基于主成分分析的30个辣椒品种果实品质综合评价

王楠艺 付文婷 周鹏 杨娅 吴迪 范高领 何建文

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.202423.0694

摘    要：探明不同來源、不同果型辣椒品种的营养品质差异，为辣椒品质育种及种植推广提供理论依据。以朝天椒、线椒和圆珠椒3种不同果实类型和不同来源的30个辣椒品种为研究对象，测定氨基酸、还原糖、粗脂肪、粗纤维、辣椒素类物质含量等8项果实品质指标，采用主成分分析进行综合评价。结果表明，朝天椒类果实粗脂肪、粗纤维及辣椒素类物质含量高，线椒类果实辣椒红素含量高，圆珠椒类果实含水量、氨基酸、还原糖含量高；不同品种间果实品质存在明显差异，8项品质指标的变异系数范围为12.32%～54.08%。相关性分析结果表明，8个品质指标间辣椒素含量与二氢辣椒素含量相关系数最高，为0.92，呈极显著正相关；根据主成分分析评价得出品质排名前10的辣椒品种分别为黔辣5号、辣研101、绥阳朝天椒、川椒112、艳椒425、黔辣8号、骄阳6号、遵义朝天椒、黔辣3号、兴蔬单生朝天椒。综合30个辣椒品种果实品质评价结果，线椒中黔辣5号和朝天椒中辣研101可作为高品质辣椒品种进行推广种植，辣椒素、二氢辣椒素、还原糖及氨基酸含量可作为辣椒果实品质的主要评价指标。

关键词：辣椒；营养品质；主成分分析；综合评价

中图分类号：S641.3              文献标志码：A                  文章编号：1673-2871（2024）04-046-10

Comprehensive evaluation of fruit quality of 30 pepper varieties based on principal component analysis

WANG Nanyi， FU Wenting， ZHOU Peng， YANG Ya， WU Di， FAN Gaoling， HE Jianwen

（Institute of Guizhou Pepper Research， Guizhou Academy of Agricultural Sciences， Guiyang 550006， Guizhou， China）

Abstract： The purpose of this study was to investigate the nutritional quality differences of pepper varieties from different sources and fruit types， and to provide theoretical basis for pepper quality breeding and planting promotion. Thirty pepper varieties of 3 different fruit types ， including pod pepper， line pepper and ball pepper， and different sources were selected as the research objects. Eight fruit quality indexes， including amino acid， reducing sugar， crude fat， crude fiber and capsaicin contents， were determined by principal component analysis. The results showed that the  crude fat， crude fiber and capsaicin contents were high in the pod pepper ， the capsaicin content was high in the line pepper， and the water content， amino acid and reducing sugar contents were high in the ball pepper.There were large differences in fruit quality among different varieties， and the coefficient of variation of 8 quality indexes ranged from 12.32% to 55.87%. The correlation analysis results showed that the correlation coefficient between capsaicin content and dihydrocapsaicin content among the 8 quality indexes was the highest（0.92）， showing a very significant positive correlation. According to PCA analysis and evaluation， the top 10 pepper varieties ranked in quality were Qianla No. 5， Layan 101， Suiyang pod Pepper， Sichuan Pepper 112， Yan Pepper 425， Qianla No. 8， Jiaoyang No. 6， Zunyi pod pepper， Qianla No. 3 and Xingshu single pod pepper. Based on the fruit quality evaluation results of 30 varieties of pepper， Qianla No. 5 of line pepper and Layan 101 of pod pepper can be used as high-quality variety for promotion and planting， and the contents of capsaicin， dihydrocapsaicin， reducing sugar and amino acid can be used as the main indexes for evaluating the fruit quality of pepper.

Key words： Pepper; Nutritional quality; Principal component analysis; Comprehensive evaluation

收稿日期：2023-11-01；修回日期：2023-12-29

基金项目：贵州省科技支撑重点项目（黔科支撑合【2022】重点016号）

作者简介：王楠艺，男，助理研究员，主要从事辣椒种质资源遗传改良与创新研究。E-mail：1310387702@qq.com

通信作者：何建文，男，研究员，主要从事辣椒种质资源遗传改良与创新研究。E-mail：hejianwen1022@126.com

辣椒（Capsicum annuum L.）为茄科辣椒属一年或多年生浅根系植物，起源于南美洲，经中美洲、欧洲、非洲传到亚洲[1]，是全球最重要的经济作物之一[2]。辣椒果实富含辣椒素类物质、维生素C、脂肪、酚类化合物等多种重要的营养成分[3-5]。辣椒在我国广泛种植，是我国播种面积和经济产值最大的蔬菜作物之一，其种植面积约为全国蔬菜总种植面积的10%[6-7]。随着生活水平的不断提高，辣椒市场上的需求已不仅局限于提高产量，而更注重于高品质，因此，筛选适宜当地市场需求的高品质辣椒品种是当前辣椒品质育种的重要目标之一。

辣椒产业作为贵州省优势特色产业，资源丰富，其中隐藏着不少高品质辣椒品种，如何通过研究辣椒果实品质来挖掘出隐藏的高品质辣椒品种是研究的重点。目前对辣椒品质评价分析研究表明，不同辣椒资源品质存在差异。蓬桂华等[8]按平均隶属度大小，将93份贵州地方辣椒资源分为高品质型、中品质型、一般品质型及特殊品质型四大类型；巩雪峰等[9]利用隶属函数值分析法，将109份辣椒种质资源按4项果实品质指标的平均隶属值大小，筛选出品质排名前10的辣椒种质资源。也有研究表明不同类型的辣椒营养品质成分存在差异，仲辉等[10]对不同类型干制辣椒的研究表明，不同辣椒种类果实辣度存在差异，朝天椒＞线椒＞羊角椒；杨创创等[11]利用GC-MS结合HPLC测定绥阳子弹头干椒的相关品质指标，结果表明主要呈香物质是香橙烯和柠檬烯，同时辣椒素类物质含量高。目前对辣椒品质综合评价的研究也多集中于农艺性状及产量方面，而利用因子分析法来综合评价辣椒品质并筛选出高品质辣椒品种的研究较少，同时缺乏适宜贵州当地种植的高品质辣椒品种。因此，笔者对不同果实类型、不同来源的30个辣椒品种进行果实品质测定，利用相关性分析法结合主成分分析法进行品质综合评价，旨在筛选出口感好、品质高、符合消费市场需求的辣椒品种，为辣椒品质育种与辣椒加工企业品种选择提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

试验共选取贵州省农业科学院辣椒研究所自育品种、贵州省地方辣椒品种、贵州省遵义市农业科学院自育品种以及省外主推辣椒品种4种不同来源，朝天椒、线椒、圆珠椒3种不同果形的30个不同辣椒品种作为参试品种（表1）。

1.2 田间管理

试验于2022年3—8月在贵州省黔东南州麻江县进行，土壤肥力中等，年平均温度16 ℃，年降水量1200 mm。3月12日采用72孔穴盘播种育苗，5月17日进行大田定植，田间定植采用随机区组排列，起垄栽培，每垄双行定植，每穴定植1株，株行距45 cm×60 cm，小区面积为26.5 m2，每品种定植30株，设置3次重复，田间管理按照麻江当地进行。8月18日每个品种选取长势一致的植株10株，采集同一部位、大小一致、无病虫害、无损伤的辣椒鲜果，随机分为3组，采后立即运回贵州省农业科学院辣椒研究所实验室进行水分及相关理化品质指标测定，样品贮藏于-80 ℃超低温冰箱中待测。

1.3 试验方法

1.3.1 辣椒果实含水量测定 试验选取10个大小一致、无病虫害的辣椒鲜果，采摘下来立刻称量，记录下鲜果质量，返回实验室放至烘箱85 ℃烘干至恒质量，使用BSA224S-CW型电子天平称量干果质量（精度0.001 g），将鲜果质量减去干果质量所得质量除以鲜果质量即为单个辣椒果实的含水量，单位为%，指标测定3次重复[12]。

1.3.2 辣椒果实辣椒素类物质含量测定 采取大小一致、无病虫害的辣椒鲜果，放至烘箱85 ℃烘干至恒质量，去掉果柄后使用BJ800粉碎机将辣椒干果粉碎后过60目筛，避光保存于干燥器内，用于辣椒素类物质含量的测定。参照GB/T40348－2021《植物源产品中辣椒素类物质的测定  液相色谱-质谱/质谱法》[13]、NY/T1381－2007《辣椒素的测定  高效液相色谱法》[14]，利用高效液相色谱法对辣椒果实干样辣椒素、辣椒红素及二氢辣椒素含量进行测定，各指标测定3次重复。

1.3.3 辣椒果实还原糖、粗纤维、粗脂肪和氨基酸含量的测定 采用蒽酮比色法测定还原糖含量[15]，参照GB/T5009.10－2003《植物类食品中粗纤维的测定》中滤袋法测定粗纤维含量[16]，采用索氏抽提法测定粗脂肪含量[17]，采用茚三酮显色法测定氨基酸含量[18]，各指标测定3次重复。

1.3.4 辣椒果实品质综合评价 以主成分的方差贡献率为权重，对各指标在各主成分中系数的加权平均进行归一化处理，利用主成分分析方法计算各个主成分的得分[19]。

1.4 数据处理与分析

利用Excel 2010进行数据整理；利用SPSS26.0进行差异显著性分析和相关性分析；利用Graphpad Prism 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同辣椒品种品质比较

对麻江种植的30个辣椒品种8项品质指标进行测定分析，结果表明不同辣椒品种果实品质存在较大差异（表2）。30个辣椒品种中果实含水量为34.22%～76.45%，平均含水量为58.65%，其中辣研12果实含水量最高，显著高于其他品种；黔辣5号果实含水量最低，仅为34.22%；辣研12果实含水量为黔辣5号的2.23倍。辣椒红素含量为13.79～95.50 μg·g-1，平均含量为38.08 μg·g-1，其中黄平线椒辣椒红素含量最高，显著高于其他品种；黔辣5号辣椒红素含量最低，黄平线椒的辣椒红素含量为黔辣5号的6.93倍。果实还原糖含量为10.68～17.26 mg·g-1，平均含量为13.63 mg·g-1，其中虾子辣椒还原糖含量最高，除与牛场辣椒差异不显著外，均顯著高于其他品种；黔辣1号果实还原糖含量最低。氨基酸含量（b）为33.91～59.13 μmol·g-1，平均含量为45.96 μmol·g-1，其中虾子辣椒氨基酸含量最高，除了与川椒112差异不显著外，均显著高于其他品种；黔辣1号果实氨基酸含量最低。粗脂肪含量为11.74%～19.26%，平均含量为14.59%，辣研3号果实粗脂肪含量最高，除了与遵义朝天椒、黔辣8号差异不显著外，均显著高于其他品种；三樱椒8号果实粗脂肪含量最低。粗纤维含量为18.72%～29.49%，平均含量为24.39%，其中绥阳朝天椒果实粗纤维含量最高，显著高于其他品种；长辣7号果实粗纤维含量最低。辣椒素含量为0.11～5.79 g·kg-1，平均含量为2.67 g·kg-1，其中黔辣5号辣椒素含量最高，显著高于其他品种；大方皱椒辣椒素含量最低。二氢辣椒素含量为0.17～2.92 g·kg-1，平均含量为1.27 g·kg-1，其中黔辣5号二氢辣椒素含量最高，显著高于其他品种；黄平线椒二氢辣椒素含量最低。

30个品种的8项品质指标的变异系数范围为12.32%～54.08%，其中5项品质指标变异系数低于20%，3项品质指标变异系数高于45%，表明所选辣椒品种果实性状具有多样性，且各品种品质指标之间存在不同程度的差异。不同品种的8项品质指标变异系数中，辣椒素含量变异系数最大，为54.08%，其次为二氢辣椒素、辣椒红素、含水量、氨基酸、还原糖、粗脂肪和粗纤维含量。

2.2 不同果实类型辣椒品质指标的差异

由图1可知，朝天椒的粗脂肪、粗纤维和辣椒素类物质含量高；线椒辣椒红素含量高；圆珠椒含水量、还原糖和氨基酸含量高。3种不同果实类型的含水量从高到低依次为圆珠椒＞线椒＞朝天椒，圆珠椒和线椒的含水量显著高于朝天椒，圆珠椒的含水量高于线椒，但差异不显著。3种不同果实类型的辣椒红素含量从高到低依次为线椒＞朝天椒＞圆珠椒，三者差异不显著。3种不同果实类型的辣椒还原糖含量从高到低依次为圆珠椒＞朝天椒＞线椒，但均未达到差异显著水平。3种不同果实类型的氨基酸含量从高到低依次为圆珠椒＞朝天椒＞线椒，朝天椒和圆珠椒的氨基酸含量均显著高于线椒，圆珠椒的氨基酸含量高于朝天椒，但二者差异不显著。3种不同果实类型的辣椒粗脂肪含量从高到低依次为朝天椒＞线椒＞圆珠椒，但均未达到差异显著水平。3种不同果实类型的辣椒粗纤维含量从高到低依次为朝天椒＞圆珠椒＞线椒，朝天椒和圆珠椒粗纤维含量均显著高于线椒，朝天椒和圆珠椒粗纤维含量差异不显著。3种不同果实类型的辣椒辣椒素与二氢辣椒素含量的趋势几乎一致，均为朝天椒＞线椒＞圆珠椒，其中朝天椒和线椒辣椒素含量均显著高于圆珠椒，朝天椒辣椒素含量高于线椒，但差异不显著；朝天椒和线椒二氢辣椒素含量显著高于圆珠椒。

2.3 不同辣椒品种品质指标的相关性分析

对辣椒果实8项品质指标进行相关性分析，结果如表3所示，含水量与辣椒红素含量呈极显著正相关，与粗纤维、辣椒素、二氢辣椒素含量呈极显著负相关；辣椒红素含量与粗纤维、辣椒素、二氢辣椒素含量呈极显著负相关；还原糖含量与氨基酸含量呈极显著正相关，与粗脂肪含量呈显著负相关；氨基酸含量与粗脂肪含量呈显著负相关；粗纤维含量与辣椒素、二氢辣椒素含量呈显著正相关；辣椒素含量与二氢辣椒素含量呈极显著正相关，且相关系数最高，为0.926。

2.4 不同辣椒品种品质指标的主成分分析

2.4.1 主成分分析 经KMO检验（Kaiser-Meyer-Olkin）和巴特利球形检验（Barlett?s Tset of Sphericity），结果表明，KMO为0.68，大于0.5，且Sig. 远小于0.05，表示数据可通过主成分分析方法进行分析。对辣椒果实还原糖、辣椒素、氨基酸、粗脂肪含量等8项品质指标进行主成分分析（principal components analysis，PCA），结果如表4所示，得到2个主成分特征值大于1，累积方差贡献率达67.10%，表明这2个主成分能反映8项指标的大部分信息。其中PC1特征值为3.46，方差贡献率为43.19%，其中贡献最大的为辣椒素含量，载荷值为0.86，其次是二氢辣椒素含量，载荷值为0.84，表明PC1主要与辣椒果实辣味品质相关。PC2特征值为1.91，方差贡献率为23.91%，其中贡献最大的为氨基酸含量，载荷值为0.85，其次是还原糖含量，载荷值为0.83，主要与辣椒果实营养品质相关。

2.4.2 建立综合得分评价模型 利用Excel 2010进行主成分各个变量权重的计算，计算结果如下：F1＝-0.45X1-0.38X2-0.05X3-0.06X4＋0.24X5＋0.42X6＋0.46X7＋0.45X8；F2＝-0.15X1-0.12X2＋0.60X3＋0.62X4-0.45X5＋0.14X6-0.02X7＋0.04X8。其中，X1、X2、X3、…、X8分别表示辣椒的8项品质指标。

根据主成分分析结果，提出2个主成分PC1和PC2，构建出综合得分评价模型：F＝0.43F1＋0.24F2 。

2.4.3 30个不同辣椒品种品质综合评价 PCA分析得到的2个主成分来代替8项指标对辣椒品质进行综合评价，根据所建立的综合得分评价模型，获得各品种的综合得分及排名，得分高低反映出果实的综合品质。由表5可知，综合得分排名前10的品种分别为黔辣5号、辣研101、绥阳朝天椒、川椒112、艳椒425、黔辣8号、骄阳6号、遵义朝天椒、黔辣3号、兴疏单生朝天椒，表明这些辣椒品种果实综合品质相对较好。

3 讨论与结论

随着人民生活品质的日益改善，消费者对辣椒口感及风味品质的要求逐渐提高，这也间接促使辣椒营养品质成为评价制干辣椒品质优劣的重要组成部分。在辣椒果实营养品质中，作为人体能直接吸收且必要的有机化合物，氨基酸是评价食品营养品质的重要指标[20]；作为辣椒果实中主要的糖类，可溶性还原糖含量的高低是决定辣椒口感味道的关键物质；粗脂肪含量的高低能直接影响制干辣椒后续生产中的辣椒风味及口感[21]；而辣椒素类物质更是辣椒口感风味中起决定性影响的生物活性成分物质[22]，因此，笔者选取相关的8个辣椒果实品质指标对制干辣椒品质进行综合评价具有一定的可行性及代表性。

变异系数是反映作物主要性状在进化保守或遗传可塑性的指标，性状的变化幅度越大，对应的变异系数越大，变异程度越大，则对品种变异和创新贡献率就越高[23-24]。本研究結果表明，30个辣椒品种8项品质指标间的变异系数存在明显差异，变异系数为12.32%～54.08%，辣椒素含量的变异系数最高，其次是二氢辣椒素含量，变异系数为52.18%。辣椒素含量与二氢辣椒素含量的变异系数较高，表明不同辣椒品种的果实风味存在明显差异，同时也说明此品质指标具有较强的选择潜力。粗纤维含量的变异系数最低，为12.32%，基因多样性不丰富。刘宇鹏等[25]对11个贵州地方辣椒品种进行品质差异分析的结果也表明，粗纤维含量变异系数较小，表明该指标较稳定，相关新品种选育难度较大。此外，该研究结果还表明，朝天椒、线椒和圆珠椒3种不同类型的辣椒果实营养品质存在差异，朝天椒的粗脂肪、粗纤维和辣椒素类物质含量高，线椒辣椒红素含量高，圆珠椒含水量、还原糖和氨基酸含量高，与Zamljen等[26]的研究结果基本一致。

通过构建综合品质评价模型计算综合得分排名前10位的辣椒品种为黔辣5号、辣研101、绥阳朝天椒、川椒112、艳椒425、黔辣8号、骄阳6号、遵义朝天椒、黔辣3号和兴疏单生朝天椒，其中，辣研101的还原糖、辣椒素与二氢辣椒素含量3个指标排列靠前，可作为鲜食的辣椒品种推广种植；黔辣5号的辣椒素类物质含量均为第一，可作为提取辣椒素和二氢辣椒素专用品种推广种植；绥阳朝天椒的粗纤维含量最高，可作为高品质鲜食辣椒品种进行种植推广；川椒112的氨基酸含量较高，可作为高营养品质辣椒品种推广；艳椒425和骄阳6号的综合排名靠前，可作为优质辣椒品种种植；黔辣8号和遵义朝天椒的粗脂肪含量排前3位，适于需要降低胆固醇的人群食用；兴疏单生朝天椒的辣味适中，还原糖及氨基酸含量丰富，可用于鲜食和提取氨基酸等多种用途。品质得分排名前10位的贵州省内辣椒品种占比70%，表明贵州省内自育品种及地方辣椒品种品质较高。

综上所述，30个辣椒品种果实品质差异显著，还原糖、辣椒素、二氢辣椒素与氨基酸含量是综合评价辣椒果实品质的主要指标。朝天椒的粗脂肪、粗纤维和辣椒素类物质含量高，线椒辣椒红素含量高，圆珠椒含水量、还原糖和氨基酸含量高，可为定向选育高品质辣椒品种提供理论参考。综合评价线椒中黔辣5号表现最好，朝天椒中辣研101品质表现最好，这2个品种可作为高品质辣椒品种进行推广种植。

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