六種食用菌營養(yǎng)和功能成分的主成分分析和聚類分析

于士軍，何玲艷，張 瑩，王偉玲，許艷紅，柴新義

（1.滁州學院 生物與食品工程學院，安徽 滁州 239000；2.安徽建筑大學 材料與化學工程學院，安徽 合肥 230601）

食用菌在食用和栽培方面均具有悠久的歷史，目前世界范圍內有60多個國家栽培食用菌，真菌種類約有10萬種[1]，其中2 300余種為食藥用菌[2]。目前我國菌物有1.6萬種[3]，其中食用菌近1 000種[4]，廣泛食用的有200種左右[5]。實現商業(yè)化栽培的有60種左右，規(guī)?；虡I(yè)栽培的有10種[6]。中國、美國、荷蘭、法國和波蘭是世界上五大食用菌生產國[7]。我國食用菌產量在世界產量中名居榜首，遠銷國內外市場。

現在食用菌由于其特有豐富的營養(yǎng)和保健功能日益受到消費者的青睞。食用菌類食品集營養(yǎng)性、功能性、美味性、安全性于一身，被營養(yǎng)學家推薦為十大健康食品之一。隨著人們生活水平的不斷提高，對營養(yǎng)保健的需求越來越大，食用菌已成為功能食品開發(fā)的主要來源之一。

食用菌富含多糖、氨基酸、蛋白質、膳食纖維、礦物質、核苷酸、麥角甾醇等多種營養(yǎng)和功能成分。不同食用菌所含各種營養(yǎng)成分也千差萬別，呈現不同的營養(yǎng)和保健價值。本文通過主成分分析和聚類分析針對六種食用菌的營養(yǎng)成分和功能進行了詳細的分析和比較，以期為這幾種食用菌的開發(fā)利用奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

新鮮金針菇（F.velutipe）、茶樹菇（A.chaxinggu）、平菇（P.ostreatus）、香菇（L.edodes）、杏鮑菇（P.eryngii）、金福菇（T.lobynsis），由安徽鑫農食用菌有限公司提供。新鮮食用菌于45℃烘箱恒溫干燥，充分干燥后，用小型高速粉碎機粉碎樣品，4℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 測定方法

水分測定按GB/T 5009.3-2010執(zhí)行[8]；粗脂肪含量測定按GB/T 5009.6-2003執(zhí)行[9]；多糖的測定參照張惟杰、岳春等人文獻方法[10-11]；灰分按照李春秀等的方法進行測定[12]；蛋白質測定（凱氏定氮法）按GB/T 5009.5-2010執(zhí)行[13]；麥角甾醇的測定參考趙英永等人方法[14]；以上指標每個樣品測定3個重復。核苷酸的測定按照宋麗艷等人的方法執(zhí)行[15]；氨基酸的測定按王永輝、章麗等人的方法執(zhí)行[16,17]，氨基酸和核苷酸每個樣品測定1個重復。

1.3 數據處理

本研究試驗數據均以Mean±SD表示，使用IBM SPSS Statistics 19軟件中的單因素方差分析（ANOVA）中的Duncan多重比較分析進行顯著性差異分析（p＜0.05）。用SPSS 19.0軟件對6種食用菌的多糖、麥角甾醇、總氨基酸含量、必需氨基酸含量等10個成分的含量指標進行主成分分析，通過載荷圖反映各成分對不同食用菌品質特征的影響程度；通過主成分分析方法中的得分圖，對不同的食用菌樣品進行區(qū)分辨識。采用NCSS 2007軟件對6種食用菌的組成成分進行聚類分析。

表1 主要營養(yǎng)和功能成分測定結果

2 結果與分析

2.1 組成成分測定結果

由表1的數據可以看出，6種食用菌的干菇含水量都在6%左右，并無顯著性差異，而鮮菇的含水量均在90%左右；粗脂肪含量為1.61%～2.28%，印證了食用菌是低脂食物；多糖含量差異明顯，其中金福菇的多糖含量最多為11.88%；不同食用菌灰分含量存在較大差異，金福菇灰分含量最小為5.91%，金針菇灰分含量最多為8.84%；蛋白質含量也差異明顯，金福菇蛋白質含量最高為33.77%，香菇中蛋白質含量最低為18.43%；麥角甾醇的含量同樣存在較大的差異，平菇中含量最高為4.87 mg/g，金福菇中含量最低為2.38 mg/g。

由表2的數據可以看出，金福菇中總氨基酸含量最高，達到189.72 mg/g，金針菇中總氨基酸含量最低為84.61 mg/g；金福菇中必需氨基酸含量也是最高，為67.87 mg/g，金針菇中總氨基酸含量最低為31.86 mg/g；必需氨基酸占總氨基酸含量最高的是杏鮑菇，達到38.79%，其次是金針菇為37.66%，最低的是茶樹菇為34.67%。

2.2 主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 19對6種食用菌樣品中的10個指標進行主成分分析，得到相關矩陣的特征值和方差貢獻率，如表3。提取得到3個主成分，第一主成分的方差貢獻率占總變異信息的40.47%，主要反映干菇含水量、脂肪和多糖的變異信息；第二主成分的方差貢獻率為28.29%，主要反映灰分、總氨基酸含量和必需氨基酸含量的變異信息；第三主成分的方差貢獻率為16.26%，主要反映蛋白質含量和核苷類物質的含量的變異信息。提取得到的3個主成分的累積方差貢獻率達85.02%（＞85%），故此這3個主成分可以代表6種食用菌組成成分85.02%的信息。

表2 食用菌的氨基酸組成

表3 主成分方差解釋

表4顯示了各組成成分在各個主成分矩陣中的權重系數。從中可以知道，第一主成分在變量干菇含水量、粗脂肪、麥角甾醇、鮮菇含水量和多糖含量上有較高的載荷系數，說明這些成分與第一主成分有高度的相關性；第二主成分在變量灰分、總氨基酸和必需氨基酸含量上有較高的載荷系數，說明這些成分與第二主成分有高度的相關性；第三主成分在變量蛋白質和核苷類物質的含量上有較高的載荷系數，說明這些成分與第三主成分有高度的相關性。

表4 主成分矩陣

通過各變量的載荷圖可以直觀看出各變量之間的關系，如圖1所示。變量點與原點之間的距離越遠，表示其與主成分之間的相關性越高。正方向表示正相關性，負方向表示負相關性。如在第一主成分正方向，干菇含水量、粗脂肪、麥角甾醇、鮮菇含水量均距離原點較遠，他們與第一主成分有較高的正相關性；多糖含量在第一主成分負方向距離原點較遠，它與第一主成分具有較高的負相關性。在第二主成分的正方向，總氨基酸和必需氨基酸距離原點較遠，他們與第二主成分有較高的正相關性；在第二主成分的負方向，灰分含量距離原點較遠，其與第二主成分有較高的負相關性。在第三主成分的正方向，蛋白質和核苷類物質含量距離原點較遠，表明他們與第三主成分有較高的正相關性。

通過對6種食用菌樣品中的10個指標進行主成分分析，計算得到各成分得分，對各個樣品進行評價，得到結果如圖2所示。由圖2可以看出，根據第一、二主成分分析香菇和平菇在第一象限內，主要受到粗脂肪、總氨基酸和必需氨基酸含量的影響。金福菇和杏鮑菇分布在第二象限內，主要受到總氨基酸和必需氨基酸含量的影響；由表2也可以看出，金福菇和杏鮑菇中總氨基酸和必需氨基酸含量高于其他4種食用菌。金針菇位于第三象限，主要受到灰分含量的影響，從表1中，可以看出金針菇的灰分含量高于其余5種食用菌。茶樹菇位于第四象限，主要受到干菇含水量、鮮菇含水量、麥角甾醇和灰分含量的影響，從表1中可以知道，茶樹菇的上述成分含量均較高。

根據第一、三主成分分析可知，6種食用菌樣品分為4組，即位于第一象限內的茶樹菇，位于第二象限的金福菇，位于第三象限的金針菇和杏鮑菇，以及位于第四象限的香菇和平菇。

2.3 聚類分析

采用NCSS 2007以組間平均距離作為測量方法，以“歐式距離”作為6種食用菌樣品的評價指標，對6種食用菌樣品的組成成分數據進行二維聚類分析，結果如圖3所示。由圖可以看出，6個樣品可以聚為4類，即香菇、平菇和杏鮑菇聚為一組，茶樹菇、金針菇和金福菇各自成一組。

3 小結

食用菌不僅味美，而且營養(yǎng)豐富，常被人們稱作健康食品。同時，食用菌中含有生物活性物質，如：高分子多糖、RNA復合體、核酸降解物、cAMP和三萜類化合物等對維持人體健康有重要的作用。本研究從營養(yǎng)成分和功能成分的10個指標對6種食用菌的品質進行了研究。研究結果表明：6種食用菌的蛋白質含量為18.43%～33.77%，粗脂肪含量為1.61%～2.28%，均屬于低脂高蛋白食品。主成分分析結果表明，對食用菌品質進行評價時，干菇含水量、粗脂肪、多糖、麥角甾醇、鮮菇含水量、總氨基酸含量、必需氨基酸含量對這幾種食用菌品質評價非常重要，是其特征評價指標。根據食用菌的營養(yǎng)成分和功能成分含量利用聚類分析對不同食用菌樣品進行分類，營養(yǎng)成分及功能成分的含量相近的聚集在相近的位置。因此，本文采用統(tǒng)計學和化學計量學的方法探討了不同食用菌的品質特征，為食用菌資源的品質鑒定和分類提供了依據。

圖1 主成分載荷圖

圖3 二維聚類圖

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