫外可见光分光光度计：尤尼柯（上海）科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 番茄果重质量、果径及表面颜色的测定将挑选出番茄分类后进行清洗，每个品种、每个成熟度选取8个果实样品，记录果实的果质量、横径和纵径。使用色度仪沿果实赤道面一周均匀取3点进行测定，色泽采用CIE-L*a*b色空间表示方法，得到L*、a*和b*3个参数。

1.3.2 可溶性固形物及干物质的测定番茄可溶性固形物直接用糖度仪进行测定，结果以°Brix表示；干物质质量分数按照国标GB5009.3-2016《食品中水分的测定》[22]进行测定，结果以质量分数（以鲜质量计）表示。

1.3.3 可溶性糖及可滴定酸的测定可溶性糖：硫酸-蒽酮法进行测定[23]；可滴定酸：酸碱滴定法测定[24]；结果以g/100 g（以鲜质量计）表示。

1.3.4 类胡萝卜素的测定类胡萝卜素提取参考文献[25]的方法。将番茄匀浆冻干，取适量冻干粉末加入20 mL正己烷-甲醇-丙酮（体积比为2∶1∶1），磁力搅拌提取20 min，抽滤收集上清液，滤渣重复上述步骤2次直至滤渣颜色褪尽，合并上清液。上清液中加入5 mL水，于分液漏斗中静置分液，取正己烷层，45℃旋转蒸干后乙酸乙酯溶解，并用甲醇-甲基叔丁基醚（体积比1∶1）定容，置于-20℃冰箱中待测。

类胡萝卜素检测：采用高效液相色谱-二极管阵列检测器（HPLC-PDA）分离检测，根据保留时间和光谱特征进行定性鉴定[26]，LYC和β-胡萝卜素用外标法定量，PTF和PT利用各自摩尔吸光系数与全反式LYC的比值，得出相对斜率定量[27-29]。色谱柱：C30柱（5μm，250 mm×4.6 mm）；液相条件：柱温30℃；流速1 mL/min；进样量20μL[28]；流动相A为甲醇-甲基叔丁基醚-水（体积比为450∶25∶25），流动相B为甲基叔丁基醚-甲醇（体积比为400∶100），采用梯度洗脱的方法，流动相B梯度变化为0~20 min，B相由45%变为50%；20~28 min，B相由50%到95%；28~32 min，B相维持95%；32~34 min，B相由95%到100%；34~37 min，B相维持100%；37~40 min，B相由100%变为45%，总共运行45 min。检测波长：PT 286 nm，PTF 348 nm，LYC 471 nm，β-胡萝卜素452 nm。结果以μg/g（以干质量计）表示。

全反式番茄红素标准曲线为：

式中：y为峰面积；x为样品质量浓度，μg/mL；线性范围为0.5~25μg/mL。

全反式β-胡萝卜素标准曲线为：

式中：y为峰面积；x为样品质量浓度，μg/mL；线性范围为1~25μg/mL。

1.3.5 TMT的分析检测TMT提取：参考Suk-Hyun等人的方法[20]，取适量番茄冻干粉末，加入体积分数2%乙酸-甲醇溶液搅拌提取40 min，收集上清液，滤渣重复上述步骤两次，合并滤液。滤液旋转蒸发浓缩至5 mL左右，用0.2 mol/L的盐酸溶解浓缩液，再用氨水将pH值调至11。将调好pH的溶液置于65℃水浴50 min后取出冷却，于4℃冰箱放置过夜，取出后在4℃下10 000 r/min离心10 min，取沉淀，沉淀氮气吹干后复溶于2 mL甲醇中，置于-20℃冰箱中待测。

TMT检测方法：采用高效液相色谱-蒸发光检测器（HPLC-ELSD）进行检测。色谱柱：C18柱（5μm，250 mm×4.6 mm）；液相条件：柱温30℃；流量1 mL/min；进样量20μL；ELSD漂移管温度80℃，载气流速2.5 L/min。流动相A相为体积分数0.1%甲酸-水溶液，流动相B为0.1%甲酸-乙腈；采用梯度洗脱的方法，流动相B梯度变化为0~5 min，B相由30%变为40%；5~20 min，B相保持40%；20~22 min，B相由40%变为30%；22~25 min，B相保持30%，总运行时间为25 min。结果以μg/g（以干质量计）表示。

标准曲线制作：称取TMT标品2.5 mg，用甲醇超声溶解定容至5 mL，制成0.5 mg/mL的标准溶液，精密吸取20、16、10、5、1μL进样，每个进样体积重复进样3次，记录峰面积并取平均值，以对照品进样量为横坐标x，以峰面积为纵坐标y，绘制标准曲线。

方法学验证：方法学验证主要从线性范围、检测限、定量限、精密度、稳定性、回收率方面进行验证。

1.4 数据处理与分析

以上实验测定指标均重复3次，采用GraphPad Prism7作图，图中数据均为平均值，误差以平均值的标准误差表示。实验数据采用统计分析软件SPSS 18.0进行统计分析，均值间比较采用Duncan’s多重比较，在0.05水平上进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 番茄果质量、果径及表面颜色

表1为4个不同加工品种番茄在不同成熟阶段的果质量、果径及颜色变化。从表1可以看出，番茄在成熟过程中质量不断增加，果实不断膨胀，体积增大。从青熟期开始，果形指数逐渐减小。番茄果实表面颜色是对番茄成熟度辨别的最直观指标，从表1可以看出，L*值逐渐减小，a*值由负到正逐渐增加，番茄在成熟过程中表皮逐渐变暗，颜色由绿转红。

表1 不同番茄品种各成熟阶段的果质量、果径及表皮颜色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质的变化分析

由图2可知4个品种番茄在不同成熟时期可溶性固形物总体变化不大，4个品种间无明显变化规律。其中品种IVF3535的可溶性固形物明显优于其他3个品种，在4个成熟阶段均大于6°Brix。

图2 番茄成熟过程中可溶性固形物糖度变化Fig.2 Soluble solid contents changed in tomato during ripening

由图3可见，4个品种的加工番茄在成熟过程中干物质质量分数变化趋势一致，即随着番茄的成熟，其干物质呈先降低后升高趋势，但在成熟后期无显著性差异。番茄在成熟时期通过光合作用积累干物质，前期积累速率较大至成熟后期逐渐减小[30]。其中品种IVF3535在各成熟阶段的干物质均大于其他3个品种，质量分数约为7.0%~7.5%。

图3 番茄成熟过程中干物质质量分数变化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质量分数变化

从图4可以看出，4种番茄在未成熟时可溶性糖与完熟时期差距较小，不同品种之间可溶性糖质量分数存在差异。IVF3535、8210、3311这3个品种在4个成熟阶段中均为先增加后减小趋势，坚熟期达到最大值；其中品种IVF3535可溶性糖质量分数在4个时期均大于其他3个品种。金番11可溶性糖质量分数在4个时期逐渐增加，完熟期为3.58%。除金番11外，其余3种加工番茄在变色期或坚熟期时可溶性糖质量分数均优于完熟期。

图4 番茄成熟过程中可溶性糖质量分数变化Fig.4 Mass fraction of soluble sugar changed in tomato during ripening

番茄果实中的酸大部分为有机酸，主要为柠檬酸和苹果酸，对番茄果实风味品质有重要的影响[31]。由图5可见，4个品种的加工番茄的总酸质量分数在4个成熟时期内显著下降。完熟期时，4个品种的质量分数在0.45%~0.48%。

图5 番茄成熟过程中可滴定酸质量分数变化Fig.5 Mass fraction of titratable acid changed in tomato during ripening

2.4 番茄中LYC、PT、PTF、β-胡萝卜素质量分数变化

LYC、PT、PTF和β-胡萝卜素在其最大吸收波长下的液相色谱见图6。图7分别为4个品种的番茄在不同成熟时期LYC、PTF、PT及β-胡萝卜素的质量分数变化。由图可知，LYC、PTF、PT、β-胡萝卜素在成熟过程中均呈增长趋势，与其他品种番茄中测定结果一致[32]。在植物体内类胡萝卜素的合成途径中，PTF和PT是其他类胡萝卜素合成的前体物质，PT经八氢番茄红素脱氢酶（PDS）脱氢形成PTF，PTF再分别由PDS、ζ-胡萝卜素脱氢酶、ζ-胡萝卜素异构酶脱氢、异构化形成全反式LYC，再由番茄红素环化酶（LCY）催化生成β-胡萝卜素[33]。这些关键酶在番茄成熟过程中影响类胡萝卜素的合成与积累。

图6 类胡萝卜素液相色谱图Fig.6 Liquid chromatogram of carotenoids

图7 番茄成熟过程中类胡萝卜素质量分数变化Fig.7 Mass fraction of carotenoid changed in tomato during ripening

4个品种加工番茄在变色期后均为LYC质量分数最高，PT次之，β-胡萝卜素最少。在青熟期时，LYC积累较少，PTF和PT仅有微量积累，β-胡萝卜素的质量分数略高于PTF和PT，青熟期后，LYC、PTF、PT迅速积累，而β-胡萝卜素增长缓慢，远低于LYC。由于番茄在成熟后期PDS表达量显著上升，促进LYC的合成，同时催化LYC异构化形成β-胡萝卜素的LYC表达量则显著下降，抑制了LYC的降解，使得LYC在番茄内大量积累，β-胡萝卜素增长缓慢[34-35]。变色期和坚熟期时，4个品种番茄已积累了一定量的类胡萝卜素。以品种IVF3535为例，变色期和坚熟期时LYC的质量分数分别为723.36、1 888.95μg/g，约为完熟期的38.8%和70%，PTF和PT的质量分数分别为490.04μg/g和839.70μg/g，分别为完熟期的47.4%和81.2%。

2.5 番茄中番茄碱分析检测

2.5.1 番茄碱标准曲线绘制按1.3.5方式制作标准曲线，以标准品进样量为横坐标x，以峰面积为纵坐标y得线性回归方程为y=82 501x-64 517，R2=0.995 9，番茄碱在0.5~10μg内线性关系良好。以3倍信噪比计算，番茄碱的检出限为0.1μg，以10倍信噪比计算，番茄碱的定量限为0.2μg[36]。

2.5.2 方法学验证

1）精密度试验 精密吸取标准品溶液20μL，按照1.3.5中检测条件连续重复进样6次，记录番茄碱面积，计算RSD为4.1%。

2）稳定性试验 精密吸取标准品溶液20μL，分别在0、2、4、6、8 h进样分析，记录色谱峰面积，计算RSD为3.1%。

3）重复性试验 精密称取番茄冻干粉末1 g，按1.3.7中方法制得供试品溶液3份，分别在1.3.5色谱条件下分析测定，记录色谱峰面积，计算RSD为1.6%。

4）回收率试验 精密称取已知番茄碱质量分数的样品1 g，各样品中分别加入适量对照品标准液，按1.3.5供试品溶液制备方法平行制备3份，进样分析并记录色谱峰面积，结果见表2，番茄碱的回收率在84.05%～96.30%，平均回收率为89.32%，RSD为4.85%。

表2 番茄碱回收率试验Table 2 Recovery of tomatine

2.5.3 番茄中番茄碱质量分数变化番茄碱标品与番茄提取物中番茄碱色谱图见图8，番茄在不同时期TMT质量分数的变化见图9。随着番茄的成熟，TMT的质量分数不断降低，与文献报道一致[12，20]。但除了品种IVF3535，其余3个品种从变色期开始TMT质量分数无显著性差异。番茄在成熟过程中TMT逐渐降低，并转化为番茄皂苷[7]。4个品种番茄在青熟期TMT积累较多，不同品种在该时期内差异较大。品种3311质量分数最高，为910μg/g；品种金番11最低，为331μg/g。变色期番茄碱质量分数显著降低，且4个品种间差异减小。从变色期开始，番茄碱的质量分数变化减小，趋势平缓，至完熟期，4个加工番茄品种的番茄碱质量分数在42～44 μg/g，且与坚熟期相比无显著性差异（P＞0.05）。

图8 番茄碱液相色谱图Fig.8 Liquid chromatogram of tomatine

图9 番茄成熟过程中番茄碱质量分数变化Fig.9 Mass fraction of tomatine changed in tomato during ripening

3 结语

番茄在由青熟期到完熟期的成熟过程中其外观、风味及营养方面均发生了变化。随着成熟度的提高，番茄中的LYC、PTF、PT和β-胡萝卜素的积累量显著上升，且在变色期时就已有积累，坚熟期时各品种LYC的质量分数占完熟期的54%~75%，PT和PTF占完熟期的81%~92%，β-胡萝卜素占完熟期的68%~86%，同时可滴定酸及负营养物质TMT的质量分数均随着番茄的成熟而显著减小，变色期后TMT质量分数下降趋势减缓，其中除品种IVF3535外，TMT在变色期和坚熟期时的质量分数与完熟期时均无显著差异（P＞0.05），而可溶性固形物、可溶性糖及干物质在变色期后与成熟期相比差距较小。

因而在番茄加工企业废弃的未成熟番茄中可将处于变色期及变色期之后的番茄再次拣选出来，进一步加工利用。加工利用方式还需进一步研究，例如可将其中的类胡萝卜素PT、PTF等进行分离提取添加于食品或化妆品中，或以变色期后的番茄为基料加入其他风味物质制成复合调味酱等。本研究可为番茄的高效利用提供新思路及理论支持。