周中帆，丁德玥，張沛楓，李媛媛，張燕

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，國家果蔬加工工程技術(shù)研究中心，北京100083）

顏色是表征加工果蔬品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[1]，加工果蔬顏色的視覺評估在確定產(chǎn)品價值和判斷其是否足夠成熟方面起著重要作用[2]。因此，研究客觀評價加工果蔬顏色的方法對其進(jìn)行精確的量化，得到較為穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)、客觀的結(jié)果對食品工業(yè)至關(guān)重要。

現(xiàn)有研究多采用色差儀來檢測并評估加工果蔬的顏色變化。Wainwright 等[3]運用色差儀測定香蕉果肉顏色，發(fā)現(xiàn)在果皮區(qū)確定的L*和b*坐標(biāo)，可以客觀地表征香蕉果肉的顏色。范凈等[4]運用色差儀研究砂梨果肉的褐變度，結(jié)果表明果肉褐變指數(shù)和色差值△E之間有顯著的正相關(guān)。Bao 等[5]研究發(fā)現(xiàn)漂燙后胡蘿卜果肉比未處理胡蘿卜果肉紅色保持得更好。許玲等[6]采用色差儀評估毛葉棗的成熟度，發(fā)現(xiàn)九成熟時果實脆度好，口感最佳，且不影響采后貨架期。近年來，新興的數(shù)字圖像分析技術(shù)DigiEye 色牢度評級儀也可用于表征顏色，可以彌補色差儀無法測量質(zhì)地不均勻的物質(zhì)或小物體顏色的不足，且由于分析速度快、成本低以及使用簡單而越來越受歡迎。DigiEye 色牢度評級儀使用非接觸式數(shù)字彩色成像系統(tǒng)DigiEye，帶有散射光源或直射光源的VeriVide 燈箱、高性能數(shù)碼攝像機、標(biāo)準(zhǔn)色卡、定標(biāo)顯示器的電腦工作臺以及圖像處理與評估軟件，其能提供穩(wěn)定的圖像攫取環(huán)境，保證圖像能夠在相同條件下分析。Hanna 等[2]采用DigiEye 色牢度評級儀重復(fù)拍照3 次，使用DigiFood 軟件在綠色蔬菜樣品上任意選取6 個位置，記錄變量L*、a*、b*的數(shù)值，證明DigiEye 色牢度評級儀具有識別蔬菜間細(xì)小差異的能力，可以測量熱處理過程中綠色蔬菜的顏色變化。Milanez 等[7]利用DigiEye 色牢度評級儀對食用植物油進(jìn)行分級，結(jié)果表明DigiEye 色牢度評級儀可檢測食用植物油真實性和保存狀態(tài)且不需要通過復(fù)雜的試驗測量其它參數(shù)。Rana 等[8]研究表明，數(shù)字圖像分析對鮮切菠蘿片貯藏過程中色澤和褐變的分析具有較好的準(zhǔn)確性，而且可用于從樣品的整個表面獲取顏色數(shù)據(jù)。Phongthai 等[9]在研究蛋白質(zhì)對無麩質(zhì)米粉面團性能的影響時，運用數(shù)字圖像分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白濃縮物加入面團后顏色屬性變化不大，可作為無麩質(zhì)米粉面團的營養(yǎng)增強劑。

目前，色差儀表征加工蔬菜變化的研究較多，但DigiEye 色牢度評級儀作為一種新型儀器，它的可行性及與色差儀的相關(guān)性值得關(guān)注。本研究采用兩種顏色評價方法測定不同預(yù)制加工工藝下（氣蒸、水煮、油炒），不同蔬菜（藕、馬鈴薯、胡蘿卜）顏色隨預(yù)制加工時間的變化趨勢，觀察兩者各參數(shù)的相似性與差異性，并探索色差儀和DigiEye 色牢度評級儀測量結(jié)果的相關(guān)性，確定DigiEye 色牢度評級儀的適用性，為蔬菜的顏色評價研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金龍魚陽光葵花籽油、九孔藕、胡蘿卜、馬鈴薯：市售；試驗中所用水為娃哈哈純凈水。

T18 勻漿機：德國IKA 公司；S-228 拜杰切片機：德清拜杰電器有限公司；ColorQuest XE 全自動色差儀：美國HunterLab 公司；DigiEye 色牢度評級儀：英國DigiEye 公司；BT124S 電子分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；SH-2146 電磁爐：廣東美的電器股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

1.2.1.1 預(yù)處理

挑選形狀規(guī)則，大小適中且顏色正常的新鮮藕，將其洗凈去皮，切成6 mm 左右的薄片并浸于清水中混合均勻，避免酶促褐變。瀝干水分，按照150 g/份稱量藕片，共取30 份樣品。其中27 份分別用于蒸、煮、炒3 種處理方式的各3 個時間梯度，剩余3 份不做任何處理作為對照。馬鈴薯、胡蘿卜處理方式同上。

1.2.1.2 預(yù)制烹飪處理

試驗所用烹飪方法參照日常家庭烹飪習(xí)慣，設(shè)定烹飪條件。將新鮮的樣品，進(jìn)行蒸煮炒處理，油炒時間取 0、0.5、1、1.5 min 4 個梯度，氣蒸和水煮時間取 0、1、2、3 min 4 個梯度。

1.2.2 ColorQuest XE 全自動色差儀對顏色的測定

通過ColorQuest XE 全自動色差儀測量樣品顏色。將烹飪處理后樣品置于冷水中冷卻，擦去樣品表面殘留水分，按1 mL/g 樣品加入蒸餾水制成勻漿，取適量于石英比色皿中，選用反射模式測定，得到CIE-L*a*b*顏色參數(shù)亮度值（L*）、紅-綠值（a*）和黃-藍(lán)值（b*）。

1.2.3 DigiEye 色牢度評級儀對顏色的測定

使用非接觸式數(shù)字彩色成像系統(tǒng)DigiEye 測量蔬菜樣品的顏色。根據(jù)Wainwright 等[3]的描述，儀器參數(shù)使用D65 光源；使用白色標(biāo)準(zhǔn)板、彩色標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行儀器校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完畢后，為與全自動色差儀測量時光程相同，將打漿樣品取適量于厚度約為1 cm 的六孔板中（與比色皿厚度類似），放置于封閉的燈箱中，使用白色背景并點擊尼康D90 數(shù)碼相機居中從上方拍攝其表面圖像，使用配套軟件處理圖像，選取圖像中典型的部位將其顏色表示為L*，a*，b*。

1.3 統(tǒng)計分析

每個試驗至少6 組平行，3 次重復(fù)。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Statistix 8.1 （分析軟件，St Paul，MN）軟件包中Linear Models程序進(jìn)行，差異顯著性（p＜0.05）分析使用Tukey HSD程序；采用SPSS 20.0 軟件，對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 ColorQuest XE全自動色差儀和DigiEye表征加工蔬菜的顏色

采用ColorQuest XE 全自動色差儀和DigiEye 表征不同加工條件下3 種蔬菜樣品的CIE 顏色指數(shù)L*、a*、b* 值，如表1 所示。

從表1 中可知，蔬菜種類、預(yù)制方式等都會影響蔬菜的顏色變化規(guī)律。分析全自動色差儀測得數(shù)據(jù)可知，與對照組相比（未經(jīng)處理的樣品），藕和馬鈴薯在經(jīng)過氣蒸、油炒烹飪方式處理后L*，a*，b*值均逐漸降低，且藕的顏色參數(shù)變化較為顯著（p＜0.05）。劉翠云[10]研究發(fā)現(xiàn)烹飪加熱會使蔬菜中的酚類物質(zhì)的含量發(fā)生變化。在有氧氣存在的條件下，多酚氧化酶酶原被激活，酚類物質(zhì)經(jīng)酶的催化作用氧化為醌類化合物，醌類物質(zhì)聚合，形成黑色素導(dǎo)致褐變，進(jìn)而引起L*、a*、b*值下降[11-13]。值得注意的是胡蘿卜的顏色變化趨勢與其余兩種蔬菜相反，絕大多數(shù)預(yù)制工藝下其L*、a*、b*值有所上升。胡蘿卜在經(jīng)過熱處理后，顏色發(fā)黃發(fā)紅發(fā)亮可能與烹飪破壞細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)-類胡蘿卜素復(fù)合物的穩(wěn)定性有關(guān)[14-15]，Gartner[16]等研究發(fā)現(xiàn)水煮處理有利于胡蘿卜中的類胡蘿卜素游離，從而影響其色澤變化。對DigiEye 色牢度評級儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（如表1 所示），在胡蘿卜顏色測定中兩儀器測的結(jié)果一致性較高，但在藕、馬鈴薯顏色的測定中兩儀器反映的結(jié)果存在差異。這種現(xiàn)象可能與藕中含有酚類物質(zhì)及過氧化物酶有關(guān)[7-8]，盡管將勻漿樣品進(jìn)行密閉處理，但在測量顏色過程中仍然會發(fā)生褐變，且處理時間較短的組藕中的過氧化物酶活性尚未喪失，褐變反應(yīng)更明顯，因此其L*、a*、b*值與其他組有明顯的差異。

表1 全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀評價不同預(yù)制工藝對蔬菜顏色的影響Table 1 Evaluation of the effect of different prefabrication processes on vegetable color by automatic color difference meter and DigiEye

如表1 所示，以預(yù)制時間為變量，分析色差儀所得L*、a*、b*值的變化結(jié)果表明藕隨著處理時間變化L*、a*、b*值變化較復(fù)雜。這可能與蓮藕的品種有關(guān)，試驗用藕在自然狀態(tài)下呈粉紅色，在經(jīng)熱處理過程中色素逐漸發(fā)生變化。此外，陳亭等[17]研究烹飪與超高壓處理對蓮藕影響時發(fā)現(xiàn)的L*值的變化規(guī)律相同，a*值變化規(guī)律卻不同，這與本研究發(fā)現(xiàn)相似。值得注意的是，油炒胡蘿卜的L*、a*、b*值隨預(yù)制時間的增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，油炒處理1 min 時L*、a*、b*值均達(dá)到最大。油炒胡蘿卜顏色變化規(guī)律可能與其中類胡蘿卜素的脂溶性有關(guān)，油炒過程有利于類胡蘿卜素的游離，從而形成可觀的色澤。水煮和氣蒸處理胡蘿卜的L*、a*、b*值均隨處理時間先增加后降低。L*、a*、b*值先上升的趨勢與熱處理破壞細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)-類胡蘿卜素復(fù)合物的穩(wěn)定性使胡蘿卜素游離釋放這一理論有關(guān)；L*、a*、b*值后下降的趨勢與Ahmed[18]等研究芒果泥、Rattanathanalerk[19]等發(fā)現(xiàn)菠蘿汁長時間熱處理的顏色變化規(guī)律相同。Chen[20]等用加熱過程中類胡蘿卜素順異構(gòu)體的形成不僅降低了維生素A 的活性，而且降低了其顏色強度，解釋了L*、a*、b*值下降的原因。對比馬鈴薯的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，蒸煮處理的馬鈴薯L*，b*值隨預(yù)制時間的增加而升高，而a*值下降；炒制處理馬鈴薯的L*、a*、b*值均隨處理時間的增加而降低。即蒸煮時間越長馬鈴薯越亮，越黃，紅色物質(zhì)越少；炒制處理時間越長，馬鈴薯亮度越暗，紅色、黃色物質(zhì)越減少。呂振磊[21]等研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯顏色參數(shù)的變化與馬鈴薯中的淀粉含量和淀粉糊化有關(guān)，大分子態(tài)的淀粉分子在高溫下形成單個分子，被水分子包圍，形成具有一定彈性和強度的半透明凝膠，使蒸煮處理的馬鈴薯亮度增加。整體分析來看，油炒處理的樣品多與蒸煮樣品的變化規(guī)律不同，可能與傳熱介質(zhì)的不同有關(guān)，有待進(jìn)一步研究。此外，根據(jù)本試驗研究結(jié)果，要想提升蔬菜的亮度，藕與胡蘿卜應(yīng)進(jìn)行油炒處理而馬鈴薯應(yīng)進(jìn)行蒸煮處理，該研究結(jié)果可以作為實際烹飪過程中提升蔬菜視覺品質(zhì)的理論依據(jù)。

2.2 ColorQuest XE全自動色差儀和DigiEye色牢度評級儀測定結(jié)果的相關(guān)性分析

2.2.1 ColorQuest XE 全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀對藕顏色測定的相關(guān)性分析

通過線性回歸分析表1 中顏色參數(shù)值之間的相關(guān)性，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 藕在不同烹飪條件下兩種顏色表征方法的顏色指數(shù)相關(guān)性分析Fig.1 The correlation analysis of color index between two color characterization methods to measure lotus root under different cooking conditions

由圖1 可以看出，全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀測得蒸藕的L*、a*、b*值相關(guān)系數(shù)是3 種烹飪方式中最高的，相關(guān)系數(shù)分別是L*（R2=0.869）、a*（R2=0.732）和 b*（R2=0.927）。b*值的相關(guān)系數(shù)較 L*值和a*值的相關(guān)系數(shù)高且不同烹飪方式中b*的相關(guān)系數(shù)都較高，即藕的b*值在兩種顏色測量方法中一致性較高。Gonzalez 等[22]在不同的葡萄酒中發(fā)現(xiàn)，全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀評價顏色參數(shù)時具有的良好的相關(guān)性，且高相關(guān)系數(shù)表明，在一定置信區(qū)間內(nèi)，兩種不同顏色測量儀器所得到的參數(shù)可以進(jìn)行換算。但是，從本研究發(fā)現(xiàn)用DigiEye 色牢度評級儀評價藕的顏色時，b*值是評價顏色的最佳指數(shù)，而L*值和a*值有一定的局限性。這是因為藕含有豐富的多酚類物質(zhì)及多酚氧化酶，容易發(fā)生褐變，且經(jīng)過熱處理后淀粉易發(fā)生糊化，導(dǎo)致藕的L*值發(fā)生變化。在加熱的條件下藕中的單寧物質(zhì)經(jīng)過空氣的氧化，使藕變成紅色。且在水煮試驗中發(fā)現(xiàn)，煮藕的水變紅，這也是水中的氧與單寧類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果，這導(dǎo)致藕的a*值發(fā)生變化。因此，影響L*、a*的因素較復(fù)雜，不適宜DigiEye 色牢度評級儀評價藕的顏色。

2.2.2 ColorQuest XE 全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀對馬鈴薯顏色測定的相關(guān)性分析

ColorQuest XE 全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀對馬鈴薯顏色測定的相關(guān)性分析如圖2 所示。

圖2 馬鈴薯在不同烹飪條件下兩種顏色表征方法的顏色指數(shù)相關(guān)性分析Fig.2 The correlation analysis of color index between two color characterization methods to measure potatoes under different cooking conditions

由圖2 可知，馬鈴薯在經(jīng)過不同預(yù)制處理后得到的顏色參數(shù)相關(guān)性十分顯著，較藕、胡蘿卜顏色參數(shù)的相關(guān)系數(shù)高。在水煮、氣蒸處理的線性擬合圖中可以明顯地觀察到散點集中3 個區(qū)域，且相關(guān)系數(shù)越高散點越集中。分析比較發(fā)現(xiàn)每個區(qū)域都對應(yīng)烹飪處理的一個時間梯度，即同一處理時間樣品的測量結(jié)果的方差較小，因此蒸煮處理的馬鈴薯顏色隨處理時間的變化趨勢十分明顯。值得注意的是氣蒸和水煮烹飪方式下a*的相關(guān)系數(shù)都較高，即馬鈴薯的a*值在兩種顏色測量方式中一致性較高，可以作為評價DigiEye色牢度評級儀馬鈴薯顏色的指標(biāo)。Patras 等[13]和劉程慧等[23]研究發(fā)現(xiàn)通常以L*亮度值的大小來表示馬鈴薯的褐變度，但是由于多酚氧化酶的存在和淀粉的糊化作用導(dǎo)致烹飪過程中馬鈴薯由原來發(fā)黃逐漸變得發(fā)白發(fā)亮，L*、b*值也發(fā)生很大的變化，因此L*和b*值不是DigiEye 色牢度評級儀研究馬鈴薯顏色的最佳指標(biāo)。

2.2.3 ColorQuest XE 全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀對胡蘿卜顏色測定的相關(guān)性分析

ColorQuest XE 全自動色差儀和DigiEye 色牢度評級儀對胡蘿卜顏色測定的相關(guān)性分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 胡蘿卜在不同烹飪條件下兩種顏色表征方法的顏色指數(shù)相關(guān)性分析Fig.3 The correlation analysis of color index between two color characterization methods to measure carrots under different cooking conditions

由圖3 中的數(shù)據(jù)分析可得，用DigiEye 色牢度評級儀和色差儀測得不同預(yù)制方式的胡蘿卜樣品顏色參數(shù)的相關(guān)性差異很大。對比不同預(yù)制方式對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)油炒處理組對應(yīng)的相關(guān)系數(shù)最大。這與藕、馬鈴薯呈現(xiàn)出的規(guī)律不相同，藕和馬鈴薯往往在氣蒸條件下色差儀和DigiEye 色牢度評級儀所測的結(jié)果顯著相關(guān)。除此之外，兩種測定方式下胡蘿卜a*值的相關(guān)系數(shù)較高。詹軍等[24]發(fā)現(xiàn)的煙葉顏色參數(shù)a*值的變化與類胡蘿卜素的組分變化有關(guān)。李福枝、Sára Brandt 等[25-26]在研究天然胡蘿卜素時發(fā)現(xiàn)，類胡蘿卜素的顯色能力強，番茄紅素是類胡蘿卜素的一種。因此胡蘿卜的顏色可能與番茄紅素含量有關(guān)。此外，為找到DigiEye 色牢度評級儀和色差儀測量胡蘿卜顏色的最佳參數(shù)，對各處理方式樣品的L*、b*值進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)L*、b*值的相關(guān)系數(shù)并沒有a*值的相關(guān)系數(shù)高，因此L*、b*值不能作為評定胡蘿卜相關(guān)性顏色變化的指標(biāo)，相比較而言，a*值適用于在DigiEye色牢度評級儀上表征胡蘿卜顏色。

3 結(jié)論

本研究表明，運用DigiEye 色牢度評級儀和色差儀在表征不同烹飪條件下不同處理時間的樣品顏色時所得的結(jié)果變化規(guī)律相同，經(jīng)過蒸煮炒3 種熱處理的馬鈴薯、藕，其L*、a*、b*值有所下降；胡蘿卜則與之相反。此外，根據(jù)預(yù)制工藝研究發(fā)現(xiàn)，藕與胡蘿卜應(yīng)進(jìn)行油炒處理而馬鈴薯應(yīng)進(jìn)行蒸煮處理，可以提升蔬菜視覺品質(zhì)。對比DigiEye 色牢度評級儀和色差儀的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)2 種測量方式所得的L*、a*、b*值顯著相關(guān)，但不同蔬菜、不同顏色系數(shù)的相關(guān)程度不同，其中馬鈴薯的3 個顏色系數(shù)較高。用DigiEye 色牢度評級儀分析顏色時，藕、馬鈴薯和胡蘿卜適用參數(shù)分別為b*，a*，a*，這一結(jié)論為DigiEye 色牢度評級儀在食品中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，豐富了蔬菜顏色研究的方法。