香蕉后熟过程中颜色变化的机理研究

题目香蕉后熟过程中颜色变化的机理姓名与学号朱佳俊 3120100157
年级与专业大四生物系统工程
指导老师李晓丽
实验报告
课程名称：生物系统信息采集综合设计指导老师：李晓丽成绩：__________________
实验名称：香蕉后熟过程中颜色变化的机理研究实验类型：________________
一、实验目的和要求
1、探究水果后熟过程中颜色变化的机理
2、建立水果颜色与光谱变化模型
3、熟悉近红外光谱仪的使用方法
4、学习光谱的分析处理方法实验内容和原理
二、实验原理
香蕉表皮颜色影响因素：叶绿素，类胡萝卜素含量利用红外光谱法测定香蕉表皮红外光谱，提取特征波段的反射率，同时测定材料叶绿素，类胡萝卜素含量，两者建立模型，同时验证其模型的准确性。

植物叶片的叶绿素对可见光有较强烈的吸收作用，650～700 nm波段足叶绿素的强吸收带，其中叶绿素在680和700 nm波长处的吸收峰最为明显；700～750 nm波段光谱曲线陡而凡接近于直线，其斜率与植物单位叶面积所含叶绿素的含苗有关。

三、主要仪器设备：
材料：香蕉，实验所用香蕉均产自广西玉林香蕉园。

采用一系列成熟度的香蕉，最青的为8成左右。

置于常温下大约7-10天可以完成后熟作用，可以食用。

仪器设备：电子天平，震荡搅拌器，乙醇，丙酮，分光光度计，近红外光谱测定仪，一次性手套，镊子，
剪刀，10ml试管。

四、操作方法和实验步骤：
1.实验材料分组：
挑选大小均匀、无病虫害和机械伤的不同成熟度的6组香蕉，每组两个香蕉，成熟度、外观保持基本一致。

其中一个作为实验组，另一个作为标准组，用于绘制标准曲线，最后用实验组验证标准曲线。

2.红外光谱图像的测定：
用红外光谱仪测量每一个香蕉的近红外光谱，其中每个香蕉提取3个不同部位测定近红外光谱，将其取平均值，并做记录。

3.香蕉叶绿素与类胡萝卜素含量测定
每个香蕉取3个部位，每个部位切皮0.1g，用研磨机研碎。

再分别加入4ml丙酮和4ml乙醇，混匀，静置24h，待色素完全融于溶液中，利用分光光度仪测定各样品在波长为450nm、645nm、663nm 下的吸光度值。

最后利用公式计算各个色素含量。

五、实验数据纪录和处理：
因为实验数据数量较多，不在这里一一罗列。

六、实验结果与分析：
光谱数据预处理：
为了消除高频随机噪声、仪器漂移、样本不均匀、光散射等对样本的影响，需要对光谱数据进行预处理。

去除500nm之前波段和900nm之后波段。

定性分析：
在680nm处，反射率随着香蕉的成熟不断增加，说明香蕉对光的吸收程度在不断减小，表明叶绿素的含量在不断的减少。

由此可利用在680nm处的反射率变化来判断叶绿素的含量，从而分析香蕉的成熟度。

定量分析：
1、建立标准曲线
取标准组的光谱数据，针对特种波长680nm处的反射率，与叶绿素含量做标准曲线，结果如下：
结论：叶绿素含量与反射率并不呈现线性相关，在叶绿素高于一定值时，两者基本呈现线性关系，但斜率较小。

在再见一段区域，反射率发生突变。

叶绿素含量与反射率并不呈现线性相关，在叶绿素高于一定值时，两者基本呈现线性关系，但斜率较小。

在再见一段区域，反射率发生突变，增长较快。

在叶绿素高于一定值后，反射率基本不变。

表面香蕉成熟过程中，前期叶绿素变化较少，经过一定阶段后，由于内部物质的变化，例如乙烯的大量合成，使得叶绿素含量急剧减少，类胡萝卜素的颜色更为明显，此时香蕉表皮基本上呈现黄色。

定量分析：
2、模型验证
取实验组的光谱数据，同时做出相关曲线。

结论：两曲线并不完全吻合，在叶绿素含量高于0.27mg/g时，曲线基本一致，但其他区域不一致，这可能与实验中的误差有关。

共同点：曲线的中间段均呈现明显上升的趋势，表明这一段叶绿素含量有
大幅度的变化，
香蕉成熟机理：
香蕉的果皮颜色变化较为一致, 随着果实的成熟由绿到黄。

颜色的变黄是由于叶绿素损失所致, 从而现出类胡萝卜素的颜色。

香蕉过熟, 果皮就变黑, 表示进入了衰老阶段。

实际上，从我们的实验结果可以得出，香蕉在前期变化较慢，之后变化较快，此时的表皮颜色会迅速从青色转变为黄色，从而变得成熟。

七、误差分析与改进：
实验误差来源于多个方面，从最初的选材到实验操作，多多少少有一定的误差。

1、相同阶段的香蕉实验组和标准组香蕉并不能保证完全一致。

2、测定光谱数据时，每个香蕉所选部位生长情况可能不一致，会导致每个光谱有一定的区别。

3、测叶绿素取样时，每个部位叶绿素含量也存在不同。

4、实验仪器的操作误差。

实验不足：
由于能力和时间有限，仅仅设置了6组、12个香蕉，在数据的说服力和可靠性上存在一些不足，所以最后的实验结果会存在一定的误差。

如果要彻底搞清楚香蕉的成熟机理，还需要更大的样本和数据，当然可以将香蕉的成熟阶段分的更细。

八、讨论心得：
这次的短学期虽然时间不长，但是让我收获很多。

首先是实验室自主的，实验方案的设计，实验材料的购买，甚至是实验试剂，实验用品都是自己买的，这让我体验到了独立自主完成实验的感觉。

但其实这次实验仍然存在着很多问题。

在实验的最初，我们是准备许多根香蕉，让香蕉慢慢变黄，在这个过程中记录香蕉每一天的变化，但是，后来发现，香蕉过了好几天也还是绿的，并没有变黄的迹象。

然后，机缘巧合，我们在一家水果店里发现了各种阶段的，不同颜色的香蕉，这使得我们的实验方案能够得以改良，我们选用了不同阶段的香蕉，分别测量其光谱和叶绿素含量，最终得出结果。

但是实验也并没有很顺利的继续下去，第一次实验时，我们因为香蕉皮剪的并不细而导致叶绿素没有完全的浸出，浸出率大概只有十分之一左右，导致实验失败了。

吸取了第一次的经验，我们用到了振荡搅拌器将香蕉皮研磨后浸泡，效果就好了很多。

总之，这次的短学期让我的自主实验能力得到了很大的提高，让我学到了很多东西。

九、参考文献：
[1] 李庆波，黄彦文，张广军，张倩暄，李响，吴瑾光.基于可见一近红外光谱的植物叶绿素含量无损检测方法研究[D] ．1.北京航空航天大学仪器科学与光电T程学院，精密光机电一体化技术教育部重点实验摩，北京2．北京大学化学与分子工程学院，稀土材料化学及应用国家重点实验室. 2009年12月
[2] 李云钱春梅陆旺金张昭其庞学群.香蕉和大蕉果实在不同温度下催熟后的色泽变化[D].
1 华南农业大学园艺学院, 广东广州;
2 华南农业大学生命科学学院, 广东广州.2006年
[3] 胡耀华，刘聪，熊来怡，蒋国振，郭康权.基于近红外光谱的香蕉品质检测方法研究[D]. 西北农林科技大学机电学院.20011年9月。