基于主成分分析法的不同等级香菇品质评价

靳荣线，李 峰，邹 明，孔维丽，刘翼成，赵建选

（1.河南省新乡市农业科学院食用菌研究所 河南新乡 453000；2.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所 郑州 450002）

香菇，隶属真菌界、担子菌门、蘑菇纲、蘑菇亚纲、蘑菇目、口蘑科、香菇属，拉丁学名：（Berk.）Pegler，别名：中国蘑菇、香蕈、香信、冬菰、花菇、香菰，是我国食用历史悠久及首次驯化栽培的优良食用菌,被视为“菇中之王”，也是一种食药同源的食用菌，具有较高的食用、药用和经济价值，其肉质肥厚，口感细嫩，味道鲜美，香气独特，营养丰富，既可以作为珍贵的食材，也可以作为营养保健品，具有降胆固醇、降血压、抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗氧化、调节肠道微生物和增强免疫等功效。香菇已经成为了人们日常生活中经常食用的一种食用菌，国内和国际市场的需求量都比较大，目前也是我国产量比较大的一种食用菌。随着生活水平的提高和香菇产量的不断增长，人们对香菇品质的要求也越来越高，对香菇进行等级划分已成为衡量香菇品质的重要方法。然而，现在鲜香菇采收后主要通过人工对其进行大小、性状、破损等分选工作，劳动强度大，分级效率低，分级品质缺乏科学依据。而品质又是香菇优良品种最重要的评价指标之一，香菇现有的品质指标过多，检测分析繁琐，耗时耗力，因此对香菇品质指标进行简化，构建科学、易操作的品质评价体系，对香菇营养品质开发和产品加工业的发展具有重要意义。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。近年来这一评价方法已广泛用于农产品品质差异的研究。PCA 法可为品质综合评价体系的简化提供方便，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。笔者在参考香菇等级标准的基础上，对14 级香菇的7 个品质参数进行PCA，对不同等级进行综合评价，以期为不同香菇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

试验品种：豫香1 号，引自河南省农业科学院种质资源库。

1.2 采集地点

鲜香菇于2022 年1 月5 日采集于河南省三门峡市卢氏县狮子坪向阳食用菌园艺场。

1.3 样品等级

各等级香菇性状见表1和图1。

图1 14 级香菇子实体

表1 14 级香菇外观性状

1.4 取样

每个等级取1.5 kg 新鲜子实体，送至农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）进行7 个品质参数的测定。

1.5 测定指标及方法

参照GB 5009.3—2016的方法测定子实体水分含量；参照GB/T 5009.10—2003的方法测定粗纤维含量；参照GB 5009.5—2016的方法测定蛋白质含量；参照GB 5009.124—2016的方法测定氨基酸含量；参照NY/T 1676—2008的方法测定粗多糖含量；参照GB 5009.4—2016的方法测定总灰分含量；参照GB 5009.6—2016的方法测定脂肪含量。

1.6 数据处理

采用统计学软件SPSS 19 Duncan 法进行数据方差分析和多重比较，采用Excel 2003 进行柱状图的绘制，采用Origin 64 进行主成分分析和相关性分析绘图。

2 结果与分析

2.1 差异性分析

水分含量：由图2-A 可见，不同等级香菇含水量均在80 g·100 g以上，10 级含水量（，后同）最高（88.1 g·100 g），但与6、9、11、12、13、14级之间无显著差异，与1、2、3、4、5、7 和8 级存在显著差异；3 级（小花菇）含水量最低为82.6 g·100 g，与其他等级之间差异显著；1 和2 级含水量较低，且二者差异不显著，与其他等级间差异显著；7 级除与5 级、8 级之间无显著差异外，与其他等级之间差异显著；9、11、13 和14 级含水量相当。这表明各级香菇含水量差异不大，但菌盖有明显花纹的香菇（1、2、3 级）含水量较其他香菇偏低。

粗纤维含量：由图2-B 可见，不同等级粗纤维含量范围在4.6～5.5 g·100 g，其中以3 级的含量最高，并与其他等级之间存在显著差异，其次为2、11、13 级含量较高；6 级的含量最低，与其他等级之间存在显著差异；1 和12 级，2、11 和13 级，4 和7 级，5、8 和14 级，9 和10 级粗纤维含量分别相同，且分别与其他等级间差异显著。

蛋白质含量：14 个等级香菇的蛋白质含量均在3 g·100 g以上，1 级含量最高，达3.82 g·100 g，除与9 级具有相当蛋白质含量之外，与其他等级含量差异显著；5 级的蛋白质含量最低，仅为3.05 g·100 g，并与其他等级之间差异显著；3 级与6、11 级无显著差异，但与其他等级之间均存在显著差异；2、7 和12 级，4 和14 级蛋白质含量相当，并分别与其他等级之间差异显著；4、8、和14 级之间没有显著差异；10 和13 级之间没有显著差异，与其他等级间差异显著（图2-C）。

氨基酸含量：14 个等级香菇的16 种游离氨基酸含量为18.66～26.06 g·100 g，除1 和11 级具有相似氨基酸含量外，其他相互之间均存在显著差异，其中等级9 的氨基酸含量最高，等级5 的含量最低（图2-D）。

粗多糖含量：14 个等级香菇的粗多糖含量具有较大差异，范围在0.48～1.01 g·100 g。2 级粗多糖含量最高，并与其他等级存在显著差异；8 级含量最低，除与6、7、10 级无显著差异外，与其他等级差异显著；1 级与2、3、8、14 级差异显著；3 与14 级具有相近含量，并与其他等级差异显著；4、5、13 级，6、7和10 级，11 和12 级具有相近的粗多糖含量（图2-E）。

图2 不同等级香菇参数差异性分析

总灰分含量：14 个等级香菇的总灰分含量差异不大，含量在0.74～0.99 g·100 g，3 级灰分含量最高，与其他等级之间均存在显著差异；13 级含量最低；4 和10 级具有相近含量，并与1、2、3 和11 级差异显著；5、6 和14 级具有相近含量，并与1、3 级差异显著；7 和9 级具有相近含量，并与3 和13 级差异显著；8 和12 级具有相近含量，并与3 级差异显著；10级与1、2、3 和11 级含量差异显著（图2-F）。

脂肪含量：不同等级香菇中脂肪的含量差异不大，仅有0.2 g·100 g或0.3 g·100 g，1、2、4、13 和14 级的脂肪含量相同，均为0.3 g·100 g，其他等级均为0.2 g·100 g，且2 种含量具有显著差异（图2-G）。

2.2 7个品质参数主成分分析

近年来，化学检测分析结合主成分分析、相关分析、聚类分析等多种统计分析的方法应用于农业科学领域，在研究多指标的综合效应上具有科学性和重要实践指导意义。为充分展示不同品质指标对品质评价的贡献大小，通过主成分分析法（PCA）对14 个等级香菇营养品质评价指标进行分析，以期为品质综合评价的简化提供方便。

由图3 可以看出，不同样本点数据均位于95%置信区间内，按照特征值大于1 的提取原则，共提取到2个主成分，2 个主成分的累计方差贡献率为67.112 10%，说明2 个主成分能够反映参数的大部分信息，因此可以用这2 个PC 代替上述的7 个品质指标对不同等级香菇进行评价和判断，其中主成分1（PC1）占43.113 79%，主成分2（PC2）占23.998 31%（表2），6 个参数与PC1 呈正相关，按照贡献从大到小依次为总灰分含量、蛋白质含量、氨基酸含量、粗纤维含量、粗多糖含量和脂肪含量，1 个参数与PC1 呈负相关，为含水量。3 个参数与PC2 呈正相关，按照贡献从大到小依次为粗多糖含量、脂肪含量和粗纤维含量。4 个参数与PC2 呈负相关，按照贡献从大到小依次为氨基酸含量、蛋白质含量、含水量和总灰分含量（表3）。PCA 分析结果表明，可将含水量，粗纤维、蛋白质、氨基酸、粗多糖、总灰分、脂肪含量7 项营养品质指标简化为总灰分含量和粗多糖含量2 个指标，通过此方法对营养品质进行分析，可作为筛选营养品质最优香菇材料的依据。简化的指标较原有指标分析相对简单，可帮助育种工作者或深加工企业能快速简便地对香菇品质进行分析。

图3 参数主成分分析

表2 主成分贡献率

表3 品质参数指标载荷

2.3 7个品质参数相关性分析

为进一步直观展示品质指标之间的相互关系，对数据基于热图分析，结果如图4 所示，在0.05 显著水平下，香菇的不同营养品质参数间存在一定的相关性，除含水量和蛋白质含量、氨基酸含量、粗多糖含量、粗纤维含量、脂肪含量、总灰分含量之间呈负相关，脂肪含量和蛋白质含量、总灰分含量、氨基酸含量分别呈负相关之外，其他参数之间分别呈正相关，其中蛋白质含量和氨基酸含量具有显著正相关，总灰分含量与其他参数之间呈显著相关，这与主成分分析结果一致。

图4 7 个品质参数相关性分析

3 讨论与结论

香菇营养质量的好坏主要取决于子实体中的化学成分。含水量是衡量食用菌品质的重要指标之一，从含水量来看，属于花菇类的1、2、3 级香菇，含水量较低，其中小花菇（3 级）的含水量最低（82.6%），这几类香菇较耐贮藏并适宜作为干菇食用。香菇子实体中的可溶性糖和可溶性蛋白质在采后贮藏中是其代谢所需营养物质的重要来源，两者含量的下降是组织衰老的重要标志，香菇多糖对人体具有较高的生理活性及功效，其含量是食用菌重要的营养指标和质量指标之一，1 级香菇蛋白质含量最高（3.82 g·100 g），2 级香菇粗多糖含量最高（1.01 g·100 g），初步表明这两类香菇可作为食用菌功能性产品原料加以研究利用。氨基酸的存在有助于食用菌特征风味的形成，游离氨基酸是一类非蛋白质氨基酸，是人体内维生素E、叶酸等营养素的良好来源。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，因此，其含量直接影响食物的鲜美程度，是评价其食用品质的一项重要指标，9 和11 级的氨基酸含量较高（26.06、25.72 g·100 g），这两类香菇味道鲜美，是烹饪的较佳选择。香菇中丰富的粗纤维有助于现代“文明病”如便秘、肥胖症等的防治，但是粗纤维含量过高会影响口感，比如菌柄纤维素含量较菌盖高因而口感差，14 个等级香菇的粗纤维含量均在4.6～5.5 g·100 g，均适合长期食用，以加强肠道蠕动。灰分是食品中无机成分总量的一项指标，代表食品中矿物质和无机盐的含量，是构成人体组织和维持正常生理功能必需的物质，相关研究报道，总灰分含量是香菇营养品质的主因子，并和K、P、Mg 含量高度相关，是香菇营养品质评价的主要指标，3、1 和2 级总灰分含量较高（0.99、0.90、0.86 g·100 g），经常食用可提高人体免疫力，发挥保健作用。香菇高蛋白低脂肪的营养特点深受消费者青睐，14 个等级香菇中的脂肪含量为0.2 g·100 g或0.3 g·100 g，均低于各类新鲜蔬菜脂肪含量的均值（0.34～0.51 g·100 g）。

综上所述，14 个等级香菇宏量营养指标含量不同，初步得出1、2、3 级香菇（花菇类，肉厚，菇面一半以上面积有明显花纹，菇形圆整，开伞程度一半以内，无发霉破碎、黑焦处）与其他等级相比，含水量低、总灰分含量较高、粗多糖含量较高、氨基酸含量较高，笔者将会在后续研究中以此次工作为基础，进行优质香菇筛选模式研究，以期提高香菇优良种质创制效率。