聶 瑩 趙金紅 丁 洋 李淑英 劉學(xué)銘 唐選明*

（1中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193；2廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所/農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究所/省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地/廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510610）

食用菌菌糠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)菌糠）是指以木屑、棉子殼、玉米芯等農(nóng)作物副產(chǎn)物為主料，栽培食用菌后剩余的廢棄培養(yǎng)基。我國(guó)作為食用菌生產(chǎn)大國(guó)，2010年食用菌總產(chǎn)量達(dá)2000萬(wàn)t，廢棄菌糠產(chǎn)量也高達(dá)1200萬(wàn)t[1]。

但是目前菌糠并未得到充分利用，而是被隨意丟棄或燃燒，對(duì)環(huán)境造成極大污染。菌糠作為食用菌菌絲殘?bào)w和食用菌酶解后發(fā)生質(zhì)變的纖維復(fù)合物，含有粗蛋白、粗脂肪、氨基酸等豐富營(yíng)養(yǎng)和大量有機(jī)質(zhì)，尤其在養(yǎng)殖業(yè)[2]（還有種植業(yè)[3]、工業(yè)[4]、建筑業(yè)[5]等各領(lǐng)域）具有廣泛應(yīng)用潛質(zhì)。利用食用菌菌糠開(kāi)發(fā)飼料，不僅可使菌糠資源得到充分利用，也可解決我國(guó)飼料資源短缺，人畜爭(zhēng)糧問(wèn)題。然而菌糠種類(lèi)繁多，營(yíng)養(yǎng)成分不一，無(wú)法確定何種菌糠適合加工飼料；故有必要對(duì)各種菌糠營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)并歸類(lèi)，充分發(fā)揮菌糠資源的利用價(jià)值。

多元統(tǒng)計(jì)方法中主成分分析法和聚類(lèi)分析法可分別對(duì)多個(gè)變量起到降維和歸類(lèi)作用。公麗艷等[6]利用主成分分析法對(duì)30個(gè)品種蘋(píng)果的30個(gè)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)進(jìn)行分析并提取了6個(gè)主成分，應(yīng)用聚類(lèi)分析法將30個(gè)品種蘋(píng)果分為5類(lèi)；張小燕等[7]在研究不同馬鈴薯品種對(duì)油炸薯片的加工適宜性時(shí)，首先對(duì)馬鈴薯原料的8個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得出4個(gè)主成分因子，消除了原料各指標(biāo)間的相關(guān)性。目前在食用菌菌糠營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究方面，主要是針對(duì)單一菌糠進(jìn)行簡(jiǎn)單理化指標(biāo)測(cè)定，而對(duì)菌糠多種營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)間相互關(guān)系和多種菌糠系統(tǒng)性比較方面研究甚少，尤其是采用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)菌糠加工適宜性研究方面，國(guó)內(nèi)外至今未見(jiàn)報(bào)道[8]。

筆者研究目的是應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)方法分析我國(guó)普遍栽培食用菌所產(chǎn)生的廢棄菌糠各理化指標(biāo)差異性，并對(duì)廢棄食用菌菌糠進(jìn)行分類(lèi)，確定哪（幾）種菌糠適合作為加工飼料原料使用，以對(duì)廢棄食用菌菌糠加工飼料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料采集工廠化栽培廢棄食用菌菌糠材料：香菇菌糠（主料：木屑，河北承德）、黃金針菇菌糠（主料：木屑，河北保定）、杏鮑菇菌糠（主料：木屑，河北承德）、黑木耳菌糠（主料：木屑，河北保定）、平菇菌糠（主料：棉子殼，河北保定）、云耳菌糠（主料：木屑，河北承德）、蟹味菇菌糠（主料：棉子殼，福建古田）；銀耳菌糠（主料：棉子殼，福建古田）；雞腿菇菌糠（主料：棉子殼，河北保定）；金針菇菌糠（主料：棉子殼，廣東廣州）；雙孢蘑菇菌糠（主料：木屑，北京房山）；毛木耳菌糠（主料：木屑，山東青島）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 廢棄食用菌菌糠理化指標(biāo)測(cè)定 水分按照GB/T 6435—2006方法測(cè)定；粗灰分按照GB/T 6348—2007方法測(cè)定；粗蛋白按照GB/T 6432—1994方法測(cè)定；粗脂肪按照GB/T 6433—2006方法測(cè)定；粗纖維按照GB/T 6434—2006方法測(cè)定；鈣按照GB/T 6436—2002方法測(cè)定；總磷按照GB/T 6437—2002方法測(cè)定；氨基酸按照GB/T 18246—2000方法測(cè)定。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS20.0和Origin8.6對(duì)廢棄食用菌菌糠理化指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性分析，相關(guān)性分析，主成分分析以及聚類(lèi)分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 食用菌菌糠理化指標(biāo)描述性分析及相關(guān)性分析表1是12種廢棄食用菌菌糠理化指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。食用菌菌糠各指標(biāo)的變異系數(shù)均大于10%[9]，說(shuō)明離散性較好，指標(biāo)間差異顯著，無(wú)需將幾個(gè)指標(biāo)合并，即不同種類(lèi)食用菌菌糠差異性較大；尤其是粗灰分的變異系數(shù)最大，為150.01%，這有可能與不同種類(lèi)菌糠的配料不同有關(guān)[8]。同時(shí)，表1顯示不同菌糠同一指標(biāo)的均值和中位數(shù)較為接近，說(shuō)明數(shù)據(jù)離群點(diǎn)少，選定的菌糠樣品具有較好代表性。上述結(jié)果表明研究所選12種廢棄食用菌菌糠間品質(zhì)差異性大，具有一定廣泛性與代表性。另外，表1理化指標(biāo)變化范圍與李彥霖等[1]所測(cè)結(jié)果基本一致（粗蛋白3.2%～14.2%，粗纖維2.0%～54.7%，粗脂肪0.12%～4.53%，粗灰分22.1%～73.9%，鈣0.5%～2%，磷0.07%～0.54%）。

表2為菌糠理化指標(biāo)間的相關(guān)性分析，從表2中看出11個(gè)指標(biāo)間相互獨(dú)立但又聯(lián)系緊密，例如：水分與粗蛋白、粗脂肪等5個(gè)指標(biāo)均互呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，粗灰分與鈣呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，幾種氨基酸間互為正相關(guān)等。以上信息雖表明了各指標(biāo)間關(guān)系，但存在信息重疊現(xiàn)象，單憑此表無(wú)法簡(jiǎn)單而又概括描述出廢棄食用菌菌糠品質(zhì)評(píng)價(jià)規(guī)律，故有必要對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)化歸類(lèi)。

2.2 主成分分析由于多個(gè)變量之間往往存在一定程度的相關(guān)性，人們自然希望通過(guò)線性組合的方式，從指標(biāo)中盡可能快地提取信息。當(dāng)一個(gè)線性組合不能提取更多信息時(shí)，再考慮用第二個(gè)組合繼續(xù)這個(gè)快速提取的過(guò)程，……直到所提取的信息與原指標(biāo)相差不多時(shí)為止。主成分分析的思想是用較少的主成分就可以得到較多的信息量。以各個(gè)主成分為分量，就得到一個(gè)更低維度隨機(jī)向量[10]。因此，通過(guò)主成分既可以降低數(shù)據(jù)“維數(shù)”又保留了原數(shù)據(jù)大部分信息。

表1 廢棄食用菌菌糠理化指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)mg/kg

表3 特征值相關(guān)系數(shù)矩陣

表2 廢棄食用菌菌糠理化指標(biāo)間的相關(guān)性

研究旨在將廢棄食用菌菌糠11個(gè)理化指標(biāo)變量進(jìn)行主成分分析，得到較低維度的隨機(jī)向量，并用此來(lái)表示較全面的菌糠信息。一般主成分?jǐn)?shù)目選定常用累積方差貢獻(xiàn)率不低于某一閾值（如85%）和特征值大于1這兩個(gè)指標(biāo)綜合考慮。11個(gè)變量經(jīng)主成分分析所得結(jié)果如表3所示，前兩個(gè)主成分累積方差貢獻(xiàn)率為83.50%，特征值均大于1，已涵蓋了菌糠理化品質(zhì)大部分信息。

圖1 變量PC1、PC2載荷圖

圖1變量載荷圖直觀反應(yīng)了各主成分所包含的菌糠各理化指標(biāo)信息。第一主成分PC1主要綜合了水分、粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、總磷、賴(lài)氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸等9類(lèi)信息，其中水分在第一主成分上呈負(fù)向分布，其余均為正向分布，即在PC1坐標(biāo)軸正向，PC1越大，粗蛋白、粗纖維、粗脂肪等8類(lèi)指標(biāo)數(shù)值越大，水分則相反；第二主成分PC2涵蓋了粗灰分和鈣的信息，并在第二主成分上呈正向分布，即在PC2正向坐標(biāo)軸上PC2越大，粗灰分和鈣值會(huì)逐漸增大。

另外，圖1又表達(dá)了各理化指標(biāo)間相互關(guān)系，粗蛋白與粗脂肪、總磷及賴(lài)氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸坐標(biāo)點(diǎn)在載荷圖上位置分布密集，都落在PC1正向與偏PC2正向交叉區(qū)域，而與粗纖維、蛋氨酸+胱氨酸距離較遠(yuǎn)，說(shuō)明粗蛋白與粗脂肪等5個(gè)指標(biāo)具有極顯著正相關(guān)性，與粗纖維、蛋氨酸+胱氨酸相關(guān)性不顯著（與表2一致）。粗灰分和鈣坐標(biāo)點(diǎn)均落在PC2正向區(qū)域，且遠(yuǎn)離粗蛋白、粗脂肪等指標(biāo)，說(shuō)明粗灰分與鈣關(guān)系緊密（表2中在P＜0.01水平上相關(guān)系數(shù)為0.842）。

圖2 主成分PC1、PC2得分圖

基于圖1各理化指標(biāo)載荷坐標(biāo)點(diǎn)位置，可清楚解釋圖2中每種菌糠所在位置。黃金針菇、杏鮑菇、黑木耳、平菇、云耳、雞腿菇菌糠因含水量相對(duì)較高但其余理化指標(biāo)含量偏低而處于PC1與PC2負(fù)向區(qū)間。蟹味菇、銀耳、金針菇菌糠因所含主料為棉子殼（含量大于50%），所以粗蛋白粗脂肪氨基酸含量豐富[11]，故落在PC1正向區(qū)域（但由于銀耳菌糠粗纖維含量相對(duì)于蟹味菇、金針菇菌糠偏高，落在其他2種菌糠偏下位置）；另外廢棄菌糠中含有蟹味菇、銀耳、金針菇殘留菌絲體，或可能是這三種食用菌在生長(zhǎng)過(guò)程中分泌各種生物酶，使相應(yīng)菌糠營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富[12]。此三種菌糠經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后可以作為飼料等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，對(duì)廢棄菌糠進(jìn)行二次利用。香菇菌糠和毛木耳菌糠因各理化指標(biāo)含量整體處于偏低水平，在圖2中處于原點(diǎn)附近區(qū)域。雙孢蘑菇菌糠在圖2中位置遠(yuǎn)離其他菌糠，說(shuō)明雙孢蘑菇菌糠各理化指標(biāo)與其他菌糠相比，差別顯著，這與Ankit等[13]得到的結(jié)果相似。綜合圖1，雙孢蘑菇菌糠的粗灰分、鈣含量均明顯高于其他菌糠。

2.3 聚類(lèi)分析聚類(lèi)分析是對(duì)樣品或者指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法[14]，其將已標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算樣品或指標(biāo)間某一度量距離（本次研究選用歐氏距離），計(jì)算相似性并逐漸歸類(lèi)，相似的研究對(duì)象歸為一類(lèi)，相似性差的歸為第二類(lèi)，依次類(lèi)推，最終對(duì)研究對(duì)象分類(lèi)[15]。圖3是12種菌糠聚類(lèi)樹(shù)形圖，經(jīng)聚類(lèi)分析將其分為4類(lèi)。香菇、毛木耳菌糠為一類(lèi)，這主要因?yàn)閮烧吒骼砘笜?biāo)含量均相對(duì)偏低；蟹味菇、銀耳、金針菇菌糠歸為一類(lèi)，是因?yàn)榇值鞍?、粗脂肪等含量豐富；黃金針菇、杏鮑菇、黑木耳、平菇、云耳、雞腿菇菌糠歸為一類(lèi)，是由于水分含量高，但營(yíng)養(yǎng)缺乏；雙孢蘑菇菌糠單獨(dú)一類(lèi)，主要因?yàn)榇只曳?、鈣兩指標(biāo)明顯高于其他菌糠。S.N.Jor-dan等[8]也對(duì)愛(ài)爾蘭13種廢棄菌糠進(jìn)行聚類(lèi)分析，聚類(lèi)樹(shù)形圖顯示來(lái)自愛(ài)爾蘭兩個(gè)不同地區(qū)的菌糠被分為兩類(lèi)。此外，圖3所得結(jié)果與主成分分析所得結(jié)果一致，說(shuō)明利用主成分分析和聚類(lèi)分析方法可以有效將廢棄食用菌菌糠較為合理進(jìn)行歸類(lèi)，對(duì)廢棄菌糠二次利用提供理論基礎(chǔ)。

2.4 歐氏距離法研究參照相關(guān)飼料標(biāo)準(zhǔn)[16-19]確定了符合上述行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的飼料理化指標(biāo)，通過(guò)SPSS20.0計(jì)算了理想飼料與各廢棄食用菌菌糠間的歐氏距離，各食用菌菌糠與理想飼料間的距離越短，表示與理想飼料的品質(zhì)越相似，從而更適合于加工為飼料。具體結(jié)果如表4所示。

圖3 聚類(lèi)樹(shù)形圖

表4 飼料與廢棄食用菌菌糠的歐氏距離

表4中顯示，銀耳菌糠與飼料的歐氏距離最小，其次為金針菇、蟹味菇，說(shuō)明此三種菌糠從理化指標(biāo)方面適合加工為飼料，這也與2.2、2.3中得到的這三種菌糠歸為一類(lèi)的分析結(jié)果相符。雙孢蘑菇菌糠與飼料的歐氏距離為4.043，遠(yuǎn)大于其他菌糠與飼料的歐氏距離，這主要是灰分、鈣含量過(guò)高，使其不適合作為飼料原料。

3 結(jié) 論

對(duì)采集的12種廢棄食用菌菌糠的11個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)其均值、中位數(shù)、變異系數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明所測(cè)數(shù)據(jù)各理化指標(biāo)均值、中位數(shù)較為接近，離群點(diǎn)少，所選菌糠樣品具有代表性；變異系數(shù)較大，所測(cè)各理化指標(biāo)間差異顯著。

利用主成分分析法對(duì)11個(gè)理化指標(biāo)進(jìn)行分析，提取的兩個(gè)主成分PC1、PC2反應(yīng)了原變量83.50%的信息。根據(jù)PCA得分圖、變量載荷圖直觀得出廢棄食用菌菌糠種類(lèi)與主成分之間關(guān)系。明確區(qū)分出粗蛋白、粗脂肪等營(yíng)養(yǎng)成分豐富的菌糠品種：蟹味菇、銀耳、金針菇；粗灰分、鈣含量高的菌糠品種：雙孢蘑菇；營(yíng)養(yǎng)較匱乏菌糠品種：香菇、毛木耳菌糠；營(yíng)養(yǎng)匱乏菌糠品種：黃金針菇菌糠、杏鮑菇菌糠、黑木耳菌糠、平菇菌糠、云耳菌糠、雞腿菇菌糠。

根據(jù)廢棄食用菌菌糠理化指標(biāo)間相似性，利用聚類(lèi)分析法將12種菌糠分為4類(lèi)，與PCA分析結(jié)果一致；并計(jì)算了各菌糠與飼料間的歐氏距離，初步確定了適合加工成飼料的菌糠品種依次為：銀耳菌糠、金針菇菌糠、蟹味菇菌糠。