不同地区指形朝天椒品质差异分析及综合评价

陈菊，李文馨，孙惠桉，王雪雅，蓬桂华，孙小静，何建文*

（1.贵州省农业科学院辣椒研究所，贵州 贵阳 550006；2.贵州省农业对外经济合作中心，贵州 贵阳 550001）

辣椒（CapsicumannuumL.）属于茄科，为1 年生或多年生植物，又被称为海椒、辣茄、辣子、番椒、海椒、辣角等[1-4]。辣椒富含维生素、辣椒素和矿物质等[3]，具有抗氧化、抑菌、开胃的功效[5-6]，是一种脂肪含量少的食品和调味品，是世界第三大蔬菜作物[7]。朝天椒是辣椒的一个变种[8]，其果型较小，一般单生或簇生朝天生长，辣度高，营养丰富。

在日常烹饪中，辣椒是一种受到消费者欢迎的香辛料，其可与酸、甜、咸、香、鲜等味相互作用，使口味更加协调[9]。辣椒及其加工产品的品质受蛋白质、总糖、粗脂肪、粗纤维、辣椒素、挥发性物质含量等指标的影响[7]。蛋白质具有人体所需的必需氨基酸，能够提高产品的营养价值。粗脂肪含量与辣椒风味呈正相关，含量越高，辣椒香味越浓[10]。糖与植物的生长发育、呼吸代谢、产量的形成和品质等各方面均有联系[11]。辣椒素具有减肥、抗癌、降糖、免疫调节和缓解疼痛等作用[12-13]，已被广泛应用于食品、医疗及军事等领域[9]。粗纤维对人体肠道的蠕动有着重要作用[14-16]。脂肪酸的组成及其配比在很大程度上决定了辣椒的营养价值和保健功效[17]。

随着人们生活水平的提高，人们越来越注重食品的品质。所以辣椒品质综合分析已成为研究热点，目前针对不同辣椒的种质资源品质和产量的综合评价报告较多，针对不同地区同种型状的朝天椒综合评价分析较少，且对于不同朝天椒的特有风味物质和共有风味物质的分析也鲜有报道。因此全面分析不同地区同种性状的朝天椒综合品质，分析其独有及共有风味物质极具研究意义。本研究以5 个地区的朝天椒作为研究对象，对其粗脂肪、粗纤维、蛋白质等10 项品质指标进行测定，分析其差异显著性及不同地区朝天椒的特有和共有风味物质，并对其综合品质进行评价，以期为生产加工辣椒粉或辣椒其他产品的原料选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

试验所用材料来自5 个地区2021 年种植的干红指型朝天椒，详细信息见表1。

表1 5 种朝天椒品种及来源地Table 1 Five cluster red pepper varieties and origins

石油醚、四氢呋喃、无水乙醇、甲醇、硫酸（均为分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司；氢氧化钠（分析纯）：重庆川东化工（集团）有限公司；2-辛醇标准品（≥99.5%，色谱纯）：上海源叶生物科技有限公司；辣椒红素标准品（≥95%，色谱纯）：上海惠诚生物科技有限公司；辣椒素标准品（≥98%，色谱纯）、二氢辣椒素标准品（≥98%，色谱纯）、总糖含量检测试剂盒（BC2710）、还原糖检测试剂盒（BC0230）：北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

萃取纤维（50/30μm DVB/CAR/PDMS）、手动SPME装置：美国Supelco 公司；气相质谱联用仪（7890B/7000D）：美国安捷伦有限公司；电热鼓风干燥箱（DHG-9240A）：上海煜南仪器有限公司；全自动索氏脂肪分析仪（SQXTEL8000）、全自动粗纤维分析仪（FIBER8000）、全自动凯氏定氮仪（KTELLEC8000）：福斯华（北京）科贸有限公司；紫外-可见分光光度计（1510）：赛默飞世尔科技公司；数控超声波清洗机（FX-500S）：济宁丰鑫超声设备有限公司；电子天平（BSA423S 型）：塞多利科学仪器（北京）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

样品经55 ℃烘72 h 后经粉碎机粉碎2 min 过筛，将过40 目筛的辣椒粉用于指标测定。

1.3.2 指标测定

总糖含量、还原糖含量采用试剂盒测定；辣椒素和二氢辣椒素含量测定及样品辣度计算参考GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素类物质测定及辣度表示方法》进行测定；辣椒红素含量参照韩晓岚等[18]的方法进行测定；粗脂肪含量采用全自动索氏脂肪分析仪进行测定；蛋白质含量采用全自动凯氏定氮仪进行测定；粗纤维含量采用全自动粗纤维分析仪进行测定。以上试验每个样品做3 个平行。

1.3.3 挥发性物质测定

挥发性物质测定参考文献[19-20]的方法并加以改动，称取1.0 g 粉碎后的干辣椒粉于10 mL 固相微萃取采样瓶中，加入5 μg/μL 2-辛醇（甲醇溶解）30 μL 作为内标，用含聚四氟乙烯衬里的硅橡胶盖子密封，将密封好的样品瓶于60 ℃磁力搅拌器中热平衡8 min，然后将已老化的50/30 μm PDMS 萃取头通过隔垫插入样品瓶内，推出纤维头，使之距样品面约5 mm，顶空吸附40 min 后，快速移出萃取头，并迅速将萃取头插入气相质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）进样口（250 ℃）热解吸5 min，每个样品3 个平行试验。色谱条件：采用HP-5MS 5% 毛细管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；载气为高纯He（99.999%），流速1 mL/min，不分流；进样口温度250 ℃；升温程序为起始温度45 ℃，以3.5 ℃/min 升至85 ℃（保留2 min），再以2.5 ℃/min 升至126 ℃（保留2 min），然后以1 ℃/min升至140 ℃，最后以20 ℃/min 升至280 ℃。质谱条件：电子电离源，电子轰击能量70 eV；发射电流34.6 μA；离子源温度230 ℃；四极杆温度150 ℃；接口温度280 ℃；质量扫描范围20～550 amu。

谱图分析：将试验数据通过NIST17 标准谱库进行自动检索和人工解析，将匹配度大于85%作为物质鉴定依据，检索鉴定，采用内标相对定量法，得到各挥发性物质生物相对含量，计算公式如下。

式中：Ci为i物质的浓度，μg/g；Ai为i物质的峰面积；B为内标物峰面积；mB为内标物的添加量，g；m为样品质量，g。

1.4 数据处理

所有数据采用Excel 进行整理，以平均值±标准差表示；数据的差异显著性分析和主成分分析采用SPSS 19 软件；采用Origin 2017 软件和维恩图在线制作软件作图；采用Minitab 软件聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同地区指形朝天椒品质指标比较

5 种朝天椒的总糖、还原糖、辣椒红素、蛋白质、粗脂肪、粗纤维、辣椒素和二氢辣椒素的测定结果见表2。

表2 不同品种朝天椒营养指标比较Table 2 Comparison of nutritional indexes of different varieties of cluster red pepper

由表2 可知，总糖含量为38.35～45.20 mg/g，HS-3 含量最高；HS-5 的还原糖含量最高，为（19.02±0.94）mg/g。对于辣椒红素、蛋白质、粗脂肪、辣椒素、二氢辣椒素的含量和辣度来说，各品种间均有显著性差异（P<0.05），其中辣椒素、辣椒红素、粗脂肪、二氢辣椒素含量和辣度最高的品种均为HS-1，含量分别为（6.57±0.05）mg/g、（35.64±0.03）mg/g、（25.84±0.19）%、（2.68±0.25）mg/g 和1 056.45±3.57，分别约是最低含量品种的10.3、2.4、2.1、2.3 倍和14.4 倍；HS-2 的蛋白质含量最高，是最低含量品种HS-4 的1.4 倍；HS-3 的粗纤维含量最高，HS-4最低。

2.2 不同地区指形朝天椒挥发性物质分析

不同品种朝天挥发性风味成分见表3。

表3 不同品种朝天椒挥发性风味物质组成Table 3 Composition of volatile flavor compounds in different varieties of cluster red pepper

由表3 可知，5 种朝天椒品种总共检测出120 种挥发性风味成分，其中HS-1、HS-2、HS-3、HS-4 和HS-5分别检测出66、64、62、66 种和60 种物质，β-蒎烯是HS-1、HS-2 和HS-5 中含量最多的挥发性物质，烯烃类物质具有花香、果香味[21-22]。β-蒎烯热解可生成月桂烯，而月桂烯是合成橙花醇、香叶醇、香茅醛等的重要原料[23]。HS-3、HS-4 中含量最高的挥发性物质为十六烷。从挥发性物质总含量上看，HS-1 最高为992.4 μg/g，其次为HS-4（916.8 μg/g），HS-5 最低（370.2 μg/g），仅有HS-1 的37.3%。

为了进一步了解5 种辣椒间的挥发性物质差异，对它们特有的挥发性物质进行分析，结果见图1。

图1 5 种朝天椒挥发性物质韦恩图Fig.1 Venn diagram of volatile substances in five types of cluster red pepper

不同颜色的图形代表不同样品，图形之间交叠部分数字为两个样品间共有的物质种数，多个图形之间交叠部分数字为多个样品之间共有物质种数。

由图1 可知，5 种朝天椒共同含有的挥发性物质有27 种，如α-长叶蒎烯、8-甲基壬酸异戊酯、1-（1H-吡咯-2-基）-乙酮、芳樟醇、苯甲醇、2-丁基-1-辛醇、苯乙二醛、麦芽酚等，其中酮类物质赋予辣椒的花香味[24-25]，酯赋予其酯香味[26]，醇类物质多以青果、花香等香气为主[20]。HS-1 有8 种特有物质，如11-十八碳烯酸甲酯、4-甲基戊酸酯、Z-11-十四碳烯酸等；HS-2 含12 种特有物质，如顺-橙花叔醇、苯甲酸2-甲基-4-乙酰苯基酯、甲基间甲苯甲醇等；HS-3 中有对伞花烃、3，4-二氢-1（2H）-喹啉甲醛、乙酸十三烷基酯等6 种特有物质；HS-4 的独有物质有9 种，如（Z）-7-十六碳烯、肉豆蔻酸甲酯、十五烷酸等；HS-5 的特有物质则有12 种，如Z-8-甲基-9-十四碳烯酸、17-十八碳烯酸、壬酸等。

2.3 不同地区指形朝天椒营养指标及挥发性物质主成分分析

对5 种朝天椒的粗脂肪、粗纤维、总糖、蛋白质、挥发性风味物质总含量等10 个指标进行主成分分析，相关特征值见表4。

表4 主成分特征值及累计贡献率Table 4 Eigenvalues and cumulative contribution rates of principal components

选取特征值大于1 的成分作为主成分[27-29]，由表4可知，有3 个主成分，并且这3 个主成分的累计方差贡献率为97.935%（一般累计方差贡献率大于70%是比较满意的结果），说明这3 个因子能够代表5 个样品的原10 个指标的全部信息（97.935%），故选择这3 个主成分对5 个样品的品质进行综合评价。

表5 主成分的载荷矩阵Table 5 Loading matrix of principal components

主成分的影响程度可通过主成分载荷矩阵中的变量表达[30]。数据经过旋转后，各因子趋于两极分化，更有利于进一步确定各因子的实际含义，各指标的主成分载荷见表5。

由表4 和表5 可知，第1 主成分的方差贡献率为51.320%，其主要反映总糖、还原糖、粗脂肪、粗纤维、二氢辣椒素和挥发性物质总含量的信息；第2 主成分的方差贡献率为24.035%，反映辣椒素和辣度的信息；第3 主成分方差贡献率为19.580%，主要反映辣椒红素和蛋白质的信息。

将各指标数据进行标准化后，对3 个主成分进行打分，分别用Y1、Y2和Y3表示3 个主成分得分，其值等于载荷（Ui）与9 个变量的标准值（Xi）乘积的加合值。Y1、Y2和Y3的计算公式如下。

Y1=U1iX1+U1iX2+U1iX3+U1iX4+U1iX5+U1iX6+U1iX7+U1iX8+U1iX9+U1iX10；Y2=U2iX1+U2iX2+U2iX3+U2iX4+U2iX5+U2iX6+U2iX7+U2iX8+U2iX9+U2iX10；Y3=U3iX1+U3iX2+U3iX3+U3iX4+U3iX5+U3iX6+U3iX7+U3iX8+U3iX9+U3iX10，分数越高表明该主成分的贡献越大。同时分别以第1、2、3 主成分的特征值除以特征值总和作为权重数，构建的综合评价模型为Y=0.5×Y1+0.25×Y2+0.21×Y3，评分情况见表6。

表6 综合评分结果Table 6 Comprehensive score

由表6 可知，5 种朝天椒的综合评分由高到低依次为HS-1>HS-4>HS-5>HS-3>HS-2，由此可见，HS-1 品种的朝天椒综合品质最好。

2.4 不同地区指形朝天椒综合品质指标聚类分析

对这5 个品种朝天椒的品质指标进行聚类分析，结果见图2。

图2 不同朝天椒品种聚类分析Fig.2 Cluster analysis of different types of cluster red pepper

由图2 可知，5 种辣椒被聚为两大类，其中主成分综合排名前二的HS-1 和HS-4 聚为一类，这一类聚集了粗脂肪、二氢辣椒素和挥发性风味物质含量高的品种。HS-5、HS-3 和HS-2 聚为一类，这一类聚集了总糖、还原糖、粗纤维含量高的品种。

3 结论

本研究对5 种不同指型朝天椒的品质指标进行分析，发现HS-3 的总糖含量最高；HS-5 的还原糖含量最高；辣椒素、辣椒红素、粗脂肪和二氢辣椒素含量最高的品种均为HS-1；HS-2 的蛋白质含量最高；HS-3 的粗纤维含量最高，HS-4 最低；5 种辣椒中HS-1 最辣。β-蒎烯是HS-1、HS-2 和HS-5 中含量最多的挥发性物质，十六烷是HS-3、HS-4 中含量最多的挥发性物质。HS-1、HS-2、HS-3、HS-4 和HS-5 朝天椒中含有的共同挥发性物质有27 种，特有物质分别有8、12、6、9 种和12 种。经主成分分析，将测定朝天椒的10 个指标简化为3 个主成分因子，其累计方差贡献率达到97.935%，基本反映了原始数据的全部信息，并通过综合评价得出HS-1 评分最高，即品质最好。聚类分析将5 种朝天椒品种分为两类，第一类聚集了粗脂肪、二氢辣椒素和挥发性风味物质含量高的品种，第二类聚集了总糖、还原糖、粗纤维含量高的品种。辣椒的品质差异是其遗传因素及生长环境等多方面因素相互作用的结果，本研究可为朝天椒品质分级及加工原料的进一步选择提供理论指导。