基于氨基酸含量的市售15个产区黑木耳的综合评价

王丽艳，王鑫淼，荆瑞勇，吴 楠

（黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江大庆 163319）

黑木耳（Auricularia auricular-judae）属担子菌亚门层菌纲木耳科木耳属[1]，主要分布在中国、韩国和日本等国家，其中以中国黑龙江的黑木耳品质最好，产量最高[2]。黑木耳由子实体、菌柄和菌丝体三部分组成，其中子实体中富含多种营养物质，含有氨基酸17种，含量高者可达10%以上，其中包括7种人体所必须的氨基酸[3]。还含有蛋白质、脂肪酸、以及膳食纤维等营养物质[3]；一定量的矿物质，如铁、钙等，其含量显著高于猪肉[4]；同时还含有大量的功能性成分，如黑色素[5]、类黄酮[6−7]、多糖[8−10]和多酚[11]等。研究表明黑木耳还具有抗肿瘤[12]、抗凝血[13]、提高人体免疫力[14]、延缓衰老[15]、降低血液中胆固醇[16]等作用。因此黑木耳是一种营养丰富、味道鲜美，并且具有药理作用的食用真菌[17]。

游离氨基酸具有重要的生理功能和药用价值[18]。游离氨基酸可直接被人体吸收，其成分和含量可以反映出食品的营养价值，因此可以作为食用品质的一项重要指标[19]。关于利用氨基酸含量来进行营养价值评价的研究已在多种食品上有相关报道，如花椒[20]、黄花菜[21]、百合[22]、桑椹[23]、食用蘑菇[24]、核桃[25]等。由于氨基酸种类多，利用不同的氨基酸来评价食品的营养价值可能得到的结果不同，因此利用某一种氨基酸来进行食品营养价值的评价是不客观的，基于此很多的研究者利用主成分分析（principal component analysis，PCA）来进行食品营养价值的综合评价[23−25]。主成分分析法是一种可以把多个指标转化为少数几个不相关的综合指标的多元统计分析方法[26]，这一方法可以从多个影响因素中解析出主要因素来减少评价的指标，从而简化整个评价过程[27]。主成分分析法近年来被广泛应用于农产品品质差异方面的研究，雷月等[28]利用主成分分析法综合评价蒸谷米的品质，得出12个品种中“玉针香”的品质最佳。王建芳等[29]利用主成分分析法评价不同品种燕麦的品质，在10个品种中筛选出3个品质较好的品种。荆瑞勇等[30]利用主成分分析法综合评价来源于黑龙江和日本的18个水稻品种的品质，得出来源于黑龙江的龙粳39品质最好。

目前关于黑木耳氨基酸组成及含量的研究已有少量相关报道，姜萍萍等[31]在进行五种食用菌氨基酸含量测定及营养评价的研究时对黑木耳的氨基酸种类和含量进行了测定，彭裕红[32]在研究段木和代料黑木耳产品质构和营养评价时对两种栽培方式下的黑木耳进行了氨基酸组成和含量的测定。本课题组前期对黑龙江省8个来源地的黑木耳进行了营养品质评价，对氨基酸总量进行了测定，利用灰分、粗脂肪、蛋白质、多糖、粗纤维和氨基酸总量这6个指标对黑木耳进行了品质评价[33]。目前关于利用氨基酸含量对黑木耳品质综合评价方面的研究未见报道，基于此，本研究对市售15个产区黑木耳的氨基酸组成和含量进行测定，并进行了主成分分析，对15个产区黑木耳进行基于氨基酸含量的综合评价，以期为不同产区黑木耳的营养价值评价及黑木耳产品的开发利用提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑木耳 分别购置于黑龙江、吉林、辽宁、新疆、西藏、内蒙古、甘肃、河北、陕西、湖北、浙江、江西、四川、云南和贵州15个黑木耳栽培区，购回后将黑木耳置于烘箱中50℃烘干至恒重，经粉碎后过80目筛，密封−20℃保存备用；茚三酮 德国Menbar Pure公司；氨基酸标准品 美国Sigma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。

L-8900全自动氨基酸分析仪 日本日立高新技术公司；Centrifuge 5424 R 德国Eppendorf；TLG-01型小型高速粉碎机 北京天利恒诚科技有限公司；DELTA320 p H酸度计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；

1.2 实验方法

1.2.1 黑木耳样品前处理 参考郭嘉贵等[33]测定方法略有改动。精确称取各样品粉末1.000 g，置于50 mL的离心管中，加入30 mL的超纯水溶解，室温下超声（250 W，40 k Hz）提取30 min，每5 min震荡使底部沉淀分散，8000 r/min离心15 min，取上清液，重复提取3次，收集上清液定容至100 mL，取上清液过0.22μm水系微孔滤膜上机待测。

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

1.3 数据处理

1.3.1 隶属函数值

式中：U（Xj）表示第j个综合指标的隶属函数值；Xj表示第j个综合指标，j=1,2,···,n；Xmin与Xmax分别表示第j个综合指标的最小值与最大值[34]。

1.3.2 权重

式中：Wj表示第j个综合指标的权重，Rj为第j个综合指标的贡献率[35]。

1.3.3 综合评价值

式中：D表示不同产区黑木耳氨基酸的综合评价值[36]。

1.3.4 数据整理 采用Excel 2013统计软件；相关性分析和主成分分析（PCA）：采用R语言；聚类分析：采用SPSS 20.0数据分析软件。

2 结果与分析

2.1 市售15个产区黑木耳氨基酸组成及相关性分析

从表1中所选的15个产区黑木耳氨基酸组成可以看出，所有产区的黑木耳均含有17种氨基酸，游离氨基酸总含量最高为黑龙江产区为，最低为甘肃产区。构成蛋白质的氨基酸为20种，其中8种为人体必需氨基酸，黑木耳中含有7种必需氨基酸，分别为甲硫氨酸（Met）、赖氨酸（Lys）、苯丙氨酸（Phe）和苏氨酸（Thr）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）。必需氨基酸含量最高为辽宁产区，最低为四川产区。黑木耳中含有的2种限制性氨基酸为甲硫氨酸（Met）和赖氨酸（Lys），对于限制性氨基酸含量最高为辽宁产区，最低为湖北产区。另外15个产区的黑木耳中含有全部的6种呈味氨基酸，分别为苯丙氨酸（Phe）、天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、和酪氨酸（Tyr）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala），呈味氨基酸含量黑龙江产区最高为47.89 mg/g，甘肃产区含量最低为33.81 mg/g。

表1 市售15个产区黑木耳氨基酸组成及含量（mg/g）Table 1 Amino acid composition and contentsof Auricularia auricular-judae for salefrom 15 producing areas(mg/g)

在17种氨基酸中Gly含量在4.11～6.65 mg/g之间，变异系数为12.25%，在所有氨基酸中最小，说明黑木耳产区对Gly含量的影响最小。其中His含量在0.65～8.88 mg/g之间，变异系数为66.64%，在所有氨基酸中最大，说明黑木耳产区对His含量的影响最大。其它15种氨基酸的变异系数介于12.25%～66.64%之间，按变异系数大小对17种氨基酸的影响进行排序，通过变异系数的大小可知黑木耳产区对不同氨基酸含量的影响顺序为：His>Pro>Asp>Cys>Lys>Thr>Ala>Arg>Ser>Val>Glu>Tyr>Met>Phe>Ile>Leu>Gly。氨基酸含量的差异可能是因为不同产区的培养基质配方不同以及基质的营养成分差异所造成的。

对15个产区黑木耳的17种氨基酸含量进行相关性分析（表2）可知，17种氨基酸含量之间具有不同的相关性，有正相关，也有负相关，其中Arg含量与Thr含量相关性最强，呈极显著正相关（P<0.01），相关系数为0.920。Ala含量与Asp含量呈极显著负相关（P<0.01），且负相关性最强，相关系数为−0.862。其他各种氨基酸含量之间均具有不同程度的相关性。但通过某一种氨基酸指标来评定不同产区黑木耳的优劣是不客观的，因此接下来通过主成分分析进行不同产区黑木耳的综合评价。

表2 市售15个产区黑木耳氨基酸含量相关性分析Table 2 Correlation analysis of amino acid contents of Auricularia auricula-judae for sale from 15 commercial areas

2.2 市售15个产区黑木耳氨基酸含量的主成分分析

2.2.1 市售15个产区黑木耳氨基酸含量主成分提取

本研究以市售15个产区黑木耳的17个氨基酸含量指标构成17×15的矩阵，利用R语言对17个氨基酸含量进行主成分分析[23]。相关矩阵的主成分分析结果见表3，可提取出4个主成分，累计方差贡献率达到89.674%，因此可以用这4个主成分代替上述的17个氨基酸指标对15个产区黑木耳进行评价和判断。4个主成分分别定义为第1主成分、第2主成分、第3主成分和第4主成分，由表4可知其各主成分对应特征向量为：

表3 市售15个产区黑木耳氨基酸组成主成分的特征值、贡献率和累计贡献率Table 3 Eigenvalue of the principal components and their contribution and cumulative contribution of amino acid component of Auricularia auricular-judae for sale from 15 producing areas

表4 市售15个产区黑木耳氨基酸组成主成分的特征向量与载荷矩阵Table4 Principal component eigenvectorsand loading matrix of amino acid component of Auricularia auricular-judae for salefrom 15 producing areas

第1主成分=0.110x1+0.260x2+0.284x3+0.294x4+0.275x5+0.321x6+0.256x7−0.200x8+0.188x9+0.251x10+0.276x11+0.232x12+0.218x13+0.265x14−0.252x15+0.202x16−0.137x17

第2主成分=−0.138x1−0.234x2+0.097x3+0.022x4−0.148x5+0.019x6+0.297x7+0.385x8+0.285x9−0.150x10+0.229x11−0.243x12−0.214x13+0.173x14−0.121x15+0.414x16+0.424x17

第3主成分=0.648x1−0.016x2−0.334x3+0.178x4+0.177x5−0.120x6−0.021x7+0.109x8−0.288x9−0.174x10−0.065x11−0.169x12+0.198x13+0.108x14−0.364x15+0.063x16+0.213x17

第4主成分=0.183x1+0.304x2+0.073x3−0.310x4−0.225x5−0.104x6+0.106x7−0.214x8+0.479x9−0.352x10−0.243x11+0.285x12+0.222x13−0.075x14−0.087x15−0.068x16+0.306x17

由图1和表3、表4可知，第1主成分的方差贡献率为54.302%，在第1主成分的表达式中，Phe含量（x6）系数最大，为0.321；第2主成分的方差贡献率为18.846%，在第2主成分的表达式中，Arg含量（x16）、Pro含量（x17）系数较大，分别为0.414和0.424；第3主成分的方差贡献率为9.611%，在第3主成分的表达式中，Met含量（x1）系数最大，为0.648；第4主成分的方差贡献率为6.914%，在第4主成分的表达式中，Ser含量（x9）系数最大，为0.479。综合分析上述结果，Phe、Arg、Pro、Met和Ser可以作为市售15个产区黑木耳基于氨基酸含量的综合评价指标。

图1 市售15个产区黑木耳氨基酸组成主成分图Fig.1 Chart of principlecomponentsof amino acid component of Auricularia auricular-judae for salefrom 15 producing areas

2.2.2 市售15个产区黑木耳的综合评价

2.2.2.1 隶属函数分析 根据式（1）计算每一个产区黑木耳各综合指标的隶属函数值（表5）。从表5中可以看出，在第1主成分这一综合指标上黑龙江产区表现出的品质最好，四川产区表现出的品质最差；在第2主成分这一综合指标上河北产区表现出的品质最好，甘肃产区表现出的品质最差；在第3主成分这一综合指标上甘肃产区表现出的品质最好，四川产区表现出的品质最差；在第4主成分这一综合指标上辽宁产区表现出的品质最好，黑龙江产区表现出的品质最差。

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，第一综合指标的贡献率为54.302%，第二综合指标的贡献率为18.846%，第三综合指标的贡献率为9.611%，第四综合指标的贡献率为6.914%，可用公式（2）求出其权重。经计算，4个综合指标的权重分别为0.606，0.210，0.107和0.077（表5）。

2.2.2.3 市售15个产区黑木耳的综合评价 根据式（3）计算市售15个产区黑木耳综合评价即D值的大小（表5），并根据D值对不同产区黑木耳优劣进行排序。通过对D值进行排序得出市售15个产区黑木耳基于氨基酸含量的品质优劣顺序为：黑龙江>辽宁>西藏>内蒙古>陕西>江西>浙江>河北>吉林>新疆>贵州>云南>湖北>甘肃>四川。

2.2.3 市售15个产区黑木耳聚类分析 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15个产区黑木耳聚类树状图（图2），从图2中可以看出，聚类分析将其划分为三大类。其中，第I类包括黑龙江、辽宁和西藏3个产区，其综合评分较高；第II类包括，内蒙古、陕西、江西、浙江、河北、吉林、新疆、贵州、云南、湖北和甘肃11个产区，其综合评分居中；第Ⅲ类包括四川1个产区，其综合评分较低。

图2 市售15个产区黑木耳氨基酸组成的聚类图Fig.2 Quality dendrogram of Auricularia auricular-judae for sale from 15 producing areas

表5 市售15个产区黑木耳综合指标值、权重、隶属函数值、D值及排序Table 5 Comprehensive index values,weightiness,subordinative function values and D values of Auricularia auricular-judae for sale from 15 producing areas and quality rank

3 结论

本研究对市售15个产区黑木耳的氨基酸组成和含量进行测定，15个产区黑木耳均含有17种氨基酸，黑木耳产区对17种氨基酸含量指标的影响顺序为：His>Pro>Asp>Cys>Lys>Thr>Ala>Arg>Ser>Val>Glu>Tyr>Met>Phe>Ile>Leu>Gly；主成分分析可提取出4个主成分，累计贡献率达到89.674%，其中Phe、Arg、Pro、Met和Ser可以作为市售15个产区黑木耳基于氨基酸含量的综合评价指标；综合评价出市售15个产区黑木耳基于氨基酸含量的品质优劣顺序为：黑龙江>辽宁>西藏>内蒙古>陕西>江西>浙江>河北>吉林>新疆>贵州>云南>湖北>甘肃>四川；聚类分析可将黑木耳产区划分为三大类，第I类包括黑龙江、辽宁和西藏3个产区，其综合评分较高；第II类包括内蒙古、陕西、江西、浙江、河北、吉林、新疆、贵州、云南、湖北和甘肃11个产区，其综合评分居中；第Ⅲ类包括四川1个产区，其综合评分较低。研究结果可为不同产区黑木耳的营养价值评价及黑木耳产品的开发利用提供一定的理论参考。课题组前期对黑龙江省8个来源地的黑木耳进行了营养品质评价，本文测定了市售15个产区黑木耳氨基酸含量并对其进行了主成分分析，关于不同产区黑木耳矿物质元素含量测定及主成分分析有待进一步的研究。