不同产地和品种辣椒的特性差异分析

彭粲，黄钧，黄家全，陈海风，杨梦露，周荣清*

（1.四川大学轻工科学与工程学院,四川成都610065；2.四川省郫县豆瓣股份有限公司,四川成都611732）

我国辣椒种植面积超过133万公顷，约占全球的35%，年产值愈700亿元，是我国最大的蔬菜产业[1]。辣椒根据用途分为鲜食和加工两个类型，前者主要是柿子椒和牛角椒，后者主要是朝天椒和线条辣椒[2]。线条辣椒是豆瓣发酵的主要原料，传统工艺选用四川、贵州等地的二荆条辣椒。随着火锅等产业的迅速发展，二荆条辣椒供需不平衡，使得美国红类辣椒也被用于火锅豆瓣和红油豆瓣的发酵。目前，加工企业选购的辣椒品种多、来源广，品质参差不齐，对辣椒的品种和产地的选择性差影响了郫县豆瓣的标准化和工业化生产。

辣椒原料的辣椒红素、挥发性成分以及辣椒素与豆瓣的色泽、香气、辣味密切相关[3]。目前的研究发现这些组分与辣椒品种、种植产地的光照、降雨量、气温和海拔等因素密切相关[4-7]，王雪雅等[6]揭示了贵州不同品种辣椒的品质和挥发性组分的差异；李莎等[5]发现四川不同产地辣椒的辣椒素和维生素C受环境影响显著。不同辣椒的发酵制品的品质也具有一定的差异性，王雪梅等[8]发现不同产地二荆条鲜辣椒发酵的郫县豆瓣的色价、辣度和挥发性成分差异显著；叶子等[9]讨论了不同小米椒的品质特性差异。目前对用于豆瓣加工的辣椒原料的特性研究较少，因此本研究以豆瓣生产常用不同品种、产地的传统二荆条类辣椒原料以及新兴的美国红类辣椒原料为对象，采用高效液相色谱、气相质谱联用和光谱等多相检测技术分析其辣椒红素、辣椒素和挥发性成分的差异，为豆瓣酱的生产探寻更具适应性、更广泛的原料源。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

线条辣椒（Capsicum annuum L.）：二荆条类的贵州黔西二荆条和贵州新种二荆条以及美国红类的甘肃美国红、内蒙古美国红、内蒙古金塔、内蒙古北京红和内蒙古千斤红均由四川省郫县豆瓣股份有限公司提供；二荆条类的四川剑阁二荆条由成都市旺丰食品有限公司提供，且均在2019年提供。

辣椒素标准品（≥98.0%）、二氢辣椒素标准品（≥97.0%）、辛酸甲酯（≥95%）：美国 Sigma公司；辣椒红素标准品（≥95%）：法国Extrasynthese公司。以上试剂均为色谱纯。

1.2 仪器与设备

Trace 1300-TSQ 9000气相色谱-质谱联用仪（gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS）、DVB/CAR/PDM固相微萃取头：美国Bellefonte公司；1260 infinity高效液相色谱仪：美国Agilent公司；TU-1901紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 辣椒素类物质及辣度的表示方法

采用GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素类物质测定及辣度表示方法》检测辣椒素类物质。

1.3.2 辣椒红素的检测

参考韩晓岚等[10]方法，稍作修改。标样经260 nm～800 nm紫外扫描，确定460 nm是最大吸收峰。去蒂和去籽后，鲜辣椒60℃烘至恒重，粉碎过40目筛后备用。准确称取0.5g样品置于50mL离心管中，加入10mL丙酮溶液，35℃超声辅助提取25 min，3 500 r/min离心10 min后收集上清液到100 mL容量瓶，重复上述操作至色素提取完全，定容至100 mL后，460 nm检测吸光值。

1.3.3 挥发性物质的测定

参考Zheng等[11]方法，稍作修改。称取2.000 g样品置于15 mL萃取瓶中，加入20 μL内标后，放入60℃水浴中预平衡15 min，插入萃取头萃取50 min后，取出插入GC-MS进样口解吸5 min后检测。

进样口温度为270℃，升温程序：40℃，保持5 min，以4℃/min升至100℃，然后6℃/min升至230℃，保持10 min。载气为高纯氦，流速为1 mL/min，不分流模式。质谱离子源传输管的温度分别是300℃和250℃；电离方式为EI，电子能量70 eV，质量扫描范围35 amu～400 amu。通过将质谱与NIST05谱库数据库中的质谱进行比较来鉴定每种挥发性化合物。根据它们的相似性（＞800）来记录化合物。通过GC-MS总离子色谱图上与内标的峰面积比计算某些挥发物的相对量。

1.4 数据处理

数据以平均数±标准偏差的形式表示（n=3）。本研究采用Origin 9.0为作图软件。使用SPSS 24.0软件单因素方差分析中的Duncan’s功能进行显著性分析（p＜0.05）。使用SIMCA 14.1对风味进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

2 结果与讨论

2.1 产地对辣椒特性的影响

2.2.1 产地对理化性质的影响

四川和贵州是二荆条辣椒的主产地，内蒙古和甘肃是美国红辣椒的主产地。主要理化指标的结果如表1所示。

表1 不同产地辣椒的基本理化指标Table 1 Basic physical and chemical indexes in peppers from different growing area

由表1可知，产地显著影响辣椒红素和辣椒素的含量。甘肃美国红的辣椒红素低于内蒙古美国红，而辣椒素较高，与孙晓梅[12]的研究结果一致。丰富的光照促进了内蒙古辣椒的辣椒红素的积累，而降水量过低不利于植株的生长，阻碍了辣椒素的合成。四川剑阁县和贵州黔西县的年均降雨量和日照时间差异不大，但其辣椒红素和辣椒素含量差异显著，可能是因为两地土壤所含的磷、氮和钾等微量元素的差异所致[12-13]。因此，土壤、光照强度和降水量均影响辣椒素和辣椒红素[12-15]。此外，美国红的辣椒红素高于二荆条，而辣椒素的含量则相反。其辣度结果表明，二荆条高于美国红，剑阁椒高于黔西椒。

2.1.2 产地对挥发性组分的影响

对主要产地辣椒的挥发性组分分析见图1和表2。

表2 不同辣椒特征挥发性组分的百分比含量Table 2 Percentage content of characteristic volatile components in different peppers

续表2 不同辣椒特征挥发性组分的百分比含量Continue table 2 Percentage content of characteristic volatile components in different peppers

如图1所示，产地对挥发性组分的组成及含量影响明显。种植在内蒙古和甘肃的美国红分别检出了62种和 55种组分，含量分别是（25.44±6.57）μg/g和（93.67±20.92）μg/g。如表2所示，内蒙古美国红的优势组分有苯乙醛、棕榈酸甲酯和β-紫罗兰酮等12种成分（比例>2%）。甘肃美国红有（V4）-长叶烯、4-乙烯基愈创木酚（4-vinylguaiacol，4-VG）等8种成分的比例超过2%，其中4-VG赋予其焦糖的芳香味，是发酵食品的重要呈香成分[16]，而（V4）-长叶烯是辣椒的特征组分[17]。

在二荆条品种中，剑阁椒和黔西椒分别检出76种和 70种组分，含量分别是（47.62±4.69）μg/g和（56.04±2.40）μg/g。剑阁椒以烯烃类和酯类为优势成分，分别占了13.99%和16.96%。然而，黔西椒是以反-2-壬烯醛和正己醇为代表的醇类和醛类为优势成分，分别是17.51%和17.73%，其中反-2-壬烯醛与辣椒果实的成熟度有关[20]。而仅在剑阁椒中检出了5种挥发性成分，β-雪松烯、β-紫罗兰酮、柳酸甲酯和茴香脑的含量＞1%，其中β-雪松烯也是鲊二荆条的主要组分[16]。黔西椒中检出了7种差异性组分，分别是2-己烯醛、反-2-壬烯醛、7，10-十六二烯醛、4-VG、苯乙醛、棕榈酸甲酯和乙酸己酯。黔西椒中的乙酸己酯和剑阁椒中的β-紫罗兰酮分别赋予其令人愉快的水果香气和紫罗兰香味[19]，因两者的阈值较低，也是郫县豆瓣酱的主要风味组分[20]。

根据香气阈值[19，21-22]计算了不同挥发性物质的香气活性值（odorant activity value，OAV）。两个产地美国红和二荆条主要呈香组分（OAV＞1）的热图分析，如图2所示。

由图2可知，辣椒的主要呈香物质均为己酸乙酯和（E，Z）-2，6-壬二烯醛。 聚类分析结果表明，内蒙古和甘肃美国红因苯乙醛和β-石竹烯的贡献度不同，而聚为不同簇。类似的，剑阁二荆条辣椒的β-紫罗兰酮和2-戊基呋喃的贡献度较高，而苯乙醛较低，故与贵州黔西二荆条聚为不同簇。综上所述，产地对美国红和二荆条辣椒的香味组分影响显著。

图2 不同产地辣椒香气物质OAV热图Fig.2 OAV heat map of aroma substances in peppers from different growing areas

2.2 品种对辣椒特性的影响

2.2.1 品种对理化性质的影响

辣椒的特性不仅受种植产地的影响，而且辣椒品种间也同样存在差异。不同品种辣椒的理化性质如表3所示。

表3 不同品种辣椒的基本理化指标Table 3 Basic physical and chemical indexes in different pepper varieties

同产地辣椒，内蒙古辣椒中美国红的辣椒红素含量为（66.843±0.977）g/kg，高于其他 3种辣椒，且另外3个品种的辣椒红素差异较小。辣椒素的含量因品种差异显著，与Morales-Soriano等[23]的结果一致。金塔和千斤红的辣椒素含量高于其余2个品种辣椒，且辣度也较高。北京红的二氢辣椒素含量低于检测限。贵州黔西二荆条的辣椒素含量高于新种二荆条，而辣椒红素含量则相反。目前研究表明，辣椒品种间辣椒素的含量和组成受合成显性Pun1基因位点控制，辣椒素含量高的辣椒中，Pun1表达量越高[24]。此外，美国红类辣椒的辣椒红素均高于二荆条类辣椒。

2.2.2 品种对挥发性组分的影响

辣椒的挥发性组分也因品种不同而差异显著，如表2和图3所示。

图3 不同品种辣椒挥发性组分对比Fig.3 Comparison of volatile components in different pepper varieties

内蒙古种植的4种辣椒的优势组分差异显著。如图3a所示，北京红和千斤红的烯烃类分别占总挥发性的64.10%和72.40%，为主要优势组分，与另两种辣椒差异明显。另一方面，北京红的酯类为10.82%，比千斤红的比例更高。另两种辣椒中，美国红以醇（23.66%）和酯（35.10%）为优势组分，而金塔以烯烃（30.69%）和醇（26.25%）为优势成分。并且，金塔的酮类为11.89%，相对更高。品种间挥发性组分的含量及组成也差异明显。如表2和图3b所示，美国红中检出了55种组分，含量为（25.67±6.57）μg/g，仅在美国红中检出的有棕榈酸乙酯、9-恶唑环[6.1.0]壬-4-醇、10-十八烯酸甲酯等7种组分，棕榈酸乙酯也是盐渍辣椒的重要风味[16]。在内蒙西辣椒中，金塔中检出了78种组分，含量为（33.39±7.07）μg/g，仅在其中检出了愈创木酚和白菖醇。北京红中检出了 39种组分，含量为（36.31±7.90）μg/g，2-甲氧基-3-（2-甲基丙基）-吡嗪和乙酸己酯仅在其中检出，其中乙酸己酯也是苹果的主要香味组分[26]。千斤红检出了61种组分，含量是（98.55±22.10）μg/g，4-VG、β-雪松烯、2，3-二氢苯并呋喃和（V4）-长叶烯仅在此品种中检出。

贵州的新种椒相对于黔西椒，增加了15种组分，但含量降低了10.54%，主要是烷烃类含量显著降低，而烯烃、酯和酸类组分含量增高。如表2所示，仅在贵州黔西椒中检出的6种组分中包括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气成分[27]。然而，仅在贵州新种椒中检出的有8种组分，（V4）-长叶烯、正十六酸等为优势成分。

4种内蒙古辣椒和2种贵州辣椒中检出香味组分（OAV>1）的OAV轮廓如图4所示[21-22]。

图4 香味物质轮廓图Fig.4 Outline map of aroma substances

内蒙古的金塔、北京红和千斤红的风味轮廓类似，以 β-石竹烯、β-紫罗兰酮和（E，Z）-2，6-壬二烯醛的花香和青草香味较为突出，千斤红的香味最浓郁，且因愈创木酚、乙酸己酯、己醛含量的差异，使3个品种的风味轮廓略有不同。美国红中的苯乙醛、己酸乙酯和2-戊基呋喃较为丰富而与其它3个品种的风味轮廓不同。（E，Z）-2，6-壬二烯醛和己酸乙酯是贵州的黔西二荆条和新种二荆条的共同呈香成分，具有淡雅的青香和浓郁的果香。黔西二荆条中苯乙醛和2-己烯醛含量更高，花香更浓郁[16]。贵州新种中2-戊基呋喃和β-紫罗兰酮的浓度较高，青香和紫罗兰花味更强[4]。上述研究结果表明，辣椒的风味特征虽有类似，但各组分的强度因品种差异而有所不同。

2.3 主成分分析

对不同辣椒样品的辣椒红素、辣椒素和香味组分进行主成分分析（PCA），结果如图5所示。

图5 基于辣椒特征组分和香味组分的主成分分析图Fig.5 PCA diagram based on characteristic components and aroma components of pepper

美国红类和二荆条类的主要差异在PC1上得到解释，表现为β-石竹烯、β-紫罗兰酮为代表的香味组分和辣椒红素在美国红类辣椒中相对丰富，而（Z）-2-庚烯醛等香味物质和辣椒素在二荆条类中较为显著。内蒙古4种辣椒略有差异，而内蒙古与甘肃的美国红则因4-VG、正己醇等香味组分在甘肃椒中含量较高，辣椒红素显著较低而明显分开，表明产地对美国红类辣椒的辣椒红素和香味组分影响更为显著。二荆条类辣椒，醛类物质在贵州新种二荆条中比在黔西椒中更为丰富，两者差异显著；而贵州黔西二荆条与四川剑阁二荆条则较为接近，但也因辣椒素的差异而有所不同。说明品种是影响二荆条辣椒的辣椒素和香味组分的主要因素。

3 结论

本研究对3种二荆条类辣椒和5种美国红类辣椒的辣椒素、辣椒红素及挥发性成分进行了分析，通过贵州黔西二荆条分别与四川剑阁二荆条和贵州新种二荆条、内蒙古美国红分别与甘肃美国红和内蒙古的金塔、北京红、千斤红比较了两类辣椒产地和品种的差异。结果表明：辣椒的辣椒素、辣椒红素和挥发性组分因产地和品种的不同差异显著,主要香味组分均为己酸乙酯和（E，Z）-2，6-壬二烯醛，二荆条类的辣度整体相对较高，而美国红类的色泽较好。此外，产地对美国红类辣椒的辣椒红素和香味组分影响更为显著，而品种则是二荆条类的辣椒素和香味组分的主要影响因素。

综上所述：二荆条类增辣更好，以四川剑阁二荆条最优；美国红类增色更好，以内蒙古美国红最好；而对风味的改善，则可以通过多种辣椒的复配实现。豆瓣企业可根据产品的适应性选择合适的加工辣椒，获得品质稳定的优良豆瓣。