井 鳳，劉 峰，傅茂潤，李紅梅，劉 偉，王 曉,*

(1.山東省科學院山東分析測試中心，山東 濟南 250014；2.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東 泰安 271018；3.山東省科學院生物研究所，山東 濟南 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、增強人體免疫力、預防心血管疾病和防癌抗癌等生理功能[4-5]。

目前對辣椒類胡蘿卜素的研究主要集中于辣椒生長過程中的變化[4-5]，而對辣椒采后加工過程中的變化研究相對較少。辣椒果實達到商品成熟采摘后，在干制貯藏過程中類胡蘿卜素的生物合成依然進行，這一過程受光照和溫度的影響，當含水量下降到一定值時類胡蘿卜素的生物合成中斷[6]。研究還發(fā)現(xiàn)[3]，干制的加工方法會影響到紅辣椒的色素含量。因此，溫度、光照、果實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、果實含水量等因素對辣椒總類胡蘿卜素含量的影響，并測定辣椒紅素和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、光照之間的相關關系，找出促進辣椒色素生成最佳調控措施，為建立合理的杭椒加工工藝提供基礎理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料

杭椒采自于山東省濟南市濟陽蔬菜基地，選擇大小均勻，無機械損傷，果實硬度和成熟度一致，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) 天津廣成化學試劑有限公司；丙酮(色譜純) 天津市科密歐化學試劑有限公司；氫氧化鉀 淄博化學試劑廠；氯化鈣 濟南化工分廠；辣椒紅素 實驗室自制；β-胡蘿卜素 美國Sigma公司。

PQX-280A-3H人工氣候箱 寧波萊福科技有限公司；722E型可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司；Agilent1120高效液相色譜儀 美國安捷倫公司；R-3旋轉蒸發(fā)儀 瑞士Buchi公司；Scientz-10N冷凍干燥機 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個人工氣候培養(yǎng)箱放置，分別標號1、2、3。設定每個培養(yǎng)箱的參數(shù)分別為：1號，溫度25℃、濕度50%、光照；2號，溫度30℃、濕度50%、光照；3號，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個人工氣候培養(yǎng)箱放置，分別標號A、B。設定每個培養(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，計算各類杭椒占總數(shù)比例，取樣時按3類杭椒所占的比例，每個培養(yǎng)箱取30個，將樣品去籽，去梗，放入冷凍干燥機避光冷凍干燥，粉碎，過50目篩，置－20℃冰箱中密封保存待用。

1.3.2 類胡蘿卜素含量測定

葉綠素、類胡蘿卜素含量的測定方法依據(jù)趙世杰等[7]的方法，準確稱取杭椒粉末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研磨樣品至無色，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663、646、470nm處測定提取液的吸光度，實驗重復3次。然后按下面的公式計算類胡蘿卜素的含量。

式中：V為提取液體積/mL；m為樣品質量/g。

1.3.3 水分含量的測定

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

1.3.4 辣椒紅素、β-胡蘿卜素含量的測定

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。樣品重復處理3次。稱取辣椒紅素、β-胡蘿卜素標準品2.5mg和1.0mg，用丙酮溶解，置10mL 棕色容量瓶中定容。其他低質量濃度標準品溶液用丙酮稀釋而成。

HPLC條件：色譜YMC ODS-C30(4.6mm×250mm，5μm)。流動相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，檢測波長450nm，柱溫30℃，進樣量5μL。

2 結果與分析

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，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，30、35℃處理組其含量分別在第10天和第8天達到最大值后稍有下降。

研究發(fā)現(xiàn)[10-12]，溫度高于30℃會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℃以上的高溫會抑制番茄果實的番茄紅素合成，37℃完全抑制番茄紅素的合成[14-15]，從而導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，抑制果實成熟[17]。可見高溫抑制與果實成熟有關的mRNA的積累，蛋白質的合成減少，酶的活性降低，導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相對平穩(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階段：第一階段色素含量快速增加，第二階段在此基礎上色素緩慢減少，但最終總類胡蘿卜素含量增加；當水分含量達到65%～60%時第一階段結束，第二階段開始進行。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，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。

對上述3組樣品分別以水分含量和時間、類胡蘿卜素含量和時間的關系擬合方程，得到類胡蘿卜素合成和水分含量損失的動力學方程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到一半時(C0/2)的時間/d，dt是一個變化的常數(shù)。不同條件下，類胡蘿卜素合成和水分含量損失動力學模型的擬合度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到一半時(即C0/2)需要的時間(t1/2)分別為5.687、4.703、5.055d，對應的水分含量為77.5%、75.1%、66.9%。干制后其總類胡蘿卜素為：5.15、5.49、2.34mg/g，與擬合結果(C0)的5.004、5.412、2.193mg/g基本一致。可見30℃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到5.49mg/g和2.58mg/g，光照組的含量遠遠大于避光組的，這與大量研究表明光下生長植物的總類胡蘿卜素含量高于遮陰生長植物的相符合[18]。類胡蘿卜素在葉綠體的光合作用中起著至關重要的作用，但當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)的過剩能量保護葉綠素免受破壞[19-20]，因此，光對類胡蘿卜素的合成有影響，適度的光照促進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。其擬合結果見表1，類胡蘿卜素含量達到一半時需要的時間(t1/2)4.756d，對應的水分含量為77.1%。干制完成后總類胡蘿卜素理論含量(C0)為2.571mg/g，與實驗結果一致。光照組類胡蘿卜素的含量變化和溫度處理下的結果一致。由圖2還可以看出，光照、避光兩種處理對杭椒含水量的影響無差異，而對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準品的液相圖譜如圖3所示。

圖 3 辣椒紅素、β-胡蘿卜素對照品(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基本相同，但溫度對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體7’,8’,11’,12’-四氫番茄紅素轉化成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促進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果基本相同。兩個處理辣椒紅素的變化趨勢分別與總的類胡蘿卜素含量的變化趨勢基本相同。β-胡蘿卜素的含量呈緩慢增加趨勢，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 論

3.1 在杭椒干制過程中溫度和光照對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到5.49、2.13、0.225mg/g。杭椒含水量在80%～50%時，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，并沒有出現(xiàn)降低的趨勢。

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。25、30、35℃光照和30℃避光條件類胡蘿卜素含量達到一半時需要的時間(t1/2)分別為5.687、4.703、5.055、4.756d，與實驗結果基本一致。本實驗揭示了杭椒干制過程中類胡蘿卜素與含水量、溫度、光照之間的相關關系，建立了相關數(shù)學模型，為杭椒加工工藝的研究提供了理論指導。

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