甘谷辣椒产地环境及产品品质分析与评价

陈静茹，王晓巍,*，颉建明，马彦霞，张玉鑫，陶兴林，朱慧霞

1(甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州，730070)2(甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州，730070)

辣椒(CapsicumannuumL.)属茄科一年生或多年生草本植物，是世界性重要蔬菜，也是十分重要的天然色素和工业原料。目前，我国辣椒播种面积稳定在210万hm2以上，占全国蔬菜总面积的9.28%，是种植面积最大的蔬菜[1]。截至2020年底，甘肃省辣椒播种面积达5.3万hm2，干制辣椒1.4万hm2[2]，其中干制辣椒主产区之一的甘谷县种植面积达0.23万hm2，年产干椒超7 000 t[3]。

甘谷县地处北纬34°31′～35°03′，属温带大陆性季风气候，太阳辐射资源丰富，光照条件极佳，昼夜温差大，夏热而无酷暑，冬冷而无严寒，雨量适中，具有种植干制辣椒得天独厚的自然条件。甘谷县被称为“辣椒之乡”，生产的辣椒以“色泽红亮、肉厚油多、椒条硕长、皱纹均匀、味道浓郁鲜香”而雄踞同类产品之首，于2012年获得国家地理标志证明商标认证[4]。近年来，随着对“甘味”农产品的大力推广，甘谷辣椒产业质量和效益得到不断提升，干制辣椒逐渐发展成为当地助农增收的主导产业。

随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，营养健康问题和保健功能越来越受到人们的重视，辣椒由于富含脂肪、粗纤维、辣椒素、维生素、多糖等有效成分，具有颇高的营养价值和保健功能。干制辣椒营养品质评价研究亦成为当前研究热点[5]。本研究将从甘谷辣椒产地环境、产品质量、产品品质及风味物质等方面开展系统研究，旨在为甘谷辣椒的品牌知名度和影响力拓展提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 实验材料

检测材料采自甘谷县加工辣椒重点生产乡镇礼辛镇、安远镇、磐安镇、新兴镇4个乡镇。采集田间植株头茬和二茬成熟的鲜辣椒混合样为检测样本，样品采集时采用GPS定位网格法取样，每个镇选3个村，每村选取具有代表性的样品3份。参试样品采于植株2～3层果，要求一致性较好，表面无损伤、无明显病虫危害。

1.2 仪器与设备

ISQ气相色谱-质谱联用仪，美国Thermo Fisher Scientific公司；UV-1780岛津紫外可见光分光光度计，岛津企业管理中国有限公司；恒温摇床，上海科辰实验设备有限公司；K110全自动凯氏定氮仪，济南海能仪器股份有限公司；101-0A电热鼓风干燥箱，北京天地首和科技发展有限公司；AUY220型分析天平，上海圣科仪器设备有限公司；JA2003型电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；岛津AA6880原子吸收仪，岛津企业管理中国有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品处理

辣椒鲜样采摘后带到当地辣椒加工企业，去除发霉、腐烂、绿熟的辣椒，清洗干净剪去果柄，分组编号装入托盘置于多功能热泵干燥设备中，于70 ℃下恒温烘干至恒重，再将干燥后的样品粉碎成辣椒粉，采用聚乙烯自封袋密封包装后置于4 ℃冰箱冷藏。

1.3.2 指标测定

1.3.2.1 产地环境指标

主要测定土壤养分和重金属含量及水质指标，其中土壤养分指标测定pH、有机质、全氮、有效磷、速效钾含量，分别参照NY/T 1377—1007、NY/T 1121.6—2006、LY/T 1228—2015、LY/T 1232—2015、LY/T 1234—2015测定；土壤铅(Pb)和镉(Cd)参照GB/T 17141—1997测定；土壤铬(Cr)参照HJ 491—2019测定；土壤汞(Hg)和砷(As)参照GB/T 22105.1—2008测定；水质中Pb和Cr参照《水和废水监测分析方法(第四版)》测定[6]；pH、Cr、氟化物、粪大肠菌群分别参照GB/T 6920—1986、GB/T 7467—1987、HJ 488—2009、HJ/347.2—2018测定，As和Hg参照HJ 694—2014测定。

1.3.2.2 产品质量安全指标

主要对辣椒产品的农药残留、卫生指标、重金属进行了检测，其中Pb、Cd、As、Hg、黄曲霉、灰分分别参照GB 5009.12—2017、GB 5009.15—2014、GB 5009.11—2014、GB 5009.17—2014、GB 5009.22—2016、GB 5009.4—2016测定；菌落总数、大肠杆菌群落分别参考GB 4789.2—2016、GB 4789.3—2016测定；农药残留参照NY/T 761—2008测定。

1.3.2.3 产品品质指标

主要测定粗纤维、可溶性糖、维生素C、辣椒碱、辣椒红素、粗脂肪、胡萝卜素、不挥发性乙醚提取物及硒(Se)、铁(Fe)、钙(Ca)等微量元素，分别参考GB/T 5009.10—2003、NY/T 1278—2007、GB 14754—2010、GB/T 30389—2013、DB13/T 5159—2019、GB 5009.6—2016、GB 5009.83—2016、GB 10465—1989、GB 5009.93—2017、GB 5009.90—2016、GB 5009.92—2016测定。

1.3.2.4 风味物质测定

采用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)测定辣椒产品中的醛类、脂类、醇类等风味物质。称取2 g辣椒粉于40 mL顶空瓶，加入磁力搅拌子和12 mL饱和氯化钠，封盖摇匀，置于磁力搅拌仪上加热(40 ℃，120 r/min)，在40 ℃下平衡20 min，将已老化好的萃取头插入顶空瓶中，在40 ℃下萃取40 min，萃取完后，将萃取头于气相色谱质谱仪解吸5 min。

色谱柱条件：柱温60 ℃(保留1 min) 以2 ℃/min升温至230.0 ℃，再以20 ℃/min升温至250.0 ℃，运行时间10 min；载气为高纯氦气(纯度99.9%)；分流比为20∶1；离子源为EI源；离子源温度230 ℃；电子能量：70 eV；质量扫描范围：35～500m/z。按照峰面积归一化法计算求得各挥发性成分在产品中的相对含量。

1.4 数据处理

采用Excel 2007软件进行数据整理，采用SPSS 22.0软件进行差异显著性(Duncan新复极差法)和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 甘谷辣椒主产区产地环境分析

2.1.1 土壤养分

甘谷辣椒产区多为山坡地，以绵土为主，土层深厚。由表1可以看出，甘谷辣椒主产区土壤含有丰富的有机质、全氮、有效磷和速效钾，其中磐安镇的各项指标测定值均最高，除速效钾外，礼辛镇各指标均最低。各产地土壤pH均大于8.0，符合绿色食品产地环境质量的要求；土壤有机质不同产地间差异较大，含量最高和最低的产地相差4.89 g/kg，但均低于绿色食品产地环境质量要求的10.0 g/kg，且达到了Ⅲ级土壤标准；全氮含量最高的产地与最低的产地间相差0.23 g/kg，除磐安镇略高于绿色食品产地环境质量的要求外，其他镇均低于0.80 g/kg；4个镇有效磷含量均高于10.0 mg/kg，磐安镇较礼辛镇高79.0%；磐安镇速效钾含量高达360.3 mg/kg，较含量最低的新兴镇高161.3 mg/kg。根据NY/T 391—2013对土壤的要求，甘谷辣椒主产区土壤pH和主要养分含量均达到绿色食品标准的要求。

表1 甘谷辣椒主要产地的土壤养分含量Table 1 Soil nutrient content in main producing areas of Gangu pepper

2.1.2 土壤重金属

对甘谷辣椒种植区土壤中的Pb、Cd、Cr、Hg、As 5种重金属元素含量进行了测定(表2)。由表2可以看出，甘谷辣椒种植区的Pb、Cd、Cr、Hg、As重金属含量分别为29.07～31.67、0.107～0.131、28.33～36.67、0.054～0.083、12.00～13.43 mg/kg，均达到了生产绿色食品对产地土壤重金属含量的限制要求。

2.1.3 水资源

通过对甘谷辣椒主产区灌溉水pH、Pb、Cd、As、Hg、Cr、氟化物及粪大肠菌群等指标的测定分析(表3)，发现当地灌溉水中的重金属及有害生物含量均符合生产绿色食品的标准，其中pH 7.2～7.7、Pb 0.021～0.050 mg/L、As 0.001 0～0.002 6 mg/L、Hg 0.000 41～0.000 44 mg/L、Cr 0.003～0.014 mg/L、氟化物 0.334～0.792 mg/L，镉和粪大肠菌群均未检出。

表2 甘谷辣椒不同产地土壤的重金属含量 单位：mg/kg

表3 甘谷辣椒产地灌溉水检测结果Table 3 The results of irrigation water in the producing area of Gangu pepper

2.2 甘谷辣椒主产区产品质量安全分析

2.2.1 重金属含量

由表4可知，4个主产地的辣椒产品均未检测出重金属元素As，其他重金属元素含量也较低，其中Pb含量礼辛镇最高，新兴镇最低，但均低于0.5 mg/kg；辣椒重金属Cd含量新兴镇最高，礼辛镇次之，安远镇和磐安镇最低，各产地辣椒Cd含量均在绿色食品标准要求的范围内；不同产地辣椒产品重金属Hg含量的高低表现为：磐安镇>礼辛镇>新兴镇>安远镇，均远小于绿色食品规定的最高值0.01 mg/kg。

表4 甘谷辣椒产品重金属含量检测结果 单位：mg/kg

2.2.2 农药残留

通过对4个主产地辣椒产品中敌敌畏、乙酰甲胺磷、百治磷等104种农药残留的检测分析，除检测到微量高效氯氟氰菊酯外，其他103种农药均未检出。根据NY/T 665—2012标准要求，所有检测样品各项指标均达标，产品达到了绿色食品认定要求。

2.2.3 卫生标准检测

本实验对甘谷辣椒产品的黄曲霉、灰分、菌落总数、大肠菌数4种卫生指标进行检测。由表5可知，甘谷辣椒产品灰分含量、黄曲霉毒素B1含量、菌落总数、大肠菌数分别为65.2 g/kg、0.667 μg/kg、300 CFU/g、10 CFU/g，其中灰分含量最高的产品来自磐安镇，黄曲霉毒素B1含量最高的产品产地是礼辛镇，但2个指标均符合绿色标准要求。除黄曲霉毒素B1外，其他3种黄曲霉毒素均未检出。参照NY/T 665—2012可知，所有检测样品各项指标均符合要求。

2.3 甘谷辣椒产品品质分析

2.3.1 营养品质

对甘谷辣椒产品的11项营养指标进行了测定，结果如表6所示，粗纤维含量最高的产品产地是磐安镇，达27.70%，与礼辛镇、安远镇两地间存在显著差异；礼辛镇样品维生素C含量最高，为772.7 mg/kg，与其他三地间存在显著差异；辣椒素含量最低的产品产地是磐安镇，为0.093%，与安远镇、新兴镇两地间存在显著差异；礼辛镇辣椒产品胡萝卜素含量最高，为364.0 mg/kg，与安远镇、新兴镇两地间存在显著差异；甘谷县各主产地辣椒产品可溶性糖、反式辣椒红素、粗脂肪，Se、Fe、Ca、不挥发乙醚提取物含量之间无显著性差异。安远镇辣椒产品的粗纤维含量与其他三地产品的粗纤维含量间差异不显著；礼辛镇辣椒产品辣椒素含量与其他三地产品差异不显著；磐安镇辣椒产品胡萝卜素含量与其他三地产品间差异不显著。不挥发性乙醚抽提物含量是反映辣椒不挥发脂溶性成分含量的一项重要指标。4个产地辣椒不挥发乙醚提取物含量为7.27%～8.33%，礼辛镇含量最高为8.33%，磐安镇含量最低为7.27%。

表5 甘谷辣椒产品卫生标准检测结果Table 5 Test results of health standards for Gangu pepper products

表6 不同产地辣椒产品营养品质Table 6 Nutritional quality of pepper product from different producing areas

2.4 甘谷辣椒产品风味物质分析

甘谷辣椒产品风味物质分离鉴定图谱如图1所示，其中主要物质见表7。实验共检测到醛类、烯类、醇类等是类45种风味物质，包括醛类9种、烯烃类9种、烷烃类8种、酮类5种、醇类4种、醚类3种、酯类3种、酸类2种、呋喃类1种、吡嗪类1种，其中四聚乙二醇单月桂醚含量最高，(1R,7r)-2,6,6,9-四甲基双环[5.4.0]-2,8-十一二烯次之；醛类中庚二烯醛含量最高。各类物质的总含量大小表现为：烯烃类>烷烃类>醚类>醛类>酯类>酮类>酸类>醇类>呋喃类>吡嗪类。

图1 甘谷辣椒GC-MS分析图Fig.1 GC/MS analysis chart of Gangu pepper

3 讨论与结论

通过对甘谷县辣椒主产区土壤养分、土壤重金属和水资源的调查、抽样和检测，发现甘谷辣椒主产地土壤pH、重金属和主要养分含量及水质均完全达到NY/T 665—2012标准要求，其中有机质和全氮含量达到了Ⅲ级土壤标准，有效磷和有效钾含量达到了Ⅰ级土壤标准。可见，甘谷辣椒主产地土壤肥沃，无污染，水质优良，非常适合干制辣椒生产。

农产品质量安全问题与人民群众的幸福息息相关，多年来一直是党和政府关注的重点[7]。辣椒作为人们日常生活的调味品，质量安全问题备受关注。本研究结果表明，甘谷辣椒粉中重金属Pb、Cd、As、Hg含量低，除微量高效氯氟氰菊酯外无其他农药残留，也未检测到黄曲霉毒素B1、黄曲霉毒素G1和黄曲霉毒素G2，灰分和黄曲霉毒素B1含量均在NY/T665—2012标准的要求范围内。因此，甘谷辣椒产品质量安全，达到了绿色食品认定要求。

表7 甘谷辣椒产品风味物质含量表Table 7 Flavor substances content of Gangu pepper

辣味是评价干制辣椒商品性的重要指标[8]，辣椒中引起辛辣感和热感的主要成分统称为辣椒素类物质[9]。辣椒素是辣椒果实中最活跃的天然生物碱[10]，是反应辣椒辣度的主要物质。吕长山等[11-12]对影响辣椒果实中辣椒素含量的研究表明，适量少施氮肥和降低光强可以提高辣椒果实中辣椒素的含量。彭琼等[13]对干旱胁迫影响辣椒果实中辣椒素的研究表明，开花后60 d轻度干旱可显著提高辣椒素的含量。因此，造成辣椒果实中辣椒素含量的差异可能是由水肥施用量和光照强度的不同引起的。而本实验结果表明，只有安远镇、新兴镇辣椒产品的辣椒素含量与磐安镇辣椒产品的辣椒素含量间存在显著性差异，其他乡镇辣椒产品的辣椒素含量间均无显著性差异。所以，可通过调整水肥施用量、控制光强的手段，改变辣椒果实中的辣椒素含量，使其达到相同水平便于工业化加工。甘谷辣椒产品辣椒碱的平均含量为0.16%，根据濮冶民等[14]对辣椒辣度的划分标准，甘谷辣椒属中等辣度。可见，当前甘谷辣椒产品主要针对中微辣领域，为了拓宽甘谷辣椒产品发展方向，可通过品种选育、栽培管理措施提高辣椒素含量。辣椒红素是从红辣椒果皮中得到的一种天然色素，其色泽鲜艳、色价高、着色力强、保色效果好、安全性高、抗氧化，目前广泛应用于食品、医药、工业等领域。

甘谷辣椒的反式辣椒红素含量高，可达19.53 g/kg，平均含量16.06 g/kg。粗纤维对人体肠道的蠕动有着重要作用，有助于促进消化。甘谷辣椒产品粗纤维含量25.30%，远远高于我国辣椒主产区贵州[15]。粗脂肪含量与辣椒香味物质相关联，本研究4个产地甘谷辣椒粉的平均粗脂肪含量为78.35 g/kg，说明甘谷辣椒粗脂肪含量较高，香味较浓。维生素C是辣椒的重要营养元素之一[16]，有抗氧化、增强免疫力、预防动脉粥样硬化等作用[17]。研究结果表明，甘谷辣椒维生素C含量丰富，最高达772.8 mg/kg，平均含量388.3 mg/kg。Se是人体必需微量元素，可增强人体免疫功能、抗氧化、延缓衰老、预防癌症。经检测，甘谷辣椒平均硒含量为1.37 mg/kg，根据GH/T 1135—2017《富硒农产品》的规定，甘谷辣椒粉为富硒产品。

随着消费者对辣椒产品口感和风味的追求不断提高，香气指标逐渐成为评判辣椒品质的重要依据。醛类物质香气浓烈，多为花香及果香气味[18]；酯类物质是具有芳香型气味的挥发性化合物，通常是源于脂质代谢生成的羧酸和醇的酯化作用[19]；醇类化合物通常具有芳香味和植物香味[20]。本研究中，甘谷辣椒经GC-MS分析，共检测到各类风味物质45种，其中醛类和烯烃类物质最多，各有9种，醛类中己醛、庚二烯醛、β-环柠檬醛含量较高；检测出的45种物质中，四聚乙二醇单月桂醚含量最高；甘谷辣椒粉中的酯类、醇类物质含量也较高，使得甘谷辣椒红而微甜，脂香、果香、蜜蜡花香味更加浓郁。

综上所述，甘谷辣椒产地土壤肥沃，富含有机质且无污染，水质优良，为生产优质甘谷辣椒提供了有利环境条件，同时也为辣椒营养和芳香物质的积累形成奠定了基础，使得甘谷辣椒色泽红亮、辣度适中、营养丰富、味道浓郁，产品达到了绿色食品认定要求，成为久负盛名的陇上佳品。