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(1.湖南大学研究生院隆平分院,湖南长沙 410125;2.湖南省农业科学院农产品加工研究所,湖南长沙 410125;3.果蔬贮藏加工与质量安全湖南省重点实验室,湖南长沙 410125；4.果蔬加工与质量安全国际联合实验室,湖南长沙 410125;5.长沙市德群食品有限公司,湖南长沙 410125)

辣椒(CapsicumannuumL.)是茄科辣椒属植物,在国内外广泛种植和食用。辣椒在我国是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%[1]。辣椒一经传入湖南,就一直是湖南最主要的蔬菜作物,种植面积大,品种资源多,各种辣椒制品丰富[2]。

辣椒是人们日常生活中的一类重要调味品和蔬菜[3-4]。其中,剁辣椒是南方一种颇具特色的传统食品和调味品,它既保留了新鲜辣椒原有的脆度、色泽、辣味,又具有发酵辣椒制品特有的风味、香气和保健作用[5]。发酵辣椒是利用天然附着在辣椒表面的微生物(主要是乳酸菌)进行发酵,通过食盐的高渗透作用抑制其大部分杂菌的生长,经发酵而制成[6]。

但是,辣椒经剁碎后,加入食盐使辣椒部分脱水的同时,部分细胞组织破裂,造成细胞汁液渗透外溢,直至细胞内外渗透压达到平衡;同时,食盐溶液可使微生物细胞脱水,造成微生物休眠、假死、甚至死亡[7]。光照可造成发酵剁辣椒变色、变味和VC损失等[8-9]。剁辣椒储存期间若密封不严,因空气的存在,容易发生氧化、褐变等化学反应,使发酵剁辣椒制品颜色变深,降低剁辣椒制品品质[10]。

本研究在湖南省采集了3个辣椒株系,旨在通过对3个辣椒株系熟果的品质分析，包括果形指数、果肉厚度、果腔大小、色度(L*值、a*值、b*值)、物性指标(硬度、咀嚼性、内聚性、弹性、胶着性)、还原糖、蔗糖、总糖、总酸、可溶性固形物、固酸比、氨基酸态氮,找出不同辣椒株系间的品质差异性,并帮助筛选出综合品质较好的辣椒株系,为辣椒的深加工利用提供理论基础，为辣椒加工企业创造和培育有知名度的大品牌提供帮助,使我国辣椒产业健康、稳定、可持续发展[11]。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

博辣天剑朝天椒、博辣皱线1号线椒 湖南省农业科学院高桥基地;陶岭三味辣椒 湖南新田县;盐酸、硫酸铜、酒石酸钾钠、乙酸锌、冰乙酸、亚铁氰化钾、乙醇、邻苯二甲酸氢钾、丙酮 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;亚甲蓝、甲基红 分析纯,天津市化学试剂研究所有限公司;氢氧化钠 分析纯,西陇科学股份有限公司;甲醛 分析纯,湖北奥生新材料科技有限公司;酚酞 分析纯,天津市北辰方正试剂厂;葡萄糖 分析纯,天津市恒兴化学试剂制造有限公司;实验所用水 均为超纯水;其他实验试剂 均为分析纯。

0～200 mm游标卡尺 上海九量五金工具有限公司;LGJ-25C冷冻干燥机 北京四环科学仪器厂;CT3质构分析仪 Brookfield工程实验室公司;WZB 45数显折光仪 上海仪电物理光学仪器有限公司;JE502分析天平(感量0.001 g) 上海浦春计量仪器有限公司;JYL C020E料理机 九阳股份有限公司;PHS-3C型pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司;DHG-9053A电热恒温鼓风干燥箱 上海精宏实验设备厂;AP-01P真空抽虑泵 天津奥特赛恩斯仪器有限公司;7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪、7683B自动进样器、NIST08谱库 美国Agilent 公司;50/30 μm CNW固相萃取仪 德国CNW公司;DL-1电子万用炉 北京市永光明医疗仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鲜辣椒外观品质指标的测定 辣椒表面性状、果实颜色、果肩性状和果尖性状等质量性状通过目测观察进行判定。果长用直尺进行测定,果宽、果肉厚度和果柄宽度用游标卡尺测量,单果重用电子天平测定。果形指数为果实纵径和横径的比值。游标卡尺测得辣椒果实横径最大处的宽度为该果实的果宽,果实横径最大处的果肉厚度为该果实的果肉厚度。每个品种分别取长势均匀的10个果实进行测定。果实含水量采用干燥烘干法,然后测其干重,并计算得出每个品种的果实含水量[12]。

果腔大小的计算公式如下:

1.2.2 色泽的测定 采用CIE-L*a*b*色度系统进行辣椒果皮颜色测定[13]。其中,L*值越大,辣椒颜色越亮;a*、b*值分别代表辣椒红绿度和黄蓝度,正a*值表示红色,a*值越大,辣椒越红;正b*值表示黄色;b*值越大,辣椒越黄。每个样品重复测定6次,取其平均值。

1.2.3 鲜辣椒的质构分析 TPA模式探头:TA9;测试条件:测试前速度为1 mm/s,测试速度为0.5 mm/s,测试后速度0.5 mm/s,测试距离为2 mm。每个样品重复6次,取平均值。

1.2.4 辣椒内在品质指标的测定

1.2.4.1 还原糖含量测定 参照GB 5009.7-2016[14]《食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》中的直接滴定法进行测定,每组实验平行测定3次,取其平均值。

1.2.4.2 蔗糖含量测定 参照GB 5009.8-2016[15]《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》中的直接滴定法进行测定,每组实验平行测定3次,取其平均值。

1.2.4.3 总糖含量测定 参照GB 5009.7-2016[14]和GB 5009.8-2016[15]中的直接滴定法,可溶性总糖含量为还原糖和蔗糖之和。

1.2.4.4 总酸含量测定 参照GB/T 12456-2008[16]《食品中总酸的测定》中的pH电位滴定法进行测定,每组实验平行测定3次,取其平均值。

1.2.4.5 可溶性固形物含量测定 将20 g辣椒打成浆状,用四层干净纱布过滤出滤液,弃去最初几滴,收集滤液用数显折光仪测定,每组实验平行测定3次,取其平均值。

1.2.4.6 固酸比测定 固酸比为可溶性固形物与总酸含量的比值。

1.2.4.7 氨基酸态氮含量测定 参照GB 5009.235-2016[17]《食品安全国家标准 食品中氨基酸态氮的测定》中的甲醛滴定法进行测定,每组实验平行测定3次,取其平均值。

1.3 数据处理

应用Excel 2016和SPSS 20.0对数据进行统计分析。采用Pearson分析方法进行相关性分析;采用系统聚类法进行聚类分析等。

2 结果与分析

2.1 新鲜辣椒果实性状的观察结果

果皮表面、果实颜色、果肩性状和果尖性状等果实性状的观察结果如表1所示。3个辣椒株系中果皮表面性状有光滑和皱沟两种;果实颜色有鲜红、绿色和深红色3种;果肩性状有圆肩和平肩两种,其中以圆肩品种为主;辣椒果尖性状都呈现凸起状态。

表1 3个不同株系辣椒果实性状的观察结果Table 1 Results of observation on fruit characters of pepper in three different strains

2.2 辣椒品质的测定

3个不同辣椒株系的品质指标果形指数、果肉厚度、果腔大小、L*值、a*值、b*值、硬度、咀嚼性、内聚性、弹性、胶着性、还原糖、蔗糖、总糖、总酸、可溶性固形物、固酸比、氨基酸态氮的指标测定结果见表2。

表2 3个不同株系辣椒的品质指标Table 2 Quality indexes of pepper from three different strains

由表2可知,不同株系的新鲜辣椒在品质方面均存在不同程度的变异现象。辣椒的果皮指标(果形指数、果肉厚度及果腔大小)测定,发现线椒果形指数较大、朝天椒果肉较厚、陶岭三味辣椒果腔较大。不同辣椒株系其亮度差别较大(p<0.05),亮度较大的株系为线椒,亮度较小的是陶岭三味辣椒。朝天椒和陶岭三味辣椒颜色都偏向黄红色,线椒呈黄绿色,且b*值的变异系数34.18%明显小于a*值的变异系数120.55%,变异系数不同表明不同品种的辣椒感官品质差异较大。因此3个辣椒株系呈色的差异性主要取决于a*值。

由3个辣椒的硬度、咀嚼性、内聚性、弹性、胶着性可以看出,朝天椒中的硬度、咀嚼性、弹性、胶着性都较大,陶岭三味辣椒的内聚性较大。由5个指标的变异系数可知,咀嚼性值的变异系数(50.97%)明显大于硬度、内聚性、弹性、胶着性值的变异系数(27.93%、26.39%、30.25%、22.89%)。因此3个辣椒株系物性的差异性主要取决于咀嚼性值。

由表可知,还原糖、总糖在陶岭三味辣椒中含量较高,蔗糖在线椒中含量较高。可溶性固形物和总酸对辣椒加工具有重要影响,固酸比值较高的株系更适合加工。在这3个辣椒株系中,可溶性固形物含量的变幅分布在5.00～9.77 °Brix之间,总酸含量变幅分布在4.46～12.59 g/mL之间,固酸比较高株系为线椒和陶岭三味辣椒,氨基酸态氮在线椒中含量较高。

2.3 辣椒品质性状相关性分析

不同辣椒株系品质指标之间的相关性分析结果见表3。从表3可以看出,果形指数与L*值、b*值、氨基酸态氮在0.01水平上呈显著正相关,与内聚性、还原糖、总糖在0.01水平上呈显著负相关;可溶性固形物与L*值、弹性、还原糖、总糖、总酸在0.01水平上呈显著正相关,与蔗糖在0.01水平上呈显著负相关。固酸比与咀嚼性、弹性、胶着性、总酸在0.01水平上呈显著负相关。Wang A L等[18]为探讨辣椒品种主要性状与产量的相关性和重要性,分析了16种湖南辣椒产量与主要性状的通径系数及其相关关系。结果表明,湖南主要辣椒品种遗传变异丰富,育种价值高,果实产量与果宽、单株鲜重、单株果数呈显著正相关,各农艺性状的相对贡献较大。

表3 3个不同株系辣椒品质指标间的相关性分析Table 3 Correlation analysis of pepper quality indicators of three different strains

2.4 辣椒品质的主成分分析

将3个辣椒株系的18项指标用于主成分分析,由表4、表5和图1可知,前3个主成分的特征值>1,即前3个主成分对解释变量的贡献率最大,累计方差贡献率达到91.870%,可以代表原始数据的大部分信息。第1主成分包含了原来信息量的54.274%,与果肉厚度、果腔大小、蔗糖、固酸比呈负相关，与其余14个指标呈正相关;第2主成分包含了原来信息量的31.574%,与b*值、氨基酸态氮、L*值、果形指数、硬度呈很大正相关,与果肉厚度、总糖含量呈较大负相关;第3主成分包含了原来信息量的6.022%,与果肉厚度呈正相关。Qing L I[19]等对采集的47个辣椒品种的16个性状指标进行了相关性和主成分分析,前7个主成分特征值的累积贡献率达到85%以上,这些主成分的值代表了16个性状指标的遗传特征,代表了辣椒品种的综合指标。

表4 辣椒品质主成分的方差贡献率Table 4 Variance contribution rate of principal components of pepper quality

表5 辣椒品质指标的主成分得分系数矩阵Table 5 Main component score coefficient matrix of pepper quality index

图1 主成分分析碎石图Fig.1 Screen plot of PCA

表5主成分得分系数矩阵还列出了3个特征根对应的特征向量,即各主要成分解析表达式中的标准化变量的系数向量。故各主要成分解析表达式分别为:

F1=0.006Z果形指数-0.113Z果肉厚度-0.040Z果腔大小+0.028ZL*+0.098Za*+0.066Zb*+0.078Z硬度+0.140Z咀嚼性+0.041Z内聚性+0.100Z弹性+0.163Z胶着性+0.059Z还原糖-0.130Z蔗糖+0.051Z总糖+0.120Z总酸+0.090Z可溶性固形物-0.121Z固酸比+0.077Z氨基酸态氮

F2=0.139Z果形指数-0.130Z果肉厚度-0.013Z果腔大小+0.171ZL*-0.038Za*+0.189Zb*+0.132Z硬度+0.055Z咀嚼性-0.071Z内聚性-0.017Z弹性+0.104Z胶着性-0.090Z还原糖-0.051Z蔗糖-0.099Z总糖+0.014Z总酸-0.045Z可溶性固形物-0.054Z固酸比+0.197Z氨基酸态氮

F3=0.020Z果形指数+0.741Z果肉厚度-0.334Z果腔大小-0.118ZL*-0.050Za*-0.129Zb*+0.071Z硬度-0.075Z咀嚼性-0.199Z内聚性+0.040Z弹性-0.183Z胶着性+0.041Z还原糖+0.150Z蔗糖+0.056Z总糖-0.007Z总酸+0.014Z可溶性固形物-0.020Z固酸比-0.173Z氨基酸态氮

以每个主成分的贡献率为权重对主成分得分进行加权平均,即:H=(54.274F1+31.574F2+6.022F3)/91.870,求得主成分综合得分如表6,根据主成分综合得分,辣椒株系排名依次为朝天椒、线椒和陶岭三味辣椒。

表6 3个辣椒株系的主成分因子得分Table 6 Principal component factor scores of three pepper strains

2.5 辣椒株系的聚类分析

依据3种辣椒中18项品质指标测定结果,采用SPSS 20.0对3种辣椒的指标进行快速聚类分析,结果如图2所示。参照主成分分析和聚类分析的结果,考虑以10为指标类别划分距离,将18项指标聚为2类。第1类为果形指数、果肉厚度、果腔大小、L*值、a*值、b*值、咀嚼性、内聚性、弹性、胶着性、还原糖、蔗糖、总糖、总酸、可溶性固形物、固酸比和氨基酸态氮;第2类为硬度。Nie C等[20]对57个辣椒品种的12个性状指标进行了聚类分析,并对6个数量性状进行了主成分分析,为辣椒资源分类和亲本选择提供了依据。

图2 18项指标的聚类分析Fig.2 Cluster analysis of 18 indicators

2.6 指标的筛选

根据主成分分析和聚类分析的结果,果形指数、果肉厚度、果腔大小、L*值、a*值、b*值、咀嚼性、内聚性、弹性、胶着性、还原糖、蔗糖、总糖、总酸、可溶性固形物、固酸比、氨基酸态氮为一个相似水平类,颜色L*和氨基酸态氮更能表现辣椒的加工特性;硬度单独作为一个水平类,可代表理化与营养指标。最终筛选出颜色L*、氨基酸态氮和硬度指标作为辣椒综合品质的评价指标。

3 结论

通过主成分分析和聚类分析,得出各辣椒综合得分从高到低依次为朝天椒、线椒和陶岭三味辣椒。其中,聚类分析将18项品质指标聚为2类,通过对辣椒重要指标的科学检测和数据统计分析,使辣椒品质的评价更为直观,这对于优良株系的推广和研究具有重要意义。