新田不同株系“三味”辣椒的品質分析與加工特性評價

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(1.湖南大學研究生院隆平分院,湖南長沙 410125;2.南京炮兵學院,江蘇南京 211132;3.湖南省農業科學院農產品加工研究所,湖南長沙 410125;4.湖南省農業科學院蔬菜研究所,湖南長沙 410125)

辣椒是常用蔬菜和調味品[1]。辣椒是我國種植面積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%[2]。辣椒中含有豐富的辣椒紅素、辣椒素、維生素C、礦物質等,具有很高的營養價值和保健功能[3-4]。在我國由于產地的地理氣候不同形成了很多具有地方特色的優勢辣椒品種,這些地方品種辣椒香氣濃郁、營養成分含量高,是辣椒加工的優質原料[5]。湖南省永州市新田縣陶嶺鄉出產的一種辣椒,肉厚,鮮紅,透明,從外表可以看到里面的籽粒,具有辣、甜、香三種滋味,所以被稱作“三味”辣椒[6]。2015年,陶嶺“三味”辣椒成功申報為國家地理標志保護產品。2016年,榮獲“中國名優硒產品”稱號。

前人對辣椒進行了廣泛的研究,例如:周燾等[7]以23個常見辣椒資源為試材,對影響果實品質的9項指標進行了測定,利用灰色關聯度分析法進行優良干辣椒和優良鮮食辣椒的評估。肖春林等[8]系統研究其果實商品性狀、營養品質及風味物質的形成與變化,分析各品質因子間的相互關系,提出辣椒果實的最佳采收期,并對辣椒研究過程中取樣的方法及果實成熟度的確定進行了探討。付文婷等[9]以貴州的10個地方辣椒品種為材料,對6種營養成分含量進行測定和分析,并利用隸屬函數法對其營養品質指標進行綜合評價。Gruber等[10]研究云南9種青椒的生物活性成分(維生素C、類胡蘿卜素、總酚類、酚類、辣椒素),發現不同辣椒品種間生物活性物質含量差異顯著(P<0.05);Giuffrida等[11]發現不同辣椒品種胡蘿卜素含量和辣度存在顯著性差異(P<0.05)。近年來,“三味”辣椒品種出現不純,需要進行提純復壯的工作。本試驗針對品種提純過程中幾個比較好的優勢株系辣椒進行品質分析和加工特性評價,旨在為新田地方辣椒種質資源的品質性狀分析、辣椒種質資源的創新利用、新品種的選育奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮成熟“三味”辣椒N351、N361、N3111、N3117、N450 5個株系 由湖南省農業科學院蔬菜研究所鄭井元博士選育提供,挑選無蟲蛀、無霉變、無損傷、大小均一的辣椒作為本試驗材料;氫氧化鈉、酚酞、偏磷酸、鹽酸、蒽酮、無水乙醇、氯仿、草酸、維生素C、葡萄糖、2,6-二氯酚靛酚鹽、碳酸氫鈉、考馬斯亮藍G250、牛血清蛋白、濃硫酸、鹽酸 國藥集團化學試劑有限公司,以上試劑均為分析純;四氫呋喃、甲醇、乙腈 美國Honeywell公司;辣椒素 四川維克奇生物科技有限公司,以上試劑 均為色譜純。

0～25 mm螺旋測微儀 東莞市景有模具五金有限公司;Color Quest XE型全自動色度分析儀 美國HunterLab公司;CT3型質構分析儀 Brookfield工程實驗室公司;WZB 45型數顯折光儀 上海儀電物理光學儀器有限公司;JE502型分析天平(感量0.001 g)上海浦春計量儀器有限公司;JYLC020E型料理機 九陽股份有限公司;DHG-9053A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備廠;UV-1800型紫外可見分光光度計 島津儀器(蘇州)有限公司;超高效液相色譜 美國沃特世公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 農藝性狀的測定 選取成熟度相同的紅色新鮮果實,5個為一組,測定3組,取平均值。果長用直尺測量。單果質量用電子天平測定。果寬直徑用游標卡尺測量,游標卡尺測得辣椒果實橫徑最大處的直徑為該果實的果寬寬度。果實橫徑最大處的果肉厚度為該果實的果肉厚度。可食率是對去蒂可食部分和全果進行稱重,即可食率(%)=去蒂可食部分質量/全果質量×100。

1.2.2 色差的測定 本實驗采用Hunter Lab色度系統對辣椒果皮進行顏色測定,其中L*值越大,辣椒顏色越亮;a*值、b*值分別代表辣椒紅綠度和黃藍度,a*值越大,辣椒越紅;b*值越大,辣椒越黃[12]。每個樣品重復測5次,取其平均值。

1.2.3 質構測定 將單個辣椒放在質構儀載具上,采用TPA模式測定辣椒的硬度,測定參數:測試模式為TPA質構分析,測試目標為5 mm,探頭TA39,夾具TA-BT-KIT,觸發點負載5.0 g,測試速度2.00 mm/s。每次測定后用擦鏡紙將探頭和平臺擦拭干凈后,重復測試操作。每個株系重復10次取平均值,通過TPA軟件得到辣椒的硬度[13]。

1.2.4 辣椒營養品質的測定 水分測定參照GB 5009.3-2010《食品中水分的測定》,果實含水量(%)=(果實鮮重-果實干重)/果實鮮重×100；可溶性固形物含量采用數顯折光儀測定;維生素C含量的測定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定(GB 6195-86);可溶性總糖的測定采用蒽銅的比色法;可滴定酸的測定根據酸堿中和原理,用堿液滴定試液中的酸,以酚酞為指示劑確定滴定終點,按堿液的消耗量計算食品中的總酸含量;總酚含量的測定采用福林-酚法;可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍G250;辣椒素含量的測定參考GB/T 21266-2007方法加以改進,利用美國沃特世超高效液相色譜儀進行辣椒素的測定,檢測條件:色譜柱為ACQUITY UPLC BEH C181.7 μm 2.1 mm×50 mm Column,紫外檢測波長為280 nm,柱溫為30 ℃,流動相為乙腈∶水(V/V)=65∶35,流速為0.61 mL·min-1,進樣量為0.4 μm,運行時間1.68 min。

1.3 數據處理

本試驗除特殊說明以外,所有測定指標均重復3次,結果均為3次平行試驗的平均值±標準差。采用SPSS 22.0軟件完成均值統計和顯著性差異分析。

采用SPSS 22.0數據分析軟件,對不同株系三味辣椒進行主成分分析[14-15]。

綜合評價值F計算公式:

F=Σ[Fi×Wi],i=1,2…n

式中：F值為三味辣椒綜合評價值,Fi為三味辣椒第i個公因子的分值,Wi為三味辣椒第i個公因子的方差貢獻率,n為公因子的個數。

表1 不同株系“三味”辣椒的感官品質Table 1 Sensory quality of different strains of “Sanwei” pepper

注:同行標注不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。2 結果與分析

2.1 農藝性狀、色差和質構分析

對5個不同株系“三味”辣椒的農藝性狀、色差和質構進行分析,結果如表1所示,果長、單果質量、果實寬度、果肉厚度、可食率、硬度、L*值、a*值、b*值的平均值分別為(10.83±1.96) cm、(13.22±2.06) g、(22.02±2.00) mm、(2.77±0.19) mm、93.19%±1.79%、(1032.60±156.26) g、32.30±1.69、30.54±1.04、11.40±0.91。品質指標間變異系數不同,說明不同株系“三味”辣椒在品質上呈現不同程度的變化,其中果長、單果質量、硬度三個品質指標變異系數相對較大,分別為17.37%、14.93%、14.57%,果長和單果質量最大的株系均是N361,其次是N351。L*值、a*、可食率值三個感官品質指標變異系數相對較小,分別為5.03%、3.02%、1.83%。

從表1中可知,硬度最大的株系是N351,達到了(1285.00±17.02) g,給予發酵型辣椒良好的脆度口感[16-17],適合作為發酵型“三味”辣椒的原料。N361是5個株系中硬度最小的,為(853.67±6.02) g。

5個株系“三味”辣椒的Lab值變異系數很小,說明顏色十分相近。由表1中可知,N361的L*值最大,為35.01±0.24,表明其果實顏色最鮮亮,N450的顏色最暗,其L*值為29.90±0.10;正a*值表示紅色,a*值越大,辣椒越紅,a*值最大的是N361,為31.73±0.57,最小的株系是N450,為28.97±0.15;正b*值表示黃色,b*值越大,辣椒越黃,b*值最大的株系是N3111,為12.60±0.10,b*值最小的株系是N351,為10.57±0.21。

2.2 營養品質的分析

對5個株系“三味”辣椒的8項主要營養指標進行測定,結果如表2所示,水分含量、可溶性固形物含量、可溶性糖含量、可滴定酸含量、維生素C含量、可溶性蛋白質含量、總酚含量、辣椒素含量的平均值分別為82.07%±0.85%、8.69%±0.47%、33.35%±1.51%、3.37%±0.08%、(105.93±12.07) mg/100 g、0.84%±0.19%、(198.33±15.68) mg/100 g、(1.35±0.42) mg/100 g。變異系數在各營養指標之間有所差異,其中辣椒素含量、可溶性蛋白質含量、維生素C含量變異系數相對較大,分別為29.97%、21.70%、10.85%,可溶性固形物含量、可滴定酸含量、水分含量變異系數相對較小,分別為5.20%、1.78%、0.91%。

5個株系“三味”辣椒中水分含量最少的是株系N450,為80.68%±0.19%,其余4個株系無顯著差異(P>0.05)。水分含量對“三味”辣椒果實的貯藏品質有重要影響,水分含量過高,易受微生物侵染導致腐敗加快[18],其次不利于作為發酵型辣椒的原材料,容易在發酵的過程中出現分層,降低產品的品質[19]。

可溶性固形物是指液體或流體食品中所有溶解于水的化合物的總稱,包括糖、酸、維生素、礦物質等[20],N3111和N450之間無顯著性差異(P>0.05),其余3個株系表現出顯著性差異(P<0.05),N361的可溶性固形物的含量最高,為9.33%±0.06%,含量最低的株系是N3111,為8.14%±0.05%。

N3117和N450的可溶性糖含量之間無顯著性差異(P>0.05),但與其他3個株系有顯著性差異(P<0.05),含糖量最高的株系是N361,為35.44%±0.28%,其次是N351,含量為34.53%±0.22%。辣椒果實中糖分含量直接影響辣椒發酵過程中微生物菌群的變化,含糖量高的辣椒,有利于乳酸菌的快速生長,提高發酵辣椒的品質[21]。

可滴定酸含量是植物品質的重要構成性狀之一,是影響果實風味品質的重要因素,N361與其他4個株系之間無顯著性差異(P>0.05),N3111與N351、N3117、N450之間有顯著性差異(P<0.05),含量最高的株系是N3117,為3.43%±0.06%,最低的株系是N3111,含量為3.27%±0.06%。

N3111、N3117、N450的可溶性蛋白質含量之間無顯著性差異(P>0.05),但與其他2個株系有顯著性差異(P<0.05),可溶性蛋白質含量最高的株系是N351,高達1.12%±0.06%,含量是N361的2.04倍。蛋白質經微生物作用水解成氨基酸,是發酵“三味”辣椒呈味的主要風味指標[22]。

維生素C具有很好的抗氧化作用,含量最高的株系是N351,為(122.12±2.00) mg/100 g,其中N450含量最低,為(92.67±3.06) mg/100 g,N3111和N450之間無顯著性差異(P>0.05),與其他3個株系有顯著性差異(P<0.05)。

總酚含量最高的株系為N351,為(215.53±2.00) mg/100 g,最低的株系是N361,為(173.33±3.05) mg/100 g,N351和N3117總酚含量之間無顯著性差異(P>0.05),N3111和N450的總酚含量之間無顯著性差異(P>0.05),N361與其它4株系總酚含量之間有顯著性差異(P<0.05)。

表2 不同株系“三味”辣椒的營養品質Table 2 Nutritional quality of different strains of “Sanwei” pepper

注:同列標注不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

表3 “三味”辣椒品質指標的相關性Table 3 Relevance of quality index of “Sanwei” pepper

氧化損傷是導致許多慢性病,如心血管病、癌癥和衰老的重要原因,總酚的抗氧化功能可以對這些慢性病起到預防作用[23]。

本研究為探索不同地區板鴨的風味差異，通過對6種板鴨的肌苷酸和揮發性成分進行定性定量檢測，結合關鍵香氣成分的氣味活度值（odor activity value，OAV）、主成分分析（principal components analysis，PCA）和聚類分析（Cluster Analysis）方法進行綜合分析，找尋其關鍵風味物質，分析比較風味物質的差異性及其原因，為風味評價、改善板鴨加工工藝研究提供理論參考。

辣椒素是一種天然紅色素,是辣椒中含量最高的辣椒素類物質,辣椒中辣味的高低主要取決于辣椒素類物質含量的多少,辣椒素類物質可促進腎上腺分泌兒茶酚胺,具有抗菌、抗腫瘤和鎮痛作用[24],N3111和N450之間無顯著差異(P>0.05),其余3個株系有顯著性差異(P<0.05),辣椒素含量最高的株系是N3117,鮮重條件下達到了(1.81±0.06) mg/100 g,含量最低的株系是N361,為(0.62±0.02) mg/100 g,N3117中辣椒素含量是N361的2.91倍,因此N3117是5個株系中優質的制作干辣椒的原料[22]。

2.3 適用性檢驗

利用SPSS軟件計算各品質指標之間的相關性,如表3所示,相關性分析結果表明,各品質指標之間存在正相關也存在負相關,并且多數品質指標含量間的相關系數的絕對值大于0.5[25],證明各個品質指標之間有較強的相關性,可以應用主成分分析的方法來研究品質指標與株系間的關系。

2.4 不同株系“三味”辣椒品質的主成分分析

本研究對5個株系“三味”辣椒的17個品質指標進行主成分分析,結果如表4所示,提取出3個主成分,累積方差貢獻率達到92.389%,反映了絕大部分原始信息。因此,選取前3個主成分作為數據分析的有效成分。

表4 主成分的特征值和貢獻率Table 4 Characteristic value and contribution rate of principal components

由表5可知,第1個主成分方差貢獻率為51.061%,與果長、單果質量、果肉厚度、可食率、L*值、a*值、可溶性固形物含量和可溶性糖含量呈明顯正相關,對第1主成分貢獻最大的是L*值,載荷為0.952,與辣椒素呈明顯負相關,負載荷為-0.816;第2主成分方差貢獻率為28.458%,與硬度、可滴定酸、維生素C、可溶性蛋白質和總酚呈明顯正相關,對第2主成分貢獻最大的是硬度,載荷為0.928,與b*值呈明顯負相關,負載荷為-0.869;第3主成分方差貢獻率為12.871%,與果實寬度、水分和辣椒素呈明顯正相關,對第3主成分貢獻最大的是水分含量,載荷為0.797。

表5 主成分的載荷矩陣Table 5 Load matrix of principal component

2.5 綜合評價

為了消除不同單位和數據量綱的影響,需對各品質指標原始數據進行標準化處理[26]。用3個新的主成分來替代原來的17個指標進行分析,根據標準化后的各指標與因子載荷矩陣計算各主成分得分,得到前3個主成分的線性關系式分別為:

F1=0.307X1+0.316X2+0.168X3+0.289X4+…+0.186X14-0.138X15-0.159X16-0.277X17

F2=0.170X1+0.118X2-0.194X3-0.096X4+…+0.364X14+0.323X15+0.361X16+0.091X17

以3個主成分及以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重,計算主成分綜合模型:

F=0.553F1+0.308F2+0.139F3

在主成分分析的基礎上,根據綜合得分模型計算不同株系“三味”辣椒的綜合得分,結果如表6所示,第1、2、3主成分得分最高的株系分別是N361、N351、N3117,分別為1.50008、1.45219、1.53291,得分最低的株系是N450、N3111、N450,分別為-1.17244、-1.06445、-1.04190。綜合得分越高說明該品種的綜合品質越好,綜合品質排名前三的株系是N351、N361、N3117,分數分別是0.562、0.554、0.260,說明這三個株系的綜合品質相對其株系要好,得分最低的2個株系為N3111和N450,這兩個株系在將來選育中將是瀕臨淘汰的株系。

表6 綜合因子得分及排名Table 6 Score and ranking of comprehensive factor

3 結論

本研究通過對不同株系“三味”辣椒的農藝性狀、色差、質構和營養品質進行分析,發現株系N351在硬度、可溶性蛋白質含量、維生素C含量、總酚含量上有最大值,分別為(1285.00±17.02) g、1.12%±0.06%、(122.12±2.00) mg/100 g、(215.53±2.00) mg/100 g;株系N361在果長、單果質量、果實寬度、果肉厚度、可溶性固形物和可溶性糖含量上有最大值,分別為(13.26±0.34) cm、(15.94±0.58) g、(24.06±0.66) mm、(3.04±0.05) mm、(9.33%±0.06%)、(35.44%±0.28%);株系N3117在辣椒素含量上有最大值,為(1.81±0.06) mg/100 g。

主成分分析是利用降維的思想,在損失很少信息的前提下把多個指標轉化為幾個綜合指標,這幾個綜合指標稱為主成分[27]。每個主成分是原始變量的線性組合,且每個主成分之間不相關。劉莎莎等[28]研究了6個品種紅棗的香味物質,結果表明主成分分析結果與感官評價結果一致。陳杭君等[29]比較不同荔枝品種間的品質差異,篩選出較優的荔枝品種。王彥花等[30]對9個基地的茶油采用主成分分析法進行了優良度排序。胡悅等[31]通過主成分分析法綜合評價百合營養品質特征。Li等[32]對11個葡萄品種進行了分析,探討了鮮葡萄酚譜的品種差異。王慶東等[33]以14個花生品種秸稈為研究對象,使用主成分分析法進行營養綜合評價。丁璐等[34]應用多元統計分析,有效篩選雜交玉米種F1代的優勢種。

本試驗通過對17個品質指標進行主成分分析,從中提取了3個主成分,建立綜合評價模型計算各株系的綜合評價得分,5個株系綜合評價得分從高到低分別為N351>N361>N3117>N3111>N450,與品質分析具有一致性,因此主成分分析的方法可以有效地比較5個株系的綜合品質。

結合品質分析與主成分分析評價得分,研究結果表明:株系N351硬度大,可溶性糖含量高,可溶性蛋白質含量高,適合作為發酵型“三味”辣椒的原料;株系N361單果質量大,可溶性固形物含量高,適合鮮食;株系N3117辣椒素含量高,可以曬干制成干辣椒。