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基于电子鼻技术的不同种植区域地理标志辣椒风味变化研究

2022-09-19蓬桂华李文馨何建文

蔬菜 2022年9期
关键词:电子鼻黄平贡献率

蓬桂华,陈 菊,殷 勇,李文馨,何建文

(贵州省农业科学院辣椒研究所,贵州 贵阳 550009)

辣椒(L.)为1年或有限多年生草本植物,原产于墨西哥,明朝末年传入中国,至乾隆年间,贵州地区开始栽培并食用辣椒,经过长期自然选择,形成了许多品质优良的地方品种,如大方皱椒、黄平线椒、独山线椒、花溪辣椒、遵义朝天椒等。经检测,贵州地方辣椒品种粗纤维含量在22.99%~44.06%,粗脂肪含量在11.49%~27.46%,蛋白质含量在12.81%~22.97%,辣椒素含量在0.28~7.61 mg/g,贵州百宜平面椒干物质含量全国第1(22.2%)、福泉长线椒维生素C全国第2(3.500 5 g/kg),优良的辣椒品质成就了贵州独具魅力的辣椒产业。

在贵州辣椒产业稳固发展的同时,人们开始关注贵州辣椒的香味评价,蓬桂华等依据辣椒的色、香、味差异,将25份辣椒品种分为4大类群,第Ⅰ类群:红绿色差指标(a*)、鲜味最强,香气最弱;第Ⅱ类群:咸味最强,红绿色差指标、鲜味、香气较强;第Ⅲ类群:黄蓝色差指标(b*)最强,红绿色差指标、苦味、咸味最弱;第Ⅳ类群:香气、苦味最强,而黄蓝色差指标、鲜味最弱;王雪雅等分析了5份贵州名优辣椒鲜椒酱的风味成分,共检测出128种挥发性成分;李达等分析了贵州地区不同品种辣椒粉产品风味物质差异,发现雪松烯是贵州辣椒风味物质中的重要化合物,且在各品种中都有较高的含量;杜勃峰等基于顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)分析及主成分分析(PCA)综合评价贵州典型辣椒品种香气品质,得出线椒的风味最好,其次是平板椒、朝天椒、皱椒,均优于米椒。目前对同一品种,尤其是地理标志辣椒品种在不同种植区域的风味变化还少有报道,本试验以3个地理标志品种及1个三系杂交品种为试验材料,在统一种苗、统一栽培物资、统一栽培技术、统一采样的基础上,运用电子鼻分析技术探索不同辣椒品种在不同种植区的整体风味差异,以期为解析贵州辣椒风味特征提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试品种

地理标志辣椒品种有大方皱椒(DF)、黄平线椒(HP)、黄杨小米辣(HY),以三系杂交种黔椒8号(QJ)为对照,各品种特性及来源如表1所示(地理标志品种的特征特性通过“全国农产品地理标志查询系统”获取)。

表1 供试品种特征特性及来源

1.1.2 仪器设备

PEN 3型电子鼻(德国AIRSENSE公司),10根传感器分别对一类或几类物质敏感,详见表2;DHG9240B立式恒温鼓风干燥箱(杭州聚同电子有限公司);BSA224S-CW电子天平(赛多利斯科学仪器有限公司);SL-150型高速多功能粉碎机(浙江永康市松青五金厂);标准检验筛(绍兴市上虞瑞志仪器厂)。

表2 电子鼻传感器名称与其响应物质

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

按照“统一育苗、统一技术、统一物资、统一采收”原则,分别在3个地理标志辣椒品种的地理标志区域(大方县:D;黄平县:H;绥阳县:S)及贵州省农业科学院辣椒研究所贵阳基地(贵阳:G。贵阳市花溪区)种植4个辣椒品种,播种时间为2021年5月1—10日,样品编号详见表3。

表3 不同种植区的辣椒品种编号

1.2.2 样品处理

于2021年9月15—30日采收辣椒植株第3层和第4层的红熟辣椒果实5 kg,经60 ℃热风烘至恒重,去掉果柄粉碎后过0.25 mm(60目)、0.18 mm(80目)组合筛,取中间的辣椒粉装于黑色自封袋内密封,4 ℃条件下保存备用。

1.2.3 电子鼻检测

检测方法参照蓬桂华等的方法,略有改动:准确称取(2.0±0.1)g辣椒样品于50 mL顶空进样瓶中,每个样品5次重复,将样品在26 ℃环境中静置30 min后,开始测定挥发性风味;设置样品间隔时间1 s,清洗时间60 s,归零时间10 s,样品准备时间5 s,测定时间70 s,载气流速200 mL/min,进样流量200 mL/min,传感信号在50 s后基本稳定,选定采集信号时间为60 s。

1.3 数据处理

先将16个辣椒样品的电子鼻检测数据进行PCA分析,了解样品彼此间的风味差异;再将4个辣椒品种的样品分成4个地域分别进行电子鼻检测数据的PCA分析,了解不同种植地域对辣椒风味的影响。每个样品选定重复性较好的3组数据为1个样本,选定信号时间60 s,利用电子鼻自带分析软件WinMuster自动进行PCA分析与载荷(loadings)分析,系统自动给出不同样本间的判别指数。

2 结果与分析

2.1 不同辣椒样品风味比较分析

16个辣椒样品风味电子鼻检测数据的PCA分析结果见图1。第1主成分(PC1)和第2主成分(PC2)的贡献率分别为95.67%和3.28%,累计贡献率为98.95%,大于90%,表明2个主成分已经基本代表了样品的主要信息特征;16个辣椒样品的挥发性风味差异在PC1、PC2构建的平面上仅有部分样品分开。结合判别指数(表4)发现,16个辣椒样品的判别指数介于0.031~0.991,数值大于0.8的有39个,占比32.5%;数值小于0.8的有81个,占比67.5%。说明有的品种在不同种植区域的辣椒风味差异较大,需要进行分类别分析。

表4 16个辣椒样品电子鼻风味检测的判别指数

图1 不同辣椒样品风味PCA分析

2.2 不同种植区域对辣椒风味的影响

不同种植区域辣椒样品电子鼻检测数据的PCA分析结果如图2所示,大方皱椒、黄平线椒、黄杨小米辣、黔椒8号的第一主成分与第二主成分的累计贡献率依次为99.31%、96.37%、99.56%和99.90%,均大于90%,表明第一主成分与第二主成分基本代表了样品的主要信息特征。

在PC1、PC2构建的平面上,大方皱椒(图2a)在不同的种植区域彼此分开,相互不重叠,说明在不同种植区域大方皱椒的风味差异较大;黄平线椒(图2b)、黔椒8号(图2d)2个品种在大方种植区域的样本与其他3个区域的样本分离较远,而在黄平、绥阳、贵阳种植区的样本相互重叠,说明黄平线椒、黔椒8号在大方县种植后的风味差异较大;黄杨小米辣(图2c)在各种植区域内的样本相互重叠,说明黄杨小米辣在不同种植区域的风味差异不大。

图2 不同种植区域的辣椒电子鼻风味PCA分析

2.3 不同种植区域对辣椒风味影响的载荷分析

通过对电子鼻10个传感器的响应值进行载荷分析发现(图3),3个地理标志品种在地理标志区域与非地理标志区域的风味与对照品种的结果一致,第一主成分与第二主成分的累计贡献率均大于96%。在第一主成分贡献率方面,均表现为W1W和W2W传感器贡献率较大,其他传感器集中在起点附近,贡献率不大;在第二主成分贡献率方面,均表现为W1S和W2S传感器贡献率较大,其他传感器贡献率不大。结合表2可得,辣椒风味间的差异主要来自于无机硫化物类、有机硫化物类、甲基类、醇类和醛酮类化合物。

图3 不同种植区域辣椒风味传感器响应值的载荷分析

3 结论与讨论

电子鼻检测是分析样品的整体风味信息,通过PCA、线性判别分析(LDA)等方法分析查找样品的整体风味差异,在产地鉴别方面应用广泛。刘阿静等利用电子鼻与多元统计方法,成功区分4个产地的当归样品,正确判别率达100%;刘元林等利用电子鼻结合多层感知器神经网络分析实现对三七主根、支根及产地的定量判别;武珊珊等利用电子鼻及PCA法成功区别28份云南不同茶区的晒青毛茶的风味;陆宽等研究发现,电子鼻分析结果能够很好地区分不同品种辣椒发酵后的风味,通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(SPME-GC-MS)技术共检出124种不同的挥发性风味物质。通过本研究发现,10个传感器中,W1W、W2W、W1S和W2S对干辣椒的香气灵敏度较高、贡献率较大,与笔者前期研究结果相一致,说明不同品种、不同产地的干辣椒风味变化可能与无机硫化物类、有机硫化物

类、甲基类、醇类和醛酮类化合物有关。电子鼻结合PCA法的分析结果并不能完全区分不同产地的辣椒样品,4个品种中大方皱椒在4个区域的风味能够完全区分,黄杨小米辣在4个区域的风味完全不能区分,黄平线椒及黔椒8号仅大方种植区能与其他3个种植区有区分,说明不同辣椒品种的适应性不同,在不同区域种植后对风味的影响也不同。

电子鼻虽能检测出干辣椒的整体风味,但在评价香气程度、香气成分方面还缺少必要的模型支撑。在今后的研究中,应加强人工感官评价、智能感官评价、风味成分检测(气相色谱-质谱分析,GC-MS)的相互结合与应用,使各类型客观数据之间相互印证,解析出对辣椒风味品质影响的关键因子,并建立指纹数据库,为构建辣椒产品品质标准体系及辣椒产品风味调配技术提供理论依据。

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