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        山西紅棗氨基酸含量測定及主成分分析

        2021-02-07 01:53:00楊婧侯艷霞常寧
        食品研究與開發(fā) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:貢獻(xiàn)率紅棗方差

        楊婧,侯艷霞,常寧

        (山西林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝系,山西 太原 030009)

        紅棗為鼠李科棗屬植物,在我國各地廣泛種植,它的營養(yǎng)價(jià)值極為豐富,包含糖類、脂肪、有機(jī)酸、氨基酸、維生素、黃酮以及多種微量元素[1-10]。氨基酸作為重要的生物活性物質(zhì),不僅能夠調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)代謝,還可以增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。紅棗的開發(fā)利用具有廣泛的市場前景,我國擁有豐富的紅棗資源,目前,國內(nèi)已見關(guān)于紅棗的研究報(bào)道,例如:張艷紅等對新疆紅棗的氨基酸含量進(jìn)行了測定,得出3種紅棗之間不存在顯著性的差異[11]。

        本試驗(yàn)比較分析了山西紅棗——壺瓶棗、板棗、木棗,明確3個(gè)品種紅棗中氨基酸含量和種類上的差異,利用主成分分析法對3個(gè)品種紅棗中的氨基酸進(jìn)行綜合評價(jià)與分析,探究分析可能引起不同品種紅棗中氨基酸含量差異形成的原因,為紅棗的開發(fā)利用及深加工提供參考[12-18]。

        1 材料和方法

        1.1 材料與試劑

        1.1.1 材料

        壺瓶棗、板棗、木棗:山西省果樹所。

        1.1.2 試劑

        茚三酮(色譜純):英國Biochrom公司;苯酚(純度99.9%):福建維真園醫(yī)藥科技有限公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        Biochrom30+氨基酸自動(dòng)分析儀:英國Biochrom公司;WX-2真空泵、Tubemill試管研磨機(jī):德國IKA公司。

        1.3 方法

        1.3.1 樣品的制備

        將紅棗樣品去核烘干并且粉碎,精確稱取0.1 g(精確至1 mg)置于水解瓶里,先加入10 mL 6 moL/L的HCl,再加入0.2 mL苯酚,放入冰浴5min,同時(shí)充入氮?dú)? min,密封管后,置于110℃恒溫干燥箱內(nèi),水解22 h,冷卻,過濾后定容至50 mL。取2 mL于試管中,置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,45℃條件下抽真空,蒸干后加入2 mL緩沖液 pH 2.2(1 mL+0.5 mL+0.5 mL),混勻后備用,待測。

        1.3.2 分析測定

        采用氨基酸自動(dòng)分析儀進(jìn)行測定,流動(dòng)相流速25 mL/h,茚三酮流速 20 mL/h,進(jìn)樣量 20 μL,結(jié)果以峰面積計(jì)算,采用外標(biāo)法計(jì)算氨基酸含量[19-23]。

        1.3.3 分析方法

        1.3.3.1 適用性檢驗(yàn)

        適用性檢驗(yàn)的常用方法有:巴特萊特球性檢驗(yàn)、抽樣適合性檢驗(yàn)-KMO檢驗(yàn)法(Kaiser-Meyer-Olkin)、相關(guān)系數(shù)矩陣直觀檢驗(yàn)等。本試驗(yàn)采用相關(guān)系數(shù)矩陣的直觀檢驗(yàn),依據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣中相關(guān)系數(shù)的大小得出的原始變量之間的線性關(guān)系,以此來進(jìn)行適用性檢驗(yàn)[24-25]。

        1.3.3.2 主成分分析

        主成分分析法,是考察多個(gè)變量之間相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法,也就是從原始變量中選取少數(shù)幾個(gè)變量盡最大可能保留原始變量的相關(guān)信息[26-27]。本試驗(yàn)采用主成分分析研究紅棗中氨基酸的種類與含量,為紅棗的開發(fā)利用及深加工提供理論依據(jù)。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析;采用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同品種山西紅棗果肉中17種氨基酸測定結(jié)果紅棗氨基酸色譜圖見圖1。

        圖1 紅棗樣品氨基酸色譜圖Fig.1 Amino acid chromatogram of jujube samples

        通過圖1可以看出,40 min以內(nèi),天冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、賴氨酸、精氨酸、脯氨酸17種氨基酸都能得到分離。通過氨基酸自動(dòng)分析儀測定壺瓶棗、板棗、木棗果肉中氨基酸含量和種類見表1。

        如表1所示,總氨基酸含量最高的是木棗(45.88±2.11)mg/g,其次是板棗(39.78±3.17)mg/g,壺瓶棗最低(39.76±1.63)mg/g。其中包括6種人體必需氨基酸,蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、異亮氨酸(Ile)、苯丙氨酸(Phe)和賴氨酸(Lys)。

        表1 3個(gè)品種紅棗中氨基酸含量Table 1 Contents of amino acid among three varieties of jujube

        續(xù)表1 3個(gè)品種紅棗中氨基酸含量Continue table 1 Contents of amino acid among three varieties of jujube

        對3種山西紅棗進(jìn)行顯著性方差分析見表2。

        表2 3個(gè)品種紅棗中氨基酸含量的方差分析Table 2 Variance analysis of amino acid content in three varieties of jujube

        如表2所示,不同品種紅棗的氨基酸含量差異不顯著,但同一品種紅棗之間的氨基酸含量的差異極顯著。

        2.2 紅棗中氨基酸相關(guān)性分析

        氨基酸種類間相關(guān)性分析見表3。

        表3 氨基酸種類間相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of amino acid type

        由表3可知,17種氨基酸之間存在緊密聯(lián)系,并且在信息上存在大量疊加,最終導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果不科學(xué)合理。主成分分析是設(shè)法將原來的變量重新組合成一組新的互相無關(guān)的幾個(gè)綜合變量,同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要從中提取幾個(gè)較少的綜合變量,因此通過主成分分析的降維處理,最終將復(fù)雜變量刪去,簡化了程序,可以直觀地反映研究對象并對其作出客觀的評價(jià),便于研究不同品種紅棗氨基酸的品質(zhì)[28]。

        2.3 主成分分析

        對3個(gè)品種紅棗果肉中17種氨基酸進(jìn)行主成分分析。前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到94.020%,代表了紅棗17種氨基酸的絕大部分信息,前3個(gè)主成分可以反映17種氨基酸的綜合性狀,因此選擇前3個(gè)主成分作為綜合指標(biāo)對其品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。主成分的初始特征值及累積方差貢獻(xiàn)率見表4。

        由表4可知,第1主成分方差貢獻(xiàn)率占總變異信息的51.572%;第2主成分方差貢獻(xiàn)率占總變異信息的23.873%,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率75.445%;第3主成分方差貢獻(xiàn)率占總變異信息的18.575%,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率94.020%,可以作為全部性狀的18.575%的信息。其余主成分的貢獻(xiàn)率逐漸減少。

        表4 主成分的初始特征值及累積方差貢獻(xiàn)率Table 4 Initial eigenvalues and cumulative variance contribution of principal components

        主成分載荷矩陣反映的是主成分與每個(gè)變量之間的相關(guān)系數(shù),見表5。

        表5 3種紅棗中氨基酸的主成分載荷矩陣Table 5 Main component load matrix of amino acids in 3 varieties of jujube

        從表 5可知,天冬氨酸(Asp)、甘氨酸(Gly)、苯丙氨酸(Phe)、胱氨酸(Cys)、蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、亮氨酸(Leu)、異亮氨酸(Ile)、組氨酸(His)、精氨酸(Arg)在第1主成分上有較高載荷,說明第1主成分基本反映了這些指標(biāo)的信息;丙氨酸(Ala)、賴氨酸(Lys)、酪氨酸(Tyr)在第2主成分上有較高載荷,說明第2主成分基本反映了這些指標(biāo)的信息;谷氨酸(Glu)、蛋氨酸(Met)、絲氨酸(Ser)、脯氨酸(Pro)在第 3主成分上有較高載荷,說明第3主成分基本反映了這些指標(biāo)的信息。所以提取3個(gè)主成分可以基本反映全部指標(biāo)的信息,因此決定用3個(gè)新變量來代替原來的17個(gè)變量。

        計(jì)算出每個(gè)主成分的特征值與所提取主成分總的特征值之和的比例,以此作為權(quán)重,最后得出主成分綜合得分模型:

        對其按綜合主成分分值進(jìn)行排序,即可對不同品種紅棗進(jìn)行綜合評價(jià)比較,結(jié)果見表6。

        表6 紅棗氨基酸主成分得分和綜合得分Table 6 Component scores and comprehensive scores of amino acids in jujube

        從表6可知,在第1主成分中,3個(gè)紅棗品種得分最高的是木棗,最低的是壺瓶棗,即木棗中天冬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、組氨酸、精氨酸的含量較高;第2主成分中,得分最高的是板棗,即板棗中丙氨酸、賴氨酸、酪氨酸含量較高;在第3主成分中,得分最高的是板棗,即板棗中谷氨酸、蛋氨酸、絲氨酸的含量較高。3個(gè)不同品種紅棗氨基酸綜合評價(jià)排序依次為板棗、壺瓶棗、木棗。板棗的綜合評價(jià)得分最高,說明板棗中氨基酸綜合質(zhì)量較高,木棗的綜合評價(jià)得分最低,其氨基酸綜合質(zhì)量較低。

        3 結(jié)論

        本文通過利用氨基酸自動(dòng)分析儀對不同品種紅棗果肉中的氨基酸含量進(jìn)行測定,檢測出17種氨基酸,利用主成分分析法對不同品種紅棗氨基酸進(jìn)行分析,并且從中提取了3個(gè)主成分,將多維指標(biāo)降維處理,優(yōu)化了選取的程序,其中含有所有氨基酸絕大部分信息。以方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重,依據(jù)各主成分得分值與方差貢獻(xiàn)率建立綜合評價(jià)模型,得到不同品種紅棗氨基酸含量的綜合得分,為測定紅棗氨基酸含量提供理論依據(jù)。對3種山西紅棗進(jìn)行顯著性方差分析,不同品種紅棗的氨基酸含量差異不顯著,但同一品種紅棗間的氨基酸含量的差異顯著,原因主要是因?yàn)闅夂?、土壤環(huán)境、水肥管理、樹齡以及采收時(shí)期的不同。綜合得分的排名表明了紅棗氨基酸綜合質(zhì)量的排名。最終得出,3個(gè)品種紅棗果肉中氨基酸綜合評價(jià)得分排序?yàn)榘鍡棧緣仄織棧灸緱?。生產(chǎn)過程中,首先應(yīng)選擇適合的紅棗品種,另外要注重水肥管理、果樹修剪以及病蟲害防治等措施,從而生產(chǎn)高品質(zhì)紅棗,以提高紅棗產(chǎn)業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

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