单色光照射对鲜青花椒叶绿素降解的实验研究

汪 洋，邓惠玲，阚建全，*

（1.西南大学食品科学学院，重庆400715；2.重庆市农产品加工及贮藏重点实验室，重庆400715）

青花椒（Zanthoxylum schinifolium Sieb.et Zucc）属芸香科（Rrutaceae）花椒属（Zanthoxylum L.）落叶香料植物，又名川椒和香椒子。花椒不仅可以作为香料使用，而且也可以作为药用，如用于治疗腹泻、呕吐、蛔虫病等[1]。花椒在全国大部分地区均有种植，其种植面积和产量均较大[2]。青花椒从果实形成到成熟采收时都是绿色的，但是鲜青花椒采后在干燥过程中极易变色，严重影响其市场价值。青花椒果皮的绿色主要是由于其存在的叶绿素，而叶绿素却容易降解。影响叶绿素降解的因素很多，除了体内相关酶引起的叶绿素降解外，还包括如光、温度、氧、湿度等外部环境因素的影响，分为叶绿素酶降解和光降解两条途径。目前，国内外在果蔬采后叶绿素酶降解方面[3-5]已有较深入的研究，而叶绿素的另一降解途径，即光降解途径方面的研究却甚少。光降解途径，又叫光漂白途径或氧化漂白途径[6-7]，在高等植物体内光对叶绿素的漂白作用是非常普遍的。黄持都等[8]研究表明，紫外线对离体叶绿素的破坏作用最强，可见光中蓝光、红光的破坏作用次之，红外线的破坏作用较小。有研究认为叶绿素在过量光能下转变为三线态，再通过电子将能量传递给氧等，产生单线态氧等活性氧从而破坏膜脂及蛋白质的结构，造成叶绿素的降解[9-10]。但目前，单色光对于鲜青花椒中叶绿素降解的影响，国内外都还没有相关的研究报道。因此，本文拟开展单色光对鲜青花椒色泽和叶绿素降解影响的研究，对于提高干青花椒的品质和阐明叶绿素光降解途径具有较重要的作用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜青花椒 产自重庆北碚区静观镇素心村；N，N-二甲基甲酰胺、正己烷和乙醚等 成都科龙化工试剂厂，分析纯；丙酮和甲醇 成都科龙化工试剂厂，色谱纯；叶绿素标准品 Sigma公司。

自制单色光照箱（内置单色滤光片红A044S、橙A033X、黄A012J、绿A2307、青A0935、蓝A0823、紫A135X） 意大利O.D.L.公司；测光计（Light Meter）深圳华盛昌机械实业有限公司；ULTRASCAN PRO测色仪 美国HunterLab公司；分析型液相色谱仪 日本岛京公司；ALPHA1-4/2-4LSC冷冻干燥设备 德国Marin Christ公司；FSH-Ⅱ型匀浆机 江苏金坛市环宇科学仪器厂。

1.2 实验方法

在光照箱内，选用150W的溴钨灯作为光源，采用单色光滤光片过滤得不同波长的单色光；将鲜青花椒样品（每份样品鲜重5.0g）置于单色光滤光片下方，调整距离，使得每种单色光照射鲜青花椒的光强度为2000lux。紫外光的获得采用20W紫外灯，强度也是2000lux。温度控制在33℃左右，可避免因温度过高而产生叶绿素降解。连续光照，每1.5h取样5.0g×3，连续9h取样。以同样环境下遮光作为对照组。

根据复合光透过滤光片后所得的单色光波段，单色光可分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，分别用A、B、C、D、E、F、G表示，紫外光用H表示。

1.3 分析测定方法

1.3.1 青花椒样品色差值的测定 采用UltraScan PRO测色仪进行测定。选用RSIN-包括镜面反射模式，观察面积4.826mm，滤光片位置：微量的。实验指标为国际CIE Lab色度空间中的L*、a*、b*值。每个样品中选取20颗青花椒样品进行测量，每颗测一次。色差△E的计算以新鲜青花椒的L*、a*、b*值作为标准对照，根据国际ASTM E308-99标准，计算公式为：

式中：△L*=L*处理-L*对照；△a*=a*处理-a*对照；△b*=b*处理-b*对照。

1.3.2 叶绿素含量的测定

1.3.2.1 标准曲线的绘制[11-12]色谱条件：色谱柱，GL Sciences column（ODS-SP，5μm，4.6mm×250mm）；洗脱液：50%甲醇-50%丙酮；检测器：SPD-M20A型二极管阵列（PDA）；RF-10AXL型荧光检测器，激发波长为440nm，发射波长为660nm，与PDA一同使用；洗脱液流速为0.6mL/min；柱温35℃，进样量10μL。

通过实验，叶绿素a的标准曲线方程为Y=0.14027+2.59028E-5X，R=0.9997；叶绿素b：Y=0.01227+6.6989E-5X，R=0.9994，Y为浓度mol/L，X为峰面积。

1.3.2.2 青花椒样品叶绿素类的提取[13]准确称取青花椒样品5.0g，加入用MgCO3饱和过的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）40mL，匀浆后抽滤。置滤液于分液漏斗中，加入50mL正己烷洗涤三次后，在DMF相中加入其2倍体积的预冷（0℃）的饱和食盐水，再加入40mL 1∶1（V/V）的乙醚∶正己烷提取叶绿素。提取液用30mL蒸馏水洗涤三次后加入3g无水硫酸钠干燥5min。然后在低于30℃下蒸干有机溶剂，溶残余物于丙酮中并定容至5mL，即得叶绿素类待测样品。

1.3.2.3 叶绿素含量的测定 采用液相色谱法定量分析，方法同1.3.2.1。计算公式为：

青花椒样品中叶绿素a（b）的含量（μg/g）=Y×V×M×106/m

式中：Y为标准曲线查得的溶液中叶绿素a（b）的浓度（mol/L）；V为样品提取液体积（mL）；M为叶绿素a（b）的相对分子质量（g/mol）；m表示样品质量（g）。

1.4 实验数据统计分析方法

实验均重复3次（颜色指标重复20次），实验数据处理和分析采用Excel（2003）和Origin 8.0软件。

2 结果与分析

2.1 单色光光照对鲜青花椒色泽的影响实验研究

由图1可知，在鲜青花椒的单色光光照过程中，其a*值均呈增加趋势，表明青花椒的绿色渐渐褪去。紫外光照射对青花椒色泽影响最大，连续照射9h后，其a*值从-4.64上升至1.26，此时青花椒已无明显绿色。在其他单色光光照条件下，a*值均略微增加，但仍为负值，这时青花椒仍为绿色。

图1 单色光照射对青花椒色泽（a*值）的影响Fig.1Effect of monochromatic light on the color（the value of a*）of green prickleyashes注：A～H分别表示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光及紫外光；图2、图3，图5～图7同。

由图2可知，鲜青花椒在单色光照射下，其b*值均呈下降趋势，表明其色泽逐渐向黄色过渡。其中，紫外光（H）照射对其b*值影响最大，其值从21.66降至12.51；其次是蓝色光（F）和黄色光（C），分别从21.77和20.11降至15.32和15.00。

图2 单色光照射对青花椒色泽（b*值）的影响Fig.2Effect of monochromatic light on the color（the value of b*）of green prickleyashes

图3 单色光照射对青花椒色泽（L*值）的影响Fig.3Effect of monochromatic light on the color（the value of L*）of green prickleyashes

由图3可知，鲜青花椒在单色光照射下，其L*值呈下降趋势，表明其色泽越来越暗。其中，紫外光照射下L值下降最为明显（从44.81降至24.4），其次为黄色光C（从42.49降至34.6）和蓝色光F（从39.34降至31.54）。

如综合考虑各种单色光照射方式对于青花椒色泽指标L*、a*、b*值的影响，色差E是综合考虑明度差（L*）以及色度差（a*、b*）的总色差值，可以有效反映青花椒果皮颜色的变化，其值越大，表明颜色改变越明显，即该种单色光照射方式对青花椒果皮颜色的影响越大，结果如图4所示。由图4可知，紫外光照射（H）对青花椒果皮色泽影响最为明显，其次是蓝色光（F）和黄色光（C）。

图4 不同光照模式中青花椒样品的的色差值（E）Fig.4 Values of E of green prickleyashes

2.2 单色光光照对青花椒叶绿素含量的影响实验研究

图5 单色光照射对青花椒样品中叶绿素a含量的影响Fig.5 Effect of monochromatic light on chlorophyll a of green prickleyashes

由图5可知，在同等条件下，紫外光（H）照射使鲜青花椒叶绿素a降解得最多，其含量从113.66μg/g降至86.65μg/g。其次是蓝光（C）和黄色光（F）的照射。在黄色光（F）照射下，叶绿素a从128.14μg/g降至111.35μg/g；蓝色光（C）光照射下，其含量从70.39μg/g降至58.89μg/g。而在其他单色光照射条件下，叶绿素a均降解不明显。

由图6可知，在同等条件下，紫外光（H）也使叶绿素b降解得最多，其含量从55.48μg/g降至39.62μg/g。其次是黄色光（F）、蓝光（C）、青色光（G）的照射。在黄色光（F）照射下，其含量从61.18μg/g降至48.48μg/g；在蓝色光（C）照射下，其含量从30.65μg/g降至24.91μg/g；在青色光（G）照射下，其含量从60.48μg/g降至49.73μg/g。而在其他单色光照射条件下，叶绿素b均降解不明显。

图6 单色光照射对青花椒叶绿素b的影响Fig.6 Effect of monochromatic light on chlorophyll b of green prickleyashes

图7表示单色光照射下青花椒样品中总叶绿素降解的情况，紫外光（H）使叶绿素a和叶绿素b的总含量从169.14μg/g降至126.27μg/g，蓝色光（B）使叶绿素a和叶绿素b的总含量从101.04μg/g降至83.8μg/g，黄色光（E）使叶绿素a和叶绿素b的总含量从189.32μg/g降至159.83μg/g。

图7 单色光照射对青花椒叶绿素a和叶绿素b的影响Fig.7 Effect of monochromatic light on chlorophyll a and chlorophyll b of green prickleyashes

图8表示单色光照射下青花椒样品中总叶绿素含量的降解率，紫外光（H）照射中叶绿素a和叶绿素b的总含量的降解率达到25.35%，蓝色光（B）和黄色光（E）分别为17.06%和15.58%。

图8 单色光照射对青花椒叶绿素a和叶绿素b降解率的影响Fig.8 Effect of monochromatic light on degradation rates of chlorophyll a and chlorophyll b of green prickleyashes

由以上分析可知，鲜青花椒在单色光照过程中会出现不同程度的色泽劣变，具体表现为绿色褪去、逐渐向黄色过渡以及色泽变暗，同时，青花椒体内的叶绿素a和叶绿素b逐渐降解，为了消除不同批次的原料所造成的差异，色泽的变化采用色差值（图4）表示，叶绿素的变化采用降解率（图8）表示，分析色差值与叶绿素降解率之间的相关性，可知其相关系数为0.8380，说明青花椒色泽的劣变与青花椒体内叶绿素的降解率呈正相关，且相关性较大，即采后鲜青花椒颜色的劣变主要归因于其体内叶绿素的降解。

3 结论

3.1 在相同的光照强度和温度等条件下，紫外光照射对青花椒叶绿素的影响最为明显，其次是蓝色光和黄色光。在采后鲜青花椒的加工、包装和储藏等过程中，为了保证其质量和货架期，应尽量遮光，特别是应该防止紫外线的照射。

3.2 叶绿素a更容易受单色光紫外光、蓝色光和黄色光的作用而降解，而对叶绿素b依次易受单色光紫外光、黄色光、蓝色光的作用而降解。该结论是进一步研究青花椒叶绿素发生光降解的基础，同时也可为叶绿素的光降解研究提供参考。

3.3 青花椒果皮的色差值与青花椒体内总叶绿素的降解率呈现较大的正相关性，表明青花椒的色泽变化主要受叶绿素含量的影响。

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