LED光質對辣椒果實色澤品質的影響

楊 奇 謝小玉 李清明 鄭胤建

（1中國農業科學院都市農業研究所，四川 成都 610218；2西南大學農學與生物科技學院，重慶 400716）

辣椒（Capsicumspp.）作為茄科辣椒屬植物，具有悠久的栽培歷史［1］。果色是辣椒重要特性之一［2］，辣椒果色主要由葉綠素、類胡蘿卜素、類黃酮和花青素的相對含量所決定［3-4］。同時，在果實轉色過程中，β-胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃質、β-隱黃質和辣椒紅素等類胡蘿卜素與辣椒果色緊密相關，其中辣椒紅素對果實呈紅色起關鍵作用［5-6］。

近年來，我國辣椒色素市場規?？傮w呈增長態勢，2020 年中國辣椒色素市場規模約為3.3 億元，同比增長27.3%［7］。辣椒紅色素是目前國際上公認最好的紅色素，被聯合國糧食與農業組織、世界衛生組織列為A 類食用色素，在使用中不加以限量［8］。同時我國香料香精協會介紹了辣椒色素收購的國際貿易定價一般采用美國香料貿易協會標準（American Spice Trade Association，ASTA）及國際色價標準（International Color Units，ICU）。

當前，LED光源由于純度高、耗能少、波長固定，已成為設施農業生產的一項關鍵技術［9］。不同波長光譜在植物中有不同功能。紅光能影響光合器官發育，從而促進植物生長發育［10］。綠光能調節植物氣孔導度，增加二氧化碳吸收量，提高植物生物量［11］。藍光能影響植物的株高和葉綠素生物合成［12］。前人利用不同LED 光質應用于植物果實的研究已有相關報道。如Huang 等［13］采用紅、藍、綠光和黑暗處理香蕉果實，研究表明藍光照射能促進青香蕉成熟；陳強等［14］采用白、紅、藍、紅藍光照射番茄果實，研究發現紅光能加快番茄果實轉色；Zhang 等［15］用白、紅、藍、紅藍光照射草莓果實，發現紅藍光照射能提高草莓果實花青素含量；Ma 等［16］則通過藍、紅光和黑暗處理柑橘果實，結果表明紅光最能促進柑橘果實成熟。

辣椒果實色素含量變化受不同環境因素影響［17-18］，而調控光環境可較調控溫度和水分更直接地影響植物果實色素積累量。前人研究表明，不同LED 單色光長期照射辣椒植株會使其生長形態朝著不同光質誘導的方向進行相應變化［19］。不同單色光能促進目標次生代謝產物的生物合成，從而提高植物特定產物的產量和品質［20］，這在生產上具有應用價值。目前關于LED光質對采前辣椒果實轉色影響的研究鮮有報道，鑒于此，本試驗采用LED 藍光、LED 綠光、LED 紅光和LED白光照射采前辣椒果實，分析不同LED 光質照射對果實色澤品質、相關色素含量、ASTA 色值和ICU 色價的影響規律，以期為LED 光質對采前辣椒果實轉色和色澤影響研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試辣椒品種為遵辣一號（一年生辣椒），由中國農業科學院都市農業研究所的鄭胤建老師提供試驗材料種子。試驗前將試驗材料遵辣一號播種于32 孔含有基質（草炭∶蛭石∶珍珠巖=3∶1∶1）的育苗盤中，每孔1 株，在溫室內于室溫條件自然生長，每隔7 d 澆一次1/2 Hoagland 營養液。當辣椒幼苗生長到10 片真葉時，移栽到花盆中（盆高20 cm，直徑18 cm），每盆1株，盆中基質（草炭∶蛭石∶珍珠巖=3∶1∶1）、水分、溫度和光照等條件保持一致，將溫度維持在（25±2） ℃，相對濕度維持在80%，光照條件則受當日四川省成都市天府新區天氣影響。將花盆按照隨機區組設計的方法擺放在溫室中，直至辣椒開花且達到花后30 d（果實處于綠熟前期）。在辣椒的開花坐果期，對果齡及大小健康狀況一致的第三層幼果進行掛牌標記。

本試驗中使用的辣椒紅素標準品（≥95%）、葉黃素標準品（≥98%）、β-胡蘿卜素標準品（≥98%）和玉米黃質標準品（≥98%）均購自四川省維克奇生物科技有限公司；β-隱黃質標準品（≥98%）購自上海源葉生物科技有限公司；丙酮（分析級）購自浙江艾綠化工科技有限公司；乙醇（分析級）購自成都金山化學試劑有限公司；甲醇（色譜級）購自上海滔譜賽生物科技有限公司；甲基叔丁基醚（色譜級）購自上海高信化玻儀器有限公司。

1.2 試驗方法

試驗分為四組光質照射處理，采用T8 一體化LED燈管（廈門通秴科技股份有限公司）進行，分別為LED紅光（660 nm）、LED 藍光（450 nm）、LED 綠光（520 nm）和LED 白光照射處理（圖1、2），其中LED 白光照射處理為對照（CK）。在溫度25 ℃、相對濕度80%的條件下，利用四種光質在光強為140 μmol·m-2·s-1、光周期為12 h 的光環境下分別對花后30 d（果實處于綠熟前期）的辣椒植株進行16 d的照射，光源距離辣椒植株頂部15 cm，每個處理15 株辣椒。在花后30 d 光質處理之前以及花后38 d（白光照射下果實處于轉色期）和花后46 d（白光照射下果實處于紅熟期）對四組處理的辣椒果實分別進行取樣，采用混合取樣的方法在不同處理時期內每個處理分別取10 個果實。之后分別對四種光質照射下的辣椒果實色澤、總葉綠素含量、總類胡蘿卜素含量、總類黃酮相對含量、總花青素相對含量、β-胡蘿卜素含量、葉黃素含量、β-隱黃質含量、玉米黃質含量、辣椒紅素含量、ASTA 色值和ICU 色價等指標進行測定。

圖1 試驗中采用的LED光譜Fig.1 The LED spectrum used in the test

圖2 LED白光、LED紅光、LED綠光、LED藍光照射辣椒果實環境圖Fig.2 LED white light，LED red light，LED green light，LED blue light irradiation of pepper fruit environment diagram

1.3 測定項目與方法

1.3.1 辣椒果實色澤的測定 參照Ma 等［16］的方法并略作修改。通過ColorMeter Pro 手持分光測色儀（北京默勒克生物科技有限公司）分別對辣椒果實的L*、a*、b*值進行測定，然后根據式（1）～（3）計算色彩飽和度（color saturation，C）和色度角（hue angle，H）以及色澤指數（capsicum color index，CCI）。每個樣品處理測6個點，取平均值。

1.3.2 辣椒果實中葉綠素和總類胡蘿卜素含量的測定 參照努爾凱麥爾·木拉提等［21］的方法并略作修改。首先稱取辣椒果實果皮樣品0.5 g置于研缽中，加少量石英砂、碳酸鈣粉以及3 mL 95%乙醇將樣品研磨成均漿，隨后再加少量乙醇，繼續研磨至組織變白，靜置5～10 min。之后將提取液移至25 mL 棕色容量瓶中，并用乙醇定容，搖勻。吸取提取液置于比色皿中，以95%乙醇為空白對照，使用UV-2100 紫外可見分光光度計（上海棱光技術有限公司）測定提取液在665、649 和470 nm 波長處的吸光度。利用式（4）～（5）計算辣椒果實中的總葉綠素和總類胡蘿卜素含量。

式中，A665、A649和A470分別為665、649和470 nm波長處的吸光度；V為提取液總體積（mL）；W為樣品質量（g）。

1.3.3 辣椒果實中總類黃酮和總花青素相對含量的測定 參照《果蔬采后生理生化實驗指導》［22］的方法。首先稱取辣椒果實果皮樣品0.5 g，然后加入少許經預冷的1% HCl-甲醇溶液，在冰浴條件下研磨勻漿后，轉入20 mL 刻度試管中。用1% HCl-甲醇溶液沖洗研缽，一并轉移到試管中，定容至刻度，混勻，于4 ℃避光提取20 min，期間搖動數次，然后過濾，收集濾液待用。以1% HCl-甲醇溶液作空白對照，使用紫外可見分光光度計測定濾液在325、530和600 nm波長處的吸光度值。利用式（6）～（7）計算辣椒果實中的總類黃酮和總花青素相對含量。

式中，（A325）/g為每克辣椒果皮組織在波長325 nm處的吸光度值；（A530-A600）/g為每克辣椒果皮組織在波長530和600 nm處的吸光度值之差。

1.3.4 辣椒果實中辣椒紅素含量的測定 參照楊建霞等［23］的方法并略作修改。首先精準稱取辣椒紅素標準品4.5 mg，然后使用丙酮定容，配成0.3 mg·mL-1的標準品溶液；之后分別精準移取標準品溶液0.80、1.60、2.40、2.80、3.20、4.00 mL至10 mL容量瓶中，通過丙酮定容，在460 nm 波長下測定吸光值，并繪制標準曲線。然后將SJIA-5S 真空冷凍干燥機（寧波市雙嘉儀器有限公司）凍干的辣椒樣品加丙酮振蕩均勻后定容，以丙酮做參比，在460 nm 波長處測定溶液的吸光值。根據式（8）結合標準曲線計算各樣品中的辣椒紅素含量。

式中，G 為從標準曲線中查到的標準質量（mg）；m為測定所取樣品的質量（g）。

1.3.5 辣椒果實中β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質含量的測定 采用高效液相色譜法，參照嚴娟等［24］的方法并略作修改。準確稱取各標準品，用提取劑丙酮溶解定容，制得單標準溶液。然后用一次性注射器分別吸取l mL 各標準溶液，經0.22 μm 注射式濾器過濾，裝入色譜瓶進行色譜分析。吸取20 μL 標準溶液用Waters 2695 高效液相色譜儀（上海沃特世科技有限公司）通過YMC-C30色譜柱（4.6 mm×250 mm，5 mm）（北京康普興科技有限公司）在450 nm處進行吸收峰檢測。以甲醇和甲基叔丁基醚（V/V=70∶30）為流動相進行等度洗脫，流速1.0 mL·min-1，柱箱溫度25 ℃。分析出β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質的標準曲線后，以丙酮為提取劑，將凍干的辣椒果皮提取，然后在SYU-10-200 超聲波清洗器（鄭州生元儀器有限公司）中超聲波避光輔助提取1 h，使用TGL-16M 離心機（長沙高新技術產業開發區湘儀離心機儀器有限公司）在4 ℃下10 000 r·min-1離心10 min，取上清液經0.22 μm 注射式濾器過濾后得到樣品溶液。之后用上述色譜條件進行測定。β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質含量根據各標準品制作的標準曲線進行計算。

1.3.6 辣椒果實中ASTA色值和ICU色價的測定 參照Ko等［25］的方法并略作修改。首先將凍干的辣椒果皮研磨至能通過1 mm孔篩。然后稱量100 mg辣椒樣品，轉移至100 mL 容量瓶中。加入丙酮至刻度線，塞緊。搖晃容量瓶，并在室溫下黑暗環境中靜止16 h。搖晃容量瓶，并靜置2 min。之后吸取上清液置于比色皿中，以丙酮做參比，在460 nm 波長處測定溶液的吸光值。利用式（9）～（10）計算辣椒果實的ASTA色值及ICU色價。

在料液濃度、超濾時間、濃縮倍數等相同的條件下，研究了料液體積流量對膜通量及壓力的影響，結果如圖4所示。

式中，A460為460 nm 波長處的吸光度；If 為儀器校正因子；m為樣品質量（g）。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2020 進行數據處理，利用SPSS 25.0 軟件進行統計分析并用最小顯著差異法（least significant difference，LSD）進行差異顯著性分析（P＜0.05），然后通過Origin 2018軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 LED光質對辣椒果實色澤的影響

由圖3-A、B 可知，與花后30 d（LED 光質照射前）相比，在花后38 d時，LED白光、紅光、綠光照射下的辣椒果實顏色均發生了改變，此時對照處理（LED 白光）下的辣椒果實處于轉色期，LED 紅光照射下的辣椒果實已從轉色期進入紅熟期（紅色成熟期），LED 綠光照射下的辣椒果實處于綠熟期（綠色成熟期），而LED 藍光照射下的辣椒果實還未進入綠熟期。由圖3-C可知，在花后46 d，對照處理下的辣椒果實已從轉色期進入紅熟期，同時LED 紅光照射下的辣椒果實已進入完熟期（完全成熟期），LED 綠光照射下的辣椒果實則處于轉色期，此時LED藍光照射下的辣椒果實處于綠熟期。

圖3 LED光質照射對辣椒果實表型變化的影響Fig.3 Effects of LED light quality irradiation on the phenotypic changes of pepper fruit

由圖4-A、B 可知，相比于花后30 d，在花后38 d時，LED 紅光照射下的辣椒果實色彩飽和度和色澤指數大幅提高，色彩飽和度提高至花后30 d 的約2.2 倍，色澤指數比花后30 d提高了約3倍。且花后38和46 d LED紅光照射下的色彩飽和度和色澤指數均較對照顯著提高（P＜0.05）。隨著時間的延長，LED 綠光照射下的辣椒果實色彩飽和度和色澤指數先下降后上升，而LED 藍光照射下的辣椒果實色澤指數則持續下降，且同期LED 綠光和藍光照射下的辣椒果實色彩飽和度和色澤指數均低于對照處理。

圖4 LED光質對辣椒果實色澤變化的影響Fig.4 Effect of LED light quality on color change of pepper fruit

由圖4-C可知，在花后38 d時，對照和LED紅光照射處理下的辣椒果實色度角相對花后30 d均大幅減小，分別約減小至原來的50%和30%。同時花后38和46 d時LED紅光照射下的辣椒果實色度角均較對照差異顯著（P＜0.05）。LED綠光照射下的辣椒果實色度角在花后46 d時才大幅減小，減小為原來的50%，而LED藍光照射下的辣椒果實色度角則隨時間的延長持續增大。

由于色度角的減小和色澤指數的上升是相對的，即色度角越小，色澤指數越高，所以圖4 的色彩飽和度、色度角、色澤指數三個色澤指標的變化規律與圖3辣椒果實的表型變化是一致的。

2.2 LED 光質對辣椒果實葉綠素和總類胡蘿卜素含量的影響

圖5 LED光質對辣椒果實葉綠素和總類胡蘿卜素含量的影響Fig.5 Effects of LED light quality on chlorophyll and total carotenoids content of pepper fruit

2.3 LED 光質對辣椒果實總類黃酮和總花青素相對含量的影響

由圖6-A 可知，在花后38 和46 d，LED 白光、紅光、綠光、藍光照射下辣椒果實的總類黃酮相對含量均隨照射時間的增加而增加，但同一時期四種LED 光質照射下的辣椒果實總類黃酮相對含量均無顯著差異。

圖6 LED光質對辣椒果實總類黃酮和總花青素相對含量的影響Fig.6 Effect of LED light quality on the relative contents of total flavonoids and total anthocyanins in pepper fruit

由圖6-B 可知，不同LED 光質照射下辣椒果實的總花青素相對含量也隨照射時間的增加而增加，在花后38 和46 d 時，LED 紅光照射下的辣椒果實總花青素相對含量均高于對照，且有顯著差異（P＜0.05），而LED綠光和藍光照射下均低于對照。

2.4 LED 光質對辣椒果實β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質、辣椒紅素含量的影響

由圖7-A～D 可知，隨著果實的成熟，LED 白光、紅光、綠光、藍光照射下的辣椒果實β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質的含量變化趨勢一致，均不斷增加，且在花后46 d 時LED 紅光照射下的辣椒果實中，上述四種類胡蘿卜素含量與對照無顯著差異。

圖7 LED光質對辣椒果實β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質、辣椒紅素含量的影響Fig.7 Effect of LED light quality on the contents of β-carotene，lutein，β-cryptoxanthin，zeaxanthin and capsanthin in pepper fruit

由圖7-E 可知，在花后38 d時，LED 紅光照射下的辣椒果實辣椒紅素含量大幅提升至花后30 d 的27 倍?；ê?8 和46 d 紅光照射下的辣椒紅素含量均顯著高于對照（P＜0.05）。而LED 綠光和藍光照射下的辣椒果實辣椒紅素與β-胡蘿卜素、葉黃素、β-隱黃質、玉米黃質含量變化趨勢一致，且同一時期的含量均低于對照。表明LED 紅光能顯著加快辣椒果實中辣椒紅素含量的積累。

2.5 LED 光質對辣椒果實ASTA 色值和ICU 色價的影響

由圖8 可知，在花后38 d 時，LED 紅光照射下辣椒果實的ASTA色值和ICU色價均較花后30 d大幅上漲，約上漲至原來的3.5 倍，且花后38 和46 d 時的ASTA色值和ICU 色價均顯著高于對照（P＜0.05）。而同期LED 綠光和藍光照射下辣椒果實的ASTA 色值和ICU色價均低于對照。表明LED 紅光能顯著提高辣椒果實的ASTA色值和ICU色價。

圖8 LED光質對辣椒果實ASTA色值和ICU色價的影響Fig.8 Effect of LED light quality on ASTA color value and ICU color value of pepper fruit

3 討論

果實在生長發育中會經歷一系列生理、代謝和形態變化，這些變化受其成熟度、基因型和環境因素的影響［26］。而光環境在植物果實采摘前后物質代謝的過程中起著重要作用，隨著當前光技術的應用與發展，不同LED 光質能夠以安全、節能、便捷的方式有效促進和維持果實某一方面的高品質［27］。目前LED 光質運用在采后辣椒果實的研究較多，如Pola 等［28］通過LED紅光和LED 藍光對采后辣椒果實進行三天的照射處理，發現LED 紅光能加快采后辣椒果實轉色。但由于辣椒果實屬于非呼吸躍變型，在果實成熟后采摘更能保持其良好的商品性［29］，因此本試驗探究不同LED 光質照射對采前辣椒果實轉色的影響，在生產上更具有經濟價值。

果實顏色對辣椒的外觀和品質有重要影響，關系到辣椒的美觀、保健和營養等方面，辣椒果實顏色的變化取決于葉綠素、類胡蘿卜素、類黃酮和花青素的相對含量［30］。而果實顏色質量評價方法也有多種，包括各類色素的含量、果實色澤指標和ASTA 色值［31］。在本試驗中，LED 紅光能夠顯著提高采前辣椒果實的色彩飽和度和色澤指數，色度角也較同期其他LED 光質顯著減小，綜合上述三個色澤指標，說明LED 紅光能夠加快采前辣椒果實色澤品質的提升。本試驗中，花后38 和46 d LED 紅光照射下的辣椒果實葉綠素含量較其他三種LED 光質整體顯著降低，類胡蘿卜素含量顯著提升，說明葉綠素含量與類胡蘿卜素含量變化成反比，這與Song等［32］的結果一致。同時在LED 紅光照射下，花后38和46 d 同一時期辣椒果實的總花青素相對含量較其他三種光質顯著增加，但總類黃酮相對含量與其他三種LED 光質無顯著差異，這與Jin 等［33］的研究結論一致。結合果實色澤表型和色澤指標來看，對辣椒果實轉色及成熟過程影響最大的是類胡蘿卜素含量的變化。與LED 紅光相比，LED 藍光和LED 綠光照射下的辣椒果實均延緩轉色，其中LED 藍光照射延緩轉色效果最優。在利用LED 藍光調控辣椒果實品質的研究中，Yap 等［34］研究表明LED 藍光能促進辣椒果實中辣椒素的積累。同時辣椒素的積累與木質素、蛋白質、單寧、生物堿、香豆素等物質積累相互抑制而形成競爭關系［35］。因此，結合本試驗的結果推測辣椒果實中類胡蘿卜素與辣椒素的積累可能存在競爭關系。

Song 等［36］研究表明，在辣椒果實從轉色期到完熟期的過程中，類胡蘿卜素含量逐漸增加，同時β-胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃質、β-隱黃質、辣椒紅素的含量也隨之增加。在本試驗中，隨著不同LED 光質照射時間的增加，辣椒果實中總類胡蘿卜素和β-胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃質、β-隱黃質、辣椒紅素含量均不斷增加，且在花后46 d 時辣椒紅素的含量約為總類胡蘿卜素含量的50%，這與前人研究結果相一致［37］。但花后46 d LED 紅光照射下的辣椒果實β-胡蘿卜素、葉黃素、玉米黃質、β-隱黃質含量較對照無顯著差異，而辣椒紅素含量則較對照顯著增加，且辣椒紅素與總類胡蘿卜素含量的變化趨勢一致，說明辣椒紅素的含量變化是影響辣椒果實變紅的主要原因，這與Jang 等［38］的結論一致。同時，辣椒果實中ASTA色值和ICU色價在LED紅光照射下的變化趨勢與辣椒紅素含量的趨勢相一致，說明相比于其他LED 光質，LED 紅光照射能加快辣椒果實的色素含量積累速率，進而促進果實色澤品質的提升。綜上所述，以LED 紅光照射采前辣椒果實對加快辣椒果實轉色，提升辣椒果實色澤品質的效果最佳。因此，LED 紅光照射采前辣椒果實可以作為加速辣椒紅素積累和加快果實色澤品質提升的實用策略，該方法在紅辣椒交易市場和色素市場上具有應用前景。

4 結論

本研究結果表明，采用LED 綠光和LED 藍光照射采前辣椒果實會延緩辣椒果實的轉色。而采用LED紅光照射采前辣椒果實可以加快果實轉色，同時能加速辣椒紅素的積累，加快ASTA 色值的提高，從而更快地提高果實色澤品質。