基于氨基酸含量的市售14 种食用蘑菇的综合评价

王丽艳，荆瑞勇,*，郭永霞，王鑫淼，赵行健，宋维民,，杨佳霓，卫佳琪

（1.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江 大庆 163319）

食用蘑菇，又称食用菌、食用真菌、食用蕈菌，是指具有食用价值子实体的大型高等真菌的统称，其广泛分布于地球各处。我国是真菌物种最丰富的国家之一，其中食用药用真菌近2 000 种，在公元前4000年到公元前3000年时我们的祖先就已经有采食真菌类的记录[1]。食用蘑菇具有很高的营养价值，其富含膳食纤维和蛋白质，所含蛋白质量占干物质含量的10%～50%，食用蘑菇中含有丰富的氨基酸，人体所需的8 种必需氨基酸占氨基酸总量的30%～50%，是一种极好的营养保健品[2]。另外，食用蘑菇中还含有多糖、脂类、维生素、矿质元素等营养成分和生物活性物质，因此具有一定的抗肿瘤[3]、抗糖尿病[4]、提高免疫力[5]、保肝[6]等作用。

游离氨基酸是一类非蛋白质氨基酸[7]，是人体内VE、叶酸等营养素的良好来源[8]。游离氨基酸可以被人体直接吸收利用，其含量和成分能够反映出食品的营养价值，其中的呈味氨基酸可使食物呈现出酸、甜、苦、涩、鲜等味感，形成了食物丰富的味觉层次[9]，因此其含量直接影响食物的鲜美程度。食品中游离氨基酸的种类与含量是评价其食用品质的一项重要指标[10]。由于游离氨基酸种类较多，大部分没有紫外或荧光响应，目前对于氨基酸的检测，大多采用氨基酸自动分析仪[11-13]和液相色谱法[14-15]。

主成分分析（principal component analysis，PCA）是把多个指标转化为少数几个不相关的综合指标的一种多元统计分析方法[16-18]。近年来这一评价方法已广泛用于农产品品质差异的研究[19-20]。PCA法可为品质综合评价体系的简化提供方便[21]，因其可以从众多影响因素中解析出主要的因素，减少评价指标，从而简化整个评价过程[22]。

目前关于食用蘑菇氨基酸组成及含量研究已有相关报道，大多都是针对一个食用蘑菇品种的氨基酸组成及含量进行研究，如金针菇[23]、长根菇[24]、大球盖菇[25]、海鲜菇[26]、虎奶菇[27]、杏鲍菇[28]、松乳菇[29]等。也有对多个食用蘑菇品种中游离氨基酸的组成与含量比较研究[30]，但目前还没有基于氨基酸含量的不同食用蘑菇品种的综合评价。基于此，本研究对市售14 种食用蘑菇的氨基酸种类及含量进行测定，并对其进行PCA，对不同食用蘑菇品种进行综合评价，以期为不同食用蘑菇品种的营养价值及产品的开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

草菇（Volvariella volvacea）、海鲜菇（Hypsizygus marmoreus）、长根菇（Oudemansiella radicata）、平菇（Pleurotus ostreatus）、金针菇（Flammulina velutipes）、虎奶菇（P. tuber-regium）、香菇（Lentinus edodes）、榆黄菇（P. citrinopileatus）、大球盖菇（Stropharia rugoso-annulata）、假大白菇（Russula pseudodelica）、双孢菇（Agaricus bisporus）、茶树菇（Agrocybe aegerita）杏鲍菇（P. eryngii）、鸡腿菇（Copyinds comatus）14 种食用蘑菇，购自黑龙江大庆市九区批发市场，所有蘑菇均用保鲜盒密封，购回后4 ℃冰箱保存，均在采摘第3天进行氨基酸分析测定。

氨基酸标准品 美国Sigma公司；茚三酮 德国Menbar Pure公司；磺基水杨酸、浓盐酸、氢氧化钠等（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

L-8900全自动氨基酸分析仪 日本日立高新技术公司；XHF-D高速匀浆机 宁波新芝生物科技有限公司；Centrifuge 5424 R离心机、移液枪（100～1 000 µL） 德国Eppendorf公司；DELTA320酸度计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

采用磺基水杨酸水解法进行样品预处理，食用蘑菇匀浆后称取1 g置于三角瓶中，加入质量分数4%的磺基水杨酸溶液25 mL，冷藏过夜后8 000 r/min离心15 min。取上清液过0.22 μm水系微孔滤膜上机待测。

1.3.2 氨基酸的分析测定

采用氨基酸自动分析仪测定，分析条件：分离柱为阳离子交换树脂2619，检测波长为570、440 nm，缓冲液流速为0.40 mL/min，茚三酮溶液0.35 mL/min，进样量为20 µL。采用系统自带软件进行数据分析，对每个样品图谱进行积分后选定校正文件进行计算。每个样品进行3 次重复测定，结果取平均值。

1.4 数据处理及统计分析

1.4.1 综合指标的隶属函数值

隶属函数值计算如式（1）所示：

式中：xj为第j个综合指标；u（xj）为第j个综合指标的隶属函数值；xmax与xmin分别为第j个综合指标的最大值与最小值[31-32]。

1.4.2 综合指标权重

综合指标权重计算如式（2）所示：

式中：wj为第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重；rj为第j个综合指标的贡献率[33]。

1.4.3 食用蘑菇氨基酸综合评价值[34]

综合评价值（D）计算如式（3）所示：

1.4.4 数据统计分析

采用Excel 2013统计软件进行数据统计与整理，采用R语言进行相关性分析和PCA，采用SPSS 20.0数据分析软件进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成及相关性分析

从表1可知，市售14 种食用蘑菇均含有17 种氨基酸，其中包含人体所必需的8 种氨基酸中的7 种，分别为甲硫氨酸（Met）、赖氨酸（Lys）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）和苏氨酸（Thr）。从表1可计算出必需氨基酸占氨基酸总量的百分比最低为香菇34.35%，最高为虎奶菇49.20%，14 种食用蘑菇的平均值为39.93%。2 种限制性氨基酸为Met和Lys，限制性氨基酸占氨基酸总量的百分比最低为平菇4.29%，最高为鸡腿菇14.21%，14 种食用蘑菇的平均值为10.09%。2 种半必需氨基酸为组氨酸（His）和精氨酸（Arg）；8 种非必需氨基酸分别为天冬氨酸（Asp）、丝氨酸（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 种食用蘑菇中包含全部的6 种呈味氨基酸，分别为Phe、Asp、Glu、Gly、Ala和Tyr。呈味氨基酸占氨基酸总量的百分比最低为榆黄菇35.28%，最高为香菇53.64%，14 种食用蘑菇的平均值为46.68%。

表1 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成Table 1 Amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties mg/g

17 种氨基酸中Asp含量在1.17～2.68 mg/g之间，变异系数为23.62%，在所有氨基酸中最小，说明食用蘑菇品种对Asp含量的影响最小。其中Met含量在0.08～2.22 mg/g之间，变异系数为69.11%，在所有氨基酸中最大，说明食用蘑菇品种对Met含量的影响最大。其他15 种氨基酸的变异系数介于23.62%～69.11%之间，按变异系数大小对17 种氨基酸进行排序，通过变异系数的大小可知食用蘑菇品种对不同氨基酸含量的影响顺序为：Met＞Cys＞Lys＞Gly＞Ala＞His＞Arg＞Pro＞Glu＞Tyr＞Ile＞Val＞Thr＞Leu＞Phe＞Ser＞Asp。

对14 种食用蘑菇的17 种氨基酸组成进行相关性分析（表2）可知，各种氨基酸指标之间相关性不同，其中限制性氨基酸Met与Ile、Pro两种氨基酸的相关性不显著，与其余14 种氨基酸的相关性均达到显著水平，有的达到极显著水平。其中Pro仅与Thr相关性达到显著水平，与其他氨基酸的相关性均不显著。其他各种氨基酸之间均存在不同程度的相关性。由于14 种食用蘑菇的17 种氨基酸含量差异不同，同时某些氨基酸之间存在不同程度的相关性，不同相关性的氨基酸之间存在不同的信息重叠现象，因此通过某一种氨基酸指标评定不同食用蘑菇品种的优劣不客观，接下来通过PCA进行不同食用蘑菇品种的综合评价。

表2 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成相关性分析Table 2 Correlation analysis between amino acids in 14 commercial edible mushroom varieties

2.2 市售14 种食用蘑菇的PCA

2.2.1 市售14 种食用蘑菇氨基酸含量指标PC提取

在对市售14 种食用蘑菇进行综合评价时，不能只考虑到一种或几种氨基酸含量的多少，而应该考虑到所有氨基酸含量对其进行全面、科学、系统的综合评价。本研究以市售14 种食用蘑菇的17 个氨基酸含量指标构成14×17的矩阵，利用R语言对其进行PCA。相关矩阵的PCA结果见表3，结合表3和图1可提取出4 个PC，累计方差贡献率达到86.909%，综合了食用蘑菇氨基酸指标的大部分信息，因此可以用这4 个PC代替上述的17 个氨基酸指标对不同食用蘑菇品种进行评价和判断。4 个PC分别定义为PC1～PC4，由表4可知其各PC对应特征向量为：

表3 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成PC的特征值、贡献率和累计贡献率Table 3 Eigenvalues of first four principal components and their contribution rates and cumulative contribution rates

图1 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成PCA碎石图Fig. 1 Scree plot of PCA for amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties

表4 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成PC的特征向量与载荷矩阵Table 4 Principal component eigenvectors and loading matrix for amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties

由表3、4和图2可知，PC1的方差贡献率为58.482%，在PC1的表达式中，Met含量（x1）、Lys含量（x2）、Val含量（x3）、Pro含量（x17）、His含量（x15）系数较大；PC2的方差贡献率为12.081%，在PC2的表达式中，Thr含量（x7）、Lys含量（x2）系数较大；PC3的方差贡献率为10.218%，在PC3的表达式中，Ile含量（x4）系数较大；PC4的方差贡献率为6.128%，在PC4的表达式中，Cys含量（x13）系数较大；综合分析上述结果，Met、Lys、Val、Pro、His、Thr、Lys、Ile和Cys可以作为市售14 种食用蘑菇综合评价指标。

图2 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成PCA图Fig. 2 PCA plot for amino acid composition of 14 commercial edible mushroom varieties

2.2.2 市售14 种食用蘑菇综合评价

2.2.2.1 隶属函数分析

根据式（1）计算每种食用蘑菇品种各综合指标的隶属函数值（表5）。每种食用蘑菇品种的所有综合指标的隶属函数值不尽相同，对于同一综合指标PC1而言，双孢菇的u（x1）值最大为1.000，说明双孢菇在PC1这一综合指标上表现出的品质最好，而平菇的u（x1）值最小为0，说明平菇在PC1这一综合指标上表现出的品质最差；对于同一综合指标PC2而言，榆黄菇的u（x2）值最大为 1.000，说明榆黄菇在PC2这一综合指标上表现出的品质最好，而草菇的u（x2）值最小为0，说明草菇在PC2这一综合指标上表现出的品质最差；对于同一综合指标PC3而言，香菇的u（x3）值最大为1.000，说明香菇在PC3这一综合指标上表现出的品质最好，虎奶菇的u（x3）值最小为0，说明虎奶菇在PC3这一综合指标上表现出的品质最差；对于同一综合指标PC4而言，草菇的u（x4）值最大为1.000，说明草菇在PC4这一综合指标上表现出的品质最好，假大白菇的u（x4）值最小为0，说明假大白菇在PC4这一综合指标上表现出的品质最差。

表5 市售14 种食用蘑菇综合指标值、权重、隶属函数值、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 各综合指标权重的确定

根据各综合指标贡献率的大小，第1综合指标为58.482%，第2综合指标为12.081%，第3综合指标为10.218%，第4综合指标为6.128%，可用式（2）求出其权重。经计算，4 个综合指标的权重分别为0.673、0.139、0.118和0.071（表5）。

2.2.2.3 市售14 种食用蘑菇综合评价

根据式（3）计算市售14 种食用蘑菇综合评价即D值（表5），并根据D值对不同食用蘑菇品种优劣进行排序。通过对D值进行排序得出市售14 种食用蘑菇优劣顺序为鸡腿菇＞双孢菇＞杏鲍菇＞茶树菇＞草菇＞香菇＞海鲜菇＞大球盖菇＞金针菇＞榆黄菇＞假大白菇＞虎奶菇=长根菇＞平菇。

2.2.3 市售14 种食用蘑菇聚类分析

采用组间联接法对表5中的D值进行聚类分析，建立了市售14 种食用蘑菇聚类树状图（图3），可以看出，聚类分析将其划分为3大类。其中，第I类包括鸡腿菇、双孢菇、杏鲍菇和茶树菇4 个品种，其综合评分较高；第II类包括草菇、香菇、海鲜菇、大球盖菇、金针菇、榆黄菇、假大白菇、虎奶菇、长根菇9 个品种，其综合评分居中；第III类包括平菇1 个品种，其综合评分较低。

图3 市售14 种食用蘑菇氨基酸组成的聚类图Fig. 3 Dendrogram from clustering analysis of 14 commercial edible mushroom varieties based on amino acid composition

3 结 论

本研究对市售14 种食用蘑菇的氨基酸组成和含量进行测定，通过其变异系数得出市售14 种食用蘑菇对17 个氨基酸含量指标的影响顺序为Met＞Cys＞Lys＞Gly＞Ala＞His＞Arg＞Pro＞Glu＞Tyr＞Ile＞Val＞Thr＞Leu＞Phe＞Ser＞Asp。

对17 个氨基酸含量指标进行PCA，从中提取出4 个PC，累计贡献率达到86.909%，可较好反映出市售14 种食用蘑菇的综合信息。综合分析得出Met、Lys、Val、Pro、His、Thr、Lys、Ile和Cys可以作为市售14 种食用蘑菇综合评价指标。

通过综合评价D值得出市售14 种食用蘑菇优劣顺序为：鸡腿菇＞双孢菇＞杏鲍菇＞茶树菇＞草菇＞香菇＞海鲜菇＞大球盖菇＞金针菇＞榆黄菇＞假大白菇＞虎奶菇=长根菇＞平菇。

聚类分析将市售14 种食用蘑菇划分为3大类。其中，第I类包括鸡腿菇、双孢菇、杏鲍菇和茶树菇4 个品种，其综合评分较高；第II类包括草菇、香菇、海鲜菇、大球盖菇、金针菇、榆黄菇、假大白菇、虎奶菇、长根菇9 个品种，其综合评分居中；第III类包括平菇1 个品种，其综合评分较低。