新田不同株系“三味”辣椒的品质分析与加工特性评价

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(1.湖南大学研究生院隆平分院,湖南长沙 410125;2.南京炮兵学院,江苏南京 211132;3.湖南省农业科学院农产品加工研究所,湖南长沙 410125;4.湖南省农业科学院蔬菜研究所,湖南长沙 410125)

辣椒是常用蔬菜和调味品[1]。辣椒是我国种植面积仅次于大白菜的第二大蔬菜作物,我国已成为全球最大的辣椒生产、消费和出口国,约占全球生产总量的50%[2]。辣椒中含有丰富的辣椒红素、辣椒素、维生素C、矿物质等,具有很高的营养价值和保健功能[3-4]。在我国由于产地的地理气候不同形成了很多具有地方特色的优势辣椒品种,这些地方品种辣椒香气浓郁、营养成分含量高,是辣椒加工的优质原料[5]。湖南省永州市新田县陶岭乡出产的一种辣椒,肉厚,鲜红,透明,从外表可以看到里面的籽粒,具有辣、甜、香三种滋味,所以被称作“三味”辣椒[6]。2015年,陶岭“三味”辣椒成功申报为国家地理标志保护产品。2016年,荣获“中国名优硒产品”称号。

前人对辣椒进行了广泛的研究,例如:周焘等[7]以23个常见辣椒资源为试材,对影响果实品质的9项指标进行了测定,利用灰色关联度分析法进行优良干辣椒和优良鲜食辣椒的评估。肖春林等[8]系统研究其果实商品性状、营养品质及风味物质的形成与变化,分析各品质因子间的相互关系,提出辣椒果实的最佳采收期,并对辣椒研究过程中取样的方法及果实成熟度的确定进行了探讨。付文婷等[9]以贵州的10个地方辣椒品种为材料,对6种营养成分含量进行测定和分析,并利用隶属函数法对其营养品质指标进行综合评价。Gruber等[10]研究云南9种青椒的生物活性成分(维生素C、类胡萝卜素、总酚类、酚类、辣椒素),发现不同辣椒品种间生物活性物质含量差异显著(P<0.05);Giuffrida等[11]发现不同辣椒品种胡萝卜素含量和辣度存在显著性差异(P<0.05)。近年来,“三味”辣椒品种出现不纯,需要进行提纯复壮的工作。本试验针对品种提纯过程中几个比较好的优势株系辣椒进行品质分析和加工特性评价,旨在为新田地方辣椒种质资源的品质性状分析、辣椒种质资源的创新利用、新品种的选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜成熟“三味”辣椒N351、N361、N3111、N3117、N450 5个株系 由湖南省农业科学院蔬菜研究所郑井元博士选育提供,挑选无虫蛀、无霉变、无损伤、大小均一的辣椒作为本试验材料;氢氧化钠、酚酞、偏磷酸、盐酸、蒽酮、无水乙醇、氯仿、草酸、维生素C、葡萄糖、2,6-二氯酚靛酚盐、碳酸氢钠、考马斯亮蓝G250、牛血清蛋白、浓硫酸、盐酸 国药集团化学试剂有限公司,以上试剂均为分析纯;四氢呋喃、甲醇、乙腈 美国Honeywell公司;辣椒素 四川维克奇生物科技有限公司,以上试剂 均为色谱纯。

0～25 mm螺旋测微仪 东莞市景有模具五金有限公司;Color Quest XE型全自动色度分析仪 美国HunterLab公司;CT3型质构分析仪 Brookfield工程实验室公司;WZB 45型数显折光仪 上海仪电物理光学仪器有限公司;JE502型分析天平(感量0.001 g)上海浦春计量仪器有限公司;JYLC020E型料理机 九阳股份有限公司;DHG-9053A型电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备厂;UV-1800型紫外可见分光光度计 岛津仪器(苏州)有限公司;超高效液相色谱 美国沃特世公司。

1.2 实验方法

1.2.1 农艺性状的测定 选取成熟度相同的红色新鲜果实,5个为一组,测定3组,取平均值。果长用直尺测量。单果质量用电子天平测定。果宽直径用游标卡尺测量,游标卡尺测得辣椒果实横径最大处的直径为该果实的果宽宽度。果实横径最大处的果肉厚度为该果实的果肉厚度。可食率是对去蒂可食部分和全果进行称重,即可食率(%)=去蒂可食部分质量/全果质量×100。

1.2.2 色差的测定 本实验采用Hunter Lab色度系统对辣椒果皮进行颜色测定,其中L*值越大,辣椒颜色越亮;a*值、b*值分别代表辣椒红绿度和黄蓝度,a*值越大,辣椒越红;b*值越大,辣椒越黄[12]。每个样品重复测5次,取其平均值。

1.2.3 质构测定 将单个辣椒放在质构仪载具上,采用TPA模式测定辣椒的硬度,测定参数:测试模式为TPA质构分析,测试目标为5 mm,探头TA39,夹具TA-BT-KIT,触发点负载5.0 g,测试速度2.00 mm/s。每次测定后用擦镜纸将探头和平台擦拭干净后,重复测试操作。每个株系重复10次取平均值,通过TPA软件得到辣椒的硬度[13]。

1.2.4 辣椒营养品质的测定 水分测定参照GB 5009.3-2010《食品中水分的测定》,果实含水量(%)=(果实鲜重-果实干重)/果实鲜重×100；可溶性固形物含量采用数显折光仪测定;维生素C含量的测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定(GB 6195-86);可溶性总糖的测定采用蒽铜的比色法;可滴定酸的测定根据酸碱中和原理,用碱液滴定试液中的酸,以酚酞为指示剂确定滴定终点,按碱液的消耗量计算食品中的总酸含量;总酚含量的测定采用福林-酚法;可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝G250;辣椒素含量的测定参考GB/T 21266-2007方法加以改进,利用美国沃特世超高效液相色谱仪进行辣椒素的测定,检测条件:色谱柱为ACQUITY UPLC BEH C181.7 μm 2.1 mm×50 mm Column,紫外检测波长为280 nm,柱温为30 ℃,流动相为乙腈∶水(V/V)=65∶35,流速为0.61 mL·min-1,进样量为0.4 μm,运行时间1.68 min。

1.3 数据处理

本试验除特殊说明以外,所有测定指标均重复3次,结果均为3次平行试验的平均值±标准差。采用SPSS 22.0软件完成均值统计和显著性差异分析。

采用SPSS 22.0数据分析软件,对不同株系三味辣椒进行主成分分析[14-15]。

综合评价值F计算公式:

F=Σ[Fi×Wi],i=1,2…n

式中：F值为三味辣椒综合评价值,Fi为三味辣椒第i个公因子的分值,Wi为三味辣椒第i个公因子的方差贡献率,n为公因子的个数。

表1 不同株系“三味”辣椒的感官品质Table 1 Sensory quality of different strains of “Sanwei” pepper

注:同行标注不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。2 结果与分析

2.1 农艺性状、色差和质构分析

对5个不同株系“三味”辣椒的农艺性状、色差和质构进行分析,结果如表1所示,果长、单果质量、果实宽度、果肉厚度、可食率、硬度、L*值、a*值、b*值的平均值分别为(10.83±1.96) cm、(13.22±2.06) g、(22.02±2.00) mm、(2.77±0.19) mm、93.19%±1.79%、(1032.60±156.26) g、32.30±1.69、30.54±1.04、11.40±0.91。品质指标间变异系数不同,说明不同株系“三味”辣椒在品质上呈现不同程度的变化,其中果长、单果质量、硬度三个品质指标变异系数相对较大,分别为17.37%、14.93%、14.57%,果长和单果质量最大的株系均是N361,其次是N351。L*值、a*、可食率值三个感官品质指标变异系数相对较小,分别为5.03%、3.02%、1.83%。

从表1中可知,硬度最大的株系是N351,达到了(1285.00±17.02) g,给予发酵型辣椒良好的脆度口感[16-17],适合作为发酵型“三味”辣椒的原料。N361是5个株系中硬度最小的,为(853.67±6.02) g。

5个株系“三味”辣椒的Lab值变异系数很小,说明颜色十分相近。由表1中可知,N361的L*值最大,为35.01±0.24,表明其果实颜色最鲜亮,N450的颜色最暗,其L*值为29.90±0.10;正a*值表示红色,a*值越大,辣椒越红,a*值最大的是N361,为31.73±0.57,最小的株系是N450,为28.97±0.15;正b*值表示黄色,b*值越大,辣椒越黄,b*值最大的株系是N3111,为12.60±0.10,b*值最小的株系是N351,为10.57±0.21。

2.2 营养品质的分析

对5个株系“三味”辣椒的8项主要营养指标进行测定,结果如表2所示,水分含量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、维生素C含量、可溶性蛋白质含量、总酚含量、辣椒素含量的平均值分别为82.07%±0.85%、8.69%±0.47%、33.35%±1.51%、3.37%±0.08%、(105.93±12.07) mg/100 g、0.84%±0.19%、(198.33±15.68) mg/100 g、(1.35±0.42) mg/100 g。变异系数在各营养指标之间有所差异,其中辣椒素含量、可溶性蛋白质含量、维生素C含量变异系数相对较大,分别为29.97%、21.70%、10.85%,可溶性固形物含量、可滴定酸含量、水分含量变异系数相对较小,分别为5.20%、1.78%、0.91%。

5个株系“三味”辣椒中水分含量最少的是株系N450,为80.68%±0.19%,其余4个株系无显著差异(P>0.05)。水分含量对“三味”辣椒果实的贮藏品质有重要影响,水分含量过高,易受微生物侵染导致腐败加快[18],其次不利于作为发酵型辣椒的原材料,容易在发酵的过程中出现分层,降低产品的品质[19]。

可溶性固形物是指液体或流体食品中所有溶解于水的化合物的总称,包括糖、酸、维生素、矿物质等[20],N3111和N450之间无显著性差异(P>0.05),其余3个株系表现出显著性差异(P<0.05),N361的可溶性固形物的含量最高,为9.33%±0.06%,含量最低的株系是N3111,为8.14%±0.05%。

N3117和N450的可溶性糖含量之间无显著性差异(P>0.05),但与其他3个株系有显著性差异(P<0.05),含糖量最高的株系是N361,为35.44%±0.28%,其次是N351,含量为34.53%±0.22%。辣椒果实中糖分含量直接影响辣椒发酵过程中微生物菌群的变化,含糖量高的辣椒,有利于乳酸菌的快速生长,提高发酵辣椒的品质[21]。

可滴定酸含量是植物品质的重要构成性状之一,是影响果实风味品质的重要因素,N361与其他4个株系之间无显著性差异(P>0.05),N3111与N351、N3117、N450之间有显著性差异(P<0.05),含量最高的株系是N3117,为3.43%±0.06%,最低的株系是N3111,含量为3.27%±0.06%。

N3111、N3117、N450的可溶性蛋白质含量之间无显著性差异(P>0.05),但与其他2个株系有显著性差异(P<0.05),可溶性蛋白质含量最高的株系是N351,高达1.12%±0.06%,含量是N361的2.04倍。蛋白质经微生物作用水解成氨基酸,是发酵“三味”辣椒呈味的主要风味指标[22]。

维生素C具有很好的抗氧化作用,含量最高的株系是N351,为(122.12±2.00) mg/100 g,其中N450含量最低,为(92.67±3.06) mg/100 g,N3111和N450之间无显著性差异(P>0.05),与其他3个株系有显著性差异(P<0.05)。

总酚含量最高的株系为N351,为(215.53±2.00) mg/100 g,最低的株系是N361,为(173.33±3.05) mg/100 g,N351和N3117总酚含量之间无显著性差异(P>0.05),N3111和N450的总酚含量之间无显著性差异(P>0.05),N361与其它4株系总酚含量之间有显著性差异(P<0.05)。

表2 不同株系“三味”辣椒的营养品质Table 2 Nutritional quality of different strains of “Sanwei” pepper

注:同列标注不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

表3 “三味”辣椒品质指标的相关性Table 3 Relevance of quality index of “Sanwei” pepper

氧化损伤是导致许多慢性病,如心血管病、癌症和衰老的重要原因,总酚的抗氧化功能可以对这些慢性病起到预防作用[23]。

本研究为探索不同地区板鸭的风味差异，通过对6种板鸭的肌苷酸和挥发性成分进行定性定量检测，结合关键香气成分的气味活度值（odor activity value，OAV）、主成分分析（principal components analysis，PCA）和聚类分析（Cluster Analysis）方法进行综合分析，找寻其关键风味物质，分析比较风味物质的差异性及其原因，为风味评价、改善板鸭加工工艺研究提供理论参考。

辣椒素是一种天然红色素,是辣椒中含量最高的辣椒素类物质,辣椒中辣味的高低主要取决于辣椒素类物质含量的多少,辣椒素类物质可促进肾上腺分泌儿茶酚胺,具有抗菌、抗肿瘤和镇痛作用[24],N3111和N450之间无显著差异(P>0.05),其余3个株系有显著性差异(P<0.05),辣椒素含量最高的株系是N3117,鲜重条件下达到了(1.81±0.06) mg/100 g,含量最低的株系是N361,为(0.62±0.02) mg/100 g,N3117中辣椒素含量是N361的2.91倍,因此N3117是5个株系中优质的制作干辣椒的原料[22]。

2.3 适用性检验

利用SPSS软件计算各品质指标之间的相关性,如表3所示,相关性分析结果表明,各品质指标之间存在正相关也存在负相关,并且多数品质指标含量间的相关系数的绝对值大于0.5[25],证明各个品质指标之间有较强的相关性,可以应用主成分分析的方法来研究品质指标与株系间的关系。

2.4 不同株系“三味”辣椒品质的主成分分析

本研究对5个株系“三味”辣椒的17个品质指标进行主成分分析,结果如表4所示,提取出3个主成分,累积方差贡献率达到92.389%,反映了绝大部分原始信息。因此,选取前3个主成分作为数据分析的有效成分。

表4 主成分的特征值和贡献率Table 4 Characteristic value and contribution rate of principal components

由表5可知,第1个主成分方差贡献率为51.061%,与果长、单果质量、果肉厚度、可食率、L*值、a*值、可溶性固形物含量和可溶性糖含量呈明显正相关,对第1主成分贡献最大的是L*值,载荷为0.952,与辣椒素呈明显负相关,负载荷为-0.816;第2主成分方差贡献率为28.458%,与硬度、可滴定酸、维生素C、可溶性蛋白质和总酚呈明显正相关,对第2主成分贡献最大的是硬度,载荷为0.928,与b*值呈明显负相关,负载荷为-0.869;第3主成分方差贡献率为12.871%,与果实宽度、水分和辣椒素呈明显正相关,对第3主成分贡献最大的是水分含量,载荷为0.797。

表5 主成分的载荷矩阵Table 5 Load matrix of principal component

2.5 综合评价

为了消除不同单位和数据量纲的影响,需对各品质指标原始数据进行标准化处理[26]。用3个新的主成分来替代原来的17个指标进行分析,根据标准化后的各指标与因子载荷矩阵计算各主成分得分,得到前3个主成分的线性关系式分别为:

F1=0.307X1+0.316X2+0.168X3+0.289X4+…+0.186X14-0.138X15-0.159X16-0.277X17

F2=0.170X1+0.118X2-0.194X3-0.096X4+…+0.364X14+0.323X15+0.361X16+0.091X17

以3个主成分及以每个主成分所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重,计算主成分综合模型:

F=0.553F1+0.308F2+0.139F3

在主成分分析的基础上,根据综合得分模型计算不同株系“三味”辣椒的综合得分,结果如表6所示,第1、2、3主成分得分最高的株系分别是N361、N351、N3117,分别为1.50008、1.45219、1.53291,得分最低的株系是N450、N3111、N450,分别为-1.17244、-1.06445、-1.04190。综合得分越高说明该品种的综合品质越好,综合品质排名前三的株系是N351、N361、N3117,分数分别是0.562、0.554、0.260,说明这三个株系的综合品质相对其株系要好,得分最低的2个株系为N3111和N450,这两个株系在将来选育中将是濒临淘汰的株系。

表6 综合因子得分及排名Table 6 Score and ranking of comprehensive factor

3 结论

本研究通过对不同株系“三味”辣椒的农艺性状、色差、质构和营养品质进行分析,发现株系N351在硬度、可溶性蛋白质含量、维生素C含量、总酚含量上有最大值,分别为(1285.00±17.02) g、1.12%±0.06%、(122.12±2.00) mg/100 g、(215.53±2.00) mg/100 g;株系N361在果长、单果质量、果实宽度、果肉厚度、可溶性固形物和可溶性糖含量上有最大值,分别为(13.26±0.34) cm、(15.94±0.58) g、(24.06±0.66) mm、(3.04±0.05) mm、(9.33%±0.06%)、(35.44%±0.28%);株系N3117在辣椒素含量上有最大值,为(1.81±0.06) mg/100 g。

主成分分析是利用降维的思想,在损失很少信息的前提下把多个指标转化为几个综合指标,这几个综合指标称为主成分[27]。每个主成分是原始变量的线性组合,且每个主成分之间不相关。刘莎莎等[28]研究了6个品种红枣的香味物质,结果表明主成分分析结果与感官评价结果一致。陈杭君等[29]比较不同荔枝品种间的品质差异,筛选出较优的荔枝品种。王彦花等[30]对9个基地的茶油采用主成分分析法进行了优良度排序。胡悦等[31]通过主成分分析法综合评价百合营养品质特征。Li等[32]对11个葡萄品种进行了分析,探讨了鲜葡萄酚谱的品种差异。王庆东等[33]以14个花生品种秸秆为研究对象,使用主成分分析法进行营养综合评价。丁璐等[34]应用多元统计分析,有效筛选杂交玉米种F1代的优势种。

本试验通过对17个品质指标进行主成分分析,从中提取了3个主成分,建立综合评价模型计算各株系的综合评价得分,5个株系综合评价得分从高到低分别为N351>N361>N3117>N3111>N450,与品质分析具有一致性,因此主成分分析的方法可以有效地比较5个株系的综合品质。

结合品质分析与主成分分析评价得分,研究结果表明:株系N351硬度大,可溶性糖含量高,可溶性蛋白质含量高,适合作为发酵型“三味”辣椒的原料;株系N361单果质量大,可溶性固形物含量高,适合鲜食;株系N3117辣椒素含量高,可以晒干制成干辣椒。