基于電子鼻技術的不同種植區域地理標志辣椒風味變化研究

蓬桂華，陳 菊，殷 勇，李文馨，何建文

（貴州省農業科學院辣椒研究所，貴州 貴陽 550009)

辣椒（L.）為1年或有限多年生草本植物，原產于墨西哥，明朝末年傳入中國，至乾隆年間，貴州地區開始栽培并食用辣椒，經過長期自然選擇，形成了許多品質優良的地方品種，如大方皺椒、黃平線椒、獨山線椒、花溪辣椒、遵義朝天椒等。經檢測，貴州地方辣椒品種粗纖維含量在22.99%～44.06%，粗脂肪含量在11.49%～27.46%，蛋白質含量在12.81%～22.97%，辣椒素含量在0.28～7.61 mg/g，貴州百宜平面椒干物質含量全國第1（22.2%）、福泉長線椒維生素C全國第2（3.500 5 g/kg），優良的辣椒品質成就了貴州獨具魅力的辣椒產業。

在貴州辣椒產業穩固發展的同時，人們開始關注貴州辣椒的香味評價，蓬桂華等依據辣椒的色、香、味差異，將25份辣椒品種分為4大類群，第Ⅰ類群：紅綠色差指標（a*）、鮮味最強，香氣最弱；第Ⅱ類群：咸味最強，紅綠色差指標、鮮味、香氣較強；第Ⅲ類群：黃藍色差指標（b*）最強，紅綠色差指標、苦味、咸味最弱；第Ⅳ類群：香氣、苦味最強，而黃藍色差指標、鮮味最弱；王雪雅等分析了5份貴州名優辣椒鮮椒醬的風味成分，共檢測出128種揮發性成分；李達等分析了貴州地區不同品種辣椒粉產品風味物質差異，發現雪松烯是貴州辣椒風味物質中的重要化合物，且在各品種中都有較高的含量；杜勃峰等基于頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（HS-SPME-GC-MS）分析及主成分分析（PCA）綜合評價貴州典型辣椒品種香氣品質，得出線椒的風味最好，其次是平板椒、朝天椒、皺椒，均優于米椒。目前對同一品種，尤其是地理標志辣椒品種在不同種植區域的風味變化還少有報道，本試驗以3個地理標志品種及1個三系雜交品種為試驗材料，在統一種苗、統一栽培物資、統一栽培技術、統一采樣的基礎上，運用電子鼻分析技術探索不同辣椒品種在不同種植區的整體風味差異，以期為解析貴州辣椒風味特征提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試品種

地理標志辣椒品種有大方皺椒（DF）、黃平線椒（HP）、黃楊小米辣（HY），以三系雜交種黔椒8號（QJ）為對照，各品種特性及來源如表1所示（地理標志品種的特征特性通過“全國農產品地理標志查詢系統”獲取）。

表1 供試品種特征特性及來源

1.1.2 儀器設備

PEN 3型電子鼻（德國AIRSENSE公司），10根傳感器分別對一類或幾類物質敏感，詳見表2；DHG9240B立式恒溫鼓風干燥箱（杭州聚同電子有限公司）；BSA224S-CW電子天平（賽多利斯科學儀器有限公司）；SL-150型高速多功能粉碎機（浙江永康市松青五金廠）；標準檢驗篩（紹興市上虞瑞志儀器廠）。

表2 電子鼻傳感器名稱與其響應物質

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

按照“統一育苗、統一技術、統一物資、統一采收”原則，分別在3個地理標志辣椒品種的地理標志區域（大方縣：D；黃平縣：H；綏陽縣：S）及貴州省農業科學院辣椒研究所貴陽基地（貴陽：G。貴陽市花溪區）種植4個辣椒品種，播種時間為2021年5月1—10日，樣品編號詳見表3。

表3 不同種植區的辣椒品種編號

1.2.2 樣品處理

于2021年9月15—30日采收辣椒植株第3層和第4層的紅熟辣椒果實5 kg，經60 ℃熱風烘至恒重，去掉果柄粉碎后過0.25 mm（60目）、0.18 mm（80目）組合篩，取中間的辣椒粉裝于黑色自封袋內密封，4 ℃條件下保存備用。

1.2.3 電子鼻檢測

檢測方法參照蓬桂華等的方法，略有改動：準確稱取（2.0±0.1）g辣椒樣品于50 mL頂空進樣瓶中，每個樣品5次重復，將樣品在26 ℃環境中靜置30 min后，開始測定揮發性風味；設置樣品間隔時間1 s，清洗時間60 s，歸零時間10 s，樣品準備時間5 s，測定時間70 s，載氣流速200 mL/min，進樣流量200 mL/min，傳感信號在50 s后基本穩定，選定采集信號時間為60 s。

1.3 數據處理

先將16個辣椒樣品的電子鼻檢測數據進行PCA分析，了解樣品彼此間的風味差異；再將4個辣椒品種的樣品分成4個地域分別進行電子鼻檢測數據的PCA分析，了解不同種植地域對辣椒風味的影響。每個樣品選定重復性較好的3組數據為1個樣本，選定信號時間60 s，利用電子鼻自帶分析軟件WinMuster自動進行PCA分析與載荷（loadings）分析，系統自動給出不同樣本間的判別指數。

2 結果與分析

2.1 不同辣椒樣品風味比較分析

16個辣椒樣品風味電子鼻檢測數據的PCA分析結果見圖1。第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）的貢獻率分別為95.67%和3.28%，累計貢獻率為98.95%，大于90%，表明2個主成分已經基本代表了樣品的主要信息特征；16個辣椒樣品的揮發性風味差異在PC1、PC2構建的平面上僅有部分樣品分開。結合判別指數（表4）發現，16個辣椒樣品的判別指數介于0.031～0.991，數值大于0.8的有39個，占比32.5%；數值小于0.8的有81個，占比67.5%。說明有的品種在不同種植區域的辣椒風味差異較大，需要進行分類別分析。

表4 16個辣椒樣品電子鼻風味檢測的判別指數

圖1 不同辣椒樣品風味PCA分析

2.2 不同種植區域對辣椒風味的影響

不同種植區域辣椒樣品電子鼻檢測數據的PCA分析結果如圖2所示，大方皺椒、黃平線椒、黃楊小米辣、黔椒8號的第一主成分與第二主成分的累計貢獻率依次為99.31%、96.37%、99.56%和99.90%，均大于90%，表明第一主成分與第二主成分基本代表了樣品的主要信息特征。

在PC1、PC2構建的平面上，大方皺椒（圖2a）在不同的種植區域彼此分開，相互不重疊，說明在不同種植區域大方皺椒的風味差異較大；黃平線椒（圖2b）、黔椒8號（圖2d）2個品種在大方種植區域的樣本與其他3個區域的樣本分離較遠，而在黃平、綏陽、貴陽種植區的樣本相互重疊，說明黃平線椒、黔椒8號在大方縣種植后的風味差異較大；黃楊小米辣（圖2c）在各種植區域內的樣本相互重疊，說明黃楊小米辣在不同種植區域的風味差異不大。

圖2 不同種植區域的辣椒電子鼻風味PCA分析

2.3 不同種植區域對辣椒風味影響的載荷分析

通過對電子鼻10個傳感器的響應值進行載荷分析發現（圖3），3個地理標志品種在地理標志區域與非地理標志區域的風味與對照品種的結果一致，第一主成分與第二主成分的累計貢獻率均大于96%。在第一主成分貢獻率方面，均表現為W1W和W2W傳感器貢獻率較大，其他傳感器集中在起點附近，貢獻率不大；在第二主成分貢獻率方面，均表現為W1S和W2S傳感器貢獻率較大，其他傳感器貢獻率不大。結合表2可得，辣椒風味間的差異主要來自于無機硫化物類、有機硫化物類、甲基類、醇類和醛酮類化合物。

圖3 不同種植區域辣椒風味傳感器響應值的載荷分析

3 結論與討論

電子鼻檢測是分析樣品的整體風味信息，通過PCA、線性判別分析（LDA）等方法分析查找樣品的整體風味差異，在產地鑒別方面應用廣泛。劉阿靜等利用電子鼻與多元統計方法，成功區分4個產地的當歸樣品，正確判別率達100%；劉元林等利用電子鼻結合多層感知器神經網絡分析實現對三七主根、支根及產地的定量判別；武珊珊等利用電子鼻及PCA法成功區別28份云南不同茶區的曬青毛茶的風味；陸寬等研究發現，電子鼻分析結果能夠很好地區分不同品種辣椒發酵后的風味，通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜（SPME-GC-MS）技術共檢出124種不同的揮發性風味物質。通過本研究發現，10個傳感器中，W1W、W2W、W1S和W2S對干辣椒的香氣靈敏度較高、貢獻率較大，與筆者前期研究結果相一致，說明不同品種、不同產地的干辣椒風味變化可能與無機硫化物類、有機硫化物

類、甲基類、醇類和醛酮類化合物有關。電子鼻結合PCA法的分析結果并不能完全區分不同產地的辣椒樣品，4個品種中大方皺椒在4個區域的風味能夠完全區分，黃楊小米辣在4個區域的風味完全不能區分，黃平線椒及黔椒8號僅大方種植區能與其他3個種植區有區分，說明不同辣椒品種的適應性不同，在不同區域種植后對風味的影響也不同。

電子鼻雖能檢測出干辣椒的整體風味，但在評價香氣程度、香氣成分方面還缺少必要的模型支撐。在今后的研究中，應加強人工感官評價、智能感官評價、風味成分檢測（氣相色譜-質譜分析，GC-MS）的相互結合與應用，使各類型客觀數據之間相互印證，解析出對辣椒風味品質影響的關鍵因子，并建立指紋數據庫，為構建辣椒產品品質標準體系及辣椒產品風味調配技術提供理論依據。