青海不同產(chǎn)地枸杞營養(yǎng)成分和活性成分的因子分析和聚類分析

金建華,李永元

(青海民族大學(xué) 青藏高原資源化學(xué)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)實驗室,青海 西寧 810007)

枸杞是茄科的一種落葉小灌木，長成的果實可作為一味中藥材使用，其含有豐富的多糖、黃酮、灰分(無機(jī)元素)、類胡蘿卜素、粗蛋白等活性成分和營養(yǎng)成分,具有降血糖、抗病毒、抗氧化、護(hù)肝、增強(qiáng)免疫和抗癌等功效[1-6]。青海不同產(chǎn)地枸杞受種植地域的影響，品質(zhì)具有差異性，為此，筆者采用因子分析法、聚類分析法從枸杞營養(yǎng)成分和活性成分角度，綜合分析了青海不同產(chǎn)地枸杞品質(zhì)的特征指標(biāo)和聚類情況[7-9]。

1 因子分析和聚類分析原理

因子分析法是將眾多的變量綜合為少數(shù)幾個因子，并且保證原有信息損失最小，因子間不具有顯著的相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計分析降維方法。聚類分析法是按“物以類聚”的原則研究事物分類的一種多元統(tǒng)計分析方法。

2 結(jié)果與分析

采用SPSS 13. 0統(tǒng)計軟件，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行因子分析和聚類分析，涉及的原始數(shù)據(jù)均來自文獻(xiàn)[1]，數(shù)據(jù)見表1。

表1 青海不同產(chǎn)地枸杞營養(yǎng)成分和活性成分含量Tab.1 Contents of nutritional and bioactive composition of Lycium barbarum from different habitats in Qinghai

注:栽培柴達(dá)木枸杞果實：采集于青海省共和縣、都蘭縣、烏蘭縣、格爾木和德令哈等12個不同地區(qū)，1～12號樣品依次分別來自于共和縣下塔邁村、都蘭縣下朝陽、都蘭小夏灘村、宗加鄉(xiāng)、諾木洪農(nóng)場、大格勒龍羊村、格爾木河?xùn)|農(nóng)場、格爾木河西農(nóng)場、德令哈塔灣克里、德令哈克魯克基地、懷頭塔拉、烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)。

2.1 不同產(chǎn)地枸杞的因子分析

2.1.1 原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即對同一變量減去均值，再除以標(biāo)準(zhǔn)差，以消除原始數(shù)據(jù)之間的量綱影響，使標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)具備可比性，并遵從正態(tài)分布規(guī)律(0，1)。

2.1.2 變量的相關(guān)系數(shù)矩陣

由表2可知，75%以上數(shù)據(jù)的絕對值大于0.3，變量之間有一定的相關(guān)性，即這些變量之間有共同因子，可以進(jìn)行因子分析。

表2 變量的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.2 Correlation matrix of variables

2.1.3 主因子方差解釋

利用因子載荷矩陣求解變量相關(guān)矩陣，解得相關(guān)矩陣的特征根，根據(jù)特征根的大小確定因子數(shù)量。從表3數(shù)據(jù)可知，前3個特征根的3個因子可解釋原始變量總方差的89.643%，前3個因子可較好地解釋原始變量。

2.1.4 方差最大化旋轉(zhuǎn)

為了更好地說明因子的含義，對因子模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，得到方差最大化后的因子載荷矩陣，見表4。

表3 主因子方差解釋Tab.3 Explanation of variance of principal factor

表4 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Tab.4 Factor Load Matrix after rotation

從表4可知，第一主因子和多糖具有較高的正相關(guān)系數(shù)，多糖是第一主因子的代表；第二主因子與總黃酮有較高的正相關(guān)系數(shù)，總黃酮是第二主因子的代表；第三主因子與灰分有較高的相關(guān)系數(shù)，灰分是第三主因子的代表。利用回歸法得到得分函數(shù)：

F1=0.501X多糖+0.249X總黃酮-0.246X灰分-0.029X粗蛋白+0.142X粗纖維-0.086X粗脂肪+0.261X總糖+0.301X類胡蘿卜素

F2=0.302X多糖+0.466X總黃酮+0.218X灰分+0.409X粗蛋白+0.200X粗纖維-0.454X粗脂肪+0.182X總糖+0.176X類胡蘿卜素

F3=0.444X多糖+0.193X總黃酮+0.695X灰分+0.031X粗蛋白+0.494X粗纖維+0.425X粗脂肪+0.193X總糖-0.215X類胡蘿卜素

把原始數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的值帶入方程，計算得主因子得分值、綜合因子得分值，見表5。

表5 主因子得分值、綜合因子得分值Tab.5 Main factor score and comprehensive main factor score

枸杞品質(zhì)排名順序是共和縣下塔邁村、格爾木河?xùn)|農(nóng)場、德令哈克魯克基地、都蘭宗加鄉(xiāng)、大格勒龍羊村、德令哈懷頭塔拉、德令哈塔灣克里、都蘭縣下朝陽、烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)、都蘭諾木洪農(nóng)場、都蘭小夏灘村、格爾木河西農(nóng)場。從圖1也可直觀反映枸杞品質(zhì)排名順序。

這一綜合評價與實際情況相符[10-12]。文中建立的綜合評價函數(shù)，避免了人為確定權(quán)數(shù)的缺陷。

圖1 因子得分圖Fig.1 Principal factor score

2.2 不同產(chǎn)地枸杞聚類分析

采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以離差平方和法和歐式距離平方進(jìn)行聚類分析，結(jié)果見圖2。由圖2可知，12批枸杞樣品可聚分為3大類，S1、S4、S5、S6、S9、S10、S11聚為一類，多糖平均含量為4.35%～5.01%，總黃酮平均含量為0.86%～1.11%，灰分平均含量為3.21%～4.07%；S2、S3、S7、S12聚為一類，多糖含量為5.06%～5.62%，總黃酮平均含量為0.83%～1.10%，灰分平均含量為3.30%～5.06%；S8為一類，多糖含量平均含量為5.32%～5.36%，總黃酮平均含量為0.85%～0.87%，灰分平均含量為6.21%～6.37%。而在歐氏距離大于20外，樣本又全部歸為一類，表明12種樣品具有相同的功效。

圖2 聚類分析樹狀圖Fig.2 Cluster analysis tree diagram

3 結(jié)語

采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件，對青海不同產(chǎn)地枸杞進(jìn)行了因子分析和聚類分析。因子分析結(jié)果表明多糖、總黃酮、灰分是評價青海省不同產(chǎn)地枸杞質(zhì)量的特征指標(biāo)，枸杞品質(zhì)排名順序是共和縣下塔邁村、格爾木河?xùn)|農(nóng)場、德令哈克魯克基地、都蘭宗加鄉(xiāng)、大格勒龍羊村、德令哈懷頭塔拉、德令哈塔灣克里、都蘭縣下朝陽、烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)、都蘭諾木洪農(nóng)場、都蘭小夏灘村、格爾木河西農(nóng)場。聚類分析顯示12個區(qū)域樣品被聚分為3大類，S1、S4、S5、S6、S9、S10、S11聚為一類，S2、S3、S7、S12聚為一類，S8為一類，其與植物生長地理環(huán)境和生態(tài)環(huán)境有關(guān)，因子分析和聚類分析結(jié)果可為枸杞研究提供一定理論依據(jù)。