甘谷辣椒產地環境及產品品質分析與評價

陳靜茹，王曉巍,*，頡建明，馬彥霞，張玉鑫，陶興林，朱慧霞

1(甘肅農業大學 園藝學院，甘肅 蘭州，730070)2(甘肅省農業科學院蔬菜研究所，甘肅 蘭州，730070)

辣椒(CapsicumannuumL.)屬茄科一年生或多年生草本植物，是世界性重要蔬菜，也是十分重要的天然色素和工業原料。目前，我國辣椒播種面積穩定在210萬hm2以上，占全國蔬菜總面積的9.28%，是種植面積最大的蔬菜[1]。截至2020年底，甘肅省辣椒播種面積達5.3萬hm2，干制辣椒1.4萬hm2[2]，其中干制辣椒主產區之一的甘谷縣種植面積達0.23萬hm2，年產干椒超7 000 t[3]。

甘谷縣地處北緯34°31′～35°03′，屬溫帶大陸性季風氣候，太陽輻射資源豐富，光照條件極佳，晝夜溫差大，夏熱而無酷暑，冬冷而無嚴寒，雨量適中，具有種植干制辣椒得天獨厚的自然條件。甘谷縣被稱為“辣椒之鄉”，生產的辣椒以“色澤紅亮、肉厚油多、椒條碩長、皺紋均勻、味道濃郁鮮香”而雄踞同類產品之首，于2012年獲得國家地理標志證明商標認證[4]。近年來，隨著對“甘味”農產品的大力推廣，甘谷辣椒產業質量和效益得到不斷提升，干制辣椒逐漸發展成為當地助農增收的主導產業。

隨著經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高，營養健康問題和保健功能越來越受到人們的重視，辣椒由于富含脂肪、粗纖維、辣椒素、維生素、多糖等有效成分，具有頗高的營養價值和保健功能。干制辣椒營養品質評價研究亦成為當前研究熱點[5]。本研究將從甘谷辣椒產地環境、產品質量、產品品質及風味物質等方面開展系統研究，旨在為甘谷辣椒的品牌知名度和影響力拓展提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

檢測材料采自甘谷縣加工辣椒重點生產鄉鎮禮辛鎮、安遠鎮、磐安鎮、新興鎮4個鄉鎮。采集田間植株頭茬和二茬成熟的鮮辣椒混合樣為檢測樣本，樣品采集時采用GPS定位網格法取樣，每個鎮選3個村，每村選取具有代表性的樣品3份。參試樣品采于植株2～3層果，要求一致性較好，表面無損傷、無明顯病蟲危害。

1.2 儀器與設備

ISQ氣相色譜-質譜聯用儀，美國Thermo Fisher Scientific公司；UV-1780島津紫外可見光分光光度計，島津企業管理中國有限公司；恒溫搖床，上海科辰實驗設備有限公司；K110全自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器股份有限公司；101-0A電熱鼓風干燥箱，北京天地首和科技發展有限公司；AUY220型分析天平，上海圣科儀器設備有限公司；JA2003型電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；島津AA6880原子吸收儀，島津企業管理中國有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

辣椒鮮樣采摘后帶到當地辣椒加工企業，去除發霉、腐爛、綠熟的辣椒，清洗干凈剪去果柄，分組編號裝入托盤置于多功能熱泵干燥設備中，于70 ℃下恒溫烘干至恒重，再將干燥后的樣品粉碎成辣椒粉，采用聚乙烯自封袋密封包裝后置于4 ℃冰箱冷藏。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 產地環境指標

主要測定土壤養分和重金屬含量及水質指標，其中土壤養分指標測定pH、有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量，分別參照NY/T 1377—1007、NY/T 1121.6—2006、LY/T 1228—2015、LY/T 1232—2015、LY/T 1234—2015測定；土壤鉛(Pb)和鎘(Cd)參照GB/T 17141—1997測定；土壤鉻(Cr)參照HJ 491—2019測定；土壤汞(Hg)和砷(As)參照GB/T 22105.1—2008測定；水質中Pb和Cr參照《水和廢水監測分析方法(第四版)》測定[6]；pH、Cr、氟化物、糞大腸菌群分別參照GB/T 6920—1986、GB/T 7467—1987、HJ 488—2009、HJ/347.2—2018測定，As和Hg參照HJ 694—2014測定。

1.3.2.2 產品質量安全指標

主要對辣椒產品的農藥殘留、衛生指標、重金屬進行了檢測，其中Pb、Cd、As、Hg、黃曲霉、灰分分別參照GB 5009.12—2017、GB 5009.15—2014、GB 5009.11—2014、GB 5009.17—2014、GB 5009.22—2016、GB 5009.4—2016測定；菌落總數、大腸桿菌群落分別參考GB 4789.2—2016、GB 4789.3—2016測定；農藥殘留參照NY/T 761—2008測定。

1.3.2.3 產品品質指標

主要測定粗纖維、可溶性糖、維生素C、辣椒堿、辣椒紅素、粗脂肪、胡蘿卜素、不揮發性乙醚提取物及硒(Se)、鐵(Fe)、鈣(Ca)等微量元素，分別參考GB/T 5009.10—2003、NY/T 1278—2007、GB 14754—2010、GB/T 30389—2013、DB13/T 5159—2019、GB 5009.6—2016、GB 5009.83—2016、GB 10465—1989、GB 5009.93—2017、GB 5009.90—2016、GB 5009.92—2016測定。

1.3.2.4 風味物質測定

采用氣相色譜-質譜(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)測定辣椒產品中的醛類、脂類、醇類等風味物質。稱取2 g辣椒粉于40 mL頂空瓶，加入磁力攪拌子和12 mL飽和氯化鈉，封蓋搖勻，置于磁力攪拌儀上加熱(40 ℃，120 r/min)，在40 ℃下平衡20 min，將已老化好的萃取頭插入頂空瓶中，在40 ℃下萃取40 min，萃取完后，將萃取頭于氣相色譜質譜儀解吸5 min。

色譜柱條件：柱溫60 ℃(保留1 min) 以2 ℃/min升溫至230.0 ℃，再以20 ℃/min升溫至250.0 ℃，運行時間10 min；載氣為高純氦氣(純度99.9%)；分流比為20∶1；離子源為EI源；離子源溫度230 ℃；電子能量：70 eV；質量掃描范圍：35～500m/z。按照峰面積歸一化法計算求得各揮發性成分在產品中的相對含量。

1.4 數據處理

采用Excel 2007軟件進行數據整理，采用SPSS 22.0軟件進行差異顯著性(Duncan新復極差法)和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 甘谷辣椒主產區產地環境分析

2.1.1 土壤養分

甘谷辣椒產區多為山坡地，以綿土為主，土層深厚。由表1可以看出，甘谷辣椒主產區土壤含有豐富的有機質、全氮、有效磷和速效鉀，其中磐安鎮的各項指標測定值均最高，除速效鉀外，禮辛鎮各指標均最低。各產地土壤pH均大于8.0，符合綠色食品產地環境質量的要求；土壤有機質不同產地間差異較大，含量最高和最低的產地相差4.89 g/kg，但均低于綠色食品產地環境質量要求的10.0 g/kg，且達到了Ⅲ級土壤標準；全氮含量最高的產地與最低的產地間相差0.23 g/kg，除磐安鎮略高于綠色食品產地環境質量的要求外，其他鎮均低于0.80 g/kg；4個鎮有效磷含量均高于10.0 mg/kg，磐安鎮較禮辛鎮高79.0%；磐安鎮速效鉀含量高達360.3 mg/kg，較含量最低的新興鎮高161.3 mg/kg。根據NY/T 391—2013對土壤的要求，甘谷辣椒主產區土壤pH和主要養分含量均達到綠色食品標準的要求。

表1 甘谷辣椒主要產地的土壤養分含量Table 1 Soil nutrient content in main producing areas of Gangu pepper

2.1.2 土壤重金屬

對甘谷辣椒種植區土壤中的Pb、Cd、Cr、Hg、As 5種重金屬元素含量進行了測定(表2)。由表2可以看出，甘谷辣椒種植區的Pb、Cd、Cr、Hg、As重金屬含量分別為29.07～31.67、0.107～0.131、28.33～36.67、0.054～0.083、12.00～13.43 mg/kg，均達到了生產綠色食品對產地土壤重金屬含量的限制要求。

2.1.3 水資源

通過對甘谷辣椒主產區灌溉水pH、Pb、Cd、As、Hg、Cr、氟化物及糞大腸菌群等指標的測定分析(表3)，發現當地灌溉水中的重金屬及有害生物含量均符合生產綠色食品的標準，其中pH 7.2～7.7、Pb 0.021～0.050 mg/L、As 0.001 0～0.002 6 mg/L、Hg 0.000 41～0.000 44 mg/L、Cr 0.003～0.014 mg/L、氟化物 0.334～0.792 mg/L，鎘和糞大腸菌群均未檢出。

表2 甘谷辣椒不同產地土壤的重金屬含量 單位：mg/kg

表3 甘谷辣椒產地灌溉水檢測結果Table 3 The results of irrigation water in the producing area of Gangu pepper

2.2 甘谷辣椒主產區產品質量安全分析

2.2.1 重金屬含量

由表4可知，4個主產地的辣椒產品均未檢測出重金屬元素As，其他重金屬元素含量也較低，其中Pb含量禮辛鎮最高，新興鎮最低，但均低于0.5 mg/kg；辣椒重金屬Cd含量新興鎮最高，禮辛鎮次之，安遠鎮和磐安鎮最低，各產地辣椒Cd含量均在綠色食品標準要求的范圍內；不同產地辣椒產品重金屬Hg含量的高低表現為：磐安鎮>禮辛鎮>新興鎮>安遠鎮，均遠小于綠色食品規定的最高值0.01 mg/kg。

表4 甘谷辣椒產品重金屬含量檢測結果 單位：mg/kg

2.2.2 農藥殘留

通過對4個主產地辣椒產品中敵敵畏、乙酰甲胺磷、百治磷等104種農藥殘留的檢測分析，除檢測到微量高效氯氟氰菊酯外，其他103種農藥均未檢出。根據NY/T 665—2012標準要求，所有檢測樣品各項指標均達標，產品達到了綠色食品認定要求。

2.2.3 衛生標準檢測

本實驗對甘谷辣椒產品的黃曲霉、灰分、菌落總數、大腸菌數4種衛生指標進行檢測。由表5可知，甘谷辣椒產品灰分含量、黃曲霉毒素B1含量、菌落總數、大腸菌數分別為65.2 g/kg、0.667 μg/kg、300 CFU/g、10 CFU/g，其中灰分含量最高的產品來自磐安鎮，黃曲霉毒素B1含量最高的產品產地是禮辛鎮，但2個指標均符合綠色標準要求。除黃曲霉毒素B1外，其他3種黃曲霉毒素均未檢出。參照NY/T 665—2012可知，所有檢測樣品各項指標均符合要求。

2.3 甘谷辣椒產品品質分析

2.3.1 營養品質

對甘谷辣椒產品的11項營養指標進行了測定，結果如表6所示，粗纖維含量最高的產品產地是磐安鎮，達27.70%，與禮辛鎮、安遠鎮兩地間存在顯著差異；禮辛鎮樣品維生素C含量最高，為772.7 mg/kg，與其他三地間存在顯著差異；辣椒素含量最低的產品產地是磐安鎮，為0.093%，與安遠鎮、新興鎮兩地間存在顯著差異；禮辛鎮辣椒產品胡蘿卜素含量最高，為364.0 mg/kg，與安遠鎮、新興鎮兩地間存在顯著差異；甘谷縣各主產地辣椒產品可溶性糖、反式辣椒紅素、粗脂肪，Se、Fe、Ca、不揮發乙醚提取物含量之間無顯著性差異。安遠鎮辣椒產品的粗纖維含量與其他三地產品的粗纖維含量間差異不顯著；禮辛鎮辣椒產品辣椒素含量與其他三地產品差異不顯著；磐安鎮辣椒產品胡蘿卜素含量與其他三地產品間差異不顯著。不揮發性乙醚抽提物含量是反映辣椒不揮發脂溶性成分含量的一項重要指標。4個產地辣椒不揮發乙醚提取物含量為7.27%～8.33%，禮辛鎮含量最高為8.33%，磐安鎮含量最低為7.27%。

表5 甘谷辣椒產品衛生標準檢測結果Table 5 Test results of health standards for Gangu pepper products

表6 不同產地辣椒產品營養品質Table 6 Nutritional quality of pepper product from different producing areas

2.4 甘谷辣椒產品風味物質分析

甘谷辣椒產品風味物質分離鑒定圖譜如圖1所示，其中主要物質見表7。實驗共檢測到醛類、烯類、醇類等是類45種風味物質，包括醛類9種、烯烴類9種、烷烴類8種、酮類5種、醇類4種、醚類3種、酯類3種、酸類2種、呋喃類1種、吡嗪類1種，其中四聚乙二醇單月桂醚含量最高，(1R,7r)-2,6,6,9-四甲基雙環[5.4.0]-2,8-十一二烯次之；醛類中庚二烯醛含量最高。各類物質的總含量大小表現為：烯烴類>烷烴類>醚類>醛類>酯類>酮類>酸類>醇類>呋喃類>吡嗪類。

圖1 甘谷辣椒GC-MS分析圖Fig.1 GC/MS analysis chart of Gangu pepper

3 討論與結論

通過對甘谷縣辣椒主產區土壤養分、土壤重金屬和水資源的調查、抽樣和檢測，發現甘谷辣椒主產地土壤pH、重金屬和主要養分含量及水質均完全達到NY/T 665—2012標準要求，其中有機質和全氮含量達到了Ⅲ級土壤標準，有效磷和有效鉀含量達到了Ⅰ級土壤標準。可見，甘谷辣椒主產地土壤肥沃，無污染，水質優良，非常適合干制辣椒生產。

農產品質量安全問題與人民群眾的幸福息息相關，多年來一直是黨和政府關注的重點[7]。辣椒作為人們日常生活的調味品，質量安全問題備受關注。本研究結果表明，甘谷辣椒粉中重金屬Pb、Cd、As、Hg含量低，除微量高效氯氟氰菊酯外無其他農藥殘留，也未檢測到黃曲霉毒素B1、黃曲霉毒素G1和黃曲霉毒素G2，灰分和黃曲霉毒素B1含量均在NY/T665—2012標準的要求范圍內。因此，甘谷辣椒產品質量安全，達到了綠色食品認定要求。

表7 甘谷辣椒產品風味物質含量表Table 7 Flavor substances content of Gangu pepper

辣味是評價干制辣椒商品性的重要指標[8]，辣椒中引起辛辣感和熱感的主要成分統稱為辣椒素類物質[9]。辣椒素是辣椒果實中最活躍的天然生物堿[10]，是反應辣椒辣度的主要物質。呂長山等[11-12]對影響辣椒果實中辣椒素含量的研究表明，適量少施氮肥和降低光強可以提高辣椒果實中辣椒素的含量。彭瓊等[13]對干旱脅迫影響辣椒果實中辣椒素的研究表明，開花后60 d輕度干旱可顯著提高辣椒素的含量。因此，造成辣椒果實中辣椒素含量的差異可能是由水肥施用量和光照強度的不同引起的。而本實驗結果表明，只有安遠鎮、新興鎮辣椒產品的辣椒素含量與磐安鎮辣椒產品的辣椒素含量間存在顯著性差異，其他鄉鎮辣椒產品的辣椒素含量間均無顯著性差異。所以，可通過調整水肥施用量、控制光強的手段，改變辣椒果實中的辣椒素含量，使其達到相同水平便于工業化加工。甘谷辣椒產品辣椒堿的平均含量為0.16%，根據濮冶民等[14]對辣椒辣度的劃分標準，甘谷辣椒屬中等辣度。可見，當前甘谷辣椒產品主要針對中微辣領域，為了拓寬甘谷辣椒產品發展方向，可通過品種選育、栽培管理措施提高辣椒素含量。辣椒紅素是從紅辣椒果皮中得到的一種天然色素，其色澤鮮艷、色價高、著色力強、保色效果好、安全性高、抗氧化，目前廣泛應用于食品、醫藥、工業等領域。

甘谷辣椒的反式辣椒紅素含量高，可達19.53 g/kg，平均含量16.06 g/kg。粗纖維對人體腸道的蠕動有著重要作用，有助于促進消化。甘谷辣椒產品粗纖維含量25.30%，遠遠高于我國辣椒主產區貴州[15]。粗脂肪含量與辣椒香味物質相關聯，本研究4個產地甘谷辣椒粉的平均粗脂肪含量為78.35 g/kg，說明甘谷辣椒粗脂肪含量較高，香味較濃。維生素C是辣椒的重要營養元素之一[16]，有抗氧化、增強免疫力、預防動脈粥樣硬化等作用[17]。研究結果表明，甘谷辣椒維生素C含量豐富，最高達772.8 mg/kg，平均含量388.3 mg/kg。Se是人體必需微量元素，可增強人體免疫功能、抗氧化、延緩衰老、預防癌癥。經檢測，甘谷辣椒平均硒含量為1.37 mg/kg，根據GH/T 1135—2017《富硒農產品》的規定，甘谷辣椒粉為富硒產品。

隨著消費者對辣椒產品口感和風味的追求不斷提高，香氣指標逐漸成為評判辣椒品質的重要依據。醛類物質香氣濃烈，多為花香及果香氣味[18]；酯類物質是具有芳香型氣味的揮發性化合物，通常是源于脂質代謝生成的羧酸和醇的酯化作用[19]；醇類化合物通常具有芳香味和植物香味[20]。本研究中，甘谷辣椒經GC-MS分析，共檢測到各類風味物質45種，其中醛類和烯烴類物質最多，各有9種，醛類中己醛、庚二烯醛、β-環檸檬醛含量較高；檢測出的45種物質中，四聚乙二醇單月桂醚含量最高；甘谷辣椒粉中的酯類、醇類物質含量也較高，使得甘谷辣椒紅而微甜，脂香、果香、蜜蠟花香味更加濃郁。

綜上所述，甘谷辣椒產地土壤肥沃，富含有機質且無污染，水質優良，為生產優質甘谷辣椒提供了有利環境條件，同時也為辣椒營養和芳香物質的積累形成奠定了基礎，使得甘谷辣椒色澤紅亮、辣度適中、營養豐富、味道濃郁，產品達到了綠色食品認定要求，成為久負盛名的隴上佳品。