基于主成分分析的紅棗有機(jī)酸含量差異性分析

段寶娜，馮三營(yíng)

(1.鄭州財(cái)稅金融職業(yè)學(xué)院，鄭州 450048；2.鄭州大學(xué)，鄭州 450001)

紅棗是棗屬植物的果實(shí)，品種多樣，在我國(guó)種植區(qū)域較多，含有多種活性成分，具有較好的食用價(jià)值和藥理活性[1-2]。紅棗中糖分含量高達(dá)50%，蛋白質(zhì)含量約為4%，紅棗中所含的有機(jī)酸主要為氨基酸，對(duì)于氨基酸類別及含量分析的主要方法為主成分分析法[3]。主成分分析是將紅棗中多種氨基酸的含量通過(guò)線性變換的方式進(jìn)行篩選，獲取具有代表性的少數(shù)種類氨基酸，從而將紅棗中氨基酸含量的差異性分析進(jìn)行簡(jiǎn)單化[4-6]。氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位，氨基酸的種類和含量直接影響蛋白質(zhì)的品質(zhì)，根據(jù)氨基酸的不同功能進(jìn)行劃分，氨基酸主要可分為人體必需氨基酸和藥用氨基酸兩個(gè)種類[7]。

本文利用主成分分析的方法，對(duì)不同品種紅棗的氨基酸含量和種類進(jìn)行分析，尋找氨基酸種類和含量的差異性，同時(shí)探究氨基酸差異性可能形成的原因。通過(guò)對(duì)紅棗發(fā)酵深加工過(guò)程中有機(jī)酸含量的變化進(jìn)行分析，為紅棗藥理功能的研究及深加工提供了理論依據(jù)。

1 紅棗有機(jī)酸種類分析及評(píng)價(jià)

紅棗中的有機(jī)酸主要為氨基酸，氨基酸的含量和種類是衡量紅棗品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，本文通過(guò)對(duì)我國(guó)不同區(qū)域的8種紅棗中氨基酸的種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算得出人體必需氨基酸占紅棗總氨基酸的比值和藥用氨基酸占紅棗總氨基酸的比值[8-10]。紅棗中氨基酸種類及含量的檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 紅棗氨基酸種類及含量檢測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 The detection data of types and content of amino acids in red jujube

小口大棗、冬棗以及葫蘆棗中人體必需氨基酸評(píng)價(jià)表見(jiàn)表2。

表2 3種紅棗中人體必需氨基酸評(píng)價(jià)Table 2 The evaluation of human essential amino acids in three kinds of red jujube

通過(guò)計(jì)算得出的人體必需氨基酸占紅棗總氨基酸的比值、藥用氨基酸占紅棗總氨基酸的比值見(jiàn)表3。

表3 不同類別氨基酸占總氨基酸比值Table 3 The ratios of different kinds of amino acids to total amino acids

2 紅棗有機(jī)酸主成分提取分析

為了對(duì)8種紅棗的多元性進(jìn)行分析，本文對(duì)紅棗中的共有氨基酸進(jìn)行提取，并進(jìn)行氨基酸相關(guān)性分析，獲取氨基酸相關(guān)性矩陣系數(shù)，認(rèn)定當(dāng)氨基酸相關(guān)性矩陣系數(shù)大于0.3、所占比例大于80%時(shí)，該相關(guān)性矩陣系數(shù)具有較好的相關(guān)性，可用于進(jìn)行主成分分析[11]。

在有機(jī)酸提取過(guò)程中，將紅棗研磨成粉狀，并采用60目過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行篩選，稱取0.2 g粉末狀紅棗，加入10 mL鹽酸溶液中，鹽酸濃度為6 mol/L，置于110 ℃條件下密封進(jìn)行水解，水解時(shí)間為22 h。水解完成后，將溶液調(diào)節(jié)至中性，等待檢測(cè)。采用氨基酸自動(dòng)測(cè)試分析儀，獲取溶液中氨基酸的種類及含量特征值[12-13]。

由表4可知紅棗有機(jī)酸主成分相關(guān)特征值及其貢獻(xiàn)率。通過(guò)對(duì)紅棗有機(jī)酸主成分進(jìn)行提取分析，可有效地簡(jiǎn)化紅棗有機(jī)酸含量的差異性分析過(guò)程，當(dāng)主成分特征值大于1時(shí)，該有機(jī)酸成分可作為主成分進(jìn)行分析[14]。第1主成分貢獻(xiàn)率為69.45%，表明該成分可對(duì)紅棗中的相關(guān)氨基酸含量差異性進(jìn)行分析，同理，第2主成分貢獻(xiàn)率為12.62%，第3主成分貢獻(xiàn)率為7.33%。紅棗中有機(jī)酸前3個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率可達(dá)到89.4%，可通過(guò)提取前3個(gè)主成分特征值的方式，對(duì)紅棗有機(jī)酸含量的差異性進(jìn)行分析。由表4可以得出各有機(jī)酸主成分之間的歸類屬性，紅棗第1主成分包含絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、天冬氨酸以及組氨酸等，第2主成分主要為酪氨酸和苯丙氨酸，第3主成分僅包含脯氨酸。

表4 紅棗有機(jī)酸相關(guān)特征值及其貢獻(xiàn)率Table 4 The correlation characteristic values and contribution rates of organic acids in red jujube

3 紅棗有機(jī)酸綜合評(píng)價(jià)及差異性分析

根據(jù)紅棗有機(jī)酸主成分分析結(jié)果，采用紅棗有機(jī)酸的3個(gè)主成分對(duì)氨基酸進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，采用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算得出紅棗綜合得分，紅棗氨基酸綜合評(píng)價(jià)得分見(jiàn)表5。

表5 紅棗氨基酸綜合評(píng)價(jià)得分Table 5 The comprehensive evaluation scores of amino acids in red jujube

由表5可知，氨基酸的種類和含量對(duì)紅棗的綜合評(píng)價(jià)影響較大，由此表明氨基酸含量直接影響紅棗的品質(zhì)。靈武長(zhǎng)棗綜合評(píng)分最高，表明該種紅棗中第1主成分中相關(guān)氨基酸含量較高，氨基酸種類齊全，包含人體必需氨基酸及藥用氨基酸。對(duì)提取的紅棗有機(jī)酸成分與標(biāo)準(zhǔn)成分聚類樹狀圖進(jìn)行對(duì)比，紅棗主成分聚類分析樹狀圖見(jiàn)圖1。

圖1 紅棗有機(jī)酸主成分聚類分析樹狀圖Fig.1 The dendrogram of principal component cluster analysis of organic acids in red jujube

4 紅棗制品有機(jī)酸含量變化分析

紅棗一般添加于其他制品中進(jìn)行食用，常見(jiàn)食用方式為發(fā)酵生產(chǎn)為紅棗汁，通過(guò)對(duì)紅棗發(fā)酵過(guò)程中的有機(jī)酸變化進(jìn)行分析，可有效地提高紅棗中有機(jī)酸的利用率及發(fā)酵過(guò)程控制。采用液相色譜法對(duì)紅棗發(fā)酵液中的有機(jī)酸含量進(jìn)行測(cè)定，獲取紅棗發(fā)酵液中有機(jī)酸含量動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，見(jiàn)表6。

表6 紅棗發(fā)酵有機(jī)酸動(dòng)態(tài)變化過(guò)程Table 6 The dynamic changes of organic acids in red jujube fermentation

由表6可知，紅棗在發(fā)酵加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生草酸和乙酸，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，草酸和乙酸的含量逐漸升高，乳酸、蘋果酸以及檸檬酸的含量也逐漸升高。紅棗發(fā)酵前后氨基酸含量對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 紅棗發(fā)酵前后氨基酸對(duì)比數(shù)據(jù)Table 7 The comparison of amino acids before and after red jujube fermentation

由表7可知，紅棗在發(fā)酵前后，氨基酸含量發(fā)生變化，由此表現(xiàn)出不同的風(fēng)味，從而有效地改善了紅棗制品的口感。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)紅棗中氨基酸的種類及含量進(jìn)行測(cè)定，能夠客觀地評(píng)價(jià)紅棗品質(zhì)。氨基酸主成分分析結(jié)果能夠直觀地進(jìn)行氨基酸種類分布均衡性判斷，根據(jù)氨基酸主成分分析結(jié)果進(jìn)行紅棗聚類分析，可按照氨基酸含量的差異性進(jìn)行紅棗種類劃分。紅棗種類可用來(lái)反映紅棗品種、產(chǎn)地以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等特性。