博辣天劍朝天椒、皺線1號線椒和陶嶺三味辣椒株系的品質分析及評價

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(1.湖南大學研究生院隆平分院,湖南長沙 410125;2.湖南省農業科學院農產品加工研究所,湖南長沙 410125;3.果蔬貯藏加工與質量安全湖南省重點實驗室,湖南長沙 410125；4.果蔬加工與質量安全國際聯合實驗室,湖南長沙 410125;5.長沙市德群食品有限公司,湖南長沙 410125)

辣椒(CapsicumannuumL.)是茄科辣椒屬植物,在國內外廣泛種植和食用。辣椒在我國是僅次于大白菜的第二大蔬菜作物,我國已成為全球最大的辣椒生產、消費和出口國,約占全球生產總量的50%[1]。辣椒一經傳入湖南,就一直是湖南最主要的蔬菜作物,種植面積大,品種資源多,各種辣椒制品豐富[2]。

辣椒是人們日常生活中的一類重要調味品和蔬菜[3-4]。其中,剁辣椒是南方一種頗具特色的傳統食品和調味品,它既保留了新鮮辣椒原有的脆度、色澤、辣味,又具有發酵辣椒制品特有的風味、香氣和保健作用[5]。發酵辣椒是利用天然附著在辣椒表面的微生物(主要是乳酸菌)進行發酵,通過食鹽的高滲透作用抑制其大部分雜菌的生長,經發酵而制成[6]。

但是,辣椒經剁碎后,加入食鹽使辣椒部分脫水的同時,部分細胞組織破裂,造成細胞汁液滲透外溢,直至細胞內外滲透壓達到平衡;同時,食鹽溶液可使微生物細胞脫水,造成微生物休眠、假死、甚至死亡[7]。光照可造成發酵剁辣椒變色、變味和VC損失等[8-9]。剁辣椒儲存期間若密封不嚴,因空氣的存在,容易發生氧化、褐變等化學反應,使發酵剁辣椒制品顏色變深,降低剁辣椒制品品質[10]。

本研究在湖南省采集了3個辣椒株系,旨在通過對3個辣椒株系熟果的品質分析，包括果形指數、果肉厚度、果腔大小、色度(L*值、a*值、b*值)、物性指標(硬度、咀嚼性、內聚性、彈性、膠著性)、還原糖、蔗糖、總糖、總酸、可溶性固形物、固酸比、氨基酸態氮,找出不同辣椒株系間的品質差異性,并幫助篩選出綜合品質較好的辣椒株系,為辣椒的深加工利用提供理論基礎，為辣椒加工企業創造和培育有知名度的大品牌提供幫助,使我國辣椒產業健康、穩定、可持續發展[11]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

博辣天劍朝天椒、博辣皺線1號線椒 湖南省農業科學院高橋基地;陶嶺三味辣椒 湖南新田縣;鹽酸、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、乙醇、鄰苯二甲酸氫鉀、丙酮 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;亞甲藍、甲基紅 分析純,天津市化學試劑研究所有限公司;氫氧化鈉 分析純,西隴科學股份有限公司;甲醛 分析純,湖北奧生新材料科技有限公司;酚酞 分析純,天津市北辰方正試劑廠;葡萄糖 分析純,天津市恒興化學試劑制造有限公司;實驗所用水 均為超純水;其他實驗試劑 均為分析純。

0～200 mm游標卡尺 上海九量五金工具有限公司;LGJ-25C冷凍干燥機 北京四環科學儀器廠;CT3質構分析儀 Brookfield工程實驗室公司;WZB 45數顯折光儀 上海儀電物理光學儀器有限公司;JE502分析天平(感量0.001 g) 上海浦春計量儀器有限公司;JYL C020E料理機 九陽股份有限公司;PHS-3C型pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司;DHG-9053A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備廠;AP-01P真空抽慮泵 天津奧特賽恩斯儀器有限公司;7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀、7683B自動進樣器、NIST08譜庫 美國Agilent 公司;50/30 μm CNW固相萃取儀 德國CNW公司;DL-1電子萬用爐 北京市永光明醫療儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鮮辣椒外觀品質指標的測定 辣椒表面性狀、果實顏色、果肩性狀和果尖性狀等質量性狀通過目測觀察進行判定。果長用直尺進行測定,果寬、果肉厚度和果柄寬度用游標卡尺測量,單果重用電子天平測定。果形指數為果實縱徑和橫徑的比值。游標卡尺測得辣椒果實橫徑最大處的寬度為該果實的果寬,果實橫徑最大處的果肉厚度為該果實的果肉厚度。每個品種分別取長勢均勻的10個果實進行測定。果實含水量采用干燥烘干法,然后測其干重,并計算得出每個品種的果實含水量[12]。

果腔大小的計算公式如下:

1.2.2 色澤的測定 采用CIE-L*a*b*色度系統進行辣椒果皮顏色測定[13]。其中,L*值越大,辣椒顏色越亮;a*、b*值分別代表辣椒紅綠度和黃藍度,正a*值表示紅色,a*值越大,辣椒越紅;正b*值表示黃色;b*值越大,辣椒越黃。每個樣品重復測定6次,取其平均值。

1.2.3 鮮辣椒的質構分析 TPA模式探頭:TA9;測試條件:測試前速度為1 mm/s,測試速度為0.5 mm/s,測試后速度0.5 mm/s,測試距離為2 mm。每個樣品重復6次,取平均值。

1.2.4 辣椒內在品質指標的測定

1.2.4.1 還原糖含量測定 參照GB 5009.7-2016[14]《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》中的直接滴定法進行測定,每組實驗平行測定3次,取其平均值。

1.2.4.2 蔗糖含量測定 參照GB 5009.8-2016[15]《食品安全國家標準 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》中的直接滴定法進行測定,每組實驗平行測定3次,取其平均值。

1.2.4.3 總糖含量測定 參照GB 5009.7-2016[14]和GB 5009.8-2016[15]中的直接滴定法,可溶性總糖含量為還原糖和蔗糖之和。

1.2.4.4 總酸含量測定 參照GB/T 12456-2008[16]《食品中總酸的測定》中的pH電位滴定法進行測定,每組實驗平行測定3次,取其平均值。

1.2.4.5 可溶性固形物含量測定 將20 g辣椒打成漿狀,用四層干凈紗布過濾出濾液,棄去最初幾滴,收集濾液用數顯折光儀測定,每組實驗平行測定3次,取其平均值。

1.2.4.6 固酸比測定 固酸比為可溶性固形物與總酸含量的比值。

1.2.4.7 氨基酸態氮含量測定 參照GB 5009.235-2016[17]《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》中的甲醛滴定法進行測定,每組實驗平行測定3次,取其平均值。

1.3 數據處理

應用Excel 2016和SPSS 20.0對數據進行統計分析。采用Pearson分析方法進行相關性分析;采用系統聚類法進行聚類分析等。

2 結果與分析

2.1 新鮮辣椒果實性狀的觀察結果

果皮表面、果實顏色、果肩性狀和果尖性狀等果實性狀的觀察結果如表1所示。3個辣椒株系中果皮表面性狀有光滑和皺溝兩種;果實顏色有鮮紅、綠色和深紅色3種;果肩性狀有圓肩和平肩兩種,其中以圓肩品種為主;辣椒果尖性狀都呈現凸起狀態。

表1 3個不同株系辣椒果實性狀的觀察結果Table 1 Results of observation on fruit characters of pepper in three different strains

2.2 辣椒品質的測定

3個不同辣椒株系的品質指標果形指數、果肉厚度、果腔大小、L*值、a*值、b*值、硬度、咀嚼性、內聚性、彈性、膠著性、還原糖、蔗糖、總糖、總酸、可溶性固形物、固酸比、氨基酸態氮的指標測定結果見表2。

表2 3個不同株系辣椒的品質指標Table 2 Quality indexes of pepper from three different strains

由表2可知,不同株系的新鮮辣椒在品質方面均存在不同程度的變異現象。辣椒的果皮指標(果形指數、果肉厚度及果腔大小)測定,發現線椒果形指數較大、朝天椒果肉較厚、陶嶺三味辣椒果腔較大。不同辣椒株系其亮度差別較大(p<0.05),亮度較大的株系為線椒,亮度較小的是陶嶺三味辣椒。朝天椒和陶嶺三味辣椒顏色都偏向黃紅色,線椒呈黃綠色,且b*值的變異系數34.18%明顯小于a*值的變異系數120.55%,變異系數不同表明不同品種的辣椒感官品質差異較大。因此3個辣椒株系呈色的差異性主要取決于a*值。

由3個辣椒的硬度、咀嚼性、內聚性、彈性、膠著性可以看出,朝天椒中的硬度、咀嚼性、彈性、膠著性都較大,陶嶺三味辣椒的內聚性較大。由5個指標的變異系數可知,咀嚼性值的變異系數(50.97%)明顯大于硬度、內聚性、彈性、膠著性值的變異系數(27.93%、26.39%、30.25%、22.89%)。因此3個辣椒株系物性的差異性主要取決于咀嚼性值。

由表可知,還原糖、總糖在陶嶺三味辣椒中含量較高,蔗糖在線椒中含量較高。可溶性固形物和總酸對辣椒加工具有重要影響,固酸比值較高的株系更適合加工。在這3個辣椒株系中,可溶性固形物含量的變幅分布在5.00～9.77 °Brix之間,總酸含量變幅分布在4.46～12.59 g/mL之間,固酸比較高株系為線椒和陶嶺三味辣椒,氨基酸態氮在線椒中含量較高。

2.3 辣椒品質性狀相關性分析

不同辣椒株系品質指標之間的相關性分析結果見表3。從表3可以看出,果形指數與L*值、b*值、氨基酸態氮在0.01水平上呈顯著正相關,與內聚性、還原糖、總糖在0.01水平上呈顯著負相關;可溶性固形物與L*值、彈性、還原糖、總糖、總酸在0.01水平上呈顯著正相關,與蔗糖在0.01水平上呈顯著負相關。固酸比與咀嚼性、彈性、膠著性、總酸在0.01水平上呈顯著負相關。Wang A L等[18]為探討辣椒品種主要性狀與產量的相關性和重要性,分析了16種湖南辣椒產量與主要性狀的通徑系數及其相關關系。結果表明,湖南主要辣椒品種遺傳變異豐富,育種價值高,果實產量與果寬、單株鮮重、單株果數呈顯著正相關,各農藝性狀的相對貢獻較大。

表3 3個不同株系辣椒品質指標間的相關性分析Table 3 Correlation analysis of pepper quality indicators of three different strains

2.4 辣椒品質的主成分分析

將3個辣椒株系的18項指標用于主成分分析,由表4、表5和圖1可知,前3個主成分的特征值>1,即前3個主成分對解釋變量的貢獻率最大,累計方差貢獻率達到91.870%,可以代表原始數據的大部分信息。第1主成分包含了原來信息量的54.274%,與果肉厚度、果腔大小、蔗糖、固酸比呈負相關，與其余14個指標呈正相關;第2主成分包含了原來信息量的31.574%,與b*值、氨基酸態氮、L*值、果形指數、硬度呈很大正相關,與果肉厚度、總糖含量呈較大負相關;第3主成分包含了原來信息量的6.022%,與果肉厚度呈正相關。Qing L I[19]等對采集的47個辣椒品種的16個性狀指標進行了相關性和主成分分析,前7個主成分特征值的累積貢獻率達到85%以上,這些主成分的值代表了16個性狀指標的遺傳特征,代表了辣椒品種的綜合指標。

表4 辣椒品質主成分的方差貢獻率Table 4 Variance contribution rate of principal components of pepper quality

表5 辣椒品質指標的主成分得分系數矩陣Table 5 Main component score coefficient matrix of pepper quality index

圖1 主成分分析碎石圖Fig.1 Screen plot of PCA

表5主成分得分系數矩陣還列出了3個特征根對應的特征向量,即各主要成分解析表達式中的標準化變量的系數向量。故各主要成分解析表達式分別為:

F1=0.006Z果形指數-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內聚性+0.100Z彈性+0.163Z膠著性+0.059Z還原糖-0.130Z蔗糖+0.051Z總糖+0.120Z總酸+0.090Z可溶性固形物-0.121Z固酸比+0.077Z氨基酸態氮

F2=0.139Z果形指數-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內聚性-0.017Z彈性+0.104Z膠著性-0.090Z還原糖-0.051Z蔗糖-0.099Z總糖+0.014Z總酸-0.045Z可溶性固形物-0.054Z固酸比+0.197Z氨基酸態氮

F3=0.020Z果形指數+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內聚性+0.040Z彈性-0.183Z膠著性+0.041Z還原糖+0.150Z蔗糖+0.056Z總糖-0.007Z總酸+0.014Z可溶性固形物-0.020Z固酸比-0.173Z氨基酸態氮

以每個主成分的貢獻率為權重對主成分得分進行加權平均,即:H=(54.274F1+31.574F2+6.022F3)/91.870,求得主成分綜合得分如表6,根據主成分綜合得分,辣椒株系排名依次為朝天椒、線椒和陶嶺三味辣椒。

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

2.5 辣椒株系的聚類分析

依據3種辣椒中18項品質指標測定結果,采用SPSS 20.0對3種辣椒的指標進行快速聚類分析,結果如圖2所示。參照主成分分析和聚類分析的結果,考慮以10為指標類別劃分距離,將18項指標聚為2類。第1類為果形指數、果肉厚度、果腔大小、L*值、a*值、b*值、咀嚼性、內聚性、彈性、膠著性、還原糖、蔗糖、總糖、總酸、可溶性固形物、固酸比和氨基酸態氮;第2類為硬度。Nie C等[20]對57個辣椒品種的12個性狀指標進行了聚類分析,并對6個數量性狀進行了主成分分析,為辣椒資源分類和親本選擇提供了依據。

圖2 18項指標的聚類分析Fig.2 Cluster analysis of 18 indicators

2.6 指標的篩選

根據主成分分析和聚類分析的結果,果形指數、果肉厚度、果腔大小、L*值、a*值、b*值、咀嚼性、內聚性、彈性、膠著性、還原糖、蔗糖、總糖、總酸、可溶性固形物、固酸比、氨基酸態氮為一個相似水平類,顏色L*和氨基酸態氮更能表現辣椒的加工特性;硬度單獨作為一個水平類,可代表理化與營養指標。最終篩選出顏色L*、氨基酸態氮和硬度指標作為辣椒綜合品質的評價指標。

3 結論

通過主成分分析和聚類分析,得出各辣椒綜合得分從高到低依次為朝天椒、線椒和陶嶺三味辣椒。其中,聚類分析將18項品質指標聚為2類,通過對辣椒重要指標的科學檢測和數據統計分析,使辣椒品質的評價更為直觀,這對于優良株系的推廣和研究具有重要意義。