陳菊，李文馨，孫惠桉，王雪雅，蓬桂華，孫小靜，何建文*

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒研究所，貴州 貴陽 550006；2.貴州省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟(jì)合作中心，貴州 貴陽 550001）

辣椒（CapsicumannuumL.）屬于茄科，為1 年生或多年生植物，又被稱為海椒、辣茄、辣子、番椒、海椒、辣角等[1-4]。辣椒富含維生素、辣椒素和礦物質(zhì)等[3]，具有抗氧化、抑菌、開胃的功效[5-6]，是一種脂肪含量少的食品和調(diào)味品，是世界第三大蔬菜作物[7]。朝天椒是辣椒的一個(gè)變種[8]，其果型較小，一般單生或簇生朝天生長，辣度高，營養(yǎng)豐富。

在日常烹飪中，辣椒是一種受到消費(fèi)者歡迎的香辛料，其可與酸、甜、咸、香、鮮等味相互作用，使口味更加協(xié)調(diào)[9]。辣椒及其加工產(chǎn)品的品質(zhì)受蛋白質(zhì)、總糖、粗脂肪、粗纖維、辣椒素、揮發(fā)性物質(zhì)含量等指標(biāo)的影響[7]。蛋白質(zhì)具有人體所需的必需氨基酸，能夠提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值。粗脂肪含量與辣椒風(fēng)味呈正相關(guān)，含量越高，辣椒香味越濃[10]。糖與植物的生長發(fā)育、呼吸代謝、產(chǎn)量的形成和品質(zhì)等各方面均有聯(lián)系[11]。辣椒素具有減肥、抗癌、降糖、免疫調(diào)節(jié)和緩解疼痛等作用[12-13]，已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療及軍事等領(lǐng)域[9]。粗纖維對人體腸道的蠕動(dòng)有著重要作用[14-16]。脂肪酸的組成及其配比在很大程度上決定了辣椒的營養(yǎng)價(jià)值和保健功效[17]。

隨著人們生活水平的提高，人們越來越注重食品的品質(zhì)。所以辣椒品質(zhì)綜合分析已成為研究熱點(diǎn)，目前針對不同辣椒的種質(zhì)資源品質(zhì)和產(chǎn)量的綜合評價(jià)報(bào)告較多，針對不同地區(qū)同種型狀的朝天椒綜合評價(jià)分析較少，且對于不同朝天椒的特有風(fēng)味物質(zhì)和共有風(fēng)味物質(zhì)的分析也鮮有報(bào)道。因此全面分析不同地區(qū)同種性狀的朝天椒綜合品質(zhì)，分析其獨(dú)有及共有風(fēng)味物質(zhì)極具研究意義。本研究以5 個(gè)地區(qū)的朝天椒作為研究對象，對其粗脂肪、粗纖維、蛋白質(zhì)等10 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測定，分析其差異顯著性及不同地區(qū)朝天椒的特有和共有風(fēng)味物質(zhì)，并對其綜合品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，以期為生產(chǎn)加工辣椒粉或辣椒其他產(chǎn)品的原料選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

試驗(yàn)所用材料來自5 個(gè)地區(qū)2021 年種植的干紅指型朝天椒，詳細(xì)信息見表1。

表1 5 種朝天椒品種及來源地Table 1 Five cluster red pepper varieties and origins

石油醚、四氫呋喃、無水乙醇、甲醇、硫酸（均為分析純）：天津市富宇精細(xì)化工有限公司；氫氧化鈉（分析純）：重慶川東化工（集團(tuán)）有限公司；2-辛醇標(biāo)準(zhǔn)品（≥99.5%，色譜純）：上海源葉生物科技有限公司；辣椒紅素標(biāo)準(zhǔn)品（≥95%，色譜純）：上?；菡\生物科技有限公司；辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品（≥98%，色譜純）、二氫辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品（≥98%，色譜純）、總糖含量檢測試劑盒（BC2710）、還原糖檢測試劑盒（BC0230）：北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

萃取纖維（50/30μm DVB/CAR/PDMS）、手動(dòng)SPME裝置：美國Supelco 公司；氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀（7890B/7000D）：美國安捷倫有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9240A）：上海煜南儀器有限公司；全自動(dòng)索氏脂肪分析儀（SQXTEL8000）、全自動(dòng)粗纖維分析儀（FIBER8000）、全自動(dòng)凱氏定氮儀（KTELLEC8000）：福斯華（北京）科貿(mào)有限公司；紫外-可見分光光度計(jì)（1510）：賽默飛世爾科技公司；數(shù)控超聲波清洗機(jī)（FX-500S）：濟(jì)寧豐鑫超聲設(shè)備有限公司；電子天平（BSA423S 型）：塞多利科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

樣品經(jīng)55 ℃烘72 h 后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎2 min 過篩，將過40 目篩的辣椒粉用于指標(biāo)測定。

1.3.2 指標(biāo)測定

總糖含量、還原糖含量采用試劑盒測定；辣椒素和二氫辣椒素含量測定及樣品辣度計(jì)算參考GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素類物質(zhì)測定及辣度表示方法》進(jìn)行測定；辣椒紅素含量參照韓曉嵐等[18]的方法進(jìn)行測定；粗脂肪含量采用全自動(dòng)索氏脂肪分析儀進(jìn)行測定；蛋白質(zhì)含量采用全自動(dòng)凱氏定氮儀進(jìn)行測定；粗纖維含量采用全自動(dòng)粗纖維分析儀進(jìn)行測定。以上試驗(yàn)每個(gè)樣品做3 個(gè)平行。

1.3.3 揮發(fā)性物質(zhì)測定

揮發(fā)性物質(zhì)測定參考文獻(xiàn)[19-20]的方法并加以改動(dòng)，稱取1.0 g 粉碎后的干辣椒粉于10 mL 固相微萃取采樣瓶中，加入5 μg/μL 2-辛醇（甲醇溶解）30 μL 作為內(nèi)標(biāo)，用含聚四氟乙烯襯里的硅橡膠蓋子密封，將密封好的樣品瓶于60 ℃磁力攪拌器中熱平衡8 min，然后將已老化的50/30 μm PDMS 萃取頭通過隔墊插入樣品瓶內(nèi)，推出纖維頭，使之距樣品面約5 mm，頂空吸附40 min 后，快速移出萃取頭，并迅速將萃取頭插入氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀（gas chromatography-mass spectrometer，GCMS）進(jìn)樣口（250 ℃）熱解吸5 min，每個(gè)樣品3 個(gè)平行試驗(yàn)。色譜條件：采用HP-5MS 5% 毛細(xì)管柱（30 m×250 μm×0.25 μm）；載氣為高純He（99.999%），流速1 mL/min，不分流；進(jìn)樣口溫度250 ℃；升溫程序?yàn)槠鹗紲囟?5 ℃，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 ℃。質(zhì)譜條件：電子電離源，電子轟擊能量70 eV；發(fā)射電流34.6 μA；離子源溫度230 ℃；四極桿溫度150 ℃；接口溫度280 ℃；質(zhì)量掃描范圍20～550 amu。

譜圖分析：將試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過NIST17 標(biāo)準(zhǔn)譜庫進(jìn)行自動(dòng)檢索和人工解析，將匹配度大于85%作為物質(zhì)鑒定依據(jù)，檢索鑒定，采用內(nèi)標(biāo)相對定量法，得到各揮發(fā)性物質(zhì)生物相對含量，計(jì)算公式如下。

式中：Ci為i物質(zhì)的濃度，μg/g；Ai為i物質(zhì)的峰面積；B為內(nèi)標(biāo)物峰面積；mB為內(nèi)標(biāo)物的添加量，g；m為樣品質(zhì)量，g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用Excel 進(jìn)行整理，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；數(shù)據(jù)的差異顯著性分析和主成分分析采用SPSS 19 軟件；采用Origin 2017 軟件和維恩圖在線制作軟件作圖；采用Minitab 軟件聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同地區(qū)指形朝天椒品質(zhì)指標(biāo)比較

5 種朝天椒的總糖、還原糖、辣椒紅素、蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、辣椒素和二氫辣椒素的測定結(jié)果見表2。

表2 不同品種朝天椒營養(yǎng)指標(biāo)比較Table 2 Comparison of nutritional indexes of different varieties of cluster red pepper

由表2 可知，總糖含量為38.35～45.20 mg/g，HS-3 含量最高；HS-5 的還原糖含量最高，為（19.02±0.94）mg/g。對于辣椒紅素、蛋白質(zhì)、粗脂肪、辣椒素、二氫辣椒素的含量和辣度來說，各品種間均有顯著性差異（P<0.05），其中辣椒素、辣椒紅素、粗脂肪、二氫辣椒素含量和辣度最高的品種均為HS-1，含量分別為（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，分別約是最低含量品種的10.3、2.4、2.1、2.3 倍和14.4 倍；HS-2 的蛋白質(zhì)含量最高，是最低含量品種HS-4 的1.4 倍；HS-3 的粗纖維含量最高，HS-4最低。

2.2 不同地區(qū)指形朝天椒揮發(fā)性物質(zhì)分析

不同品種朝天揮發(fā)性風(fēng)味成分見表3。

表3 不同品種朝天椒揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成Table 3 Composition of volatile flavor compounds in different varieties of cluster red pepper

由表3 可知，5 種朝天椒品種總共檢測出120 種揮發(fā)性風(fēng)味成分，其中HS-1、HS-2、HS-3、HS-4 和HS-5分別檢測出66、64、62、66 種和60 種物質(zhì)，β-蒎烯是HS-1、HS-2 和HS-5 中含量最多的揮發(fā)性物質(zhì)，烯烴類物質(zhì)具有花香、果香味[21-22]。β-蒎烯熱解可生成月桂烯，而月桂烯是合成橙花醇、香葉醇、香茅醛等的重要原料[23]。HS-3、HS-4 中含量最高的揮發(fā)性物質(zhì)為十六烷。從揮發(fā)性物質(zhì)總含量上看，HS-1 最高為992.4 μg/g，其次為HS-4（916.8 μg/g），HS-5 最低（370.2 μg/g），僅有HS-1 的37.3%。

為了進(jìn)一步了解5 種辣椒間的揮發(fā)性物質(zhì)差異，對它們特有的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行分析，結(jié)果見圖1。

圖1 5 種朝天椒揮發(fā)性物質(zhì)韋恩圖Fig.1 Venn diagram of volatile substances in five types of cluster red pepper

不同顏色的圖形代表不同樣品，圖形之間交疊部分?jǐn)?shù)字為兩個(gè)樣品間共有的物質(zhì)種數(shù)，多個(gè)圖形之間交疊部分?jǐn)?shù)字為多個(gè)樣品之間共有物質(zhì)種數(shù)。

由圖1 可知，5 種朝天椒共同含有的揮發(fā)性物質(zhì)有27 種，如α-長葉蒎烯、8-甲基壬酸異戊酯、1-（1H-吡咯-2-基）-乙酮、芳樟醇、苯甲醇、2-丁基-1-辛醇、苯乙二醛、麥芽酚等，其中酮類物質(zhì)賦予辣椒的花香味[24-25]，酯賦予其酯香味[26]，醇類物質(zhì)多以青果、花香等香氣為主[20]。HS-1 有8 種特有物質(zhì)，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 種特有物質(zhì)，如順-橙花叔醇、苯甲酸2-甲基-4-乙酰苯基酯、甲基間甲苯甲醇等；HS-3 中有對傘花烴、3，4-二氫-1（2H）-喹啉甲醛、乙酸十三烷基酯等6 種特有物質(zhì)；HS-4 的獨(dú)有物質(zhì)有9 種，如（Z）-7-十六碳烯、肉豆蔻酸甲酯、十五烷酸等；HS-5 的特有物質(zhì)則有12 種，如Z-8-甲基-9-十四碳烯酸、17-十八碳烯酸、壬酸等。

2.3 不同地區(qū)指形朝天椒營養(yǎng)指標(biāo)及揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析

對5 種朝天椒的粗脂肪、粗纖維、總糖、蛋白質(zhì)、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總含量等10 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，相關(guān)特征值見表4。

表4 主成分特征值及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalues and cumulative contribution rates of principal components

選取特征值大于1 的成分作為主成分[27-29]，由表4可知，有3 個(gè)主成分，并且這3 個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為97.935%（一般累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于70%是比較滿意的結(jié)果），說明這3 個(gè)因子能夠代表5 個(gè)樣品的原10 個(gè)指標(biāo)的全部信息（97.935%），故選擇這3 個(gè)主成分對5 個(gè)樣品的品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。

表5 主成分的載荷矩陣Table 5 Loading matrix of principal components

主成分的影響程度可通過主成分載荷矩陣中的變量表達(dá)[30]。數(shù)據(jù)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后，各因子趨于兩極分化，更有利于進(jìn)一步確定各因子的實(shí)際含義，各指標(biāo)的主成分載荷見表5。

由表4 和表5 可知，第1 主成分的方差貢獻(xiàn)率為51.320%，其主要反映總糖、還原糖、粗脂肪、粗纖維、二氫辣椒素和揮發(fā)性物質(zhì)總含量的信息；第2 主成分的方差貢獻(xiàn)率為24.035%，反映辣椒素和辣度的信息；第3 主成分方差貢獻(xiàn)率為19.580%，主要反映辣椒紅素和蛋白質(zhì)的信息。

將各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，對3 個(gè)主成分進(jìn)行打分，分別用Y1、Y2和Y3表示3 個(gè)主成分得分，其值等于載荷（Ui）與9 個(gè)變量的標(biāo)準(zhǔn)值（Xi）乘積的加合值。Y1、Y2和Y3的計(jì)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?jǐn)?shù)越高表明該主成分的貢獻(xiàn)越大。同時(shí)分別以第1、2、3 主成分的特征值除以特征值總和作為權(quán)重?cái)?shù)，構(gòu)建的綜合評價(jià)模型為Y=0.5×Y1+0.25×Y2+0.21×Y3，評分情況見表6。

表6 綜合評分結(jié)果Table 6 Comprehensive score

由表6 可知，5 種朝天椒的綜合評分由高到低依次為HS-1>HS-4>HS-5>HS-3>HS-2，由此可見，HS-1 品種的朝天椒綜合品質(zhì)最好。

2.4 不同地區(qū)指形朝天椒綜合品質(zhì)指標(biāo)聚類分析

對這5 個(gè)品種朝天椒的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖2。

圖2 不同朝天椒品種聚類分析Fig.2 Cluster analysis of different types of cluster red pepper

由圖2 可知，5 種辣椒被聚為兩大類，其中主成分綜合排名前二的HS-1 和HS-4 聚為一類，這一類聚集了粗脂肪、二氫辣椒素和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量高的品種。HS-5、HS-3 和HS-2 聚為一類，這一類聚集了總糖、還原糖、粗纖維含量高的品種。

3 結(jié)論

本研究對5 種不同指型朝天椒的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)HS-3 的總糖含量最高；HS-5 的還原糖含量最高；辣椒素、辣椒紅素、粗脂肪和二氫辣椒素含量最高的品種均為HS-1；HS-2 的蛋白質(zhì)含量最高；HS-3 的粗纖維含量最高，HS-4 最低；5 種辣椒中HS-1 最辣。β-蒎烯是HS-1、HS-2 和HS-5 中含量最多的揮發(fā)性物質(zhì)，十六烷是HS-3、HS-4 中含量最多的揮發(fā)性物質(zhì)。HS-1、HS-2、HS-3、HS-4 和HS-5 朝天椒中含有的共同揮發(fā)性物質(zhì)有27 種，特有物質(zhì)分別有8、12、6、9 種和12 種。經(jīng)主成分分析，將測定朝天椒的10 個(gè)指標(biāo)簡化為3 個(gè)主成分因子，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到97.935%，基本反映了原始數(shù)據(jù)的全部信息，并通過綜合評價(jià)得出HS-1 評分最高，即品質(zhì)最好。聚類分析將5 種朝天椒品種分為兩類，第一類聚集了粗脂肪、二氫辣椒素和揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量高的品種，第二類聚集了總糖、還原糖、粗纖維含量高的品種。辣椒的品質(zhì)差異是其遺傳因素及生長環(huán)境等多方面因素相互作用的結(jié)果，本研究可為朝天椒品質(zhì)分級及加工原料的進(jìn)一步選擇提供理論指導(dǎo)。