張 建，楊瑞東，陳 蓉*，彭益書，文雪峰，任海利

（1.貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；3.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025；4.貴州大學(xué)公共管理學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

辣椒（Capsicum annuum L.）是茄科、辣椒屬1 a生或有限多年生農(nóng)作物。辣椒果實營養(yǎng)豐富，富含K、P、Mg、辣椒堿、VC、VE、蛋白質(zhì)和抗氧化物質(zhì)等[1]。礦質(zhì)元素是農(nóng)作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在調(diào)控辣椒生理代謝和品質(zhì)形成過程中作用明顯[2]。眾多研究表明，礦質(zhì)營養(yǎng)元素與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系密切，農(nóng)產(chǎn)品中礦質(zhì)元素含量與比例適宜，可明顯提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量[2-5]。陳艷秋等[6]研究了蘋果梨果實的礦質(zhì)元素含量及其品質(zhì)效應(yīng)，表明果實的可溶性固形物與P、Fe、Mn含量呈正相關(guān)，與K、Ca、Mg、Zn含量呈負(fù)相關(guān)。曾亞文等[7]研究了水稻礦質(zhì)元素含量與形態(tài)及品質(zhì)的關(guān)系，表明水稻的蛋白質(zhì)含量與P、K、Mg、Cu、Mn含量呈顯著正相關(guān)，直鏈淀粉含量與K、Mn含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與Ca含量呈顯著正相關(guān)，且稻種質(zhì)的形態(tài)、性狀與Mn、Zn、Cu含量的關(guān)系較Fe含量更為密切。吉前華等[8]對貢柑葉片的礦質(zhì)營養(yǎng)與果實品質(zhì)關(guān)系進行研究，表明果汁含量和風(fēng)味與Mg含量均呈顯著正相關(guān)（r1=0.719，r2=0.607），果形指數(shù)與Mn含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=－0.673）。凌麗俐等[9]研究表明，贛南臍橙果實可溶性固形物與葉片K、Mg、Zn含量呈顯著正相關(guān)，可滴定性酸與Mn含量呈顯著正相關(guān)，單果質(zhì)量與葉片12 個礦質(zhì)元素均無顯著相關(guān)關(guān)系。黃春輝等[10]研究表明，獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)受到多個土壤和葉片營養(yǎng)元素的影響，且土壤養(yǎng)分與葉片養(yǎng)分之間存在協(xié)同與拮抗作用。大米的Fe、Mn、Cu、Zn之間互呈正相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)量與礦質(zhì)元素呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[11]。

辣椒是貴州的優(yōu)勢特色農(nóng)作物，常年種植面積500萬 畝左右，目前栽培面積、加工規(guī)模與效益、市場集散規(guī)模均居全國第一。在貴州，遵義辣椒最著名，遵義蝦子辣椒市場具有“中國辣椒城”的美譽。然而，該地區(qū)生產(chǎn)的辣椒礦質(zhì)元素含量狀況及其與辣椒品質(zhì)之間的關(guān)系尚不清楚，研究有待深入。因此開展遵義辣椒的礦質(zhì)元素含量與品質(zhì)狀況調(diào)查，探討優(yōu)質(zhì)辣椒果實的礦質(zhì)元素與品質(zhì)的關(guān)系，以期為遵義優(yōu)質(zhì)辣椒科學(xué)種植、合理施肥與營養(yǎng)補充，提高辣椒品質(zhì)，辣椒品質(zhì)評價和辣椒食品開發(fā)利用等提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣椒樣品采集工作于辣椒果實成熟期（2015年8月）內(nèi)完成，單個采樣點在直徑3 m范圍內(nèi)利用梅花形布點法均勻采集辣椒果實樣品。采樣區(qū)分布于遵義市播州區(qū)至綏陽縣一帶，沿深溪鎮(zhèn)、蝦子鎮(zhèn)、新舟鎮(zhèn)、鄭場鎮(zhèn)和洋川鎮(zhèn)一線分布，長40 km左右，采樣方法采用蛇形布點法，樣品點間距約3 km。共采集辣椒果實樣品16 件。采集的辣椒樣品裝入聚乙烯塑料自封袋內(nèi)，依次編號，運回實驗室待測。研究區(qū)的辣椒品種主要有子彈頭辣椒、朝天椒、指型椒、櫻桃椒和線椒。

HNO3、HCl均為國產(chǎn)優(yōu)級純。

1.2 儀器與設(shè)備

DFT-100手提式高速萬能粉碎機 浙江省溫嶺市林大機械有限公司；DHG-9070型恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海予英儀器有限公司；7700x型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、Vista-MPX型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 美國安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 礦質(zhì)元素含量測定

所有辣椒果實樣品均用自來水沖洗3 遍，再用超純水（18.2MΩ·cm，25 ℃）沖洗3 遍，置于恒溫鼓風(fēng)干燥箱中于40 ℃烘干至恒質(zhì)量，去除辣椒果實的胎座，采用100 g手提式高速萬能粉碎機磨碎，過200 目尼龍篩，裝入聚乙烯塑料自封袋中，作好標(biāo)記，密封保存。辣椒果實礦質(zhì)元素的分析測試工作在澳實分析檢測（廣州）有限公司完成。采用稀HNO3消解、HCl定容。每個樣品均采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀綜合檢測。本研究中檢測辣椒的K、Ca、Mg、P、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Co共12 種礦質(zhì)元素。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo)測定

運回實驗室的樣品當(dāng)天送400 g至貴州省分析測試研究院，本研究測定蛋白質(zhì)、干物質(zhì)、VC、辣椒堿共4 項品質(zhì)指標(biāo)。4 項辣椒品質(zhì)指標(biāo)的分析測試工作均在貴州省分析測試研究院完成。采用相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)作為測試方法。其中，蛋白質(zhì)含量采用GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》方法測定；干物質(zhì)含量采用GB/T 8858—1988《水果、蔬菜產(chǎn)品中干物質(zhì)和水分含量測定》方法測定；VC含量采用GB/T 6195—1986《水果、蔬菜維生素C含量測定法：2,6-二氯靛酚滴定法》方法測定。辣椒堿采用高效液相色譜法進行測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗、相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 遵義辣椒礦質(zhì)元素含量特征

表1 遵義辣椒果實礦質(zhì)元素含量Table 1 Contents of mineral elements in hot peppers from Zunyi mg/kg

農(nóng)產(chǎn)品的礦質(zhì)營養(yǎng)價值和健康益處受到越來越多學(xué)者的關(guān)注[13-15]。利用Kolmogorov-Smirnov方法對遵義地區(qū)辣椒果實中12 種礦質(zhì)元素含量數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，結(jié)果顯示漸近顯著性（雙側(cè)）P值均大于顯著性水平（α=0.05），表明辣椒果實的12 種礦質(zhì)元素含量數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。如表1所示，辣椒大量礦質(zhì)元素含量呈現(xiàn)K＞P＞S＞Mg＞Ca的特征，辣椒的大量元素中K含量最高，含量范圍為19 800～33 700 mg/kg（均值為25 850 mg/kg），可能與K參與果實的形成與膨大有關(guān)，P、S、Mg、Ca含量相對較低。微量礦質(zhì)元素含量順序為Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Ni＞Mo＞Co，與前人研究得出的云南和新疆的辣椒礦質(zhì)元素含量變化規(guī)律相似[16-17]。鐵在7 種微量元素中含量最高，含量在40～86 mg/kg之間（均值為57 mg/kg），其次為Zn、Mn、Cu、Ni、Mo。Co含量最低，范圍為0.02～0.35 mg/kg，均值為0.14 mg/kg。研究區(qū)各辣椒樣品微量營養(yǎng)元素Co的變異系數(shù)最大，其次為Mo、Ni、Mn，均為強變異（變異系數(shù)＞20%），Ca、K、Mg、P、Zn、Fe、Cu為中等變異（10%＜變異系數(shù)≤20%），S為弱變異（變異系數(shù)≤10%）[18]。可能是由于在生產(chǎn)過程中重施K、P肥而少施微量元素肥料導(dǎo)致。Mg的變異系數(shù)較低，為10.5%，可能是由于植物中的Mg主要參與植物光合作用有關(guān)。多數(shù)礦質(zhì)元素含量為中等和強變異，說明辣椒果實礦物元素含量對辣椒植株礦質(zhì)營養(yǎng)反映敏感，且隨種植環(huán)境變化而變化?？梢姡苯凡粌H可作調(diào)味品，還可補充人體所需的微量元素Fe、Cu、Zn、Ni、Co等[19]。

2.2 遵義辣椒品質(zhì)分析

利用Kolmogorov-Smirnov方法對遵義地區(qū)辣椒果實的4 項品質(zhì)生物化學(xué)指標(biāo)（辣椒堿、蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)）含量數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，結(jié)果顯示漸近顯著性（雙側(cè)）P值均大于顯著性水平（α=0.05），表明辣椒果實的4 項品質(zhì)生物化學(xué)指標(biāo)含量數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。如表2所示。遵義地區(qū)不同取樣點環(huán)境中辣椒果實品質(zhì)存在差異，蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)含量變異系數(shù)較小，為中等變異（10%＜變異系數(shù)≤20%）。而辣椒堿含量變異程度大，為強變異（變異系數(shù)＞20%）[18]。研究表明辣椒總堿中辣椒堿及二氫辣椒堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別約為58%、30%，且不同成熟期的辣椒果實其辣椒堿和二氫辣椒堿含量差別較大[20-21]。因此，本研究中遵義辣椒的辣椒堿含量變化程度高，可能與辣椒果實的成熟程度和品種不同有關(guān)。詹永發(fā)等[22]對貴州主要種植的辣椒VC含量范圍進行研究，其范圍在774～2248 mg/kg之間，本研究所得結(jié)果與前人研究類似。遵義辣椒的VC高于萵苣菜的VC含量[23-24]，高于呂玲玲等[25]研究得出的廣東和湖南辣椒的VC含量。遵義地區(qū)辣椒的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.28%～5.30%之間，均值為4.27%，高于周燾等[26]研究得出23 個辣椒品種的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.67%～2.35%），說明遵義辣椒的蛋白質(zhì)含量較高，品質(zhì)較好。遵義辣椒的干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在17.0%～31.3%之間，高于鄒學(xué)校等[27]研究得出的湖南和湖北地區(qū)辣椒的干物質(zhì)含量（11.88%～15.875%）。可見，遵義辣椒蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)含量高，品質(zhì)較優(yōu)，營養(yǎng)豐富，而辣椒堿含量變化大。

2.3 辣椒品質(zhì)與礦質(zhì)元素相關(guān)性分析

表3 遵義辣椒果實礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of mineral elements contents in hot peppers from Zunyi

研究指出，大米Cu含量與K、Mg含量呈顯著負(fù)相關(guān)，膠稠度與K含量呈顯著正相關(guān)，直鏈淀粉與Cu含量呈顯著正相關(guān)，蛋白質(zhì)與Zn含量呈顯著正相關(guān)[28]。為了研究遵義辣椒果實各礦質(zhì)元素之間的相互關(guān)系和辣椒果實礦質(zhì)元素與果實品質(zhì)之間相互關(guān)系，以辣椒果實的K、Ca、Mg、P、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Co含量為一總體，以辣椒果實品質(zhì)指標(biāo)辣椒堿、蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)含量為另一總體，應(yīng)用相關(guān)性分析的方法進行統(tǒng)計分析研究。由表3可看出，辣椒果實的礦物元素之間互相影響，且存在協(xié)同或拮抗作用。其中K與Mg、S呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），Ca與S、Cu呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（P＜0.05），Mg與P呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），F(xiàn)e與Zn、Mn與Co、Cu與Zn和Ni與Co元素亦呈顯著正相關(guān)關(guān)系。此外，辣椒Mg、Mo含量與辣椒Co含量呈負(fù)相關(guān)。辣椒果實中各礦質(zhì)元素互相影響。

表4 遵義辣椒果實礦質(zhì)元素含量與品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between mineral elements contents and quality of hot peppers from Zunyi

由表4可以看出，辣椒堿與K、P、S、Mo呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），與Co含量呈正相關(guān)。蛋白質(zhì)與K、Ca、Mg、P、S呈負(fù)相關(guān)，與Cu、Zn、Ni呈正相關(guān)，研究指出，施用S肥可提高小麥蛋白質(zhì)含量[29-30]，湖南烤煙蛋白質(zhì)含量與S含量呈顯著正相關(guān)[31]，東北地區(qū)大豆含硫氨基酸與蛋白質(zhì)呈極顯著負(fù)相關(guān)[32]，本研究得出辣椒蛋白質(zhì)與S呈負(fù)相關(guān)，猜測其原因可能與辣椒中含S氨基酸較少，辣椒中S含量變異系數(shù)較?。?.4%）有關(guān)。此外，可能與辣椒成熟程度、品種不同有關(guān)，具體有待進一步研究。辣椒VC與辣椒K、Ca、Mg、P、S、Zn含量呈正相關(guān)關(guān)系，與Cu含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），表明辣椒的礦質(zhì)元素含量高可促進辣椒VC的合成，且研究表明葉面噴施適宜濃度的Ca(NO3)2有利于辣椒VC和類胡蘿卜素的積累[33]。辣椒干物質(zhì)與S含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與多數(shù)礦質(zhì)元素亦呈一定程度的負(fù)相關(guān)關(guān)系。研究表明，辣椒植株體內(nèi)辣椒堿和VC的代謝途徑在營養(yǎng)、碳源和能量分配上存在競爭關(guān)系[34-35]，可能是出現(xiàn)多數(shù)礦物元素與VC呈正相關(guān)，與辣椒堿呈負(fù)相關(guān)的原因所在。研究表明施用Zn肥會致使辣椒干物質(zhì)的積累降低5.58%[36]。本研究得出辣椒干物質(zhì)含量與Zn含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=－0.137），與前人研究所得結(jié)果類似。可見，辣椒果實品質(zhì)的形成受果實內(nèi)多種礦質(zhì)元素不同程度的影響。

2.4 辣椒品質(zhì)與礦質(zhì)元素的主成分分析

主成分分析是利用降維的思想，對原有多因素體系進行降維處理，用少量的幾個因子來描述多指標(biāo)體系間的關(guān)系[37]。利用主成分分析和聚類分析可研究農(nóng)產(chǎn)品、中藥材的特征元素、親緣關(guān)系和地域分布特征，為品質(zhì)評價提供借鑒[38-41]。利用主成分分析方法對辣椒礦質(zhì)營養(yǎng)元素及品質(zhì)指標(biāo)進行因子提取，如表5所示。結(jié)果表明，基于特征值大于1的原則，共提取了5 個主成分，解釋的累計方差貢獻率為82.641%。第1主成分與K、Ca、Mg、P、S、Fe、Zn、Cu高度正相關(guān)，與辣椒堿、蛋白質(zhì)、干物質(zhì)高度負(fù)相關(guān)，方差貢獻率為29.778%。第2主成分與Ca、Mn、Cu、Zn、Co、Ni、辣椒堿高度正相關(guān)，與Mo高度負(fù)相關(guān)，方差貢獻率為19.590%。第3主成分與Cu、蛋白質(zhì)、干物質(zhì)、VC高度正相關(guān)，與Co、Mn高度負(fù)相關(guān)，方差貢獻率為15.708%。第4主成分與Fe、Mo、Ni、蛋白質(zhì)高度正相關(guān)，與Ca、P、VC高度負(fù)相關(guān)，方差貢獻率為11.063%。第5主成分與Ca、Mo高度正相關(guān)，與K、Ni高度負(fù)相關(guān)，方差貢獻率為6.502%。

表5 遵義辣椒果實礦質(zhì)元素與品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析Table 5 Principal component analysis of mineral elements and quality traits of hot peppers from Zunyi

前2個主成分解釋累計方差貢獻率為49.368%，因此可認(rèn)為辣椒堿是評價辣椒品質(zhì)的重要參考指標(biāo)。K、Mg、P、S、Zn、Cu、Ni、Co為辣椒果實的特征元素。

2.5 辣椒營養(yǎng)品質(zhì)的聚類分析

圖1 遵義辣椒果實樣品聚類分析樹狀圖Fig. 1 Dendrogram obtained from cluster analysis of hot pepper samples from Zunyi

如圖1所示，在距離為10.0時，所有辣椒果實樣品聚成3 類。來自遵義市深溪鎮(zhèn)的1～5號樣品聚成一類，來自新舟鎮(zhèn)的10號、11號、13號辣椒樣和鄭場鎮(zhèn)的14號辣椒樣聚成一類，且它們產(chǎn)地相鄰，遵義市蝦子鎮(zhèn)的2 個樣品（6號和8號）聚成一類。

表6 聚類分析結(jié)果中3 類辣椒果實的營養(yǎng)品質(zhì)對比分析Table 6 Comparative analysis of nutritional quality of 3 groups of hot peppers from cluster analysis results

基于聚類分析結(jié)果的3 類辣椒品質(zhì)特征見表6。第I類除包含所有遵義市深溪鎮(zhèn)辣椒外，還包含1 件新舟鎮(zhèn)辣椒、1 件鄭場鎮(zhèn)辣椒、1 件洋川鎮(zhèn)辣椒，I類辣椒中，辣椒堿、蛋白質(zhì)、K含量較低，礦質(zhì)元素Ca、P、S、Fe、Mo、Ni含量較高，VC、干物質(zhì)、Mg、Mn、Cu、Zn、Co含量中等。II類辣椒包含了2 件蝦子鎮(zhèn)辣椒、3 件新舟鎮(zhèn)辣椒、1 件鄭場鎮(zhèn)辣椒，且它們的產(chǎn)地相鄰，該類辣椒礦質(zhì)元素K、Mg、Fe、Zn、Cu含量較高，辣椒堿、S、Mo、Ni含量中等，蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)、Ca、P、Mn、Co含量較低。III類辣椒中，包含了蝦子鎮(zhèn)的2 件辣椒樣（6號和8號），這類辣椒果實辣椒堿、蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)、Mn、Co含量較高，K、Ca、P含量中等，Mg、S、Mo、Ni、Fe、Cu、Zn含量較低。辣椒聚類分析結(jié)果在一定程度上反映了辣椒品質(zhì)和礦質(zhì)元素在不同地域間存在差異，但僅辣椒K含量達顯著水平（P＜0.05）。同一地域的辣椒，品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量相近，品質(zhì)相當(dāng)，辣椒品質(zhì)存在明顯的地域性特征，這種地域性分布特征可能與各類辣椒種植區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、氣候、地形地貌、海拔等不同有關(guān)。就地層巖性而言，聚為一類的辣椒樣品，其對應(yīng)種植環(huán)境均包括2 套及以上的地層分布區(qū)，可能是由于種植區(qū)地層整體為三疊系，地質(zhì)環(huán)境差異不明顯導(dǎo)致。

3 結(jié) 論

遵義辣椒的常量元素含量呈現(xiàn)K＞P＞S＞Mg＞Ca的特征，辣椒K平均含量為25 850 mg/kg。微量礦質(zhì)元素含量大小順序為Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Ni＞Mo＞Co。遵義辣椒的蛋白質(zhì)、VC、干物質(zhì)含量高，品質(zhì)較優(yōu)，營養(yǎng)豐富，辣椒堿含量變化大。

辣椒中K與Mg、S呈顯著正相關(guān)，Ca與S、Cu呈顯著正相關(guān)，Mg與P呈極顯著正相關(guān)。Fe與Zn、Mn與Co、Cu與Zn和Ni與Co元素亦呈顯著正相關(guān)關(guān)系。辣椒堿與辣椒K、P、S、Mo含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與辣椒Co含量呈正相關(guān)。辣椒蛋白質(zhì)與K、Ca、Mg、P含量呈負(fù)相關(guān)，與Cu、Zn、Ni呈正相關(guān)。VC與辣椒K、Ca、Mg、P、S、Zn含量呈正相關(guān)關(guān)系，與Cu含量呈顯著正相關(guān)。辣椒中礦質(zhì)元素高可促進辣椒VC的合成。

主成分分析的前2 個主成分解釋的總方差貢獻率為49.368%，辣椒堿是評價辣椒品質(zhì)的重要參考指標(biāo)。K、Mg、P、S、Zn、Cu、Ni、Co為辣椒果實的特征元素。聚類分析結(jié)果在一定程度上反映了辣椒品質(zhì)和礦質(zhì)元素在不同地域間存在差異，同一地域的辣椒其理化品質(zhì)和礦質(zhì)元素含量往往相近，辣椒品質(zhì)存在明顯的地域分布特征。

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