不同產地和品種辣椒的特性差異分析

彭粲，黃鈞，黃家全，陳海風，楊夢露，周榮清*

（1.四川大學輕工科學與工程學院,四川成都610065；2.四川省郫縣豆瓣股份有限公司,四川成都611732）

我國辣椒種植面積超過133萬公頃，約占全球的35%，年產值愈700億元，是我國最大的蔬菜產業[1]。辣椒根據用途分為鮮食和加工兩個類型，前者主要是柿子椒和牛角椒，后者主要是朝天椒和線條辣椒[2]。線條辣椒是豆瓣發酵的主要原料，傳統工藝選用四川、貴州等地的二荊條辣椒。隨著火鍋等產業的迅速發展，二荊條辣椒供需不平衡，使得美國紅類辣椒也被用于火鍋豆瓣和紅油豆瓣的發酵。目前，加工企業選購的辣椒品種多、來源廣，品質參差不齊，對辣椒的品種和產地的選擇性差影響了郫縣豆瓣的標準化和工業化生產。

辣椒原料的辣椒紅素、揮發性成分以及辣椒素與豆瓣的色澤、香氣、辣味密切相關[3]。目前的研究發現這些組分與辣椒品種、種植產地的光照、降雨量、氣溫和海拔等因素密切相關[4-7]，王雪雅等[6]揭示了貴州不同品種辣椒的品質和揮發性組分的差異；李莎等[5]發現四川不同產地辣椒的辣椒素和維生素C受環境影響顯著。不同辣椒的發酵制品的品質也具有一定的差異性，王雪梅等[8]發現不同產地二荊條鮮辣椒發酵的郫縣豆瓣的色價、辣度和揮發性成分差異顯著；葉子等[9]討論了不同小米椒的品質特性差異。目前對用于豆瓣加工的辣椒原料的特性研究較少，因此本研究以豆瓣生產常用不同品種、產地的傳統二荊條類辣椒原料以及新興的美國紅類辣椒原料為對象，采用高效液相色譜、氣相質譜聯用和光譜等多相檢測技術分析其辣椒紅素、辣椒素和揮發性成分的差異，為豆瓣醬的生產探尋更具適應性、更廣泛的原料源。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

線條辣椒（Capsicum annuum L.）：二荊條類的貴州黔西二荊條和貴州新種二荊條以及美國紅類的甘肅美國紅、內蒙古美國紅、內蒙古金塔、內蒙古北京紅和內蒙古千斤紅均由四川省郫縣豆瓣股份有限公司提供；二荊條類的四川劍閣二荊條由成都市旺豐食品有限公司提供，且均在2019年提供。

辣椒素標準品（≥98.0%）、二氫辣椒素標準品（≥97.0%）、辛酸甲酯（≥95%）：美國 Sigma公司；辣椒紅素標準品（≥95%）：法國Extrasynthese公司。以上試劑均為色譜純。

1.2 儀器與設備

Trace 1300-TSQ 9000氣相色譜-質譜聯用儀（gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS）、DVB/CAR/PDM固相微萃取頭：美國Bellefonte公司；1260 infinity高效液相色譜儀：美國Agilent公司；TU-1901紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 辣椒素類物質及辣度的表示方法

采用GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素類物質測定及辣度表示方法》檢測辣椒素類物質。

1.3.2 辣椒紅素的檢測

參考韓曉嵐等[10]方法，稍作修改。標樣經260 nm～800 nm紫外掃描，確定460 nm是最大吸收峰。去蒂和去籽后，鮮辣椒60℃烘至恒重，粉碎過40目篩后備用。準確稱取0.5g樣品置于50mL離心管中，加入10mL丙酮溶液，35℃超聲輔助提取25 min，3 500 r/min離心10 min后收集上清液到100 mL容量瓶，重復上述操作至色素提取完全，定容至100 mL后，460 nm檢測吸光值。

1.3.3 揮發性物質的測定

參考Zheng等[11]方法，稍作修改。稱取2.000 g樣品置于15 mL萃取瓶中，加入20 μL內標后，放入60℃水浴中預平衡15 min，插入萃取頭萃取50 min后，取出插入GC-MS進樣口解吸5 min后檢測。

進樣口溫度為270℃，升溫程序：40℃，保持5 min，以4℃/min升至100℃，然后6℃/min升至230℃，保持10 min。載氣為高純氦，流速為1 mL/min，不分流模式。質譜離子源傳輸管的溫度分別是300℃和250℃；電離方式為EI，電子能量70 eV，質量掃描范圍35 amu～400 amu。通過將質譜與NIST05譜庫數據庫中的質譜進行比較來鑒定每種揮發性化合物。根據它們的相似性（＞800）來記錄化合物。通過GC-MS總離子色譜圖上與內標的峰面積比計算某些揮發物的相對量。

1.4 數據處理

數據以平均數±標準偏差的形式表示（n=3）。本研究采用Origin 9.0為作圖軟件。使用SPSS 24.0軟件單因素方差分析中的Duncan’s功能進行顯著性分析（p＜0.05）。使用SIMCA 14.1對風味進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 結果與討論

2.1 產地對辣椒特性的影響

2.2.1 產地對理化性質的影響

四川和貴州是二荊條辣椒的主產地，內蒙古和甘肅是美國紅辣椒的主產地。主要理化指標的結果如表1所示。

表1 不同產地辣椒的基本理化指標Table 1 Basic physical and chemical indexes in peppers from different growing area

由表1可知，產地顯著影響辣椒紅素和辣椒素的含量。甘肅美國紅的辣椒紅素低于內蒙古美國紅，而辣椒素較高，與孫曉梅[12]的研究結果一致。豐富的光照促進了內蒙古辣椒的辣椒紅素的積累，而降水量過低不利于植株的生長，阻礙了辣椒素的合成。四川劍閣縣和貴州黔西縣的年均降雨量和日照時間差異不大，但其辣椒紅素和辣椒素含量差異顯著，可能是因為兩地土壤所含的磷、氮和鉀等微量元素的差異所致[12-13]。因此，土壤、光照強度和降水量均影響辣椒素和辣椒紅素[12-15]。此外，美國紅的辣椒紅素高于二荊條，而辣椒素的含量則相反。其辣度結果表明，二荊條高于美國紅，劍閣椒高于黔西椒。

2.1.2 產地對揮發性組分的影響

對主要產地辣椒的揮發性組分分析見圖1和表2。

表2 不同辣椒特征揮發性組分的百分比含量Table 2 Percentage content of characteristic volatile components in different peppers

續表2 不同辣椒特征揮發性組分的百分比含量Continue table 2 Percentage content of characteristic volatile components in different peppers

如圖1所示，產地對揮發性組分的組成及含量影響明顯。種植在內蒙古和甘肅的美國紅分別檢出了62種和 55種組分，含量分別是（25.44±6.57）μg/g和（93.67±20.92）μg/g。如表2所示，內蒙古美國紅的優勢組分有苯乙醛、棕櫚酸甲酯和β-紫羅蘭酮等12種成分（比例>2%）。甘肅美國紅有（V4）-長葉烯、4-乙烯基愈創木酚（4-vinylguaiacol，4-VG）等8種成分的比例超過2%，其中4-VG賦予其焦糖的芳香味，是發酵食品的重要呈香成分[16]，而（V4）-長葉烯是辣椒的特征組分[17]。

在二荊條品種中，劍閣椒和黔西椒分別檢出76種和 70種組分，含量分別是（47.62±4.69）μg/g和（56.04±2.40）μg/g。劍閣椒以烯烴類和酯類為優勢成分，分別占了13.99%和16.96%。然而，黔西椒是以反-2-壬烯醛和正己醇為代表的醇類和醛類為優勢成分，分別是17.51%和17.73%，其中反-2-壬烯醛與辣椒果實的成熟度有關[20]。而僅在劍閣椒中檢出了5種揮發性成分，β-雪松烯、β-紫羅蘭酮、柳酸甲酯和茴香腦的含量＞1%，其中β-雪松烯也是鲊二荊條的主要組分[16]。黔西椒中檢出了7種差異性組分，分別是2-己烯醛、反-2-壬烯醛、7，10-十六二烯醛、4-VG、苯乙醛、棕櫚酸甲酯和乙酸己酯。黔西椒中的乙酸己酯和劍閣椒中的β-紫羅蘭酮分別賦予其令人愉快的水果香氣和紫羅蘭香味[19]，因兩者的閾值較低，也是郫縣豆瓣醬的主要風味組分[20]。

根據香氣閾值[19，21-22]計算了不同揮發性物質的香氣活性值（odorant activity value，OAV）。兩個產地美國紅和二荊條主要呈香組分（OAV＞1）的熱圖分析，如圖2所示。

由圖2可知，辣椒的主要呈香物質均為己酸乙酯和（E，Z）-2，6-壬二烯醛。 聚類分析結果表明，內蒙古和甘肅美國紅因苯乙醛和β-石竹烯的貢獻度不同，而聚為不同簇。類似的，劍閣二荊條辣椒的β-紫羅蘭酮和2-戊基呋喃的貢獻度較高，而苯乙醛較低，故與貴州黔西二荊條聚為不同簇。綜上所述，產地對美國紅和二荊條辣椒的香味組分影響顯著。

圖2 不同產地辣椒香氣物質OAV熱圖Fig.2 OAV heat map of aroma substances in peppers from different growing areas

2.2 品種對辣椒特性的影響

2.2.1 品種對理化性質的影響

辣椒的特性不僅受種植產地的影響，而且辣椒品種間也同樣存在差異。不同品種辣椒的理化性質如表3所示。

表3 不同品種辣椒的基本理化指標Table 3 Basic physical and chemical indexes in different pepper varieties

同產地辣椒，內蒙古辣椒中美國紅的辣椒紅素含量為（66.843±0.977）g/kg，高于其他 3種辣椒，且另外3個品種的辣椒紅素差異較小。辣椒素的含量因品種差異顯著，與Morales-Soriano等[23]的結果一致。金塔和千斤紅的辣椒素含量高于其余2個品種辣椒，且辣度也較高。北京紅的二氫辣椒素含量低于檢測限。貴州黔西二荊條的辣椒素含量高于新種二荊條，而辣椒紅素含量則相反。目前研究表明，辣椒品種間辣椒素的含量和組成受合成顯性Pun1基因位點控制，辣椒素含量高的辣椒中，Pun1表達量越高[24]。此外，美國紅類辣椒的辣椒紅素均高于二荊條類辣椒。

2.2.2 品種對揮發性組分的影響

辣椒的揮發性組分也因品種不同而差異顯著，如表2和圖3所示。

圖3 不同品種辣椒揮發性組分對比Fig.3 Comparison of volatile components in different pepper varieties

內蒙古種植的4種辣椒的優勢組分差異顯著。如圖3a所示，北京紅和千斤紅的烯烴類分別占總揮發性的64.10%和72.40%，為主要優勢組分，與另兩種辣椒差異明顯。另一方面，北京紅的酯類為10.82%，比千斤紅的比例更高。另兩種辣椒中，美國紅以醇（23.66%）和酯（35.10%）為優勢組分，而金塔以烯烴（30.69%）和醇（26.25%）為優勢成分。并且，金塔的酮類為11.89%，相對更高。品種間揮發性組分的含量及組成也差異明顯。如表2和圖3b所示，美國紅中檢出了55種組分，含量為（25.67±6.57）μg/g，僅在美國紅中檢出的有棕櫚酸乙酯、9-惡唑環[6.1.0]壬-4-醇、10-十八烯酸甲酯等7種組分，棕櫚酸乙酯也是鹽漬辣椒的重要風味[16]。在內蒙西辣椒中，金塔中檢出了78種組分，含量為（33.39±7.07）μg/g，僅在其中檢出了愈創木酚和白菖醇。北京紅中檢出了 39種組分，含量為（36.31±7.90）μg/g，2-甲氧基-3-（2-甲基丙基）-吡嗪和乙酸己酯僅在其中檢出，其中乙酸己酯也是蘋果的主要香味組分[26]。千斤紅檢出了61種組分，含量是（98.55±22.10）μg/g，4-VG、β-雪松烯、2，3-二氫苯并呋喃和（V4）-長葉烯僅在此品種中檢出。

貴州的新種椒相對于黔西椒，增加了15種組分，但含量降低了10.54%，主要是烷烴類含量顯著降低，而烯烴、酯和酸類組分含量增高。如表2所示，僅在貴州黔西椒中檢出的6種組分中包括4-甲基戊基-2-甲基丁酸酯和己酸甲酯，己酸甲酯也是草莓的主要香氣成分[27]。然而，僅在貴州新種椒中檢出的有8種組分，（V4）-長葉烯、正十六酸等為優勢成分。

4種內蒙古辣椒和2種貴州辣椒中檢出香味組分（OAV>1）的OAV輪廓如圖4所示[21-22]。

圖4 香味物質輪廓圖Fig.4 Outline map of aroma substances

內蒙古的金塔、北京紅和千斤紅的風味輪廓類似，以 β-石竹烯、β-紫羅蘭酮和（E，Z）-2，6-壬二烯醛的花香和青草香味較為突出，千斤紅的香味最濃郁，且因愈創木酚、乙酸己酯、己醛含量的差異，使3個品種的風味輪廓略有不同。美國紅中的苯乙醛、己酸乙酯和2-戊基呋喃較為豐富而與其它3個品種的風味輪廓不同。（E，Z）-2，6-壬二烯醛和己酸乙酯是貴州的黔西二荊條和新種二荊條的共同呈香成分，具有淡雅的青香和濃郁的果香。黔西二荊條中苯乙醛和2-己烯醛含量更高，花香更濃郁[16]。貴州新種中2-戊基呋喃和β-紫羅蘭酮的濃度較高，青香和紫羅蘭花味更強[4]。上述研究結果表明，辣椒的風味特征雖有類似，但各組分的強度因品種差異而有所不同。

2.3 主成分分析

對不同辣椒樣品的辣椒紅素、辣椒素和香味組分進行主成分分析（PCA），結果如圖5所示。

圖5 基于辣椒特征組分和香味組分的主成分分析圖Fig.5 PCA diagram based on characteristic components and aroma components of pepper

美國紅類和二荊條類的主要差異在PC1上得到解釋，表現為β-石竹烯、β-紫羅蘭酮為代表的香味組分和辣椒紅素在美國紅類辣椒中相對豐富，而（Z）-2-庚烯醛等香味物質和辣椒素在二荊條類中較為顯著。內蒙古4種辣椒略有差異，而內蒙古與甘肅的美國紅則因4-VG、正己醇等香味組分在甘肅椒中含量較高，辣椒紅素顯著較低而明顯分開，表明產地對美國紅類辣椒的辣椒紅素和香味組分影響更為顯著。二荊條類辣椒，醛類物質在貴州新種二荊條中比在黔西椒中更為豐富，兩者差異顯著；而貴州黔西二荊條與四川劍閣二荊條則較為接近，但也因辣椒素的差異而有所不同。說明品種是影響二荊條辣椒的辣椒素和香味組分的主要因素。

3 結論

本研究對3種二荊條類辣椒和5種美國紅類辣椒的辣椒素、辣椒紅素及揮發性成分進行了分析，通過貴州黔西二荊條分別與四川劍閣二荊條和貴州新種二荊條、內蒙古美國紅分別與甘肅美國紅和內蒙古的金塔、北京紅、千斤紅比較了兩類辣椒產地和品種的差異。結果表明：辣椒的辣椒素、辣椒紅素和揮發性組分因產地和品種的不同差異顯著,主要香味組分均為己酸乙酯和（E，Z）-2，6-壬二烯醛，二荊條類的辣度整體相對較高，而美國紅類的色澤較好。此外，產地對美國紅類辣椒的辣椒紅素和香味組分影響更為顯著，而品種則是二荊條類的辣椒素和香味組分的主要影響因素。

綜上所述：二荊條類增辣更好，以四川劍閣二荊條最優；美國紅類增色更好，以內蒙古美國紅最好；而對風味的改善，則可以通過多種辣椒的復配實現。豆瓣企業可根據產品的適應性選擇合適的加工辣椒，獲得品質穩定的優良豆瓣。