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萬壽菊花瓣葉黃素含量與顏色系數(shù)的相關(guān)性分析

2024-12-12 00:00:00呂桂芳臧運(yùn)平彭逸陶正國炎天埸張華麗劉建何燕紅
關(guān)鍵詞:萬壽菊葉黃素回歸分析

摘要 為建立一種快速測定萬壽菊(Tagetes erecta)花瓣葉黃素含量的方法,利用色差儀測得萬壽菊花瓣的亮度值L*、紅綠值a*、黃藍(lán)值b*,并計(jì)算a*/b*、(a*/b*)2、色度值、色調(diào)值和色光值等顏色系數(shù),同時(shí)采用紫外-可見分光光度法結(jié)合HPLC 法測定花瓣葉黃素含量,分析葉黃素含量與這些顏色系數(shù)的相關(guān)性,建立回歸方程并進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示,萬壽菊花瓣葉黃素含量與a*、a*/b*、(a*/b*)2、色調(diào)值和色光值極顯著相關(guān);用三次函數(shù)模型構(gòu)建的萬壽菊葉黃素含量與a*值之間的回歸方程擬合程度最高,且葉黃素含量的預(yù)測值與實(shí)測值之間差異不顯著。結(jié)果表明,基于a*值構(gòu)建的三次函數(shù)模型可以快速、無損預(yù)測萬壽菊花瓣葉黃素含量。

關(guān)鍵詞 葉黃素; 萬壽菊; 色差儀; 顏色系數(shù); 回歸分析

中圖分類號(hào) S682.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1000-2421(2024)06-0261-09

葉黃素(lutein)是一種天然色素,屬于類胡蘿卜素,它不僅具有著色作用[1],還在保護(hù)視覺、預(yù)防白內(nèi)障[2]、治療心血管疾?。?]、抗氧化[4]和抗癌[5]等方面具有重要功效,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、保健品、化妝品、食品和飼料添加劑等領(lǐng)域[6]。萬壽菊(Tageteserecta)是提取葉黃素的重要原料,其花瓣的葉黃素類(xanthophylls)物質(zhì)主要包括葉黃素(又名黃體素)和玉米黃質(zhì)[7-8],可占總類胡蘿卜素含量的88% 以上[9-10]。雖然我國在萬壽菊種植、加工和銷售等方面取得了快速發(fā)展,但在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)品種研發(fā)等方面仍比較落后,培育和選育高葉黃素含量的萬壽菊品種是萬壽菊產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

目前常用的葉黃素檢測方法有高效液相色譜法(HPLC)和紫外-可見分光光度法[11-12]。HPLC 法穩(wěn)定性強(qiáng)、靈敏性高,能精確檢測各種成分在樣品中的含量。紫外-可見分光光度法根據(jù)被測物質(zhì)濃度與吸光度成正比來分析色素含量,是一種較為簡單的檢測方法[13]。但是,HPLC 法和紫外-可見分光光度法均需要進(jìn)行樣本前處理和葉黃素提取步驟,存在試驗(yàn)所需時(shí)間長、測試費(fèi)用較高、操作不便利等缺點(diǎn)[6]。因此,探索研究更簡便、快速、無損的萬壽菊葉黃素含量檢測方法非常重要,而目前關(guān)于這方面的研究較少。

色差儀是一種運(yùn)用國際通用的CIE Lab 顏色空間,通過輸出亮度值L*、紅綠值a*、黃藍(lán)值b*,直接測量物體表面色度學(xué)指標(biāo)的儀器,具有操作簡單、測量速度快、精度較高的優(yōu)點(diǎn)[14-15]。目前,色差儀被廣泛應(yīng)用于花卉[16]、水果[17]、蔬菜[18]及茶葉[19]等產(chǎn)品顏色的測量。利用色差儀測得的L*、a*、b*值等顏色系數(shù)評(píng)估色素物質(zhì)含量的研究也有相關(guān)報(bào)道。Ameny等[20]研究了馬鈴薯顏色的L*、a*、b*值與β-胡蘿卜素含量的關(guān)系;Meiendez-Martinez 等[21]利用L*、a*、b*值評(píng)估了不同橙汁顏色和維生素A 活性的相關(guān)性;路緒強(qiáng)等[22]建立了西瓜番茄紅素含量與果實(shí)顏色系數(shù)Chroma(色度值)的回歸方程。但仍未有利用L*、a*、b*值等顏色系數(shù)預(yù)測萬壽菊花瓣中葉黃素含量的研究報(bào)道。

本研究利用色差儀測量萬壽菊舌狀花花瓣的顏色,通過L*、a*、b*值計(jì)算相應(yīng)的a*/b*、(a*/b*)2、色度值、色調(diào)值和色光值等顏色系數(shù),同時(shí)利用紫外-可見分光光度法結(jié)合HPLC 法測定舌狀花花瓣葉黃素含量,分析顏色系數(shù)與葉黃素含量的相關(guān)性,建立回歸方程并進(jìn)行驗(yàn)證,從而得到一種利用色差儀快速測定萬壽菊舌狀花花瓣葉黃素含量的方法,為加快萬壽菊高葉黃素種質(zhì)資源檢測和優(yōu)良品種選育提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

供試材料為商業(yè)購買的萬壽菊F1雜交種和培育的自交系共16 個(gè)基因型(表1,圖1)。香草、148、9906、里程碑、6170、6210、豐盛桔色、發(fā)現(xiàn)橙色、金盾桔色、9904、貴夫人色素和菊花萬壽菊12 個(gè)基因型在2022 年7 月中旬播種于72 孔穴盤中,8 月中旬移栽至雙色塑料盆中,于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)花卉基地進(jìn)行露地栽培(30°28′36.5″N,114°21′59.4″E),常規(guī)管理。老印卡、6155、GH、橙玉4 個(gè)基因型于2023 年7 月中旬播種,其他栽培管理措施保持一致。

1.2 萬壽菊舌狀花花瓣葉黃素含量測定

隨機(jī)摘取盛花期頭狀花序外輪1~2 層舌狀花的花瓣,于?80 ℃超低溫冰箱保存?zhèn)溆谩J褂肎enesisSQ super ES-55 型冷凍干燥機(jī)(SP Scientific,美國)干燥樣品3 d,用SCIENTZ-48 型高通量組織研磨器(寧波新芝生物科技股份有限公司)將干燥后的花瓣樣品研磨至顆粒狀,葉黃素含量的測定方法參照中國食品添加劑和配料協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CFAA 0005—2021并稍作修改。其中,總?cè)~黃素類物質(zhì)含量的測定采用紫外-可見分光光度法:采用1/10 000 天平稱取0.1~0.2 g 顆粒狀花瓣樣品于100mL 棕色容量瓶(3 次生物學(xué)重復(fù)),加入30 mL 萃取劑(正己烷∶丙酮∶甲苯∶無水乙醇=10∶7∶7∶6)和2 mL 含有40% KOH 的甲醇溶液;將容量瓶放在JP-080S 型超聲波清洗機(jī)(深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司)震蕩40 s,然后放入56 ℃水浴鍋中皂化20 min;皂化完成后將樣品冷卻至室溫,加入30 mL 正己烷,用10% 無水硫酸鈉溶液定容后振搖1 min,于暗處靜置1 h 進(jìn)行色層分離;靜置完畢后的上層清液體積即萬壽菊總?cè)~黃素類提取液的體積(50 mL);準(zhǔn)確吸取上層清液1 mL 移到25 mL 容量瓶中,用總?cè)~黃素類物質(zhì)洗脫液(正己烷)定容后搖勻,得到稀釋后的萬壽菊總?cè)~黃素類物質(zhì)提取液。將樣品溶液置于1 cm比色皿中,用正己烷作空白對照,采用UV-1800 型紫外‐可見分光光度計(jì)(島津,日本)測定樣品在474 nm處吸光度值???cè)~黃素類物質(zhì)含量計(jì)算公式如式(1)所示:

W0=A×V/(236×m) (1)

式(1)中,W0:總?cè)~黃素類物質(zhì)含量,g/kg;A:474 nm 時(shí)樣品吸光度;V:稀釋倍數(shù);m:樣品質(zhì)量,g;236:質(zhì)量濃度為1 g/L 的總?cè)~黃素類物質(zhì)樣液在正己烷中波長474 nm 處的吸收系數(shù)。

采用SPD-M20A 型高效液相色譜儀(島津,日本)檢測葉黃素含量占總?cè)~黃素類物質(zhì)含量的比值。取1 mL上述萬壽菊總?cè)~黃素類物質(zhì)提取液經(jīng)0.45 μm濾膜過濾后上機(jī)檢測,固定相為4.6×250 mm 色譜柱(安捷倫,美國),流動(dòng)相為正己烷∶乙酸乙酯∶異丙醇=73∶27∶1.5,流速為1.5 mL/min,進(jìn)樣量為20 μL,柱溫為室溫,檢測波長為446 nm,檢測時(shí)間為20 min。葉黃素含量計(jì)算公式如式(2)所示:

W=W0×P (2)

式(2)中,W:葉黃素含量,g/kg;W0:總?cè)~黃素類物質(zhì)含量,g/kg;P:葉黃素峰面積/總?cè)~黃素類物質(zhì)峰面積。

1.3 萬壽菊花瓣L*、a?、b*值測定

利用SPECTROPHOTOMETER CM-5 型色彩色差儀(KONICA MINOLTA,日本)測量萬壽菊舌狀花的顏色。待萬壽菊進(jìn)入盛花期(所有小花均盛開),隨機(jī)選擇2 個(gè)頭狀花序,采集外輪1~2 層舌狀花的花瓣4 片,取花瓣正面中心點(diǎn),測得L*、a?、b*值后取平均值;利用這些值分別計(jì)算5 個(gè)顏色系數(shù):a*/b*、(a*/b*)2 、色度值(chroma value,CV)、色調(diào)值(hue value,HV)和色光值(shade value,SV)。色度值代表所測顏色到亮度軸的垂直距離,色度值越大,彩度越大;色調(diào)值反映的是紅橙綠藍(lán)紫等顏色類型,180°代表純綠色,0°代表純紅色;色光值可以反映物質(zhì)的表面顏色[23-24]。色度值、色調(diào)值、色光值計(jì)算公式如式(3)~(5):

CV=(a*2+b*2)? (3)

HV=tan-1(b*/a*)(a*gt;0,b*gt;0)或180° + tan-1(b*/a*)(a*lt;0,b*gt;0) (4)

SV=2000×a*/L*×( a*2 + b*2)? (5)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2022 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,柱形圖繪制;采用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行顯著性分析、相關(guān)性分析、回歸分析和t 檢驗(yàn)。其中顯著性分析采用Duncan’s新復(fù)極差法,顯著性水平為0.05;相關(guān)性分析采用雙變量分析、斯皮爾曼(Spearman)相關(guān)系數(shù);回歸分析模型采用線性、二次、三次和指數(shù)函數(shù)模型;t 檢驗(yàn)采用兩樣本平均數(shù)配對法。

2 結(jié)果與分析

2.1 萬壽菊花瓣葉黃素含量

采用紫外-可見分光光度法結(jié)合HPLC 法測定萬壽菊花瓣葉黃素含量,結(jié)果如圖2 所示。米白色香草的葉黃素含量為0.087 3 g/kg,顯著低于其他花色的萬壽菊;3 種淺黃色的萬壽菊葉黃素含量平均值為0.509 2 g/kg;黃色的萬壽菊葉黃素含量平均值為1.635 3 g/kg;桔黃色萬壽菊的葉黃素含量為4.277 8~10.091 5 g/kg;桔紅色萬壽菊的葉黃素含量為13.101 4~24.762 7 g/kg。萬壽菊花瓣顏色越深,葉黃素含量越高。

2.2 萬壽菊花瓣顏色系數(shù)

L*、a?、b*值等顏色系數(shù)可以用于花色的定量描述。L*代表亮度值,L*=0 代表黑色,L*=100 代表白色。米白色香草的L*值最大,為83.83;其次為淺黃色萬壽菊,L*值均大于70;黃色、桔黃色和桔紅色萬壽菊的L*值(59.91~66.21)顯著降低。a*值代表紅/綠色之間的變化,a*gt;0 表示顏色偏紅,a*lt;0 表示顏色偏綠。桔紅色的9904、貴夫人色素和菊花萬壽菊的a*值均值為25.69,顯著高于其他花色的萬壽菊;米白色和淺黃色的萬壽菊a*值均為負(fù)值,表明花色很淺且有綠色成分。b*值反映黃/藍(lán)色程度,正值是黃色,負(fù)值是藍(lán)色。米白色的萬壽菊b*值為6.93,其他花色萬壽菊的花瓣b*值為22.48~38.81。在其他5 個(gè)花瓣顏色系數(shù)中,隨著萬壽菊花色由淺至深,a*/b*和(a*/b*)2 值均逐漸升高;各類花色的萬壽菊色度值無明顯規(guī)律性變化;桔紅色的萬壽菊色調(diào)值最小,平均值為0.83,最接近0,即顏色更紅,與外觀相一致;桔黃、桔紅色萬壽菊的色光值顯著高于其他淺色品種(表2)。

2.3 萬壽菊花瓣葉黃素含量與顏色系數(shù)的相關(guān)性

由表3 可知,萬壽菊花瓣葉黃素含量與a*值、a*/b*、(a*/b*)2 和色光值極顯著正相關(guān)(Plt;0.01),其相關(guān)系數(shù)分別為0.965、0.989、0.935 和0.944;與色調(diào)值存在極顯著負(fù)相關(guān)(Plt;0.01),相關(guān)系數(shù)為-0.995;與L*值和色度值呈顯著相關(guān)(Plt;0.05),相關(guān)系數(shù)分別為-0.685、0.643;而與b* 值之間無顯著相關(guān)性(Pgt;0.05)。

2.4 萬壽菊花瓣葉黃素含量與顏色系數(shù)的回歸方程

選擇相關(guān)性極顯著的a*值、a*/b*、(a*/b*)2、色調(diào)值和色光值分別建立與葉黃素含量的回歸方程,結(jié)果如表4 所示。在萬壽菊花瓣中,a* 值、a*/b*、(a*/b*)2 和色光值與葉黃素含量的線性、二次、三次和指數(shù)函數(shù)模型擬合程度較好,且與葉黃素含量之間的最佳回歸方程均為三次函數(shù),分別為y=0.4917+0.0061x+0.0158x2+0.0004x3 (R2=0.971) 、y=0.5906+3.9629x+8.4610x2+9.4740x3(R2=0.950)、y=0.4618+23.7843x―9.8562x2+8.0052x3 (R2=0.949) 和y=0.5276+5.6148x+2.3259×10-8x2―2.0200×10-13x3(R2=0.948)。

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述4 個(gè)三次回歸方程預(yù)測的準(zhǔn)確性,分別測量LYK、6155、CY、GH 這4 種萬壽菊花瓣的a*值、a*/b*、(a*/b*)2 和色光值,分別代入回歸方程得到相應(yīng)的葉黃素含量預(yù)測值,同時(shí)測定花瓣中葉黃素的實(shí)際含量。由圖3 可知,基于a*值、色光值分別建立的三次回歸方程得到的葉黃素含量預(yù)測值與實(shí)測值較為符合,特別是對于深色萬壽菊GH 的葉黃素含量預(yù)測。對葉黃素實(shí)測值和a*值、色光值模型預(yù)測值進(jìn)行t 檢驗(yàn)及總體均數(shù)的差異顯著性分析,結(jié)果如表5 所示:基于a*值、色光值建立的與葉黃素含量之間的回歸方程獲得的葉黃素預(yù)測值與實(shí)測值的總體均數(shù)之間差異均不顯著(Pgt;0.05);基于a*模型獲得的t=0.788 小于基于色光值模型獲得的t=1.534;基于a*值模型獲得的P=0.448 大于基于色光值模型獲得的P=0.223。因此,用三次函數(shù)建立的葉黃素含量(y)與a*(x)之間的回歸方程得到的萬壽菊花瓣葉黃素含量預(yù)測值與實(shí)測值的符合程度更高,可以快速、有效地預(yù)測萬壽菊花瓣葉黃素含量。

3 討論

利用色差儀測得的L*、a*、b*值等顏色系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)顏色表型的數(shù)量化描述,且已經(jīng)廣泛用于多種園藝作物的顏色評(píng)價(jià)和分類,如易小艷等[25]利用色差儀檢測了不同處理下柑橘果實(shí)的著色變化;Wang等[26]基于L*、a*、b*值對24 個(gè)品種的桂花進(jìn)行了分類;周熠瑋等[27]利用色差儀對姜花的雜交后代群體進(jìn)行了花色檢測和分類。本研究中萬壽菊花瓣實(shí)際顏色與L*、a*、b*值等顏色系數(shù)的定義基本一致,且不同花色萬壽菊的花瓣顏色系數(shù)差異顯著,表明顏色系數(shù)也可以用于定量描述萬壽菊花色表型。

顏色系數(shù)的大小與類胡蘿卜素和花青素等色素物質(zhì)的含量相關(guān)。前人利用顏色系數(shù)預(yù)測了番茄果實(shí)中的番茄紅素含量[28]、橙汁中的類胡蘿卜素含量[29]、大白菜和菊花中的花青素含量[30-31] 等。汪歡笑[32]于北京地區(qū)進(jìn)行了萬壽菊表型性狀研究,結(jié)果顯示萬壽菊花瓣的葉黃素含量與L*、a*、b*值之間的相關(guān)系數(shù)分別為―0.779、0.918、―0.258,與本研究的結(jié)果一致,表明萬壽菊花瓣葉黃素含量和顏色系數(shù)之間存在較穩(wěn)定的相關(guān)性,環(huán)境因素對其無顯著影響。本研究還分析了葉黃素含量與a*/b*、(a*/b*)2、色度值、色調(diào)值和色光值等其他顏色系數(shù)的相關(guān)性,為探究萬壽菊葉黃素含量與花瓣顏色的關(guān)聯(lián)性提供了更全面的理論依據(jù)。

在建立回歸方程預(yù)測色素含量方面,國艷梅等[33]利用多個(gè)顏色系數(shù)分別建立線性回歸方程對番茄果實(shí)番茄紅素進(jìn)行預(yù)測;周蓉等[34]分別建立了紅色和橙色番茄果實(shí)番茄紅素含量與最佳顏色系數(shù)間的回歸方程;王璐等[24]使用線性、二次、三次函數(shù)模型篩選了可用于預(yù)測紫色葉用萵苣花青素含量的最佳回歸方程。本研究基于篩選得到的與葉黃素含量極顯著相關(guān)的a*值、a*/b*、(a*/b*)2、色調(diào)值和色光值5 個(gè)顏色系數(shù)構(gòu)建了多種模型的回歸方程,經(jīng)過檢驗(yàn)表明基于a*值和萬壽菊葉黃素含量構(gòu)建的三次回歸方程得到的預(yù)測值與葉黃素實(shí)測值的符合程度最好。此外,本研究中回歸方程的建立與驗(yàn)證試驗(yàn)分別在不同年份進(jìn)行,檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性也在一定程度上反映出回歸方程適用的廣泛性。在實(shí)際應(yīng)用中,針對桔黃和桔紅色等深色系的色素萬壽菊,可以選擇大量的深色萬壽菊材料建立回歸方程預(yù)測葉黃素含量,以進(jìn)一步提高預(yù)測的精準(zhǔn)度。

本研究系統(tǒng)地分析了萬壽菊花瓣葉黃素含量與L*、a*、b*、a*/b*、(a*/b*)2 、色度值、色調(diào)值和色光值等多個(gè)顏色系數(shù)的相關(guān)性,建立了萬壽菊花瓣葉黃素含量與a*值之間的最佳回歸方程,即y=0.4917+0.0061x+0.0158x2+0.0004x3,為簡便、快速、無損、有效地檢測萬壽菊花瓣葉黃素含量提供了新思路。

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(責(zé)任編輯:葛曉霞)

基金項(xiàng)目:中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展資金項(xiàng)目(YDZX20214400003224)

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