基于電子鼻技術(shù)的不同種植區(qū)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(nóng)業(yè)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(chǎn)于墨西哥，明朝末年傳入中國，至乾隆年間，貴州地區(qū)開始栽培并食用辣椒，經(jīng)過長期自然選擇，形成了許多品質(zhì)優(yōu)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(jīng)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(zhì)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(zhì)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(yōu)良的辣椒品質(zhì)成就了貴州獨具魅力的辣椒產(chǎn)業(yè)。

在貴州辣椒產(chǎn)業(yè)穩(wěn)固發(fā)展的同時，人們開始關(guān)注貴州辣椒的香味評價，蓬桂華等依據(jù)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(yōu)辣椒鮮椒醬的風味成分，共檢測出128種揮發(fā)性成分；李達等分析了貴州地區(qū)不同品種辣椒粉產(chǎn)品風味物質(zhì)差異，發(fā)現(xiàn)雪松烯是貴州辣椒風味物質(zhì)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(zhì)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(zhì)，得出線椒的風味最好，其次是平板椒、朝天椒、皺椒，均優(yōu)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(qū)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(tǒng)一種苗、統(tǒng)一栽培物資、統(tǒng)一栽培技術(shù)、統(tǒng)一采樣的基礎(chǔ)上，運用電子鼻分析技術(shù)探索不同辣椒品種在不同種植區(qū)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(jù)。

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(nóng)產(chǎn)品地理標志查詢系統(tǒng)”獲?。?。

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(zhì)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(zhì)

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

按照“統(tǒng)一育苗、統(tǒng)一技術(shù)、統(tǒng)一物資、統(tǒng)一采收”原則，分別在3個地理標志辣椒品種的地理標志區(qū)域（大方縣：D；黃平縣：H；綏陽縣：S）及貴州省農(nóng)業(yè)科學院辣椒研究所貴陽基地（貴陽：G。貴陽市花溪區(qū)）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(qū)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(jīng)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(nèi)密封，4 ℃條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

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?。?.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(huán)境中靜置30 min后，開始測定揮發(fā)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(wěn)定，選定采集信號時間為60 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

先將16個辣椒樣品的電子鼻檢測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的PCA分析，了解不同種植地域?qū)苯凤L味的影響。每個樣品選定重復性較好的3組數(shù)據(jù)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(tǒng)自動給出不同樣本間的判別指數(shù)。

2 結(jié)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(shù)據(jù)的PCA分析結(jié)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(jīng)基本代表了樣品的主要信息特征；16個辣椒樣品的揮發(fā)性風味差異在PC1、PC2構(gòu)建的平面上僅有部分樣品分開。結(jié)合判別指數(shù)（表4）發(fā)現(xiàn)，16個辣椒樣品的判別指數(shù)介于0.031～0.991，數(shù)值大于0.8的有39個，占比32.5%；數(shù)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(qū)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(shù)

圖1 不同辣椒樣品風味PCA分析

2.2 不同種植區(qū)域?qū)苯凤L味的影響

不同種植區(qū)域辣椒樣品電子鼻檢測數(shù)據(jù)的PCA分析結(jié)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(gòu)建的平面上，大方皺椒（圖2a）在不同的種植區(qū)域彼此分開，相互不重疊，說明在不同種植區(qū)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(qū)域的樣本與其他3個區(qū)域的樣本分離較遠，而在黃平、綏陽、貴陽種植區(qū)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(qū)域內(nèi)的樣本相互重疊，說明黃楊小米辣在不同種植區(qū)域的風味差異不大。

圖2 不同種植區(qū)域的辣椒電子鼻風味PCA分析

2.3 不同種植區(qū)域?qū)苯凤L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(fā)現(xiàn)（圖3），3個地理標志品種在地理標志區(qū)域與非地理標志區(qū)域的風味與對照品種的結(jié)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(xiàn)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(xiàn)為W1S和W2S傳感器貢獻率較大，其他傳感器貢獻率不大。結(jié)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(qū)域辣椒風味傳感器響應值的載荷分析

3 結(jié)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(chǎn)地鑒別方面應用廣泛。劉阿靜等利用電子鼻與多元統(tǒng)計方法，成功區(qū)分4個產(chǎn)地的當歸樣品，正確判別率達100%；劉元林等利用電子鼻結(jié)合多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡分析實現(xiàn)對三七主根、支根及產(chǎn)地的定量判別；武珊珊等利用電子鼻及PCA法成功區(qū)別28份云南不同茶區(qū)的曬青毛茶的風味；陸寬等研究發(fā)現(xiàn)，電子鼻分析結(jié)果能夠很好地區(qū)分不同品種辣椒發(fā)酵后的風味，通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜（SPME-GC-MS）技術(shù)共檢出124種不同的揮發(fā)性風味物質(zhì)。通過本研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)果相一致，說明不同品種、不同產(chǎn)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(guān)。電子鼻結(jié)合PCA法的分析結(jié)果并不能完全區(qū)分不同產(chǎn)地的辣椒樣品，4個品種中大方皺椒在4個區(qū)域的風味能夠完全區(qū)分，黃楊小米辣在4個區(qū)域的風味完全不能區(qū)分，黃平線椒及黔椒8號僅大方種植區(qū)能與其他3個種植區(qū)有區(qū)分，說明不同辣椒品種的適應性不同，在不同區(qū)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(zhì)譜分析，GC-MS）的相互結(jié)合與應用，使各類型客觀數(shù)據(jù)之間相互印證，解析出對辣椒風味品質(zhì)影響的關(guān)鍵因子，并建立指紋數(shù)據(jù)庫，為構(gòu)建辣椒產(chǎn)品品質(zhì)標準體系及辣椒產(chǎn)品風味調(diào)配技術(shù)提供理論依據(jù)。