香蕉后熟过程中颜色变化的机理研究
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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