基于氨基酸含量的市售14 種食用蘑菇的綜合評價

王麗艷，荊瑞勇,*，郭永霞，王鑫淼，趙行健，宋維民,，楊佳霓，衛(wèi)佳琪

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

食用蘑菇，又稱食用菌、食用真菌、食用蕈菌，是指具有食用價值子實體的大型高等真菌的統(tǒng)稱，其廣泛分布于地球各處。我國是真菌物種最豐富的國家之一，其中食用藥用真菌近2 000 種，在公元前4000年到公元前3000年時我們的祖先就已經(jīng)有采食真菌類的記錄[1]。食用蘑菇具有很高的營養(yǎng)價值，其富含膳食纖維和蛋白質(zhì)，所含蛋白質(zhì)量占干物質(zhì)含量的10%～50%，食用蘑菇中含有豐富的氨基酸，人體所需的8 種必需氨基酸占氨基酸總量的30%～50%，是一種極好的營養(yǎng)保健品[2]。另外，食用蘑菇中還含有多糖、脂類、維生素、礦質(zhì)元素等營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)，因此具有一定的抗腫瘤[3]、抗糖尿病[4]、提高免疫力[5]、保肝[6]等作用。

游離氨基酸是一類非蛋白質(zhì)氨基酸[7]，是人體內(nèi)VE、葉酸等營養(yǎng)素的良好來源[8]。游離氨基酸可以被人體直接吸收利用，其含量和成分能夠反映出食品的營養(yǎng)價值，其中的呈味氨基酸可使食物呈現(xiàn)出酸、甜、苦、澀、鮮等味感，形成了食物豐富的味覺層次[9]，因此其含量直接影響食物的鮮美程度。食品中游離氨基酸的種類與含量是評價其食用品質(zhì)的一項重要指標(biāo)[10]。由于游離氨基酸種類較多，大部分沒有紫外或熒光響應(yīng)，目前對于氨基酸的檢測，大多采用氨基酸自動分析儀[11-13]和液相色譜法[14-15]。

主成分分析（principal component analysis，PCA）是把多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個不相關(guān)的綜合指標(biāo)的一種多元統(tǒng)計分析方法[16-18]。近年來這一評價方法已廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)差異的研究[19-20]。PCA法可為品質(zhì)綜合評價體系的簡化提供方便[21]，因其可以從眾多影響因素中解析出主要的因素，減少評價指標(biāo)，從而簡化整個評價過程[22]。

目前關(guān)于食用蘑菇氨基酸組成及含量研究已有相關(guān)報道，大多都是針對一個食用蘑菇品種的氨基酸組成及含量進(jìn)行研究，如金針菇[23]、長根菇[24]、大球蓋菇[25]、海鮮菇[26]、虎奶菇[27]、杏鮑菇[28]、松乳菇[29]等。也有對多個食用蘑菇品種中游離氨基酸的組成與含量比較研究[30]，但目前還沒有基于氨基酸含量的不同食用蘑菇品種的綜合評價?；诖?，本研究對市售14 種食用蘑菇的氨基酸種類及含量進(jìn)行測定，并對其進(jìn)行PCA，對不同食用蘑菇品種進(jìn)行綜合評價，以期為不同食用蘑菇品種的營養(yǎng)價值及產(chǎn)品的開發(fā)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草菇（Volvariella volvacea）、海鮮菇（Hypsizygus marmoreus）、長根菇（Oudemansiella radicata）、平菇（Pleurotus ostreatus）、金針菇（Flammulina velutipes）、虎奶菇（P. tuber-regium）、香菇（Lentinus edodes）、榆黃菇（P. citrinopileatus）、大球蓋菇（Stropharia rugoso-annulata）、假大白菇（Russula pseudodelica）、雙孢菇（Agaricus bisporus）、茶樹菇（Agrocybe aegerita）杏鮑菇（P. eryngii）、雞腿菇（Copyinds comatus）14 種食用蘑菇，購自黑龍江大慶市九區(qū)批發(fā)市場，所有蘑菇均用保鮮盒密封，購回后4 ℃冰箱保存，均在采摘第3天進(jìn)行氨基酸分析測定。

氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品 美國Sigma公司；茚三酮 德國Menbar Pure公司；磺基水楊酸、濃鹽酸、氫氧化鈉等（均為分析純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立高新技術(shù)公司；XHF-D高速勻漿機(jī) 寧波新芝生物科技有限公司；Centrifuge 5424 R離心機(jī)、移液槍（100～1 000 μL） 德國Eppendorf公司；DELTA320酸度計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

采用磺基水楊酸水解法進(jìn)行樣品預(yù)處理，食用蘑菇勻漿后稱取1 g置于三角瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的磺基水楊酸溶液25 mL，冷藏過夜后8 000 r/min離心15 min。取上清液過0.22 μm水系微孔濾膜上機(jī)待測。

1.3.2 氨基酸的分析測定

采用氨基酸自動分析儀測定，分析條件：分離柱為陽離子交換樹脂2619，檢測波長為570、440 nm，緩沖液流速為0.40 mL/min，茚三酮溶液0.35 mL/min，進(jìn)樣量為20 μL。采用系統(tǒng)自帶軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對每個樣品圖譜進(jìn)行積分后選定校正文件進(jìn)行計算。每個樣品進(jìn)行3 次重復(fù)測定，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

1.4.1 綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

隸屬函數(shù)值計算如式（1）所示：

式中：xj為第j個綜合指標(biāo)；u（xj）為第j個綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；xmax與xmin分別為第j個綜合指標(biāo)的最大值與最小值[31-32]。

1.4.2 綜合指標(biāo)權(quán)重

綜合指標(biāo)權(quán)重計算如式（2）所示：

式中：wj為第j個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重；rj為第j個綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率[33]。

1.4.3 食用蘑菇氨基酸綜合評價值[34]

綜合評價值（D）計算如式（3）所示：

1.4.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel 2013統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理，采用R語言進(jìn)行相關(guān)性分析和PCA，采用SPSS 20.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成及相關(guān)性分析

從表1可知，市售14 種食用蘑菇均含有17 種氨基酸，其中包含人體所必需的8 種氨基酸中的7 種，分別為甲硫氨酸（Met）、賴氨酸（Lys）、纈氨酸（Val）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）和蘇氨酸（Thr）。從表1可計算出必需氨基酸占氨基酸總量的百分比最低為香菇34.35%，最高為虎奶菇49.20%，14 種食用蘑菇的平均值為39.93%。2 種限制性氨基酸為Met和Lys，限制性氨基酸占氨基酸總量的百分比最低為平菇4.29%，最高為雞腿菇14.21%，14 種食用蘑菇的平均值為10.09%。2 種半必需氨基酸為組氨酸（His）和精氨酸（Arg）；8 種非必需氨基酸分別為天冬氨酸（Asp）、絲氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、半胱氨酸（Cys）、酪氨酸（Tyr）和脯氨酸（Pro）。另外14 種食用蘑菇中包含全部的6 種呈味氨基酸，分別為Phe、Asp、Glu、Gly、Ala和Tyr。呈味氨基酸占氨基酸總量的百分比最低為榆黃菇35.28%，最高為香菇53.64%，14 種食用蘑菇的平均值為46.68%。

表1 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成Table 1 Amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties mg/g

17 種氨基酸中Asp含量在1.17～2.68 mg/g之間，變異系數(shù)為23.62%，在所有氨基酸中最小，說明食用蘑菇品種對Asp含量的影響最小。其中Met含量在0.08～2.22 mg/g之間，變異系數(shù)為69.11%，在所有氨基酸中最大，說明食用蘑菇品種對Met含量的影響最大。其他15 種氨基酸的變異系數(shù)介于23.62%～69.11%之間，按變異系數(shù)大小對17 種氨基酸進(jìn)行排序，通過變異系數(shù)的大小可知食用蘑菇品種對不同氨基酸含量的影響順序為：Met＞Cys＞Lys＞Gly＞Ala＞His＞Arg＞Pro＞Glu＞Tyr＞Ile＞Val＞Thr＞Leu＞Phe＞Ser＞Asp。

對14 種食用蘑菇的17 種氨基酸組成進(jìn)行相關(guān)性分析（表2）可知，各種氨基酸指標(biāo)之間相關(guān)性不同，其中限制性氨基酸Met與Ile、Pro兩種氨基酸的相關(guān)性不顯著，與其余14 種氨基酸的相關(guān)性均達(dá)到顯著水平，有的達(dá)到極顯著水平。其中Pro僅與Thr相關(guān)性達(dá)到顯著水平，與其他氨基酸的相關(guān)性均不顯著。其他各種氨基酸之間均存在不同程度的相關(guān)性。由于14 種食用蘑菇的17 種氨基酸含量差異不同，同時某些氨基酸之間存在不同程度的相關(guān)性，不同相關(guān)性的氨基酸之間存在不同的信息重疊現(xiàn)象，因此通過某一種氨基酸指標(biāo)評定不同食用蘑菇品種的優(yōu)劣不客觀，接下來通過PCA進(jìn)行不同食用蘑菇品種的綜合評價。

表2 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between amino acids in 14 commercial edible mushroom varieties

2.2 市售14 種食用蘑菇的PCA

2.2.1 市售14 種食用蘑菇氨基酸含量指標(biāo)PC提取

在對市售14 種食用蘑菇進(jìn)行綜合評價時，不能只考慮到一種或幾種氨基酸含量的多少，而應(yīng)該考慮到所有氨基酸含量對其進(jìn)行全面、科學(xué)、系統(tǒng)的綜合評價。本研究以市售14 種食用蘑菇的17 個氨基酸含量指標(biāo)構(gòu)成14×17的矩陣，利用R語言對其進(jìn)行PCA。相關(guān)矩陣的PCA結(jié)果見表3，結(jié)合表3和圖1可提取出4 個PC，累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到86.909%，綜合了食用蘑菇氨基酸指標(biāo)的大部分信息，因此可以用這4 個PC代替上述的17 個氨基酸指標(biāo)對不同食用蘑菇品種進(jìn)行評價和判斷。4 個PC分別定義為PC1～PC4，由表4可知其各PC對應(yīng)特征向量為：

表3 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成PC的特征值、貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率Table 3 Eigenvalues of first four principal components and their contribution rates and cumulative contribution rates

圖1 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成PCA碎石圖Fig. 1 Scree plot of PCA for amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties

表4 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成PC的特征向量與載荷矩陣Table 4 Principal component eigenvectors and loading matrix for amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties

由表3、4和圖2可知，PC1的方差貢獻(xiàn)率為58.482%，在PC1的表達(dá)式中，Met含量（x1）、Lys含量（x2）、Val含量（x3）、Pro含量（x17）、His含量（x15）系數(shù)較大；PC2的方差貢獻(xiàn)率為12.081%，在PC2的表達(dá)式中，Thr含量（x7）、Lys含量（x2）系數(shù)較大；PC3的方差貢獻(xiàn)率為10.218%，在PC3的表達(dá)式中，Ile含量（x4）系數(shù)較大；PC4的方差貢獻(xiàn)率為6.128%，在PC4的表達(dá)式中，Cys含量（x13）系數(shù)較大；綜合分析上述結(jié)果，Met、Lys、Val、Pro、His、Thr、Lys、Ile和Cys可以作為市售14 種食用蘑菇綜合評價指標(biāo)。

圖2 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成PCA圖Fig. 2 PCA plot for amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties

2.2.2 市售14 種食用蘑菇綜合評價

2.2.2.1 隸屬函數(shù)分析

根據(jù)式（1）計算每種食用蘑菇品種各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（表5）。每種食用蘑菇品種的所有綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值不盡相同，對于同一綜合指標(biāo)PC1而言，雙孢菇的u（x1）值最大為1.000，說明雙孢菇在PC1這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，而平菇的u（x1）值最小為0，說明平菇在PC1這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差；對于同一綜合指標(biāo)PC2而言，榆黃菇的u（x2）值最大為 1.000，說明榆黃菇在PC2這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，而草菇的u（x2）值最小為0，說明草菇在PC2這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差；對于同一綜合指標(biāo)PC3而言，香菇的u（x3）值最大為1.000，說明香菇在PC3這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，虎奶菇的u（x3）值最小為0，說明虎奶菇在PC3這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差；對于同一綜合指標(biāo)PC4而言，草菇的u（x4）值最大為1.000，說明草菇在PC4這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，假大白菇的u（x4）值最小為0，說明假大白菇在PC4這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差。

表5 市售14 種食用蘑菇綜合指標(biāo)值、權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及排序Table 5 Comprehensive index values, weighst, subordinative function values and D values of 14 commercial edible mushroom varieties and quality ranking

2.2.2.2 各綜合指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小，第1綜合指標(biāo)為58.482%，第2綜合指標(biāo)為12.081%，第3綜合指標(biāo)為10.218%，第4綜合指標(biāo)為6.128%，可用式（2）求出其權(quán)重。經(jīng)計算，4 個綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.673、0.139、0.118和0.071（表5）。

2.2.2.3 市售14 種食用蘑菇綜合評價

根據(jù)式（3）計算市售14 種食用蘑菇綜合評價即D值（表5），并根據(jù)D值對不同食用蘑菇品種優(yōu)劣進(jìn)行排序。通過對D值進(jìn)行排序得出市售14 種食用蘑菇優(yōu)劣順序為雞腿菇＞雙孢菇＞杏鮑菇＞茶樹菇＞草菇＞香菇＞海鮮菇＞大球蓋菇＞金針菇＞榆黃菇＞假大白菇＞虎奶菇=長根菇＞平菇。

2.2.3 市售14 種食用蘑菇聚類分析

采用組間聯(lián)接法對表5中的D值進(jìn)行聚類分析，建立了市售14 種食用蘑菇聚類樹狀圖（圖3），可以看出，聚類分析將其劃分為3大類。其中，第I類包括雞腿菇、雙孢菇、杏鮑菇和茶樹菇4 個品種，其綜合評分較高；第II類包括草菇、香菇、海鮮菇、大球蓋菇、金針菇、榆黃菇、假大白菇、虎奶菇、長根菇9 個品種，其綜合評分居中；第III類包括平菇1 個品種，其綜合評分較低。

圖3 市售14 種食用蘑菇氨基酸組成的聚類圖Fig. 3 Dendrogram from clustering analysis of 14 commercial edible mushroom varieties based on amino acid composition

3 結(jié) 論

本研究對市售14 種食用蘑菇的氨基酸組成和含量進(jìn)行測定，通過其變異系數(shù)得出市售14 種食用蘑菇對17 個氨基酸含量指標(biāo)的影響順序為Met＞Cys＞Lys＞Gly＞Ala＞His＞Arg＞Pro＞Glu＞Tyr＞Ile＞Val＞Thr＞Leu＞Phe＞Ser＞Asp。

對17 個氨基酸含量指標(biāo)進(jìn)行PCA，從中提取出4 個PC，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到86.909%，可較好反映出市售14 種食用蘑菇的綜合信息。綜合分析得出Met、Lys、Val、Pro、His、Thr、Lys、Ile和Cys可以作為市售14 種食用蘑菇綜合評價指標(biāo)。

通過綜合評價D值得出市售14 種食用蘑菇優(yōu)劣順序為：雞腿菇＞雙孢菇＞杏鮑菇＞茶樹菇＞草菇＞香菇＞海鮮菇＞大球蓋菇＞金針菇＞榆黃菇＞假大白菇＞虎奶菇=長根菇＞平菇。

聚類分析將市售14 種食用蘑菇劃分為3大類。其中，第I類包括雞腿菇、雙孢菇、杏鮑菇和茶樹菇4 個品種，其綜合評分較高；第II類包括草菇、香菇、海鮮菇、大球蓋菇、金針菇、榆黃菇、假大白菇、虎奶菇、長根菇9 個品種，其綜合評分居中；第III類包括平菇1 個品種，其綜合評分較低。