基于主成分分析法的不同等級香菇品質(zhì)評價

靳榮線，李 峰，鄒 明，孔維麗，劉翼成，趙建選

（1.河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所 河南新鄉(xiāng) 453000；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所 鄭州 450002）

香菇，隸屬真菌界、擔(dān)子菌門、蘑菇綱、蘑菇亞綱、蘑菇目、口蘑科、香菇屬，拉丁學(xué)名：（Berk.）Pegler，別名：中國蘑菇、香蕈、香信、冬菰、花菇、香菰，是我國食用歷史悠久及首次馴化栽培的優(yōu)良食用菌,被視為“菇中之王”，也是一種食藥同源的食用菌，具有較高的食用、藥用和經(jīng)濟價值，其肉質(zhì)肥厚，口感細嫩，味道鮮美，香氣獨特，營養(yǎng)豐富，既可以作為珍貴的食材，也可以作為營養(yǎng)保健品，具有降膽固醇、降血壓、抗細菌、抗真菌、抗病毒、抗氧化、調(diào)節(jié)腸道微生物和增強免疫等功效。香菇已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常食用的一種食用菌，國內(nèi)和國際市場的需求量都比較大，目前也是我國產(chǎn)量比較大的一種食用菌。隨著生活水平的提高和香菇產(chǎn)量的不斷增長，人們對香菇品質(zhì)的要求也越來越高，對香菇進行等級劃分已成為衡量香菇品質(zhì)的重要方法。然而，現(xiàn)在鮮香菇采收后主要通過人工對其進行大小、性狀、破損等分選工作，勞動強度大，分級效率低，分級品質(zhì)缺乏科學(xué)依據(jù)。而品質(zhì)又是香菇優(yōu)良品種最重要的評價指標(biāo)之一，香菇現(xiàn)有的品質(zhì)指標(biāo)過多，檢測分析繁瑣，耗時耗力，因此對香菇品質(zhì)指標(biāo)進行簡化，構(gòu)建科學(xué)、易操作的品質(zhì)評價體系，對香菇營養(yǎng)品質(zhì)開發(fā)和產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。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。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。PCA 法可為品質(zhì)綜合評價體系的簡化提供方便，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。筆者在參考香菇等級標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對14 級香菇的7 個品質(zhì)參數(shù)進行PCA，對不同等級進行綜合評價，以期為不同香菇的營養(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

試驗品種：豫香1 號，引自河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院種質(zhì)資源庫。

1.2 采集地點

鮮香菇于2022 年1 月5 日采集于河南省三門峽市盧氏縣獅子坪向陽食用菌園藝場。

1.3 樣品等級

各等級香菇性狀見表1和圖1。

圖1 14 級香菇子實體

表1 14 級香菇外觀性狀

1.4 取樣

每個等級取1.5 kg 新鮮子實體，送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心（鄭州）進行7 個品質(zhì)參數(shù)的測定。

1.5 測定指標(biāo)及方法

參照GB 5009.3—2016的方法測定子實體水分含量；參照GB/T 5009.10—2003的方法測定粗纖維含量；參照GB 5009.5—2016的方法測定蛋白質(zhì)含量；參照GB 5009.124—2016的方法測定氨基酸含量；參照NY/T 1676—2008的方法測定粗多糖含量；參照GB 5009.4—2016的方法測定總灰分含量；參照GB 5009.6—2016的方法測定脂肪含量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS 19 Duncan 法進行數(shù)據(jù)方差分析和多重比較，采用Excel 2003 進行柱狀圖的繪制，采用Origin 64 進行主成分分析和相關(guān)性分析繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 差異性分析

水分含量：由圖2-A 可見，不同等級香菇含水量均在80 g·100 g以上，10 級含水量（，后同）最高（88.1 g·100 g），但與6、9、11、12、13、14級之間無顯著差異，與1、2、3、4、5、7 和8 級存在顯著差異；3 級（小花菇）含水量最低為82.6 g·100 g，與其他等級之間差異顯著；1 和2 級含水量較低，且二者差異不顯著，與其他等級間差異顯著；7 級除與5 級、8 級之間無顯著差異外，與其他等級之間差異顯著；9、11、13 和14 級含水量相當(dāng)。這表明各級香菇含水量差異不大，但菌蓋有明顯花紋的香菇（1、2、3 級）含水量較其他香菇偏低。

粗纖維含量：由圖2-B 可見，不同等級粗纖維含量范圍在4.6～5.5 g·100 g，其中以3 級的含量最高，并與其他等級之間存在顯著差異，其次為2、11、13 級含量較高；6 級的含量最低，與其他等級之間存在顯著差異；1 和12 級，2、11 和13 級，4 和7 級，5、8 和14 級，9 和10 級粗纖維含量分別相同，且分別與其他等級間差異顯著。

蛋白質(zhì)含量：14 個等級香菇的蛋白質(zhì)含量均在3 g·100 g以上，1 級含量最高，達3.82 g·100 g，除與9 級具有相當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量之外，與其他等級含量差異顯著；5 級的蛋白質(zhì)含量最低，僅為3.05 g·100 g，并與其他等級之間差異顯著；3 級與6、11 級無顯著差異，但與其他等級之間均存在顯著差異；2、7 和12 級，4 和14 級蛋白質(zhì)含量相當(dāng)，并分別與其他等級之間差異顯著；4、8、和14 級之間沒有顯著差異；10 和13 級之間沒有顯著差異，與其他等級間差異顯著（圖2-C）。

氨基酸含量：14 個等級香菇的16 種游離氨基酸含量為18.66～26.06 g·100 g，除1 和11 級具有相似氨基酸含量外，其他相互之間均存在顯著差異，其中等級9 的氨基酸含量最高，等級5 的含量最低（圖2-D）。

粗多糖含量：14 個等級香菇的粗多糖含量具有較大差異，范圍在0.48～1.01 g·100 g。2 級粗多糖含量最高，并與其他等級存在顯著差異；8 級含量最低，除與6、7、10 級無顯著差異外，與其他等級差異顯著；1 級與2、3、8、14 級差異顯著；3 與14 級具有相近含量，并與其他等級差異顯著；4、5、13 級，6、7和10 級，11 和12 級具有相近的粗多糖含量（圖2-E）。

圖2 不同等級香菇參數(shù)差異性分析

總灰分含量：14 個等級香菇的總灰分含量差異不大，含量在0.74～0.99 g·100 g，3 級灰分含量最高，與其他等級之間均存在顯著差異；13 級含量最低；4 和10 級具有相近含量，并與1、2、3 和11 級差異顯著；5、6 和14 級具有相近含量，并與1、3 級差異顯著；7 和9 級具有相近含量，并與3 和13 級差異顯著；8 和12 級具有相近含量，并與3 級差異顯著；10級與1、2、3 和11 級含量差異顯著（圖2-F）。

脂肪含量：不同等級香菇中脂肪的含量差異不大，僅有0.2 g·100 g或0.3 g·100 g，1、2、4、13 和14 級的脂肪含量相同，均為0.3 g·100 g，其他等級均為0.2 g·100 g，且2 種含量具有顯著差異（圖2-G）。

2.2 7個品質(zhì)參數(shù)主成分分析

近年來，化學(xué)檢測分析結(jié)合主成分分析、相關(guān)分析、聚類分析等多種統(tǒng)計分析的方法應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域，在研究多指標(biāo)的綜合效應(yīng)上具有科學(xué)性和重要實踐指導(dǎo)意義。為充分展示不同品質(zhì)指標(biāo)對品質(zhì)評價的貢獻大小，通過主成分分析法（PCA）對14 個等級香菇營養(yǎng)品質(zhì)評價指標(biāo)進行分析，以期為品質(zhì)綜合評價的簡化提供方便。

由圖3 可以看出，不同樣本點數(shù)據(jù)均位于95%置信區(qū)間內(nèi)，按照特征值大于1 的提取原則，共提取到2個主成分，2 個主成分的累計方差貢獻率為67.112 10%，說明2 個主成分能夠反映參數(shù)的大部分信息，因此可以用這2 個PC 代替上述的7 個品質(zhì)指標(biāo)對不同等級香菇進行評價和判斷，其中主成分1（PC1）占43.113 79%，主成分2（PC2）占23.998 31%（表2），6 個參數(shù)與PC1 呈正相關(guān)，按照貢獻從大到小依次為總灰分含量、蛋白質(zhì)含量、氨基酸含量、粗纖維含量、粗多糖含量和脂肪含量，1 個參數(shù)與PC1 呈負相關(guān)，為含水量。3 個參數(shù)與PC2 呈正相關(guān)，按照貢獻從大到小依次為粗多糖含量、脂肪含量和粗纖維含量。4 個參數(shù)與PC2 呈負相關(guān)，按照貢獻從大到小依次為氨基酸含量、蛋白質(zhì)含量、含水量和總灰分含量（表3）。PCA 分析結(jié)果表明，可將含水量，粗纖維、蛋白質(zhì)、氨基酸、粗多糖、總灰分、脂肪含量7 項營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)簡化為總灰分含量和粗多糖含量2 個指標(biāo)，通過此方法對營養(yǎng)品質(zhì)進行分析，可作為篩選營養(yǎng)品質(zhì)最優(yōu)香菇材料的依據(jù)。簡化的指標(biāo)較原有指標(biāo)分析相對簡單，可幫助育種工作者或深加工企業(yè)能快速簡便地對香菇品質(zhì)進行分析。

圖3 參數(shù)主成分分析

表2 主成分貢獻率

表3 品質(zhì)參數(shù)指標(biāo)載荷

2.3 7個品質(zhì)參數(shù)相關(guān)性分析

為進一步直觀展示品質(zhì)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，對數(shù)據(jù)基于熱圖分析，結(jié)果如圖4 所示，在0.05 顯著水平下，香菇的不同營養(yǎng)品質(zhì)參數(shù)間存在一定的相關(guān)性，除含水量和蛋白質(zhì)含量、氨基酸含量、粗多糖含量、粗纖維含量、脂肪含量、總灰分含量之間呈負相關(guān)，脂肪含量和蛋白質(zhì)含量、總灰分含量、氨基酸含量分別呈負相關(guān)之外，其他參數(shù)之間分別呈正相關(guān)，其中蛋白質(zhì)含量和氨基酸含量具有顯著正相關(guān)，總灰分含量與其他參數(shù)之間呈顯著相關(guān)，這與主成分分析結(jié)果一致。

圖4 7 個品質(zhì)參數(shù)相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

香菇營養(yǎng)質(zhì)量的好壞主要取決于子實體中的化學(xué)成分。含水量是衡量食用菌品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，從含水量來看，屬于花菇類的1、2、3 級香菇，含水量較低，其中小花菇（3 級）的含水量最低（82.6%），這幾類香菇較耐貯藏并適宜作為干菇食用。香菇子實體中的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)在采后貯藏中是其代謝所需營養(yǎng)物質(zhì)的重要來源，兩者含量的下降是組織衰老的重要標(biāo)志，香菇多糖對人體具有較高的生理活性及功效，其含量是食用菌重要的營養(yǎng)指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)之一，1 級香菇蛋白質(zhì)含量最高（3.82 g·100 g），2 級香菇粗多糖含量最高（1.01 g·100 g），初步表明這兩類香菇可作為食用菌功能性產(chǎn)品原料加以研究利用。氨基酸的存在有助于食用菌特征風(fēng)味的形成，游離氨基酸是一類非蛋白質(zhì)氨基酸，是人體內(nèi)維生素E、葉酸等營養(yǎng)素的良好來源。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，因此，其含量直接影響食物的鮮美程度，是評價其食用品質(zhì)的一項重要指標(biāo)，9 和11 級的氨基酸含量較高（26.06、25.72 g·100 g），這兩類香菇味道鮮美，是烹飪的較佳選擇。香菇中豐富的粗纖維有助于現(xiàn)代“文明病”如便秘、肥胖癥等的防治，但是粗纖維含量過高會影響口感，比如菌柄纖維素含量較菌蓋高因而口感差，14 個等級香菇的粗纖維含量均在4.6～5.5 g·100 g，均適合長期食用，以加強腸道蠕動?；曳质鞘称分袩o機成分總量的一項指標(biāo)，代表食品中礦物質(zhì)和無機鹽的含量，是構(gòu)成人體組織和維持正常生理功能必需的物質(zhì)，相關(guān)研究報道，總灰分含量是香菇營養(yǎng)品質(zhì)的主因子，并和K、P、Mg 含量高度相關(guān)，是香菇營養(yǎng)品質(zhì)評價的主要指標(biāo)，3、1 和2 級總灰分含量較高（0.99、0.90、0.86 g·100 g），經(jīng)常食用可提高人體免疫力，發(fā)揮保健作用。香菇高蛋白低脂肪的營養(yǎng)特點深受消費者青睞，14 個等級香菇中的脂肪含量為0.2 g·100 g或0.3 g·100 g，均低于各類新鮮蔬菜脂肪含量的均值（0.34～0.51 g·100 g）。

綜上所述，14 個等級香菇宏量營養(yǎng)指標(biāo)含量不同，初步得出1、2、3 級香菇（花菇類，肉厚，菇面一半以上面積有明顯花紋，菇形圓整，開傘程度一半以內(nèi)，無發(fā)霉破碎、黑焦處）與其他等級相比，含水量低、總灰分含量較高、粗多糖含量較高、氨基酸含量較高，筆者將會在后續(xù)研究中以此次工作為基礎(chǔ)，進行優(yōu)質(zhì)香菇篩選模式研究，以期提高香菇優(yōu)良種質(zhì)創(chuàng)制效率。