色度计在茄子果实颜色评价中的应用

2023-05-03

这篇文章使用了一个便携式分光光度计来检测五种不同茄子材料的果皮和花萼的颜色差异，包括光敏性和感光性。结果表明，色差仪的检测结果可以真实地反映出茄子表观颜色特征的差异，比肉眼观察结果更准确。它可以反映出不同材料的颜色的细微差别。绿色和紫色茄子的果实颜色差异主要分布在650-700纳米波长范围内。该研究成果为检测茄子颜色外观提供了新的方法，为茄子品种选择和果实颜色产生机制研究提供了数据支持。

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3.1 色差仪的检测结果能真实反映茄子表观颜色性状的差异

3.2 色度计的检测结果比用肉眼观察的结果更准确

3.3 色度计的检测结果可以反映出不同材料的颜色的细微差别

茄子（Solanume longena L.），又名洛苏、昆仑瓜、茄子瓜、紫瓜等，是茄科一年生或多年生植物。中国是世界上最大的茄子生产国和消费国，在中国的蔬菜生产中发挥着重要作用。茄子皮的颜色是茄子的一个重要质量和商业特征。根据果皮的颜色，茄子可分为不同类型，如紫黑色茄子、紫红色茄子、红色茄子、绿色茄子和白色茄子。不同地区的消费者对水果颜色有不同的偏好。目前，市场上主要以紫黑茄子品种为主。有两种不同类型的紫黑色茄子。一种是光敏型品种，在弱光条件下皮色变浅，在黑暗条件下甚至变成绿色或白色；第二种是光暗型品种，在弱光条件下皮色变化不大。即使在黑暗条件下，皮肤颜色仍然是深紫红色。对光敏茄子和光敏茄子的果实颜色机制的研究已经有了一些进展。光对茄子皮色的影响主要是通过调节花青素和叶绿素的生物合成来实现的。光敏茄子皮花青素的合成是一条依赖光的途径，而光敏茄子皮花青素的合成可能有两条途径：依赖光和非依赖光。然而，现有的关于茄子果实颜色的研究主要依靠视觉观察来识别和检测茄子皮颜色。需要对使用仪器和设备的精确检测进行更多的研究。

色差仪是利用具有特定光谱灵敏度的光电积分元件和国际通用的CIELAB色度空间，直接测量物体表面的色度指数的仪器。对于只需要控制物体颜色而不需要配色的行业，它具有测量速度快、精度高的优点。色度计已被广泛用于农业领域的颜色检测如肉类、面粉、水果和茶叶。它们尚未在蔬菜生产和产品检测中广泛使用，仅用于相关研究。蔬菜产品，特别是茄子产品的颜色和外观，依赖于直接的感官判断。为了鉴别光敏型茄子皮颜色的细微差别，本文采用色差仪对5种茄子材料的果实颜色进行测量，为茄子果实颜色机理的研究提供依据，为蔬菜颜色外观检测和茄子新品种培育提供新思路。

1.材料和方法

1.1 材料和设备

有5种不同类型的茄子，如表1所示。
CS-600便携式分光光度计由杭州创世科技有限公司生产。这个色度计通过检测物体表面上间隔400-700纳米和10纳米的31个波长的光的反射率获得色度数据，包括反射率、整体色差E、亮度（黑白）L、红绿a和黄蓝b。

表.1 五种不同类型茄子的果实颜色、花萼颜色和萼下颜色的比较

项目	品种	来源	类型	果皮颜色	萼片颜色	花萼颜色
1	绿色美味	购买	钝化型	紫黑色	紫色黑色	绿色
2	TK99	自我教育	钝化型	紫黑色	紫色黑色	绿色
3	98	自己教育	混合型	紫黑色	薰衣草	紫色
4	9798	自我教育	混合型	紫黑色	薰衣草	紫色
5	10012	自我教育	光敏型	紫黑色	绿色	紫色

1.2 测试方法

使用色度计来测量色差不同茄子品种的数据。每个品种选择5个茄子，这样重复5次。首先，校正色度计的黑白。然后，选择1个 "绿柄"，在茄子中间的统一颜色点上剥皮，长度为5厘米，宽度为4厘米。将外皮紧紧贴在测试孔上，完全覆盖测试孔。按下测试按钮，测试结果将被作为标准值，表示为S₁之后，用同样的方法来确定其余茄子的色差值，S₂-S₂₅.测量下层萼片颜色的色差值的方法与测量果皮颜色的方法相同。在萼片覆盖的位置剥开果皮，长度为3cm，宽度为3cm。测量结果依次记录为P₁-P₂₅.

1.3 数据统计分析

使用DPS软件用Duncan方法对测试数据进行方差分析，并使用Microsoft Office Excel 2007软件进行图表分析。

2.结果和分析

2.1 剥离色差的分析

如表2所示，五种材料的总色差没有出现明显差异；ΔE在1.15-1.63之间。其中，'98'最小，为1.15'TK99'最大，为1.63；二者之差仅为0.48；'绿娇子'最接近'TK99'。亮度L在25.94至28.02之间。绿八角子 "和 "10012 "之间的显著差异表明，"绿八角子 "的表皮最亮，"10012 "的表皮最暗。红绿值a显示出'9798'和'TK99'之间的明显差异。'10012'的黄色和蓝色值是最低的，显示出与其他品种的明显差异。如图1所示，在不同材料的光谱反射率曲线上，'绿八角'和'TK99'形成一组，其他三种材料形成一组；在不同的光谱反射率方面，400-650nm为一组，660-670nm为一组，680-700nm为一组；总体而言，在650nm之前，五个品种的光谱反射率没有明显差异。在650nm之后，差异逐渐明显，并明显分为两组。

表.2 果皮色度计测量结果的比较

项目

样品

400 nm

410 nm

420 nm

640 nm

650 nm

660 nm

670 nm

680 nm

690 nm

700 nm

绿色美味

28.02^a

-0.44^ab

2.71^a

1.55^a

5.02^a

4.72^a

4.65^a

5.85^a

6.16^a

6.90^a

8.05^a

10.61^a

17.19^a

25.64^a

TK99

26.76^ab

-0.21^b

2.63^a

1.63^a

4.79^a

4.43^a

4.31^a

5.29^a

5.59^ab

6.55^ab

8.24^a

11.59^a

18.54^a

25.77^a

27.21^ab

-0.41^ab

2.62^a

1.15^a

4.89^a

4.58^a

4.51^a

5.50^a

5.52^ab

5.73^bc

6.13^b

7.38^b

10.62^b

15.24^b

9798

27.07^ab

-0.51^a

2.32^ab

1.16^a

4.86^a

4.58^a

4.53^a

5.37^a

5.33^ab

5.51^c

5.84^b

6.84^b

9.50^b

13.44^b

10012

25.94^b

-0.34^ab

1.98^b

1.31^a

4.68^a

4.45^a

4.30^a

5.14^a

5.13^b

5.29^c

5.56^b

6.57^b

9.66^b

14.61^b

注：ΔE代表整体色差，L代表亮度（黑色和白色），a代表红色和绿色，b代表黄色和蓝色。

表.3 花萼下色度计的测量结果比较

项目

样品

400 nm

410 nm

420 nm

480 nm

4 90 nm

650 nm

660 nm

680 nm

690 nm

700 nm

绿色美味

26.93^a

7.60^c

3.73^b

2.89^a

5.16^a

4.65^a

4.32^a

4.50^a

4.48^a

10.91^a^b

12.97^a^b

19.15^a^b

27.49^a

34.00^a

TK99

26.30^a

5.60^c

2.17^a^b

3.46^a

5.24^a

4.77^a

4.41^a

4.57^a

4.54^a

9.38^a

11.83^a

19.44^a^b

27.82^a

34.54^a

36.11^b

14.26^b

2.22^a^b

12.71^b

9.37^b

8.92^bc

8.53^bc

8.04^b

7.31^a

15.79^bc

15.42^a^b

17.88^a^b

25.73^a

32.76^a

9798

36.40^b

16.99^a

-1.16^a

15.34^b

10.75^b

10.37^c

9.95^c

8.39^b

7.43^a

17.08^c

17.19^b

21.38^b

30.44^a

38.53^a

10012

57.62^c

-9.06^d

38.81^c

50.63^c

8.72^b

7.77^b

7.02^b

10.27^b

11.32^b

18.84^c

15.89^a^b

15.89^a

25.56^a

36.39^a

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图1 皮肤颜色光谱反射率的线图

2.2 花萼下的色差分析

如表3所示，五种材料的花萼下的总色差呈现明显的差异；ΔE在2.89～50.63之间。其中'绿手娇子'最小，为2.89'10012'最大，为50.63；两者之差为47.74；一般分为三组，'绿宝贝'和'TK99'为一组，两者数值较小'98'和'9798'组成一组，数值中等'10012'为单独一组，数值最高。亮度L在26.93和57.62之间。数字模式与ΔE是一致的，也分为3组，最高的是'10012'，表示其颜色最浅，'吕布娇子'和'TK99′的颜色最深，而'98'和'9798'处于中间，与它们的表面特征一致。红绿值a也分为同样的三组，不同的是'10012'偏向绿色，而其他四个材料偏向红色。黄蓝值b，与表观性状不同，'9798'的值最小，为-1.16，表明颜色偏蓝'10012'最大，为38.81，表明颜色很黄；其他三种材料之间没有明显差异。如图2所示，在不同材料的光谱反射率曲线上，整体和表观属性一致，分为三组'绿娇子'和'TK99'为一组，'98'和'9798'为一组，'10012'单独为一组。从不同的光谱反射率来看，在400-470nm处，'绿娇子'和'TK99'的数值相差很小，很低，而其他三种材料的数值比较接近，在9左右；在480-650nm处，有五种材料表现出明显的差异，其中'10012'的反射率最高，而其他四种材料都小于10；在660-700nm处，差异不明显，但总体数值比较高，而且随着波长的增加而增加。总的来说，五种材料的光谱反射率在400-470、480-650和660-700nm三个波段之间表现出完全不同的特性，只在480-650nm之间与它们的表观特性一致。

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图2 花萼下的光谱反射率折线图

3.讨论和结论

3.1 色差仪的检测结果能真实反映茄子表观颜色性状的差异

实验结果表明，色度计的检测结果与宏观层面的感官结果（茄子颜色外观性状）是一致的，用色度计检测茄子颜色是否能达到要求是可行的。本实验中5种茄子材料的表皮颜色均为深紫色，颜色和亮度略有差异；用肉眼观察时，差异不明显；色度计检测结果，ΔE也未达到明显水平。就花萼下的颜色而言，用肉眼观察时，可分为三种类型，即紫黑色、浅紫色、绿色，差异明显；色度计检测结果，Δ E也有明显差异，数值与肉眼观察相同。由此可见，色度计的检测结果与感官结果高度一致，色度计可用于检测茄子的颜色。

3.2 色度计的检测结果比用肉眼观察的结果更准确

色度计除了整体色差Δ外，还有三个数据，即L、a、b，代表物体颜色的色度值，也就是该颜色的色彩空间坐标。任何颜色都有一个唯一的坐标值。其中，L代表亮度（黑白），a代表红色和绿色，b代表黄色到蓝色；△L+值表示颜色较亮，△L值表示较暗，△A+值表示颜色偏红，△a值表示颜色偏绿，△b+值表示颜色偏黄，△b值表示颜色偏蓝。如表2所示，虽然5种材料Δ E的差异不大，但L、a、b的值显示出一定的差异''吕布娇子'和'10012'在亮度上有明显差异，'TK99'和'9798'在红色和绿色上有明显差异，'10012'和'吕布娇子，'TK99′和'98'在黄色和蓝色上有明显差异。这些差异通过眼睛是很难区分的；ΔE也不能显示这种差异。由此可以看出，色差仪的检测数据更加全面和准确。

3.3 色度计的检测结果可以反映出不同材料的颜色的细微差别

通过比较不同材料对不同波长的光的反射率，可以得到更精细的结果，并发现更细微的差异。如图2所示，全光谱值显示，在650纳米之前，五种材料的反射率没有明显差异。在650纳米之后，差异变得越来越明显，最终分为两组。'绿八角'和'TK99′组成一组（光敏型），而'98'、'9798'和'10012'组成一组（光敏型、光敏组合型）。因此，绿茄子和紫茄子的皮肤颜色差异主要是在650-700纳米的长波长范围内。如图3所示，不同材质的花萼下对不同波长的光的反射率有明显的差异，主要集中在500-650nm的中波长范围。可分为三组：紫紫茄子（光敏光被动结合型）、紫紫茄子（光敏型）、绿紫茄子（光敏型）。综上所述，650纳米波长是一个重要的节点。光敏型茄子和光敏型茄子的颜色产生机制可能是分别由波长高于650纳米和低于650纳米的光的作用产生的。这五种不同材料的光谱反射率的细微差别为研究茄子颜色产生的机制提供了一个新的方法。
作者：郭守鹏

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