12种饮用干花中微量元素主成分的分析

张 朋，张静佳，杨玉良，祁正兴，孙立卿

青海民族大学化学化工学院，青海 西宁 810007

0 引 言

饮用干花在我国历史悠久，饮用花茶已经成为国人的一种生活习惯.饮用干花中本身除含有许多有益的氨基酸、维生素、植物化学物外，还含有丰富的多种微量元素，饮用干花用于泡茶、入药、佐餐，对治病、养颜、保健、抗衰老都有很好的功效，对增强人类体质和保障人类健康至关重要.微量元素摄入过量、缺乏或不平衡都会不同程度地引起人体生理的异常或引发身体机能的病变［1－4］.由于饮用干花类似中草药，其药效和营养价值与其微量元素的含量关系密切.本研究对杭白菊等12种饮用干花中的微量元素含量进行了主成分分析，对其营养价值的评价给出了科学系统的理论依据.

1 主成分分析原理

主成分分析（Principle Component Analysis）是多元统计分析中的一种重要的数据挖技术，它将原始数据进行标准化处理，在不丢失主要数据信息的前提下，把众多复杂的数据变量归结为少数的几个能表征原始数据信息且彼此不相关的变量.

2 12种饮用干花中微量元素的主成分分析

2．1 原始数据

本研究中12种饮用干花中的钙、镁、铁、锰、锌、铜、铬、镉、砷、铅等10种微量元素的含量数据全部来自于文献［5］，详见表1.

2．2 原始数据的标准化处理

采用SPSS13．0对上述原始数据进行标准化处理，以消除原始数据之间量纲不同的影响，从而使进行标准化后的数据更科学、更具可比性，并且服从正态分布规律（标准化后的数据略）.

2．3 结果与分析

采用SPSS13．0统计学软件计算了12种饮用干花中微量元素含量数据进行主成分分析得到主因子的特征值和方差贡献率（见表2）、主成分载荷系数矩阵（见表3），由表2主因子的特征值和方差贡献率可知，前四个因子的方差累计贡献率为84．880%，大于80%，因此可以筛选出前四个因子来进行主成分分析；然后根据载荷矩阵得到主成分得分与综合得分的关系式；最后以各因子的贡献率作为权重进行线性加权求和计算得到各因子得分及排名.其中，主成分载荷系数矩阵反映了各个初始变量与主成分的相关程度，也反映了各个变量的重要程度及作用；综合得分反映了各饮用干花的质量优劣，可以较为准确的评价各种饮用干花的营养价值.

根据上述主成分载荷系数矩阵得到各主成分得分及综合得分的计算式从计算而得到各饮用干花的各因子得分，再根据得分情况进行排名见表4.

各主成分得分计算关系式：

F1＝0．325ZCa＋0．402ZMg＋0．280Zfe＋0．322ZMn＋0．372ZZn＋0．420ZCu－0．431ZCr＋0．191ZCd－0．094ZAS＋0．068ZPb

表1 12种饮用干花中微量元素的含量Table 1 Contentof trace elements in 12 kinds of drinking dried flowers /(μg/g)

F2＝－0．312ZCa－0．010ZMg＋0．416ZFe－0．201ZMn＋0．422ZZn－0．139ZCu－0．092ZCr－0．339ZCd＋0．482ZAs＋0．396ZPb

F3＝0．366ZCa＋0．301ZMg－0．221ZFe＋0．453ZMn－0．142ZZn－0．363ZCu＋0．069ZCr－0．529ZCd＋0．071ZAs＋0．281ZPb

表2 特征值和方差贡献率Table 2 Characteristic value and variance contribution rate of the principal divisor

F4＝0．041ZCa＋0．185ZMg＋0．206ZFe＋0．227ZMn－0．033ZZn＋0．066ZCr－0．049ZCd＋0．547ZAs－0．691ZPb

综合得分计算关系式：

表3 主成分载荷系数矩阵Table 3 Principal component load factormatrix

表4 主成分得分和排名Table 4 Principal comprehensive scores and rankings

F＝0．326 1F1＋0．266 58F2＋0．173 8F3＋0．082 3F4

根据表4中综合得分F值的大小排名可知，桃花、野菊花、黄山贡菊的综合得分分别是1．722、0．708 和 0．616，排名前三，所以桃花、野菊花、黄山贡菊的营养价值最高；其次是金盏菊、杭白菊、洋甘菊和粉玫瑰花；营养价值最差的是红玫瑰花、月季花、七彩菊、苹果花、紫玫瑰花.因此，我们在选择饮用干花时就可以选则营养价值更高的桃花、野菊花和黄山贡菊.

3 讨 论

采用用主成分分析降维的思想，该指数转化为少数几个综合性指标，以排除原始数据共存中相互重叠的信息，而获得最主要的信息［6］.根据主成分的载荷系数矩阵和各主成分的计算式可以得到如下结论：

第一主成分中起主要作用的元素是Cr、Cu和Mg，其中Cr的贡献最大且为负相关；第二主成分中起主要作用的元素是As、Zn和Fe，其中As的贡献最大且为正相关；第三主成分中起主要作用的元素是Cd、Ca和Mg，其中Cd的贡献最大且为负相关；第四主成分中起主要作用的是Pb、As和Cr，其中Pb贡献最大且为负相关.

Ca和Mg为人体所需的宏量元素，其中Ca为人体骨骼，牙齿形成时的必须的主要成分，且存在于人体血液，是多种生理机能的参与者；Mg能辅助钙和钾的吸收，具有预防心脏病、糖尿病和降低胆固醇的作用，很多重大疾病的发生都与微量元素镁的缺乏有密切关系［7］.

Fe、Zn、Cu、Cr为人体必需微量元素，其中 Cu元素是合成血红蛋白和多种蛋白酶的元素，可以提高机体防御功能［8］；Fe元素参与人体造血，是组成血红蛋白，肌红蛋白和含铁酶的必要元素［9］；Zn元素是多种蛋白质、核酸和代谢酶的组成元素，能调节新陈代谢，增强机体免疫功能、促进组织修复、加速伤口愈合，另外锌元素在调控基因的表达中也起着重要的作用［9－10］，通常把头发中锌的含量作为检查人体健康状况的重要指标［11］；Cr元素多存在于皮肤，参与糖脂肪的代谢过程和降低血液中的胆固醇含量，防止动脉硬化［10，12］.

As、Cd、Pb三种元素都是对人体有害的重金属元素.As可致癌，无机砷及其化合物有剧毒；Cd摄入过量会造成儿童的智力低下和引发心脏病；Pb摄入过量的铅会造成铅中毒，对人体神经系统和血液系统造成危害［13］.

但是，依据《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》（标准号 WM/T2－2004）中执的行的标准：Cu（千克质量含量，下同）≤20．0mg/kg，Cd（千克质量含量，下同）≤0．30mg/kg，As（千克质量含量）≤2．00 mg／kg，Pb（千克质量含量）≤5．00mg/kg，以及我国农业部制《茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量》（标准号NY659－2003）中对铬含量指标Cr（千克质量含量）≤5．00mg／kg可见，上述 12种饮用干花中野菊花、红玫瑰花、桃花和苹果花的铜含量超标，红玫瑰花和紫玫瑰花的镉含量超标，桃花的砷元素含量超标，这些可能是与花茶产地的水源和土壤等条件有关.

综上所述，以主成分分析的方法去研究判别这12种饮用干花的营养价值具有一定的科学意义，有助于我们选择营养价值更高的饮用干花.

致 谢

感谢青海民族大学化学化工学院提供的研究平台！

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