不同果桑品種成熟桑椹的游離氨基酸主成分分析和綜合評價(jià)

李俊芳，馬永昆，2，*，張 榮，劉 利，于懷龍，葉 華，張海寧，李 希（.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 220；2.鎮(zhèn)江市果圣源食品科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 22009；.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所，江蘇 鎮(zhèn)江 2208）

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不同果桑品種成熟桑椹的游離氨基酸主成分分析和綜合評價(jià)

李俊芳1，馬永昆1，2，*，張 榮1，劉 利3，于懷龍1，葉 華1，張海寧1，李 希1
（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.鎮(zhèn)江市果圣源食品科技有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212009；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所，江蘇 鎮(zhèn)江 212018）

為研究不同果桑品種成熟桑椹之間游離氨基酸綜合質(zhì)量的差異，利用氨基酸全自動(dòng)分析儀測定10 種成熟桑椹的游離氨基酸種類及含量，并采用主成分分析法對10 種桑椹的游離氨基酸成分進(jìn)行分析及綜合評價(jià)。結(jié)果表明，10 種成熟桑椹中均含有17 種氨基酸，總氨基酸含量最高的是臺(tái)灣一號(hào)，含量為270.073 mg/100 g；含量最低的是射陽3號(hào)，含量為38.718 mg/100 g。通過主成分分析法得出，第1、2、3主成分的貢獻(xiàn)率分別為50.845%、27.912%、10.078%，這3 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到88.835%，可代表桑椹中游離氨基酸的主要趨勢，綜合評價(jià)得分順序由高到低分別為臺(tái)灣一號(hào)、鎮(zhèn)椹一號(hào)、大十、豐果桑、選100號(hào)、選20號(hào)、育721、中椹1號(hào)、鎮(zhèn)9106、射陽3號(hào)。

桑椹；游離氨基酸；主成分分析

桑椹（Fructus Mori）是?？粕俣嗄晟颈局参锷涞墓麑?shí)，又名桑椹子、桑實(shí)、桑果、桑棗、桑棗子等。桑椹具有極高的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能，已被國家衛(wèi)生部列為“藥食兩用”的農(nóng)產(chǎn)品之一，除含有豐富的糖類、有機(jī)酸、維生素和微量元素外，游離氨基酸也是桑椹重要的營養(yǎng)成分［1-2］。游離氨基酸是人體可直接吸收的營養(yǎng)成分，它的含量和成分能夠部分地反映出食品的營養(yǎng)價(jià)值，游離氨基酸不僅可以維護(hù)新陳代謝、生長、免疫，還可以呈現(xiàn)出酸、甜、苦、澀及鮮等味道，賦予了水果豐富的味覺層次［3］。研究［4］表明，食品中游離氨基酸的含量與種類，可以作為評價(jià)食品品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而游離氨基酸種類較多，分析困難，選擇一種科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法至關(guān)重要。

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一種通過降低數(shù)據(jù)維數(shù)，在損失很少信息的前提下把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)不相關(guān)的綜合變量的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法，它可以使主成分比原始數(shù)據(jù)具有某些更優(yōu)越的性能［5-9］。利用PCA食品品質(zhì)的研究已經(jīng)展開，鄧娜娜等［10］利用PCA 將30余種香氣物質(zhì)簡化為4 個(gè)主成分對不同殺菌處理桑椹果醋香氣質(zhì)量進(jìn)行分析和評價(jià)，將復(fù)雜事物簡單化。目前對不同果桑品種成熟桑椹游離氨基酸PCA研究鮮見報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)收集了國家種質(zhì)鎮(zhèn)江桑樹圃中10 個(gè)果桑品種，利用全自動(dòng)氨基酸分析儀分析測定其游離氨基酸種類及成分，并采用PCA法分析不同品種間氨基酸組成差異，為進(jìn)一步研究桑椹的食藥功能提供理論基礎(chǔ)，也為桑椹深加工產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料由國家種質(zhì)鎮(zhèn)江桑樹圃種植并提供，果桑品種栽培和采摘條件均一樣，于成熟期采摘，所有采摘樣品成熟度均一，采摘后用保鮮袋分裝，再放入加有冰塊的泡沫紙箱，取回后貯藏，溫度為4 ℃。測定前對樣品統(tǒng)一編號(hào)處理，并測其可溶性固形物含量，隨后測定樣品中游離氨基酸的含量［11-12］。

氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)品、茚三酮、乙醇（均為色譜純），緩沖溶液（P/N855-3407） 江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室；磺基水楊酸（分析純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

混合纖維素酯微孔濾膜（0.22 μm） 上海市新亞凈化器件廠；一次性無菌注射器（1 mL） 姜堰市新蘇醫(yī)療器械有限公司；Research plus移液槍（100～1 000 μL） 德國Eppendorf公司；BS-224-S電子天平 北京塞多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；GL-20M高速臺(tái)式冷凍離心機(jī) 湖南長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；S433D氨基酸全自動(dòng)分析儀 德國Sykam（塞卡姆）公司；601198手持糖量計(jì) 成都泰華光學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品可溶性固形物含量的測定

按GB 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定的折射儀法》［13］進(jìn)行測定。

1.3.2 樣品的前處理及測定

采用磺基水楊酸水解法預(yù)處理樣品，稱取適量桑椹勻漿后置于密封袋中超聲20 min，準(zhǔn)確稱取1.000 g樣品，加入25.000 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%磺基水楊酸溶液，充分搖勻，在冰箱內(nèi)放置過夜，10 000 r/min離心15 min，取1 mL上清液用0.22 μm微孔濾膜過濾于樣品瓶中，上機(jī)待測。游離氨基酸含量由儀器自帶程序計(jì)算，即對需要計(jì)算的樣品圖譜進(jìn)行積分，程序?qū)⒆詣?dòng)根據(jù)選定校正文件進(jìn)行計(jì)算［14-16］。

1.3.3 氨基酸全自動(dòng)分析條件

PEEK分析柱（4.6 mm×150 mm，7 μm），10%交聯(lián)；柱溫20～99 ℃；反應(yīng)器溫度130 ℃；檢測波長570、440 nm；分析時(shí)間57 min；茚三酮試劑流速0.25 mL/min；進(jìn)樣量40 μL。

1.3.4 分析方法

1.3.4.1 適用性檢驗(yàn)

采用SPSS 16.0分析軟件進(jìn)行相關(guān)系數(shù)矩陣的直觀檢驗(yàn)［17］，根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣中相關(guān)系數(shù)的大小所反映出的原始變量之間的線性相關(guān)程度來進(jìn)行適用性檢驗(yàn)。

1.3.4.2 PCA

采用SPSS 16.0分析軟件，對不同品種桑椹游離氨基酸進(jìn)行PCA［18-20］，得原始數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，抽取特征值大于1.00的因子［10］，提取主成分。

1.3.4.3 桑椹游離氨基酸品質(zhì)綜合評價(jià)

經(jīng)PCA提取出主成分后進(jìn)行綜合評價(jià)，以每個(gè)主成分所對應(yīng)的特征值的方差貢獻(xiàn)率βi（i=1，2，…，k）作為權(quán)數(shù)，利用綜合評價(jià)模型F =βF+βF+…+βF［21-22］。

1122kk

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果桑品種可溶性固形物含量測定

可溶性固形物可以衡量水果成熟情況［23］，是反映水果內(nèi)部品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，其具體是指果汁中能溶于水的糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等物質(zhì)。不同品種桑椹的糖、酸、維生素、礦物質(zhì)等的不同使其成熟時(shí)的可溶性固形物含量不同，10 個(gè)果桑品種成熟桑椹可溶性固形物含量如表1所示，其中鎮(zhèn)椹一號(hào)可溶性固形物含量最高為11.99%，中椹1號(hào)含量最低為5.00%，可溶性固形物含量與氨基酸含量雖無直接關(guān)系，但果蔬深加工處理如加工飲料、酒、醋等，可溶性固形物含量都是一個(gè)很重要的指標(biāo)。

表1 10 個(gè)果桑品種成熟桑椹中可溶性固形物含量Table1 C on tents of s olubles olids in ripe mulberryfruits of ten va rieties

2.2 不同品種桑椹游離氨基酸含量測定結(jié)果

從圖1可以看出，在60 min之內(nèi)，各種游離氨基酸能得到很好分離。10 種桑椹中17 種游離氨基酸結(jié)果如表2所示，10 個(gè)品種桑椹中均含有17 種氨基酸，其中必需氨基酸包括蘇氨酸（Thr）、纈氨酸（Val）、蛋氨酸（Met）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）和賴氨酸（Lys）7 種，藥用氨基酸包括天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、蛋氨酸（Met）、亮氨酸（Leu）、酪氨酸（Tyr）、賴氨酸（Lys）、苯丙氨酸（Phe）、精氨酸（Arg）9 種。

由表2可知，不同品種果桑成熟桑椹氨基酸總量、人體必需氨基酸總量、藥用氨基酸總量及呈味氨基酸的含量均存在顯著性差異。從總氨基酸含量來看，含量最高的是臺(tái)灣一號(hào)，含量為270.073 mg/100 g，含量最低的是射陽3號(hào)，含量為38.718 mg/100 g。從必需氨基酸含量來看，含量最高的是豐果桑，含量為25.242 mg/100 g，含量最低的是射陽3號(hào)，含量為4.177 mg/100g。從藥用氨基酸含量來看，含量最高的為臺(tái)灣一號(hào)，含量為203.410 mg/100 g，含量最低的是射陽3號(hào)，含量為25.970 mg/100 g。在檢測的17 種氨基酸中，谷氨酸（Glu）在10 個(gè)不同品種桑椹中含量較高，平均含量為9.762 mg/100 g；半胱氨酸（Cys）含量最低，平均含量為0.519 mg/100 g。

圖1 游離氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品 （ A）和臺(tái)灣一號(hào)樣品 （ B）游離氨基酸測定曲線Fig.1 Chromatographic separation of mixed free amino acid standards （A） and free amino acids in Taiwan No.1 （B）

表2 10 個(gè)果桑 品種 成熟 桑椹 中游 離氨 基酸 含量Table2 C on tents of f reea m in o acids in r ipef ruits of ten varieties of mulberry

表3 10 個(gè)果桑品種成熟桑椹中呈味氨基酸的構(gòu)成Table 3 Flavor amino acid compositions of ripe fruits of tenmulberryvarieties

由表2可知，甘味氨基酸有Thr、Ser、Gly、Ala、Phe、His、Lys、Arg和Pro，鮮味氨基酸有Glu，酸味氨基酸有Asp，苦味氨基酸有Cys、Met、Ile和Tyr，澀味氨基酸有Val和Leu。由表3可知，桑椹氨基酸呈味除臺(tái)灣一號(hào)以鮮味為主外，其余桑椹品種均以甘味為主，苦味和鮮味次之，澀味再次之，酸味最弱。鎮(zhèn)椹一號(hào)、選20號(hào)、選100號(hào)、育721、中椹1號(hào)、鎮(zhèn)9160和豐果桑呈甘味氨基酸含量均超過50.000%，甘味氨基酸中甘氨酸除了本身提供清甜味外，還能減少苦味，去除食物中不愉快的口味，可應(yīng)用于軟飲中；除射陽3號(hào)外，其余桑椹品種的酸味氨基酸含量均低于3.000%。由于氨基酸是兩性電解質(zhì)，對強(qiáng)酸時(shí)呈堿性，對強(qiáng)堿時(shí)又呈酸性，故可起到調(diào)和酸甜口感的作用，使飲料的口感和風(fēng)味變得柔和可口［24］。

2.3 適用性檢驗(yàn)

表4 10 個(gè)果桑品種成熟桑椹中游離氨基酸種類間相關(guān)性分析Table 4 Correlati on a nalysis of free am in o acids in r ipef ruits of te n va rieties of mulbe rr y

根據(jù)相關(guān)矩陣直觀檢驗(yàn)原則，利用SPSS軟件計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣［25］，如表4所示。氨基酸含量之間存在正相關(guān)也存在負(fù)相關(guān)，并且多數(shù)氨基酸含量間的相關(guān)系數(shù)的絕對值大于0.5［17］，表明氨基酸含量之間有較強(qiáng)相關(guān)性，可以通過PCA的方法研究桑椹中游離氨基酸與品種間的關(guān)系。

2.4 PCA

表5 主成 分的 特征 值和 貢獻(xiàn) 率Table 5 Eigenvalues of the pr in cipal comp on ents and their c on tributi on an d cu mu lative c on t ribu ti on

由表5可知，前3 個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.835%，基本上反映所有變量的原有信息，因此，選用前3 個(gè)主成分作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。

表6 主成分的特征向量與載荷矩陣Table6 Pr in cipalcomp on ent eigenvectors and load in gmatrix

由表5、6可知，第1主成分的貢獻(xiàn)率占總變異信息的50.845%，主要反映Ser、Val、Glu、Ala、Arg、Met 和Cys的變異信息；第2主成分的貢獻(xiàn)率占總變異信息的27.912%，主要反映Tyr、Ile和Leu的變異信息；第3主成分的貢獻(xiàn)率占總變異信息的10.078%，主要反映Phe、Thr的變異信息。載荷值主要反映各變量與主成分之間的相關(guān)系數(shù)，由表6可以看出，第1主成分和Ser、Val、Glu、Ala高度正相關(guān)，與Phe負(fù)相關(guān)，對第1主成分貢獻(xiàn)最大的是Ser、Val，載荷量分別是0.968、0.973，對第 1 主成分貢獻(xiàn)最小的是Phe，負(fù)荷量為-0.443，故可將第1主成分命名為必需氨基酸因子；第2主成分與Tyr、Ile和Leu正相關(guān)，與Asp高度負(fù)相關(guān)，對第2主成分貢獻(xiàn)最大的是Tyr，載荷量是0.827，對第2主成分貢獻(xiàn)最小的是Asp，負(fù)荷量為-0.884，故可將第2主成分命名為藥用氨基酸因子；第3主成分與Phe、Thr正相關(guān)，與Lys負(fù)相關(guān)。對第3主成分貢獻(xiàn)最大的是Phe，載荷量是0.595，對第3主成分貢獻(xiàn)最小的是Lys，負(fù)荷量為-0.638，故可將第3主成分命名為營養(yǎng)氨基酸因子。這3 個(gè)主成分的貢獻(xiàn)因子包含了必需氨基酸因子、藥用氨基酸因子和營養(yǎng)氨基酸因子。

2.5 綜合評價(jià)

由于PCA中前3 個(gè)主成分反映了17 個(gè)指標(biāo)變量信息的88.835%，可知利用前3 個(gè)主成分進(jìn)行不同桑椹品種的游離氨基酸的評價(jià)是可行的，可用F1（必需氨基酸因子）、F2（藥用氨基酸因子）、F3（營養(yǎng)氨基酸因子）3 個(gè)新的綜合指標(biāo)來替代原來的17 個(gè)指標(biāo)對桑椹氨基酸進(jìn)行分析，得到桑椹氨基酸成分的前3 個(gè)主成分的線性關(guān)系式分別為：

表7 10 個(gè) 果桑 品種 成熟 桑椹 的成 分得 分和 綜合 得分Table 7 Pr in cipal comp on ents cores and comprehensivescores of ripe fruits of 10 mulbe rr y var ieties

以每個(gè)主成分所對應(yīng)的特征值的方差貢獻(xiàn)率βi建立綜合評價(jià)模型F=0.572F1+0.314F2+0.113F3，計(jì)算各樣本得分，然后進(jìn)行排序評價(jià)各個(gè)樣本的氨基酸含量。標(biāo)準(zhǔn)化后得分如表7所示，可以看出第1、2、3主成分得分最高的分別是臺(tái)灣一號(hào)、豐果桑、選100號(hào)，最低的分別是射陽3號(hào)、射陽3號(hào)、大十。計(jì)算得10 個(gè)果桑品種成熟桑椹綜合得分，綜合評價(jià)排序依次為臺(tái)灣一號(hào)、鎮(zhèn)椹一號(hào)、大十、豐果桑、選100號(hào)、選20號(hào)、育721、中椹1號(hào)、鎮(zhèn)9106、射陽3號(hào)；臺(tái)灣一號(hào)的綜合評價(jià)得分最高為4.319，并且較大程度上超出其他品種桑椹的綜合評價(jià)得分，說明臺(tái)灣一號(hào)的游離氨基酸綜合質(zhì)量較高，射陽3號(hào)的綜合評價(jià)得分最低為-2.737，其游離氨基酸的綜合質(zhì)量較低；除臺(tái)灣一號(hào)、鎮(zhèn)椹一號(hào)、大十、豐果桑以外，其他品種桑椹游離氨基酸含量的綜合得分均為負(fù)，表示這些品種果桑成熟桑椹游離氨基酸綜合質(zhì)量水平低于10 個(gè)品種的平均水平。

3 結(jié) 論

通過對10 個(gè)果桑品種成熟桑椹游離氨基酸進(jìn)行主成分分析，從檢出的17 種游離氨基酸中提取了3 個(gè)主成分。建立綜合評價(jià)模型計(jì)算桑椹游離氨基酸含量的綜合評價(jià)得分，綜合評價(jià)得分高低能表明桑椹品種主要氨基酸、必需氨基酸、藥用氨基酸和呈味氨基酸等的綜合情況。最終得出，10 個(gè)品種桑椹游離氨基酸綜合評價(jià)得分從高到低分別為臺(tái)灣一號(hào)、鎮(zhèn)椹一號(hào)、大十、豐果桑、選100號(hào)、選20號(hào)、育721、中椹1號(hào)、鎮(zhèn)9106、射陽3號(hào)，PCA的方法可以有效地比較10 個(gè)果桑品種成熟桑椹中游離氨基酸綜合質(zhì)量。

國家種質(zhì)鎮(zhèn)江桑樹圃10 個(gè)果桑品種成熟桑椹之間游離氨基酸綜合質(zhì)量存在差異，經(jīng)比較可以篩選出游離氨基酸品質(zhì)較優(yōu)的品種：臺(tái)灣一號(hào)、鎮(zhèn)椹一號(hào)和大十，結(jié)合可溶性固形物考慮臺(tái)灣一號(hào)和鎮(zhèn)椹一號(hào)比較適合釀酒、制醋和發(fā)酵飲料。我國果桑品種繁多，種植范圍廣泛，可進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，如果需要篩選出綜合品質(zhì)好的果桑品種，還需對其他營養(yǎng)成分進(jìn)行綜合分析，才能為選擇優(yōu)質(zhì)品種種植、加工及銷售提供更全面的理論依據(jù)。

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Principal Components Analysis and Comprehensive Evaluation of Free Amino Acids in Ripe Fruits of Different Mulberry Varieties

LI Junfang1， MA Yongkun1，2，*， ZHANG Rong1， LIU Li3， YU Huailong1， YE Hua1， ZHANG Haining1， LI Xi1
（1.School of Food and Biological Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China；2.Zhenjiang Guoshengyuan Food Technology Co.Ltd.， Zhenjiang 212009， China；3.Institute of Sericultural Research， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Zhenjiang 212018， China）

This study aimed to analyze the differences in comprehensive quality of free amino acids in ripe fruits among different varieties of mulberry in Jiangsu province.An automatic amino acid analyzer was used to determine the types and contents of free amino acids in ripe fruits of 10 mulberry varieties.Then their free amino acid profiles were analyzed and synthetically evaluated by principal component analysis （PCA）.The results indicated that all 10 mulberry varieties contained 17 kinds of free amino acids.The Taiwan No.1 variety had the highest total content of free amino acids （270.073 mg/100 g）and Sheyang No.3 contained the least amount of free amino acids （38.718 mg/100 g）.The PCA analysis showed that the contribution percentages of the first， second and third principal components were 50.845%， 27.912%， and 10.078%，respectively， and their cumulative percentage contribution was 88.835%.Therefore， these three components could represent the main trends of free amino acids in mulberries.The comprehensive evaluation scores of 10 mulberry varieties decreased in the following order: Taiwan No.1 ＞ Zhenshen No.1 ＞ Dashi ＞ Fengguosang ＞ Xuan No.100 ＞ Xuan No.20 ＞ Yu No.721 ＞ Zhongshen No.1 ＞ Zhen No.9106 ＞ Sheyang No.3.

mulberry； free amino acid； principal component analysis

10.7506/spkx1002-6630-20161423

TS207.3

A

1002-6630（2016）14-0132-06

李俊芳， 馬永昆， 張榮， 等.不同果桑品種成熟桑椹的游離氨基酸主成分分析和綜合評價(jià)［J］.食品科學(xué)， 2016， 37（14）: 132-137.DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614023. http://www.spkx.net.cn

LI Junfang， MA Yongkun， ZHANG Rong， et al.Principal components analysis and comprehensive evaluation of free amino acids in ripe fruits of different mulberry varieties［J］.Food Science， 2016， 37（14）: 132-137.（in Chinese with English abstract）

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614023. http://www.spkx.net.cn

2015-10-31

江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目（PAPD）；江蘇省高?？萍汲晒a(chǎn)業(yè)化推進(jìn)項(xiàng)目（JHB2011-40）

李俊芳（1990—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称凤L(fēng)味化學(xué)及食品發(fā)酵工程。E-mail：15751011072@163.com

*通信作者：馬永昆（1963—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称贩菬峒庸?、食品發(fā)酵工程及食品風(fēng)味化學(xué)。

E-mail：mayongkun@ujs.edu.cn