基于主成分分析的30個辣椒品種果實品質綜合評價

王楠藝 付文婷 周鵬 楊婭 吳迪 范高領 何建文

DOI：10.16861/j.cnki.zggc.202423.0694

摘??? 要：探明不同來源、不同果型辣椒品種的營養品質差異，為辣椒品質育種及種植推廣提供理論依據。以朝天椒、線椒和圓珠椒3種不同果實類型和不同來源的30個辣椒品種為研究對象，測定氨基酸、還原糖、粗脂肪、粗纖維、辣椒素類物質含量等8項果實品質指標，采用主成分分析進行綜合評價。結果表明，朝天椒類果實粗脂肪、粗纖維及辣椒素類物質含量高，線椒類果實辣椒紅素含量高，圓珠椒類果實含水量、氨基酸、還原糖含量高；不同品種間果實品質存在明顯差異，8項品質指標的變異系數范圍為12.32%～54.08%。相關性分析結果表明，8個品質指標間辣椒素含量與二氫辣椒素含量相關系數最高，為0.92，呈極顯著正相關；根據主成分分析評價得出品質排名前10的辣椒品種分別為黔辣5號、辣研101、綏陽朝天椒、川椒112、艷椒425、黔辣8號、驕陽6號、遵義朝天椒、黔辣3號、興蔬單生朝天椒。綜合30個辣椒品種果實品質評價結果，線椒中黔辣5號和朝天椒中辣研101可作為高品質辣椒品種進行推廣種植，辣椒素、二氫辣椒素、還原糖及氨基酸含量可作為辣椒果實品質的主要評價指標。

關鍵詞：辣椒；營養品質；主成分分析；綜合評價

中圖分類號：S641.3?????????? ?? 文獻標志碼：A???????????? ???? 文章編號：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

基金項目：貴州省科技支撐重點項目（黔科支撐合【2022】重點016號）

作者簡介：王楠藝，男，助理研究員，主要從事辣椒種質資源遺傳改良與創新研究。E-mail：1310387702@qq.com

通信作者：何建文，男，研究員，主要從事辣椒種質資源遺傳改良與創新研究。E-mail：hejianwen1022@126.com

辣椒（Capsicum annuum L.）為茄科辣椒屬一年或多年生淺根系植物，起源于南美洲，經中美洲、歐洲、非洲傳到亞洲[1]，是全球最重要的經濟作物之一[2]。辣椒果實富含辣椒素類物質、維生素C、脂肪、酚類化合物等多種重要的營養成分[3-5]。辣椒在我國廣泛種植，是我國播種面積和經濟產值最大的蔬菜作物之一，其種植面積約為全國蔬菜總種植面積的10%[6-7]。隨著生活水平的不斷提高，辣椒市場上的需求已不僅局限于提高產量，而更注重于高品質，因此，篩選適宜當地市場需求的高品質辣椒品種是當前辣椒品質育種的重要目標之一。

辣椒產業作為貴州省優勢特色產業，資源豐富，其中隱藏著不少高品質辣椒品種，如何通過研究辣椒果實品質來挖掘出隱藏的高品質辣椒品種是研究的重點。目前對辣椒品質評價分析研究表明，不同辣椒資源品質存在差異。蓬桂華等[8]按平均隸屬度大小，將93份貴州地方辣椒資源分為高品質型、中品質型、一般品質型及特殊品質型四大類型；鞏雪峰等[9]利用隸屬函數值分析法，將109份辣椒種質資源按4項果實品質指標的平均隸屬值大小，篩選出品質排名前10的辣椒種質資源。也有研究表明不同類型的辣椒營養品質成分存在差異，仲輝等[10]對不同類型干制辣椒的研究表明，不同辣椒種類果實辣度存在差異，朝天椒＞線椒＞羊角椒；楊創創等[11]利用GC-MS結合HPLC測定綏陽子彈頭干椒的相關品質指標，結果表明主要呈香物質是香橙烯和檸檬烯，同時辣椒素類物質含量高。目前對辣椒品質綜合評價的研究也多集中于農藝性狀及產量方面，而利用因子分析法來綜合評價辣椒品質并篩選出高品質辣椒品種的研究較少，同時缺乏適宜貴州當地種植的高品質辣椒品種。因此，筆者對不同果實類型、不同來源的30個辣椒品種進行果實品質測定，利用相關性分析法結合主成分分析法進行品質綜合評價，旨在篩選出口感好、品質高、符合消費市場需求的辣椒品種，為辣椒品質育種與辣椒加工企業品種選擇提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗共選取貴州省農業科學院辣椒研究所自育品種、貴州省地方辣椒品種、貴州省遵義市農業科學院自育品種以及省外主推辣椒品種4種不同來源，朝天椒、線椒、圓珠椒3種不同果形的30個不同辣椒品種作為參試品種（表1）。

1.2 田間管理

試驗于2022年3—8月在貴州省黔東南州麻江縣進行，土壤肥力中等，年平均溫度16 ℃，年降水量1200 mm。3月12日采用72孔穴盤播種育苗，5月17日進行大田定植，田間定植采用隨機區組排列，起壟栽培，每壟雙行定植，每穴定植1株，株行距45 cm×60 cm，小區面積為26.5 m2，每品種定植30株，設置3次重復，田間管理按照麻江當地進行。8月18日每個品種選取長勢一致的植株10株，采集同一部位、大小一致、無病蟲害、無損傷的辣椒鮮果，隨機分為3組，采后立即運回貴州省農業科學院辣椒研究所實驗室進行水分及相關理化品質指標測定，樣品貯藏于-80 ℃超低溫冰箱中待測。

1.3 試驗方法

1.3.1 辣椒果實含水量測定 試驗選取10個大小一致、無病蟲害的辣椒鮮果，采摘下來立刻稱量，記錄下鮮果質量，返回實驗室放至烘箱85 ℃烘干至恒質量，使用BSA224S-CW型電子天平稱量干果質量（精度0.001 g），將鮮果質量減去干果質量所得質量除以鮮果質量即為單個辣椒果實的含水量，單位為%，指標測定3次重復[12]。

1.3.2 辣椒果實辣椒素類物質含量測定 采取大小一致、無病蟲害的辣椒鮮果，放至烘箱85 ℃烘干至恒質量，去掉果柄后使用BJ800粉碎機將辣椒干果粉碎后過60目篩，避光保存于干燥器內，用于辣椒素類物質含量的測定。參照GB/T40348－2021《植物源產品中辣椒素類物質的測定? 液相色譜-質譜/質譜法》[13]、NY/T1381－2007《辣椒素的測定? 高效液相色譜法》[14]，利用高效液相色譜法對辣椒果實干樣辣椒素、辣椒紅素及二氫辣椒素含量進行測定，各指標測定3次重復。

1.3.3 辣椒果實還原糖、粗纖維、粗脂肪和氨基酸含量的測定 采用蒽酮比色法測定還原糖含量[15]，參照GB/T5009.10－2003《植物類食品中粗纖維的測定》中濾袋法測定粗纖維含量[16]，采用索氏抽提法測定粗脂肪含量[17]，采用茚三酮顯色法測定氨基酸含量[18]，各指標測定3次重復。

1.3.4 辣椒果實品質綜合評價 以主成分的方差貢獻率為權重，對各指標在各主成分中系數的加權平均進行歸一化處理，利用主成分分析方法計算各個主成分的得分[19]。

1.4 數據處理與分析

利用Excel 2010進行數據整理；利用SPSS26.0進行差異顯著性分析和相關性分析；利用Graphpad Prism 9.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同辣椒品種品質比較

對麻江種植的30個辣椒品種8項品質指標進行測定分析，結果表明不同辣椒品種果實品質存在較大差異（表2）。30個辣椒品種中果實含水量為34.22%～76.45%，平均含水量為58.65%，其中辣研12果實含水量最高，顯著高于其他品種；黔辣5號果實含水量最低，僅為34.22%；辣研12果實含水量為黔辣5號的2.23倍。辣椒紅素含量為13.79～95.50 μg·g-1，平均含量為38.08 μg·g-1，其中黃平線椒辣椒紅素含量最高，顯著高于其他品種；黔辣5號辣椒紅素含量最低，黃平線椒的辣椒紅素含量為黔辣5號的6.93倍。果實還原糖含量為10.68～17.26 mg·g-1，平均含量為13.63 mg·g-1，其中蝦子辣椒還原糖含量最高，除與牛場辣椒差異不顯著外，均顯著高于其他品種；黔辣1號果實還原糖含量最低。氨基酸含量（b）為33.91～59.13 μmol·g-1，平均含量為45.96 μmol·g-1，其中蝦子辣椒氨基酸含量最高，除了與川椒112差異不顯著外，均顯著高于其他品種；黔辣1號果實氨基酸含量最低。粗脂肪含量為11.74%～19.26%，平均含量為14.59%，辣研3號果實粗脂肪含量最高，除了與遵義朝天椒、黔辣8號差異不顯著外，均顯著高于其他品種；三櫻椒8號果實粗脂肪含量最低。粗纖維含量為18.72%～29.49%，平均含量為24.39%，其中綏陽朝天椒果實粗纖維含量最高，顯著高于其他品種；長辣7號果實粗纖維含量最低。辣椒素含量為0.11～5.79 g·kg-1，平均含量為2.67 g·kg-1，其中黔辣5號辣椒素含量最高，顯著高于其他品種；大方皺椒辣椒素含量最低。二氫辣椒素含量為0.17～2.92 g·kg-1，平均含量為1.27 g·kg-1，其中黔辣5號二氫辣椒素含量最高，顯著高于其他品種；黃平線椒二氫辣椒素含量最低。

30個品種的8項品質指標的變異系數范圍為12.32%～54.08%，其中5項品質指標變異系數低于20%，3項品質指標變異系數高于45%，表明所選辣椒品種果實性狀具有多樣性，且各品種品質指標之間存在不同程度的差異。不同品種的8項品質指標變異系數中，辣椒素含量變異系數最大，為54.08%，其次為二氫辣椒素、辣椒紅素、含水量、氨基酸、還原糖、粗脂肪和粗纖維含量。

2.2 不同果實類型辣椒品質指標的差異

由圖1可知，朝天椒的粗脂肪、粗纖維和辣椒素類物質含量高；線椒辣椒紅素含量高；圓珠椒含水量、還原糖和氨基酸含量高。3種不同果實類型的含水量從高到低依次為圓珠椒＞線椒＞朝天椒，圓珠椒和線椒的含水量顯著高于朝天椒，圓珠椒的含水量高于線椒，但差異不顯著。3種不同果實類型的辣椒紅素含量從高到低依次為線椒＞朝天椒＞圓珠椒，三者差異不顯著。3種不同果實類型的辣椒還原糖含量從高到低依次為圓珠椒＞朝天椒＞線椒，但均未達到差異顯著水平。3種不同果實類型的氨基酸含量從高到低依次為圓珠椒＞朝天椒＞線椒，朝天椒和圓珠椒的氨基酸含量均顯著高于線椒，圓珠椒的氨基酸含量高于朝天椒，但二者差異不顯著。3種不同果實類型的辣椒粗脂肪含量從高到低依次為朝天椒＞線椒＞圓珠椒，但均未達到差異顯著水平。3種不同果實類型的辣椒粗纖維含量從高到低依次為朝天椒＞圓珠椒＞線椒，朝天椒和圓珠椒粗纖維含量均顯著高于線椒，朝天椒和圓珠椒粗纖維含量差異不顯著。3種不同果實類型的辣椒辣椒素與二氫辣椒素含量的趨勢幾乎一致，均為朝天椒＞線椒＞圓珠椒，其中朝天椒和線椒辣椒素含量均顯著高于圓珠椒，朝天椒辣椒素含量高于線椒，但差異不顯著；朝天椒和線椒二氫辣椒素含量顯著高于圓珠椒。

2.3 不同辣椒品種品質指標的相關性分析

對辣椒果實8項品質指標進行相關性分析，結果如表3所示，含水量與辣椒紅素含量呈極顯著正相關，與粗纖維、辣椒素、二氫辣椒素含量呈極顯著負相關；辣椒紅素含量與粗纖維、辣椒素、二氫辣椒素含量呈極顯著負相關；還原糖含量與氨基酸含量呈極顯著正相關，與粗脂肪含量呈顯著負相關；氨基酸含量與粗脂肪含量呈顯著負相關；粗纖維含量與辣椒素、二氫辣椒素含量呈顯著正相關；辣椒素含量與二氫辣椒素含量呈極顯著正相關，且相關系數最高，為0.926。

2.4 不同辣椒品種品質指標的主成分分析

2.4.1 主成分分析 經KMO檢驗（Kaiser-Meyer-Olkin）和巴特利球形檢驗（Barlett?s Tset of Sphericity），結果表明，KMO為0.68，大于0.5，且Sig. 遠小于0.05，表示數據可通過主成分分析方法進行分析。對辣椒果實還原糖、辣椒素、氨基酸、粗脂肪含量等8項品質指標進行主成分分析（principal components analysis，PCA），結果如表4所示，得到2個主成分特征值大于1，累積方差貢獻率達67.10%，表明這2個主成分能反映8項指標的大部分信息。其中PC1特征值為3.46，方差貢獻率為43.19%，其中貢獻最大的為辣椒素含量，載荷值為0.86，其次是二氫辣椒素含量，載荷值為0.84，表明PC1主要與辣椒果實辣味品質相關。PC2特征值為1.91，方差貢獻率為23.91%，其中貢獻最大的為氨基酸含量，載荷值為0.85，其次是還原糖含量，載荷值為0.83，主要與辣椒果實營養品質相關。

2.4.2 建立綜合得分評價模型 利用Excel 2010進行主成分各個變量權重的計算，計算結果如下：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分別表示辣椒的8項品質指標。

根據主成分分析結果，提出2個主成分PC1和PC2，構建出綜合得分評價模型：F＝0.43F1＋0.24F2 。

2.4.3 30個不同辣椒品種品質綜合評價 PCA分析得到的2個主成分來代替8項指標對辣椒品質進行綜合評價，根據所建立的綜合得分評價模型，獲得各品種的綜合得分及排名，得分高低反映出果實的綜合品質。由表5可知，綜合得分排名前10的品種分別為黔辣5號、辣研101、綏陽朝天椒、川椒112、艷椒425、黔辣8號、驕陽6號、遵義朝天椒、黔辣3號、興疏單生朝天椒，表明這些辣椒品種果實綜合品質相對較好。

3 討論與結論

隨著人民生活品質的日益改善，消費者對辣椒口感及風味品質的要求逐漸提高，這也間接促使辣椒營養品質成為評價制干辣椒品質優劣的重要組成部分。在辣椒果實營養品質中，作為人體能直接吸收且必要的有機化合物，氨基酸是評價食品營養品質的重要指標[20]；作為辣椒果實中主要的糖類，可溶性還原糖含量的高低是決定辣椒口感味道的關鍵物質；粗脂肪含量的高低能直接影響制干辣椒后續生產中的辣椒風味及口感[21]；而辣椒素類物質更是辣椒口感風味中起決定性影響的生物活性成分物質[22]，因此，筆者選取相關的8個辣椒果實品質指標對制干辣椒品質進行綜合評價具有一定的可行性及代表性。

變異系數是反映作物主要性狀在進化保守或遺傳可塑性的指標，性狀的變化幅度越大，對應的變異系數越大，變異程度越大，則對品種變異和創新貢獻率就越高[23-24]。本研究結果表明，30個辣椒品種8項品質指標間的變異系數存在明顯差異，變異系數為12.32%～54.08%，辣椒素含量的變異系數最高，其次是二氫辣椒素含量，變異系數為52.18%。辣椒素含量與二氫辣椒素含量的變異系數較高，表明不同辣椒品種的果實風味存在明顯差異，同時也說明此品質指標具有較強的選擇潛力。粗纖維含量的變異系數最低，為12.32%，基因多樣性不豐富。劉宇鵬等[25]對11個貴州地方辣椒品種進行品質差異分析的結果也表明，粗纖維含量變異系數較小，表明該指標較穩定，相關新品種選育難度較大。此外，該研究結果還表明，朝天椒、線椒和圓珠椒3種不同類型的辣椒果實營養品質存在差異，朝天椒的粗脂肪、粗纖維和辣椒素類物質含量高，線椒辣椒紅素含量高，圓珠椒含水量、還原糖和氨基酸含量高，與Zamljen等[26]的研究結果基本一致。

通過構建綜合品質評價模型計算綜合得分排名前10位的辣椒品種為黔辣5號、辣研101、綏陽朝天椒、川椒112、艷椒425、黔辣8號、驕陽6號、遵義朝天椒、黔辣3號和興疏單生朝天椒，其中，辣研101的還原糖、辣椒素與二氫辣椒素含量3個指標排列靠前，可作為鮮食的辣椒品種推廣種植；黔辣5號的辣椒素類物質含量均為第一，可作為提取辣椒素和二氫辣椒素專用品種推廣種植；綏陽朝天椒的粗纖維含量最高，可作為高品質鮮食辣椒品種進行種植推廣；川椒112的氨基酸含量較高，可作為高營養品質辣椒品種推廣；艷椒425和驕陽6號的綜合排名靠前，可作為優質辣椒品種種植；黔辣8號和遵義朝天椒的粗脂肪含量排前3位，適于需要降低膽固醇的人群食用；興疏單生朝天椒的辣味適中，還原糖及氨基酸含量豐富，可用于鮮食和提取氨基酸等多種用途。品質得分排名前10位的貴州省內辣椒品種占比70%，表明貴州省內自育品種及地方辣椒品種品質較高。

綜上所述，30個辣椒品種果實品質差異顯著，還原糖、辣椒素、二氫辣椒素與氨基酸含量是綜合評價辣椒果實品質的主要指標。朝天椒的粗脂肪、粗纖維和辣椒素類物質含量高，線椒辣椒紅素含量高，圓珠椒含水量、還原糖和氨基酸含量高，可為定向選育高品質辣椒品種提供理論參考。綜合評價線椒中黔辣5號表現最好，朝天椒中辣研101品質表現最好，這2個品種可作為高品質辣椒品種進行推廣種植。

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