贵州遵义辣椒矿质元素含量与其品质相关性分析

张 建，杨瑞东，陈 蓉*，彭益书，文雪峰，任海利

（1.贵州大学资源与环境工程学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学矿业学院，贵州 贵阳 550025；3.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；4.贵州大学公共管理学院，贵州 贵阳 550025）

辣椒（Capsicum annuum L.）是茄科、辣椒属1 a生或有限多年生农作物。辣椒果实营养丰富，富含K、P、Mg、辣椒碱、VC、VE、蛋白质和抗氧化物质等[1]。矿质元素是农作物生长发育、提高产量和品质的物质基础，在调控辣椒生理代谢和品质形成过程中作用明显[2]。众多研究表明，矿质营养元素与农产品品质的关系密切，农产品中矿质元素含量与比例适宜，可明显提高农产品的品质和产量[2-5]。陈艳秋等[6]研究了苹果梨果实的矿质元素含量及其品质效应，表明果实的可溶性固形物与P、Fe、Mn含量呈正相关，与K、Ca、Mg、Zn含量呈负相关。曾亚文等[7]研究了水稻矿质元素含量与形态及品质的关系，表明水稻的蛋白质含量与P、K、Mg、Cu、Mn含量呈显著正相关，直链淀粉含量与K、Mn含量呈显著负相关，与Ca含量呈显著正相关，且稻种质的形态、性状与Mn、Zn、Cu含量的关系较Fe含量更为密切。吉前华等[8]对贡柑叶片的矿质营养与果实品质关系进行研究，表明果汁含量和风味与Mg含量均呈显著正相关（r1=0.719，r2=0.607），果形指数与Mn含量呈显著负相关（r=－0.673）。凌丽俐等[9]研究表明，赣南脐橙果实可溶性固形物与叶片K、Mg、Zn含量呈显著正相关，可滴定性酸与Mn含量呈显著正相关，单果质量与叶片12 个矿质元素均无显著相关关系。黄春辉等[10]研究表明，猕猴桃品质指标受到多个土壤和叶片营养元素的影响，且土壤养分与叶片养分之间存在协同与拮抗作用。大米的Fe、Mn、Cu、Zn之间互呈正相关关系，产量与矿质元素呈负相关关系[11]。

辣椒是贵州的优势特色农作物，常年种植面积500万 亩左右，目前栽培面积、加工规模与效益、市场集散规模均居全国第一。在贵州，遵义辣椒最著名，遵义虾子辣椒市场具有“中国辣椒城”的美誉。然而，该地区生产的辣椒矿质元素含量状况及其与辣椒品质之间的关系尚不清楚，研究有待深入。因此开展遵义辣椒的矿质元素含量与品质状况调查，探讨优质辣椒果实的矿质元素与品质的关系，以期为遵义优质辣椒科学种植、合理施肥与营养补充，提高辣椒品质，辣椒品质评价和辣椒食品开发利用等提供理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

辣椒样品采集工作于辣椒果实成熟期（2015年8月）内完成，单个采样点在直径3 m范围内利用梅花形布点法均匀采集辣椒果实样品。采样区分布于遵义市播州区至绥阳县一带，沿深溪镇、虾子镇、新舟镇、郑场镇和洋川镇一线分布，长40 km左右，采样方法采用蛇形布点法，样品点间距约3 km。共采集辣椒果实样品16 件。采集的辣椒样品装入聚乙烯塑料自封袋内，依次编号，运回实验室待测。研究区的辣椒品种主要有子弹头辣椒、朝天椒、指型椒、樱桃椒和线椒。

HNO3、HCl均为国产优级纯。

1.2 仪器与设备

DFT-100手提式高速万能粉碎机 浙江省温岭市林大机械有限公司；DHG-9070型恒温鼓风干燥箱 上海予英仪器有限公司；7700x型电感耦合等离子体质谱仪、Vista-MPX型电感耦合等离子体原子发射光谱仪 美国安捷伦科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 矿质元素含量测定

所有辣椒果实样品均用自来水冲洗3 遍，再用超纯水（18.2MΩ·cm，25 ℃）冲洗3 遍，置于恒温鼓风干燥箱中于40 ℃烘干至恒质量，去除辣椒果实的胎座，采用100 g手提式高速万能粉碎机磨碎，过200 目尼龙筛，装入聚乙烯塑料自封袋中，作好标记，密封保存。辣椒果实矿质元素的分析测试工作在澳实分析检测（广州）有限公司完成。采用稀HNO3消解、HCl定容。每个样品均采用电感耦合等离子体质谱仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪综合检测。本研究中检测辣椒的K、Ca、Mg、P、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Co共12 种矿质元素。

1.3.2 品质指标测定

运回实验室的样品当天送400 g至贵州省分析测试研究院，本研究测定蛋白质、干物质、VC、辣椒碱共4 项品质指标。4 项辣椒品质指标的分析测试工作均在贵州省分析测试研究院完成。采用相应的国家标准作为测试方法。其中，蛋白质含量采用GB 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》方法测定；干物质含量采用GB/T 8858—1988《水果、蔬菜产品中干物质和水分含量测定》方法测定；VC含量采用GB/T 6195—1986《水果、蔬菜维生素C含量测定法：2,6-二氯靛酚滴定法》方法测定。辣椒碱采用高效液相色谱法进行测定[12]。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2003对数据进行处理，采用SPSS 19.0软件对数据进行正态分布检验、相关性分析、主成分分析、聚类分析和方差分析。

2 结果与分析

2.1 遵义辣椒矿质元素含量特征

表1 遵义辣椒果实矿质元素含量Table 1 Contents of mineral elements in hot peppers from Zunyi mg/kg

农产品的矿质营养价值和健康益处受到越来越多学者的关注[13-15]。利用Kolmogorov-Smirnov方法对遵义地区辣椒果实中12 种矿质元素含量数据进行正态分布检验，结果显示渐近显著性（双侧）P值均大于显著性水平（α=0.05），表明辣椒果实的12 种矿质元素含量数据均服从正态分布。如表1所示，辣椒大量矿质元素含量呈现K＞P＞S＞Mg＞Ca的特征，辣椒的大量元素中K含量最高，含量范围为19 800～33 700 mg/kg（均值为25 850 mg/kg），可能与K参与果实的形成与膨大有关，P、S、Mg、Ca含量相对较低。微量矿质元素含量顺序为Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Ni＞Mo＞Co，与前人研究得出的云南和新疆的辣椒矿质元素含量变化规律相似[16-17]。铁在7 种微量元素中含量最高，含量在40～86 mg/kg之间（均值为57 mg/kg），其次为Zn、Mn、Cu、Ni、Mo。Co含量最低，范围为0.02～0.35 mg/kg，均值为0.14 mg/kg。研究区各辣椒样品微量营养元素Co的变异系数最大，其次为Mo、Ni、Mn，均为强变异（变异系数＞20%），Ca、K、Mg、P、Zn、Fe、Cu为中等变异（10%＜变异系数≤20%），S为弱变异（变异系数≤10%）[18]。可能是由于在生产过程中重施K、P肥而少施微量元素肥料导致。Mg的变异系数较低，为10.5%，可能是由于植物中的Mg主要参与植物光合作用有关。多数矿质元素含量为中等和强变异，说明辣椒果实矿物元素含量对辣椒植株矿质营养反映敏感，且随种植环境变化而变化。可见，辣椒不仅可作调味品，还可补充人体所需的微量元素Fe、Cu、Zn、Ni、Co等[19]。

2.2 遵义辣椒品质分析

利用Kolmogorov-Smirnov方法对遵义地区辣椒果实的4 项品质生物化学指标（辣椒碱、蛋白质、VC、干物质）含量数据进行正态分布检验，结果显示渐近显著性（双侧）P值均大于显著性水平（α=0.05），表明辣椒果实的4 项品质生物化学指标含量数据均服从正态分布。如表2所示。遵义地区不同取样点环境中辣椒果实品质存在差异，蛋白质、VC、干物质含量变异系数较小，为中等变异（10%＜变异系数≤20%）。而辣椒碱含量变异程度大，为强变异（变异系数＞20%）[18]。研究表明辣椒总碱中辣椒碱及二氢辣椒碱的质量分数分别约为58%、30%，且不同成熟期的辣椒果实其辣椒碱和二氢辣椒碱含量差别较大[20-21]。因此，本研究中遵义辣椒的辣椒碱含量变化程度高，可能与辣椒果实的成熟程度和品种不同有关。詹永发等[22]对贵州主要种植的辣椒VC含量范围进行研究，其范围在774～2248 mg/kg之间，本研究所得结果与前人研究类似。遵义辣椒的VC高于莴苣菜的VC含量[23-24]，高于吕玲玲等[25]研究得出的广东和湖南辣椒的VC含量。遵义地区辣椒的蛋白质质量分数在2.28%～5.30%之间，均值为4.27%，高于周焘等[26]研究得出23 个辣椒品种的蛋白质质量分数（0.67%～2.35%），说明遵义辣椒的蛋白质含量较高，品质较好。遵义辣椒的干物质质量分数在17.0%～31.3%之间，高于邹学校等[27]研究得出的湖南和湖北地区辣椒的干物质含量（11.88%～15.875%）。可见，遵义辣椒蛋白质、VC、干物质含量高，品质较优，营养丰富，而辣椒碱含量变化大。

2.3 辣椒品质与矿质元素相关性分析

表3 遵义辣椒果实矿质元素含量的相关性分析Table 3 Correlation analysis of mineral elements contents in hot peppers from Zunyi

研究指出，大米Cu含量与K、Mg含量呈显著负相关，胶稠度与K含量呈显著正相关，直链淀粉与Cu含量呈显著正相关，蛋白质与Zn含量呈显著正相关[28]。为了研究遵义辣椒果实各矿质元素之间的相互关系和辣椒果实矿质元素与果实品质之间相互关系，以辣椒果实的K、Ca、Mg、P、S、Fe、Mn、Zn、Cu、Mo、Ni、Co含量为一总体，以辣椒果实品质指标辣椒碱、蛋白质、VC、干物质含量为另一总体，应用相关性分析的方法进行统计分析研究。由表3可看出，辣椒果实的矿物元素之间互相影响，且存在协同或拮抗作用。其中K与Mg、S呈显著正相关（P＜0.05），Ca与S、Cu呈现显著正相关（P＜0.05），Mg与P呈极显著正相关（P＜0.01），Fe与Zn、Mn与Co、Cu与Zn和Ni与Co元素亦呈显著正相关关系。此外，辣椒Mg、Mo含量与辣椒Co含量呈负相关。辣椒果实中各矿质元素互相影响。

表4 遵义辣椒果实矿质元素含量与品质指标相关性分析Table 4 Correlation analysis between mineral elements contents and quality of hot peppers from Zunyi

由表4可以看出，辣椒碱与K、P、S、Mo呈显著负相关关系（P＜0.05），与Co含量呈正相关。蛋白质与K、Ca、Mg、P、S呈负相关，与Cu、Zn、Ni呈正相关，研究指出，施用S肥可提高小麦蛋白质含量[29-30]，湖南烤烟蛋白质含量与S含量呈显著正相关[31]，东北地区大豆含硫氨基酸与蛋白质呈极显著负相关[32]，本研究得出辣椒蛋白质与S呈负相关，猜测其原因可能与辣椒中含S氨基酸较少，辣椒中S含量变异系数较小（7.4%）有关。此外，可能与辣椒成熟程度、品种不同有关，具体有待进一步研究。辣椒VC与辣椒K、Ca、Mg、P、S、Zn含量呈正相关关系，与Cu含量呈显著正相关（P＜0.05），表明辣椒的矿质元素含量高可促进辣椒VC的合成，且研究表明叶面喷施适宜浓度的Ca(NO3)2有利于辣椒VC和类胡萝卜素的积累[33]。辣椒干物质与S含量呈显著负相关（P＜0.05），与多数矿质元素亦呈一定程度的负相关关系。研究表明，辣椒植株体内辣椒碱和VC的代谢途径在营养、碳源和能量分配上存在竞争关系[34-35]，可能是出现多数矿物元素与VC呈正相关，与辣椒碱呈负相关的原因所在。研究表明施用Zn肥会致使辣椒干物质的积累降低5.58%[36]。本研究得出辣椒干物质含量与Zn含量呈负相关关系（r=－0.137），与前人研究所得结果类似。可见，辣椒果实品质的形成受果实内多种矿质元素不同程度的影响。

2.4 辣椒品质与矿质元素的主成分分析

主成分分析是利用降维的思想，对原有多因素体系进行降维处理，用少量的几个因子来描述多指标体系间的关系[37]。利用主成分分析和聚类分析可研究农产品、中药材的特征元素、亲缘关系和地域分布特征，为品质评价提供借鉴[38-41]。利用主成分分析方法对辣椒矿质营养元素及品质指标进行因子提取，如表5所示。结果表明，基于特征值大于1的原则，共提取了5 个主成分，解释的累计方差贡献率为82.641%。第1主成分与K、Ca、Mg、P、S、Fe、Zn、Cu高度正相关，与辣椒碱、蛋白质、干物质高度负相关，方差贡献率为29.778%。第2主成分与Ca、Mn、Cu、Zn、Co、Ni、辣椒碱高度正相关，与Mo高度负相关，方差贡献率为19.590%。第3主成分与Cu、蛋白质、干物质、VC高度正相关，与Co、Mn高度负相关，方差贡献率为15.708%。第4主成分与Fe、Mo、Ni、蛋白质高度正相关，与Ca、P、VC高度负相关，方差贡献率为11.063%。第5主成分与Ca、Mo高度正相关，与K、Ni高度负相关，方差贡献率为6.502%。

表5 遵义辣椒果实矿质元素与品质指标的主成分分析Table 5 Principal component analysis of mineral elements and quality traits of hot peppers from Zunyi

前2个主成分解释累计方差贡献率为49.368%，因此可认为辣椒碱是评价辣椒品质的重要参考指标。K、Mg、P、S、Zn、Cu、Ni、Co为辣椒果实的特征元素。

2.5 辣椒营养品质的聚类分析

图1 遵义辣椒果实样品聚类分析树状图Fig. 1 Dendrogram obtained from cluster analysis of hot pepper samples from Zunyi

如图1所示，在距离为10.0时，所有辣椒果实样品聚成3 类。来自遵义市深溪镇的1～5号样品聚成一类，来自新舟镇的10号、11号、13号辣椒样和郑场镇的14号辣椒样聚成一类，且它们产地相邻，遵义市虾子镇的2 个样品（6号和8号）聚成一类。

表6 聚类分析结果中3 类辣椒果实的营养品质对比分析Table 6 Comparative analysis of nutritional quality of 3 groups of hot peppers from cluster analysis results

基于聚类分析结果的3 类辣椒品质特征见表6。第I类除包含所有遵义市深溪镇辣椒外，还包含1 件新舟镇辣椒、1 件郑场镇辣椒、1 件洋川镇辣椒，I类辣椒中，辣椒碱、蛋白质、K含量较低，矿质元素Ca、P、S、Fe、Mo、Ni含量较高，VC、干物质、Mg、Mn、Cu、Zn、Co含量中等。II类辣椒包含了2 件虾子镇辣椒、3 件新舟镇辣椒、1 件郑场镇辣椒，且它们的产地相邻，该类辣椒矿质元素K、Mg、Fe、Zn、Cu含量较高，辣椒碱、S、Mo、Ni含量中等，蛋白质、VC、干物质、Ca、P、Mn、Co含量较低。III类辣椒中，包含了虾子镇的2 件辣椒样（6号和8号），这类辣椒果实辣椒碱、蛋白质、VC、干物质、Mn、Co含量较高，K、Ca、P含量中等，Mg、S、Mo、Ni、Fe、Cu、Zn含量较低。辣椒聚类分析结果在一定程度上反映了辣椒品质和矿质元素在不同地域间存在差异，但仅辣椒K含量达显著水平（P＜0.05）。同一地域的辣椒，品质和矿质元素含量相近，品质相当，辣椒品质存在明显的地域性特征，这种地域性分布特征可能与各类辣椒种植区的地质环境、气候、地形地貌、海拔等不同有关。就地层岩性而言，聚为一类的辣椒样品，其对应种植环境均包括2 套及以上的地层分布区，可能是由于种植区地层整体为三叠系，地质环境差异不明显导致。

3 结 论

遵义辣椒的常量元素含量呈现K＞P＞S＞Mg＞Ca的特征，辣椒K平均含量为25 850 mg/kg。微量矿质元素含量大小顺序为Fe＞Zn＞Mn＞Cu＞Ni＞Mo＞Co。遵义辣椒的蛋白质、VC、干物质含量高，品质较优，营养丰富，辣椒碱含量变化大。

辣椒中K与Mg、S呈显著正相关，Ca与S、Cu呈显著正相关，Mg与P呈极显著正相关。Fe与Zn、Mn与Co、Cu与Zn和Ni与Co元素亦呈显著正相关关系。辣椒碱与辣椒K、P、S、Mo含量呈显著负相关，与辣椒Co含量呈正相关。辣椒蛋白质与K、Ca、Mg、P含量呈负相关，与Cu、Zn、Ni呈正相关。VC与辣椒K、Ca、Mg、P、S、Zn含量呈正相关关系，与Cu含量呈显著正相关。辣椒中矿质元素高可促进辣椒VC的合成。

主成分分析的前2 个主成分解释的总方差贡献率为49.368%，辣椒碱是评价辣椒品质的重要参考指标。K、Mg、P、S、Zn、Cu、Ni、Co为辣椒果实的特征元素。聚类分析结果在一定程度上反映了辣椒品质和矿质元素在不同地域间存在差异，同一地域的辣椒其理化品质和矿质元素含量往往相近，辣椒品质存在明显的地域分布特征。

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