貴州遵義辣椒礦質元素含量與其品質相關性分析

張 建，楊瑞東，陳 蓉*，彭益書，文雪峰，任海利

（1.貴州大學資源與環(huán)境工程學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州大學礦業(yè)學院，貴州 貴陽 550025；3.貴州大學農(nóng)學院，貴州 貴陽 550025；4.貴州大學公共管理學院，貴州 貴陽 550025）

辣椒（Capsicum annuum L.）是茄科、辣椒屬1 a生或有限多年生農(nóng)作物。辣椒果實營養(yǎng)豐富，富含K、P、Mg、辣椒堿、VC、VE、蛋白質和抗氧化物質等[1]。礦質元素是農(nóng)作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量和品質的物質基礎，在調控辣椒生理代謝和品質形成過程中作用明顯[2]。眾多研究表明，礦質營養(yǎng)元素與農(nóng)產(chǎn)品品質的關系密切，農(nóng)產(chǎn)品中礦質元素含量與比例適宜，可明顯提高農(nóng)產(chǎn)品的品質和產(chǎn)量[2-5]。陳艷秋等[6]研究了蘋果梨果實的礦質元素含量及其品質效應，表明果實的可溶性固形物與P、Fe、Mn含量呈正相關，與K、Ca、Mg、Zn含量呈負相關。曾亞文等[7]研究了水稻礦質元素含量與形態(tài)及品質的關系，表明水稻的蛋白質含量與P、K、Mg、Cu、Mn含量呈顯著正相關，直鏈淀粉含量與K、Mn含量呈顯著負相關，與Ca含量呈顯著正相關，且稻種質的形態(tài)、性狀與Mn、Zn、Cu含量的關系較Fe含量更為密切。吉前華等[8]對貢柑葉片的礦質營養(yǎng)與果實品質關系進行研究，表明果汁含量和風味與Mg含量均呈顯著正相關（r1=0.719，r2=0.607），果形指數(shù)與Mn含量呈顯著負相關（r=－0.673）。凌麗俐等[9]研究表明，贛南臍橙果實可溶性固形物與葉片K、Mg、Zn含量呈顯著正相關，可滴定性酸與Mn含量呈顯著正相關，單果質量與葉片12 個礦質元素均無顯著相關關系。黃春輝等[10]研究表明，獼猴桃品質指標受到多個土壤和葉片營養(yǎng)元素的影響，且土壤養(yǎng)分與葉片養(yǎng)分之間存在協(xié)同與拮抗作用。大米的Fe、Mn、Cu、Zn之間互呈正相關關系，產(chǎn)量與礦質元素呈負相關關系[11]。

辣椒是貴州的優(yōu)勢特色農(nóng)作物，常年種植面積500萬 畝左右，目前栽培面積、加工規(guī)模與效益、市場集散規(guī)模均居全國第一。在貴州，遵義辣椒最著名，遵義蝦子辣椒市場具有“中國辣椒城”的美譽。然而，該地區(qū)生產(chǎn)的辣椒礦質元素含量狀況及其與辣椒品質之間的關系尚不清楚，研究有待深入。因此開展遵義辣椒的礦質元素含量與品質狀況調查，探討優(yōu)質辣椒果實的礦質元素與品質的關系，以期為遵義優(yōu)質辣椒科學種植、合理施肥與營養(yǎng)補充，提高辣椒品質，辣椒品質評價和辣椒食品開發(fā)利用等提供理論依據(jù)和指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣椒樣品采集工作于辣椒果實成熟期（2015年8月）內完成，單個采樣點在直徑3 m范圍內利用梅花形布點法均勻采集辣椒果實樣品。采樣區(qū)分布于遵義市播州區(qū)至綏陽縣一帶，沿深溪鎮(zhèn)、蝦子鎮(zhèn)、新舟鎮(zhèn)、鄭場鎮(zhèn)和洋川鎮(zhèn)一線分布，長40 km左右，采樣方法采用蛇形布點法，樣品點間距約3 km。共采集辣椒果實樣品16 件。采集的辣椒樣品裝入聚乙烯塑料自封袋內，依次編號，運回實驗室待測。研究區(qū)的辣椒品種主要有子彈頭辣椒、朝天椒、指型椒、櫻桃椒和線椒。

HNO3、HCl均為國產(chǎn)優(yōu)級純。

1.2 儀器與設備

DFT-100手提式高速萬能粉碎機 浙江省溫嶺市林大機械有限公司；DHG-9070型恒溫鼓風干燥箱 上海予英儀器有限公司；7700x型電感耦合等離子體質譜儀、Vista-MPX型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 美國安捷倫科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 礦質元素含量測定

所有辣椒果實樣品均用自來水沖洗3 遍，再用超純水（18.2MΩ·cm，25 ℃）沖洗3 遍，置于恒溫鼓風干燥箱中于40 ℃烘干至恒質量，去除辣椒果實的胎座，采用100 g手提式高速萬能粉碎機磨碎，過200 目尼龍篩，裝入聚乙烯塑料自封袋中，作好標記，密封保存。辣椒果實礦質元素的分析測試工作在澳實分析檢測（廣州）有限公司完成。采用稀HNO3消解、HCl定容。每個樣品均采用電感耦合等離子體質譜儀和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀綜合檢測。本研究中檢測辣椒的K、Ca、Mg、P、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Co共12 種礦質元素。

1.3.2 品質指標測定

運回實驗室的樣品當天送400 g至貴州省分析測試研究院，本研究測定蛋白質、干物質、VC、辣椒堿共4 項品質指標。4 項辣椒品質指標的分析測試工作均在貴州省分析測試研究院完成。采用相應的國家標準作為測試方法。其中，蛋白質含量采用GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》方法測定；干物質含量采用GB/T 8858—1988《水果、蔬菜產(chǎn)品中干物質和水分含量測定》方法測定；VC含量采用GB/T 6195—1986《水果、蔬菜維生素C含量測定法：2,6-二氯靛酚滴定法》方法測定。辣椒堿采用高效液相色譜法進行測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2003對數(shù)據(jù)進行處理，采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗、相關性分析、主成分分析、聚類分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 遵義辣椒礦質元素含量特征

表1 遵義辣椒果實礦質元素含量Table 1 Contents of mineral elements in hot peppers from Zunyi mg/kg

農(nóng)產(chǎn)品的礦質營養(yǎng)價值和健康益處受到越來越多學者的關注[13-15]。利用Kolmogorov-Smirnov方法對遵義地區(qū)辣椒果實中12 種礦質元素含量數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，結果顯示漸近顯著性（雙側）P值均大于顯著性水平（α=0.05），表明辣椒果實的12 種礦質元素含量數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。如表1所示，辣椒大量礦質元素含量呈現(xiàn)K＞P＞S＞Mg＞Ca的特征，辣椒的大量元素中K含量最高，含量范圍為19 800～33 700 mg/kg（均值為25 850 mg/kg），可能與K參與果實的形成與膨大有關，P、S、Mg、Ca含量相對較低。微量礦質元素含量順序為Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Ni＞Mo＞Co，與前人研究得出的云南和新疆的辣椒礦質元素含量變化規(guī)律相似[16-17]。鐵在7 種微量元素中含量最高，含量在40～86 mg/kg之間（均值為57 mg/kg），其次為Zn、Mn、Cu、Ni、Mo。Co含量最低，范圍為0.02～0.35 mg/kg，均值為0.14 mg/kg。研究區(qū)各辣椒樣品微量營養(yǎng)元素Co的變異系數(shù)最大，其次為Mo、Ni、Mn，均為強變異（變異系數(shù)＞20%），Ca、K、Mg、P、Zn、Fe、Cu為中等變異（10%＜變異系數(shù)≤20%），S為弱變異（變異系數(shù)≤10%）[18]。可能是由于在生產(chǎn)過程中重施K、P肥而少施微量元素肥料導致。Mg的變異系數(shù)較低，為10.5%，可能是由于植物中的Mg主要參與植物光合作用有關。多數(shù)礦質元素含量為中等和強變異，說明辣椒果實礦物元素含量對辣椒植株礦質營養(yǎng)反映敏感，且隨種植環(huán)境變化而變化。可見，辣椒不僅可作調味品，還可補充人體所需的微量元素Fe、Cu、Zn、Ni、Co等[19]。

2.2 遵義辣椒品質分析

利用Kolmogorov-Smirnov方法對遵義地區(qū)辣椒果實的4 項品質生物化學指標（辣椒堿、蛋白質、VC、干物質）含量數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗，結果顯示漸近顯著性（雙側）P值均大于顯著性水平（α=0.05），表明辣椒果實的4 項品質生物化學指標含量數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布。如表2所示。遵義地區(qū)不同取樣點環(huán)境中辣椒果實品質存在差異，蛋白質、VC、干物質含量變異系數(shù)較小，為中等變異（10%＜變異系數(shù)≤20%）。而辣椒堿含量變異程度大，為強變異（變異系數(shù)＞20%）[18]。研究表明辣椒總堿中辣椒堿及二氫辣椒堿的質量分數(shù)分別約為58%、30%，且不同成熟期的辣椒果實其辣椒堿和二氫辣椒堿含量差別較大[20-21]。因此，本研究中遵義辣椒的辣椒堿含量變化程度高，可能與辣椒果實的成熟程度和品種不同有關。詹永發(fā)等[22]對貴州主要種植的辣椒VC含量范圍進行研究，其范圍在774～2248 mg/kg之間，本研究所得結果與前人研究類似。遵義辣椒的VC高于萵苣菜的VC含量[23-24]，高于呂玲玲等[25]研究得出的廣東和湖南辣椒的VC含量。遵義地區(qū)辣椒的蛋白質質量分數(shù)在2.28%～5.30%之間，均值為4.27%，高于周燾等[26]研究得出23 個辣椒品種的蛋白質質量分數(shù)（0.67%～2.35%），說明遵義辣椒的蛋白質含量較高，品質較好。遵義辣椒的干物質質量分數(shù)在17.0%～31.3%之間，高于鄒學校等[27]研究得出的湖南和湖北地區(qū)辣椒的干物質含量（11.88%～15.875%）?？梢?，遵義辣椒蛋白質、VC、干物質含量高，品質較優(yōu)，營養(yǎng)豐富，而辣椒堿含量變化大。

2.3 辣椒品質與礦質元素相關性分析

表3 遵義辣椒果實礦質元素含量的相關性分析Table 3 Correlation analysis of mineral elements contents in hot peppers from Zunyi

研究指出，大米Cu含量與K、Mg含量呈顯著負相關，膠稠度與K含量呈顯著正相關，直鏈淀粉與Cu含量呈顯著正相關，蛋白質與Zn含量呈顯著正相關[28]。為了研究遵義辣椒果實各礦質元素之間的相互關系和辣椒果實礦質元素與果實品質之間相互關系，以辣椒果實的K、Ca、Mg、P、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Co含量為一總體，以辣椒果實品質指標辣椒堿、蛋白質、VC、干物質含量為另一總體，應用相關性分析的方法進行統(tǒng)計分析研究。由表3可看出，辣椒果實的礦物元素之間互相影響，且存在協(xié)同或拮抗作用。其中K與Mg、S呈顯著正相關（P＜0.05），Ca與S、Cu呈現(xiàn)顯著正相關（P＜0.05），Mg與P呈極顯著正相關（P＜0.01），F(xiàn)e與Zn、Mn與Co、Cu與Zn和Ni與Co元素亦呈顯著正相關關系。此外，辣椒Mg、Mo含量與辣椒Co含量呈負相關。辣椒果實中各礦質元素互相影響。

表4 遵義辣椒果實礦質元素含量與品質指標相關性分析Table 4 Correlation analysis between mineral elements contents and quality of hot peppers from Zunyi

由表4可以看出，辣椒堿與K、P、S、Mo呈顯著負相關關系（P＜0.05），與Co含量呈正相關。蛋白質與K、Ca、Mg、P、S呈負相關，與Cu、Zn、Ni呈正相關，研究指出，施用S肥可提高小麥蛋白質含量[29-30]，湖南烤煙蛋白質含量與S含量呈顯著正相關[31]，東北地區(qū)大豆含硫氨基酸與蛋白質呈極顯著負相關[32]，本研究得出辣椒蛋白質與S呈負相關，猜測其原因可能與辣椒中含S氨基酸較少，辣椒中S含量變異系數(shù)較小（7.4%）有關。此外，可能與辣椒成熟程度、品種不同有關，具體有待進一步研究。辣椒VC與辣椒K、Ca、Mg、P、S、Zn含量呈正相關關系，與Cu含量呈顯著正相關（P＜0.05），表明辣椒的礦質元素含量高可促進辣椒VC的合成，且研究表明葉面噴施適宜濃度的Ca(NO3)2有利于辣椒VC和類胡蘿卜素的積累[33]。辣椒干物質與S含量呈顯著負相關（P＜0.05），與多數(shù)礦質元素亦呈一定程度的負相關關系。研究表明，辣椒植株體內辣椒堿和VC的代謝途徑在營養(yǎng)、碳源和能量分配上存在競爭關系[34-35]，可能是出現(xiàn)多數(shù)礦物元素與VC呈正相關，與辣椒堿呈負相關的原因所在。研究表明施用Zn肥會致使辣椒干物質的積累降低5.58%[36]。本研究得出辣椒干物質含量與Zn含量呈負相關關系（r=－0.137），與前人研究所得結果類似。可見，辣椒果實品質的形成受果實內多種礦質元素不同程度的影響。

2.4 辣椒品質與礦質元素的主成分分析

主成分分析是利用降維的思想，對原有多因素體系進行降維處理，用少量的幾個因子來描述多指標體系間的關系[37]。利用主成分分析和聚類分析可研究農(nóng)產(chǎn)品、中藥材的特征元素、親緣關系和地域分布特征，為品質評價提供借鑒[38-41]。利用主成分分析方法對辣椒礦質營養(yǎng)元素及品質指標進行因子提取，如表5所示。結果表明，基于特征值大于1的原則，共提取了5 個主成分，解釋的累計方差貢獻率為82.641%。第1主成分與K、Ca、Mg、P、S、Fe、Zn、Cu高度正相關，與辣椒堿、蛋白質、干物質高度負相關，方差貢獻率為29.778%。第2主成分與Ca、Mn、Cu、Zn、Co、Ni、辣椒堿高度正相關，與Mo高度負相關，方差貢獻率為19.590%。第3主成分與Cu、蛋白質、干物質、VC高度正相關，與Co、Mn高度負相關，方差貢獻率為15.708%。第4主成分與Fe、Mo、Ni、蛋白質高度正相關，與Ca、P、VC高度負相關，方差貢獻率為11.063%。第5主成分與Ca、Mo高度正相關，與K、Ni高度負相關，方差貢獻率為6.502%。

表5 遵義辣椒果實礦質元素與品質指標的主成分分析Table 5 Principal component analysis of mineral elements and quality traits of hot peppers from Zunyi

前2個主成分解釋累計方差貢獻率為49.368%，因此可認為辣椒堿是評價辣椒品質的重要參考指標。K、Mg、P、S、Zn、Cu、Ni、Co為辣椒果實的特征元素。

2.5 辣椒營養(yǎng)品質的聚類分析

圖1 遵義辣椒果實樣品聚類分析樹狀圖Fig. 1 Dendrogram obtained from cluster analysis of hot pepper samples from Zunyi

如圖1所示，在距離為10.0時，所有辣椒果實樣品聚成3 類。來自遵義市深溪鎮(zhèn)的1～5號樣品聚成一類，來自新舟鎮(zhèn)的10號、11號、13號辣椒樣和鄭場鎮(zhèn)的14號辣椒樣聚成一類，且它們產(chǎn)地相鄰，遵義市蝦子鎮(zhèn)的2 個樣品（6號和8號）聚成一類。

表6 聚類分析結果中3 類辣椒果實的營養(yǎng)品質對比分析Table 6 Comparative analysis of nutritional quality of 3 groups of hot peppers from cluster analysis results

基于聚類分析結果的3 類辣椒品質特征見表6。第I類除包含所有遵義市深溪鎮(zhèn)辣椒外，還包含1 件新舟鎮(zhèn)辣椒、1 件鄭場鎮(zhèn)辣椒、1 件洋川鎮(zhèn)辣椒，I類辣椒中，辣椒堿、蛋白質、K含量較低，礦質元素Ca、P、S、Fe、Mo、Ni含量較高，VC、干物質、Mg、Mn、Cu、Zn、Co含量中等。II類辣椒包含了2 件蝦子鎮(zhèn)辣椒、3 件新舟鎮(zhèn)辣椒、1 件鄭場鎮(zhèn)辣椒，且它們的產(chǎn)地相鄰，該類辣椒礦質元素K、Mg、Fe、Zn、Cu含量較高，辣椒堿、S、Mo、Ni含量中等，蛋白質、VC、干物質、Ca、P、Mn、Co含量較低。III類辣椒中，包含了蝦子鎮(zhèn)的2 件辣椒樣（6號和8號），這類辣椒果實辣椒堿、蛋白質、VC、干物質、Mn、Co含量較高，K、Ca、P含量中等，Mg、S、Mo、Ni、Fe、Cu、Zn含量較低。辣椒聚類分析結果在一定程度上反映了辣椒品質和礦質元素在不同地域間存在差異，但僅辣椒K含量達顯著水平（P＜0.05）。同一地域的辣椒，品質和礦質元素含量相近，品質相當，辣椒品質存在明顯的地域性特征，這種地域性分布特征可能與各類辣椒種植區(qū)的地質環(huán)境、氣候、地形地貌、海拔等不同有關。就地層巖性而言，聚為一類的辣椒樣品，其對應種植環(huán)境均包括2 套及以上的地層分布區(qū)，可能是由于種植區(qū)地層整體為三疊系，地質環(huán)境差異不明顯導致。

3 結 論

遵義辣椒的常量元素含量呈現(xiàn)K＞P＞S＞Mg＞Ca的特征，辣椒K平均含量為25 850 mg/kg。微量礦質元素含量大小順序為Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Ni＞Mo＞Co。遵義辣椒的蛋白質、VC、干物質含量高，品質較優(yōu)，營養(yǎng)豐富，辣椒堿含量變化大。

辣椒中K與Mg、S呈顯著正相關，Ca與S、Cu呈顯著正相關，Mg與P呈極顯著正相關。Fe與Zn、Mn與Co、Cu與Zn和Ni與Co元素亦呈顯著正相關關系。辣椒堿與辣椒K、P、S、Mo含量呈顯著負相關，與辣椒Co含量呈正相關。辣椒蛋白質與K、Ca、Mg、P含量呈負相關，與Cu、Zn、Ni呈正相關。VC與辣椒K、Ca、Mg、P、S、Zn含量呈正相關關系，與Cu含量呈顯著正相關。辣椒中礦質元素高可促進辣椒VC的合成。

主成分分析的前2 個主成分解釋的總方差貢獻率為49.368%，辣椒堿是評價辣椒品質的重要參考指標。K、Mg、P、S、Zn、Cu、Ni、Co為辣椒果實的特征元素。聚類分析結果在一定程度上反映了辣椒品質和礦質元素在不同地域間存在差異，同一地域的辣椒其理化品質和礦質元素含量往往相近，辣椒品質存在明顯的地域分布特征。

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