六种食用菌营养和功能成分的主成分分析和聚类分析

于士军，何玲艳，张 莹，王伟玲，许艳红，柴新义

（1.滁州学院 生物与食品工程学院，安徽 滁州 239000；2.安徽建筑大学 材料与化学工程学院，安徽 合肥 230601）

食用菌在食用和栽培方面均具有悠久的历史，目前世界范围内有60多个国家栽培食用菌，真菌种类约有10万种[1]，其中2 300余种为食药用菌[2]。目前我国菌物有1.6万种[3]，其中食用菌近1 000种[4]，广泛食用的有200种左右[5]。实现商业化栽培的有60种左右，规模化商业栽培的有10种[6]。中国、美国、荷兰、法国和波兰是世界上五大食用菌生产国[7]。我国食用菌产量在世界产量中名居榜首，远销国内外市场。

现在食用菌由于其特有丰富的营养和保健功能日益受到消费者的青睐。食用菌类食品集营养性、功能性、美味性、安全性于一身，被营养学家推荐为十大健康食品之一。随着人们生活水平的不断提高，对营养保健的需求越来越大，食用菌已成为功能食品开发的主要来源之一。

食用菌富含多糖、氨基酸、蛋白质、膳食纤维、矿物质、核苷酸、麦角甾醇等多种营养和功能成分。不同食用菌所含各种营养成分也千差万别，呈现不同的营养和保健价值。本文通过主成分分析和聚类分析针对六种食用菌的营养成分和功能进行了详细的分析和比较，以期为这几种食用菌的开发利用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

新鲜金针菇（F.velutipe）、茶树菇（A.chaxinggu）、平菇（P.ostreatus）、香菇（L.edodes）、杏鲍菇（P.eryngii）、金福菇（T.lobynsis），由安徽鑫农食用菌有限公司提供。新鲜食用菌于45℃烘箱恒温干燥，充分干燥后，用小型高速粉碎机粉碎样品，4℃冰箱保存备用。

1.2 测定方法

水分测定按GB/T 5009.3-2010执行[8]；粗脂肪含量测定按GB/T 5009.6-2003执行[9]；多糖的测定参照张惟杰、岳春等人文献方法[10-11]；灰分按照李春秀等的方法进行测定[12]；蛋白质测定（凯氏定氮法）按GB/T 5009.5-2010执行[13]；麦角甾醇的测定参考赵英永等人方法[14]；以上指标每个样品测定3个重复。核苷酸的测定按照宋丽艳等人的方法执行[15]；氨基酸的测定按王永辉、章丽等人的方法执行[16,17]，氨基酸和核苷酸每个样品测定1个重复。

1.3 数据处理

本研究试验数据均以Mean±SD表示，使用IBM SPSS Statistics 19软件中的单因素方差分析（ANOVA）中的Duncan多重比较分析进行显著性差异分析（p＜0.05）。用SPSS 19.0软件对6种食用菌的多糖、麦角甾醇、总氨基酸含量、必需氨基酸含量等10个成分的含量指标进行主成分分析，通过载荷图反映各成分对不同食用菌品质特征的影响程度；通过主成分分析方法中的得分图，对不同的食用菌样品进行区分辨识。采用NCSS 2007软件对6种食用菌的组成成分进行聚类分析。

表1 主要营养和功能成分测定结果

2 结果与分析

2.1 组成成分测定结果

由表1的数据可以看出，6种食用菌的干菇含水量都在6%左右，并无显著性差异，而鲜菇的含水量均在90%左右；粗脂肪含量为1.61%～2.28%，印证了食用菌是低脂食物；多糖含量差异明显，其中金福菇的多糖含量最多为11.88%；不同食用菌灰分含量存在较大差异，金福菇灰分含量最小为5.91%，金针菇灰分含量最多为8.84%；蛋白质含量也差异明显，金福菇蛋白质含量最高为33.77%，香菇中蛋白质含量最低为18.43%；麦角甾醇的含量同样存在较大的差异，平菇中含量最高为4.87 mg/g，金福菇中含量最低为2.38 mg/g。

由表2的数据可以看出，金福菇中总氨基酸含量最高，达到189.72 mg/g，金针菇中总氨基酸含量最低为84.61 mg/g；金福菇中必需氨基酸含量也是最高，为67.87 mg/g，金针菇中总氨基酸含量最低为31.86 mg/g；必需氨基酸占总氨基酸含量最高的是杏鲍菇，达到38.79%，其次是金针菇为37.66%，最低的是茶树菇为34.67%。

2.2 主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 19对6种食用菌样品中的10个指标进行主成分分析，得到相关矩阵的特征值和方差贡献率，如表3。提取得到3个主成分，第一主成分的方差贡献率占总变异信息的40.47%，主要反映干菇含水量、脂肪和多糖的变异信息；第二主成分的方差贡献率为28.29%，主要反映灰分、总氨基酸含量和必需氨基酸含量的变异信息；第三主成分的方差贡献率为16.26%，主要反映蛋白质含量和核苷类物质的含量的变异信息。提取得到的3个主成分的累积方差贡献率达85.02%（＞85%），故此这3个主成分可以代表6种食用菌组成成分85.02%的信息。

表2 食用菌的氨基酸组成

表3 主成分方差解释

表4显示了各组成成分在各个主成分矩阵中的权重系数。从中可以知道，第一主成分在变量干菇含水量、粗脂肪、麦角甾醇、鲜菇含水量和多糖含量上有较高的载荷系数，说明这些成分与第一主成分有高度的相关性；第二主成分在变量灰分、总氨基酸和必需氨基酸含量上有较高的载荷系数，说明这些成分与第二主成分有高度的相关性；第三主成分在变量蛋白质和核苷类物质的含量上有较高的载荷系数，说明这些成分与第三主成分有高度的相关性。

表4 主成分矩阵

通过各变量的载荷图可以直观看出各变量之间的关系，如图1所示。变量点与原点之间的距离越远，表示其与主成分之间的相关性越高。正方向表示正相关性，负方向表示负相关性。如在第一主成分正方向，干菇含水量、粗脂肪、麦角甾醇、鲜菇含水量均距离原点较远，他们与第一主成分有较高的正相关性；多糖含量在第一主成分负方向距离原点较远，它与第一主成分具有较高的负相关性。在第二主成分的正方向，总氨基酸和必需氨基酸距离原点较远，他们与第二主成分有较高的正相关性；在第二主成分的负方向，灰分含量距离原点较远，其与第二主成分有较高的负相关性。在第三主成分的正方向，蛋白质和核苷类物质含量距离原点较远，表明他们与第三主成分有较高的正相关性。

通过对6种食用菌样品中的10个指标进行主成分分析，计算得到各成分得分，对各个样品进行评价，得到结果如图2所示。由图2可以看出，根据第一、二主成分分析香菇和平菇在第一象限内，主要受到粗脂肪、总氨基酸和必需氨基酸含量的影响。金福菇和杏鲍菇分布在第二象限内，主要受到总氨基酸和必需氨基酸含量的影响；由表2也可以看出，金福菇和杏鲍菇中总氨基酸和必需氨基酸含量高于其他4种食用菌。金针菇位于第三象限，主要受到灰分含量的影响，从表1中，可以看出金针菇的灰分含量高于其余5种食用菌。茶树菇位于第四象限，主要受到干菇含水量、鲜菇含水量、麦角甾醇和灰分含量的影响，从表1中可以知道，茶树菇的上述成分含量均较高。

根据第一、三主成分分析可知，6种食用菌样品分为4组，即位于第一象限内的茶树菇，位于第二象限的金福菇，位于第三象限的金针菇和杏鲍菇，以及位于第四象限的香菇和平菇。

2.3 聚类分析

采用NCSS 2007以组间平均距离作为测量方法，以“欧式距离”作为6种食用菌样品的评价指标，对6种食用菌样品的组成成分数据进行二维聚类分析，结果如图3所示。由图可以看出，6个样品可以聚为4类，即香菇、平菇和杏鲍菇聚为一组，茶树菇、金针菇和金福菇各自成一组。

3 小结

食用菌不仅味美，而且营养丰富，常被人们称作健康食品。同时，食用菌中含有生物活性物质，如：高分子多糖、RNA复合体、核酸降解物、cAMP和三萜类化合物等对维持人体健康有重要的作用。本研究从营养成分和功能成分的10个指标对6种食用菌的品质进行了研究。研究结果表明：6种食用菌的蛋白质含量为18.43%～33.77%，粗脂肪含量为1.61%～2.28%，均属于低脂高蛋白食品。主成分分析结果表明，对食用菌品质进行评价时，干菇含水量、粗脂肪、多糖、麦角甾醇、鲜菇含水量、总氨基酸含量、必需氨基酸含量对这几种食用菌品质评价非常重要，是其特征评价指标。根据食用菌的营养成分和功能成分含量利用聚类分析对不同食用菌样品进行分类，营养成分及功能成分的含量相近的聚集在相近的位置。因此，本文采用统计学和化学计量学的方法探讨了不同食用菌的品质特征，为食用菌资源的品质鉴定和分类提供了依据。

图1 主成分载荷图

图3 二维聚类图

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