紫色西番蓮轉色期果實色澤與品質的動態變化及其相關性

李 巍，郝璽文，吳建鴻，郭 嘉，林香信*

(1.福建省農業科學院農業質量標準與檢測技術研究所/福建省農產品質量安全重點實驗室， 福建 福州 350003； 2.中國農業大學資源與環境學院， 北京 100193)

紫色西番蓮PassifloraedulisSims也被稱為雞蛋果，屬于西番蓮科西番蓮屬的一種藤本植物，原產于巴西和澳大利亞等地區，現廣泛分布于熱帶和亞熱帶地區[1-3]。因其具有多種芳香的風味，可散發菠蘿、草莓、荔枝和檸檬等10多種水果的香味，而且它的果皮和果肉均富含色素、糖、有機酸、維生素、氨基酸等多種可促進人們健康的營養成分，近年來備受人們的喜愛[4-8]。紫色西番蓮汁香味濃郁、酸甜可口，且因其具有良好的耐寒性、抗病性，可為遺傳育種和資源開發提供了良好的材料，所以受到廣大科研工作者的青睞。紫色西番蓮在未成熟時果皮呈綠色，經過轉色期的果實會逐漸轉變為紫紅色或深紫色，西番蓮果實的顏色和品質是評估其營養價值、成熟度以及供栽培者和消費者分級的主要標準[4,9]。

目前，我國西番蓮主要以鮮食為主，但是果實采收后果皮易失水皺縮，使商品價值降低，嚴重影響其銷售價值，在福建[10]、貴州[11]、海南[12]、云南[13]、廣州[14]等地對不同品種西番蓮的研究中均證實了采摘成熟度對西番蓮的貯藏及品質都有非常顯著的影響。但是所研究的結果不同，藍英杰等[12]建議七成熟采摘較好；郭靖等[14]建議把不同成熟度果實放一起采收最優；寸待澤等[13]建議八成熟適合較長距離運輸，九成熟適合較近距離運輸。那么學者們對成熟度的判斷依據是否一致呢？因此，研究西番蓮轉色期的果皮色澤的變化，以及果皮色澤和果實品質之間關系顯得尤為重要。本研究以紫色西番蓮臺農1號為試驗材料，對西番蓮在轉色期內果皮的葉綠素和花色苷含量，以及果實的主要品質(糖和酸)的動態變化規律進行研究，并探討果皮色澤與果實品質之間的相關性，旨在為科學判斷西番蓮的采收成熟度和合理采收西番蓮以提高其貯藏品質提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和地點

供試品種為臺農1號西番蓮幼苗，來源于福建省南平市邵武的紫色西番蓮育苗基地。于2019年4月在北京市中國農業大學資源與環境學院溫室，使用直徑60 cm、高80 cm的花盆進行土壤栽培試驗，土壤來自北京市中國農業大學上莊實驗站。每盆1株西番蓮，幼苗地上部約15 cm高，所有西番蓮幼苗長勢良好且均一，未見明顯損傷。施用復混肥(N-P2O5-K2O為15-15-15)200 g·株-1作為基肥。每隔1 d每盆澆灌1 L去離子水。

1.2 試驗方法

待西番蓮進入轉色期，即50%的西番蓮開始轉色后，根據果皮轉色情況以及授粉時間，分5個轉色階段(分別為轉色期1、2、3、4、5)進行取果，每個階段取6個果實，將果皮和果肉分開，果肉在液氮浴下進行輕度研磨以去除籽粒，之后放入-80℃冰箱保存。果皮經液氮冷凍后同樣放入-80℃冰箱保存備用。

1.3 指標測定

1.3.1果實體積 使用游標卡尺測定西番蓮橫徑(a)和縱徑(b)后，根據橢圓計算公式V=4/3πa2b求得果實體積。

1.3.2葉綠素含量 參照國家推薦標準NYT3082-2017《水果、蔬菜及其制品中葉綠素含量的測定分光光度法》[15]，將果皮鮮樣加液氮搗碎后，取0.1 g于三角瓶中，加入5.00 mL浸提劑(無水乙醇和丙酮體積比為1∶1的混合液)，使用封口膜密封，室溫下避光靜置提取5 h，過濾后使用紫外-可見分光光度計在645 nm和663 nm處測定試液的吸光度值。并根據國標所給公式計算葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和總葉綠素(Chl)含量。

1.3.3總花色苷含量 參照文獻[16]，將果皮鮮樣搗碎后，取0.2 g，加入7.2 mL浸提劑(86%的乙醇溶液，含0.054%鹽酸、0.1%檸檬酸)，于31℃水浴加熱2 h后，在6 000 r·min-1離心機中充分離心，使用紫外-可見分光光度計測定樣品A510 nm、A620 nm、A650 nm，并根據差減法[4]校準樣品花色苷吸光度，最后計算花色苷含量。

1.3.4可溶性糖組分的含量 可溶性糖的提?。悍Q取粉碎過的西番蓮果肉樣品 0.2 g 于 15 mL 離心管中，添加 4 mL 蒸餾水，用渦旋儀混合均勻后于 50℃震蕩水浴 30 min，于 6 000 r·min-1離心 15 min，取上清液用 0.45 μm 水系濾膜過濾于液相小瓶中。每個處理的樣品 3 個重復。HPLC檢測：采用高效液相色譜-示差折光檢測器(Waters E2695)測定西番蓮中可溶性糖的組成和含量，采用ZORBAX NH2色譜柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)進行HPLC分離，色譜柱溫度設為40℃。流動相為70%乙腈水溶液，以100%流動相 A等度洗脫，流速為1 mL·min-1。運行時間為 15 min，進樣量為10 μL。使用果糖、葡萄糖、蔗糖標準品對西番蓮中的可溶性糖進行定性和定量分析，結果以mg·hg-1FW表示。

1.3.5有機酸組分的含量 有機酸的提?。和?.2.4糖組分的提取。HPLC檢測：采用高效液相色譜-二極管陣列檢測器測定蘋果中有機酸組成和含量，檢測波長設為 214 nm。采用Titank C18 色譜柱(5 μm，4.6 mm×250 mm)進行HPLC分離，色譜柱溫度設為30℃。流動相A為40 mmol·L-1磷酸二氫鉀(使用磷酸調節pH至2.4)，流動相B為甲醇，流動相A比例為97%，流動相B比例為3%，以流速0.8 mL·min-1進行等度洗脫。運行時間為15 min，進樣量為10 μL。使用蘋果酸、檸檬酸和馬來酸標準品對蘋果中的有機酸進行定性和定量分析，結果以mg·hg-1FW 表示。

1.4 統計分析

運用EXCELL整理數據，采用IBM SPSS Statistics 23分析軟件進行方差分析和顯著進行分析，并結合Origin 2021進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 西番蓮在轉色期果皮色澤和體積的變化規律

果實外觀色澤是評價果實商品質量和價值的一個重要指標。紫色西番蓮進入轉色期后，果實的大小(圖1B)基本上不發生明顯的變化，而果皮顏色逐漸從綠色向紅色轉變(圖1A)。果皮的葉綠素(Chl)含量整體呈逐漸降低的趨勢(圖2A)。葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)和葉綠素(Chl)含量在轉色期1和轉色期2沒有顯著差異，但在轉色期2后顯著降低，均在轉色期5達到最低值。Chl a含量的下降幅度與Chl含量的下降幅度基本一致，Chl b含量雖然也呈下降趨勢，但下降的幅度沒有Chla含量的降幅大，說明西番蓮果皮葉綠素含量下降的主要是由于葉綠素a含量的下降，而且葉綠素的降解過程主要發生在西番蓮轉色的中后期階段。

注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05)；下圖同。

圖2 西番蓮轉色期果皮葉綠素和花色苷含量的變化

西番蓮轉色期間果皮中的葉綠素a/葉綠素b(Chl a/Chl b)的比值(圖3)，在轉色期4取得最大值，顯著高于轉色期2和轉色期5，整體上呈現出先增加后減少的趨勢。但在轉色期4到轉色期5的過程中該比值迅速下降，這可能是該過程中葉綠素a的含量迅速下降而葉綠素b的含量變化較小的結果。這也是西番蓮從轉色期1到轉色期4，果皮顏色由藍綠轉變為黃綠色的主要原因。西番蓮在轉色期間果皮花色苷含量是逐漸增加，且5個時期均具有顯著性差異，同時從花色苷/葉綠素的比值上亦可以看出，5個轉色時期均有顯著性差異，隨著西番蓮的逐漸成熟，其比值逐漸增大，這表明西番蓮的轉色過程伴隨有花色苷的生成。

圖3 西番蓮轉色期果皮色素相對含量的變化

2.2 西番蓮轉色期果實品質的變化規律

由圖4可知，西番蓮在轉色期間果肉總糖含量整體呈先增后趨于平穩，且在轉色期3和4達到最大值，顯著大于轉色期1，這說明糖分的累積集中于轉色前期。西番蓮果肉總酸含量則呈逐漸降低的趨勢，且在轉色期2和4達到最大值，顯著大于轉色期5，這說明有機酸的降解主要集中于轉色后期。糖酸比整體呈上升趨勢，在轉色期5達到最大值，在轉色期1～3和轉色期4～5，西番蓮果肉糖酸比均呈現顯著的上升。綜上所述，西番蓮轉色期間的碳水化合物是發生了糖組分逐漸累積和酸組分逐漸降解的過程。

圖4 西番蓮轉色期總糖、總酸和糖酸比的變化

那么糖和酸的各組分又發生了怎樣的變化呢？西番蓮果肉中的果糖和葡萄糖在轉色中后期(轉色期3、4、5)的含量顯著大于轉色前期(轉色期1)(圖5A)，這說明在西番蓮的轉色過程中伴隨著果糖和葡萄糖的累積，且這種累積過程主要集中在轉色前期。而蔗糖含量在西番蓮不同轉色階段差異不顯著，這說明在西番蓮的轉色過程中并沒有發生蔗糖的顯著降解和轉化。而果肉中果糖和葡萄糖的相對含量在轉色期間大體呈逐漸增加的趨勢(圖5B)，在轉色期5達到最大值，顯著高于轉色期1和2；蔗糖相對含量呈現降低的趨勢。綜上所述，西番蓮果肉中蔗糖相對含量的降低并非因為果肉中蔗糖含量的減少，而是因為果糖和葡萄糖含量的增加，說明西番蓮轉色期間糖含量的變化主要取決于果糖和葡萄糖含量的變化。

圖5 西番蓮轉色期果肉糖組分的變化

西番蓮果肉中蘋果酸含量在轉色期4出現激增，隨后在轉色期5又驟降至原有水平，而檸檬酸含量在不同轉色時期沒有顯著性差異(圖6A)，這說明在西番蓮轉色過程中沒有發生檸檬酸的顯著降解和轉化。而從各組分的相對含量上看，西番蓮果肉中蘋果酸在轉色期4達到最大值，且顯著高于轉色期1、2、3；檸檬酸相對含量則與蘋果酸變化相反(圖6B)，但是變化顯著的時期主要是存在西番蓮轉色期3～5。綜上所述，說明影響西番蓮轉色期間果肉酸組分含量變化的主要是蘋果酸含量的變化。

圖6 西番蓮轉色期果肉酸組分的變化

2.3 西番蓮果皮色澤和果肉品質之間的相關性

西番蓮轉色期間的葉綠素和葉綠素a的相關系數為1，亦說明果皮中葉綠素a含量下降是葉綠素含量下降的主要原因。葉綠素、葉綠素b、葉綠素a和花色苷含量呈極顯著負相關，說明西番蓮果實在轉色期間隨著果皮葉綠素的降解伴隨著花青素的合成，也是果實顏色由綠色轉紅色的主要原因。果糖、葡萄糖含量與葉綠素a、葉綠素b、葉綠素含量呈極顯著負相關；果糖、葡萄糖含量與花色苷含量呈極顯著正相關，這表明西番蓮轉色期間果皮顏色的改變和果肉糖酸組分的變化有關，原因可能是花色苷的合成需要光合產物的糖類作為底物，所以花色苷的含量與糖的合成與累積有非常密切的關系。

圖7 西番蓮轉色期果皮色澤和果肉品質之間各指標的相關分析

3 討論

3.1 西番蓮轉色期果皮色素的變化

果實的色澤發育是其成熟與否的重要判斷標準之一[9]。前人研究結果發現，櫻桃番茄在進入轉色期后葉綠素含量呈逐漸降低的趨勢，完熟期含量最低[17]；隨著獼猴桃果實發育進程，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量在花后100 d呈現迅速下降趨勢[18]，并且葉綠素a含量的下降較快，而葉綠素b含量的下降幅度較小[19]，這與本研究西番蓮果實轉色期內葉綠素含量也呈下降趨勢，且葉綠素a含量是其下降的主導因素的研究結果一致。這可能是由于在果實轉色過程中，脫鎂葉綠素a單加氧酶(PaO)的活性總體呈上升趨勢，促進葉綠素a的降解[20-21]。前人在血橙[22]、荔枝[21]、葡萄[23]、辣椒[24]等園藝作物的研究中發現，花色苷含量在轉色階段呈上升趨勢，并在完熟期達到最大值，這與本試驗中西番蓮果皮花色苷的變化趨勢一致。

有研究學者認為果實的顏色是葉綠素和花色苷共同塑造的[21]，獼猴桃的顏色取決于色素類物質的絕對含量和相對比例[19]。本試驗中，葉綠素a與葉綠素b的比值在轉色前期上升，是西番蓮果皮顏色從黃綠變為藍綠的表現，而該比值在轉色期4迅速下降，也是西番蓮顏色從藍綠轉變為黃綠的表現。這與顧凡等[24]在文紫椒上的研究結果一致。

3.2 西番蓮轉色期果肉糖酸組分的變化

果實中糖酸組分含量及占比在很大程度上決定了果實的品質與風味[25]，眾多的研究結果表明，紫色西番蓮屬于蔗糖積累型和檸檬酸優勢型水果，果實中可溶性糖主要包括果糖、葡萄糖和蔗糖，有機酸以蘋果酸和檸檬酸為主[26]，與本試驗結果一致?？扇苄蕴窃诠麑嵽D色期中積累，在許多果實的著色研究中都有報道。葡萄在轉色期至成熟期的發育過程中葡萄糖、果糖含量逐漸增加，且集中在轉色前期[25]。櫻桃中主要糖組分葡萄糖和果糖，在果實發育前期有一個平穩積累期，轉色期后其含量均迅速增加，至果實成熟期其積累均減慢[27-28]。這與本試驗結果，西番蓮的糖組分的變化規律一致，西番蓮果實糖分的累積主要集中在轉色前期，而酸分的降解主要集中在轉色后期，其糖酸比分別在轉色前期和后期迅速上升。寸待澤等[13]也證實了在轉色后期西番蓮的酸含量急劇降低，建議選擇在轉色期4～5進行采摘比較適合，這與本研究的研究結果也有一致性。

3.3 西番蓮轉色期果皮色素和果肉糖酸組分的相關性

有研究證明，葡萄果實隨著葉綠素的降解和花青苷的合成，果實的顏色由綠轉紅，最終達到果實所特有的顏色特征[23]。在李子[29]、辣椒[24]、荔枝[30]等研究結果都表明，在果實轉色的過程中，果肉果糖、葡萄糖含量同果皮花色苷含量呈極顯著正相關，同葉綠素含量呈極顯著負相關，這與本研究葉綠素含量和花色苷含量呈極顯著負相關，糖組分含量與葉綠素含量呈極顯著負相關，糖組分含量與花色苷含量呈極顯著正相關的研究結果一致，說明西番蓮的轉色過程中，同時發生著葉綠素的降解和花色苷的積累，而且果皮色澤的變化與果肉糖酸組分的變化有著密切的關系，其原因可能是花色苷的合成需要光合產物的糖類作為底物，所以花色苷的含量與糖的合成與累積有非常密切的關系[24]。

4 結論

西番蓮在轉色階段葉綠素含量呈下降趨勢，花色苷呈上升趨勢，兩者呈顯著負相關，表明西番蓮轉色期間同時發生著葉綠素的降解和花色苷的積累，葉綠素含量的下降主要是由于葉綠素a含量的變化所引起的。西番蓮果實在轉色期間糖的累積主要發生在轉色前期，其中主要變化的組分是果糖和葡萄糖；酸的降解主要發生在轉色后期，其中主要變化的組分是蘋果酸；糖組分含量與花色苷含量呈顯著正相關，糖酸組分含量與葉綠素含量呈顯著負相關，說明果皮顏色的變化與果肉糖酸組分的變化有關。