不同品種獼猴桃果實游離氨基酸主成分分析與綜合評價

薛敏，高貴田，趙金梅，張思遠，耿鵬飛，谷留杰，孫翔宇

（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安 710062）

獼猴桃營養豐富，富含多種氨基酸、維生素、微量元素等營養物質，并且具有較好的藥用價值[1]。陜西省是中國獼猴桃的原產地[2]，種植品種繁多，每個品種獼猴桃都具有獨特的風味及營養價值，對各個品種獼猴桃的品質差異進行研究對獼猴桃產業有深遠意義。游離氨基酸是一種重要生物活性物質[3]，某些游離氨基酸具有維護新陳代謝、生長、免疫功能[4-6]，并且與風味相關[7－8]。研究表明，食品中游離氨基酸的含量與種類，可以作為評價食品品質的一項重要指標[9]，然而游離氨基酸種類較多，分析困難，選擇一種科學的統計方法至關重要。主成分分析（principal component analysis，PCA）是一個數學統計工具，它通過降低數據維數，在損失較少原始數據信息的前提下把多個變量轉化為幾個不相關的綜合變量[10]。利用PCA分析食品品質的研究已經展開，岳田利等[11]利用PCA建立了蘋果酒香氣質量評價模型。楊堅等[12]對市售的16種豆腐乳進行主成分分析與綜合評價。劉科鵬[13]等利用PCA建立一套適合‘金魁’獼猴桃果實品質評價的方法。目前利用PCA分析獼猴桃果實品質的研究較多，但對不同品種獼猴桃游離氨基酸主成分分析的研究未見報道。本文對陜西省獼猴桃主栽品種果實中游離氨基酸進行測定，并以10個品種獼猴桃果實中的游離氨基酸為分析變量，對獼猴桃游離氨基酸品質進行主成分分析與綜合評價，對評價陜西省主栽品種獼猴桃品質提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試獼猴桃為陜西省獼猴桃主產區周至及梅縣的主栽品種，分別為徐香、華優、翠香、金桃、紅陽、秦美、黃金果、金香、海沃德。新西蘭的海沃德（命名為海沃德（新））購于西安麥德龍超市。實驗所取樣品為獼猴桃鮮果，均處于成熟期，且大小均一，成熟度均一。將鮮果去皮研磨成獼猴桃漿汁待測。

天冬氨酸(Asp)、蘇氨酸(Thr)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、半胱氨酸(Cys)、纈氨酸(Val)、異亮氨酸(Ile)、甲硫氨酸(Met)、亮氨酸(Leu)、酪氨酸(Try)、苯丙氨酸(Phe)、賴氨酸(Lys)、組氨酸(His)、精氨酸(Arg)、脯氨酸(Pro)標準品、茚三酮、乙醇(以上均為色譜純)、緩沖溶液(P/N855-3407)日本和元純藥工業株式會社；001×7陽離子交換吸附樹脂 西安藍曉科技有限公司。

L-8900氨基酸自動分析儀日本日立公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 分析條件

色譜柱：3μm 磺酸型陽離子樹脂分離柱(4.6mm×60mm)；緩沖液流速：0.40m L/min；顯色劑溶液流速：0.35mL/min；檢測波長：570nm與440nm；柱溫：53℃；反應溫度：135℃；進樣量：20μL；最低檢測靈敏度：3pmol；適宜樣品濃度：1nmol /10μL。

1.2.2 游離氨基酸測定方法及含量計算

稱取獼猴桃漿汁0.1g于頂空進樣瓶中。向瓶中加入10m L 6mol/L 的HCl溶液超聲2min脫氣，吹氮氣2min，稱重后軋蓋放置于110℃烘箱中反應22h，稱重補重，過0.45um有機系濾膜，取200μL于10mL試管中用吹氮儀吹干后用5m L 稀鹽酸超聲5min復溶，過0.45μm濾膜，取1.5mL于樣品瓶中，上機待測。

式中：C 為游離氨基酸的含量(g/kg)；n 為游離氨基酸的檢測含量(nmol)；M 為游離氨基酸的相對分子質量(g/mol )；d 為稀釋倍數；V 為添加蒸餾水的體積(m L)；m 為樣品的質量(g)。

1.2.3 分析方法

1.2.3.1 適用性檢驗

適用性檢驗的常用方法主要有：巴特萊特球性檢驗、相關系數矩陣的直觀檢驗、KMO 檢驗法等[14]。本文采用相關系數矩陣的直觀檢驗，根據相關系數矩陣中相關系數的大小所反映出的原始變量之間的線性相關程度來進行適用性檢驗。

1.2.3.2 主成分分析

采用SPSS 19.0分析軟件，對不同品種獼猴桃游離氨基酸進行主成分分析，得原始數據相關系數矩陣的特征值、方差貢獻率及累計方差貢獻率，提取主成分。

選擇解釋主成分的指標變量時，主成分對應的特征值λj等于該主成分與各指標變量的相關系數ρi的平方和，因此可以將該主成分中各指標變量的相關系數的平方與該主成分特征值得比值作為指標變量對主成分值的貢獻率[15]。

式中：bi是指標變量在主成分中的方差貢獻率。

1.2.3.3 獼猴桃品質綜合評價

經主成分分析提取出主成分后進行綜合評價。綜合評價的方法為：以各個主成分對應的方差貢獻率作為權重βi，由各主成分得分Fi和對應的權重相乘求和得到綜合評價函數[16]。

式中：V為每個獼猴桃品種游離氨基酸的綜合評價得分。

按綜合評價函數計算綜合得分并進行大小排序綜合得分越大，綜合質量就越好[17]。

2 結果與分析

2.1 不同品種獼猴桃果肉17種游離氨基酸測定結果

游離氨基酸混合標準品色譜圖如圖1所示。從圖1可以看出，在30min之內，各種游離氨基酸能得到很好分離。利用氨基酸自動分析儀測定10個品種獼猴桃果肉中17種游離氨基酸結果如表1所示。結果表明10個品種獼猴桃果肉中均含有17種氨基酸，其中包括蘇氨酸（Thr）、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)和賴氨酸(Lys)7種人體必需氨基酸。從總氨基酸含量來看，含量最高的是金桃，其次是黃金果，含量最低的是海沃德（新）。在檢測的17種氨基酸中，谷氨酸在10個不同品種獼猴桃果肉中含量較高，平均含量為2.026g/kg；脯氨酸含量最低，平均含量為0.266g/kg。

通過對獼猴桃果實游離氨基酸的測定，發現10個品種獼猴桃果實中游離氨基酸總含量均比荔枝[9]、蘋果[17]等高，從氨基酸含量的角度來說，獼猴桃是一種營養價值較高的水果。

圖1 游離氨基酸標準品測定曲線Fig.1 Determination curves of standard samples of free amino acids

表1 10個品種獼猴桃中游離氨基酸含量Table1 Contents of free amino acid among ten varieties of kiw i fruit

2.2 適用性檢驗

根據相關矩陣直觀檢驗原則，利用SPSS軟件計算相關系數矩陣，結果如表2所示。氨基酸含量之間存在正相關也存在負相關，并且多數氨基酸含量間的相關系數的絕對值大于0.3，表明氨基酸含量之間有較強相關性。可以通過主成分分析的方法研究獼猴桃果肉中游離氨基酸與品種間的關系。

表2 氨基酸種類間相關性分析Table2 Correlation analysis of amino acid type

2.3 主成分分析

以游離氨基酸含量為分析指標，對10個品種獼猴桃果肉中17種游離氨基酸進行主成分分析。通過SPSS軟件計算主成分特征值、貢獻率和累積貢獻率，結果如表3所示。

依據累積貢獻率大于85%的原則，選擇主要成分。第1主成分特征值為8.724，貢獻率為51.316%，代表了不同品種獼猴桃果肉中17種游離氨基酸含量全部性狀的51.316%的信息；第2主成分特征值為4.343，代表了全部性狀的25.548%的信息；第3主成分特征值為2.049，代表了全部性狀的12.051%的信息；其他主成分特征值的貢獻率依次減少。前3個主成分的累積貢獻率達到88.915%，表明前3個主成分可以反映17種游離氨基酸的綜合性狀，所以確定主成分個數為3個。

根據主成分性質，計算指標變量對各主成分的方差貢獻率及累積貢獻率，其結果如表4所示。按各指標變量的貢獻率進行排序，按照累積貢獻率大于85%時為原則，選擇可以對主成分解釋分析的指標變量[17]。

表4 指標變量對主成分的貢獻率及累積貢獻率Table4 Contribution rate and cumulative contribution rate of indicator variables to principal component

Cys 5.18 77.77 Phe 4.50 90.82 Gly 2.03 95.44 Gly 4.25 82.03 Tyr 4.20 95.02 Thr 1.62 97.06 Ile 4.17 86.20 Lys 2.30 97.32 Leu 1.55 98.60 Glu 3.95 90.15 His 1.11 98.43 Cys 0.53 99.13

從表4可見，可解釋第1主成分的指標變量有亮氨酸、組氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、絲氨酸、酪氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、異亮氨酸；可解釋第 2主成分的指標變量有精氨酸、甘氨酸、異亮氨酸、脯氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、纈氨酸；可解釋第3主成分的指標變量有天冬氨酸、甲硫氨酸、精氨酸、谷氨酸、絲氨酸、酪氨酸、賴氨酸。以各主成分中特征值貢獻率最大來命名，第1主成分中亮氨酸的貢獻率最大為10.02%，可以將第1主成分命名為必需氨基酸因子，第2主成分中精氨酸的貢獻率最大為14.15%，可以將第2主成分命名為調節氨基酸因子，第3主成分中天冬氨酸的貢獻率最大為22.24%，可以將第3主成分命名為營養氨基酸因子[18]。選擇這3個主成分作為分析10個品種獼猴桃游離氨基酸的主要因子，研究不同品種獼猴桃氨基酸成分的差異。

2.4 綜合評價

經過主成分分析提取3個主成分，3個主成分為必需氨基酸成分、調節氨基酸成分、營養氨基酸成分，通過SPSS19.0軟件分析得到10個不同品種獼猴桃在各個主成分中的得分，根據F=F1*0.5132 +F2*0.2555 +F3*0.1205綜合評價模型計算各個品種的綜合得分，結果如表5所示。

表5 10個品種獼猴桃的成分得分和綜合得分Table5 Component scores and comprehensive scores of 10 varieties of kiw i fruit

從表5可見，在第一主成分必需氨基酸成分中，10個品種獼猴桃得分最高的是金桃，最低的是華優；在第二主成分調節氨基酸成分中，得分最高的是華優，最低的是金香；在第三主成分營養氨基酸成分中，得分最高的是黃金果，最低的是華優。計算得10個品種獼猴桃綜合得分， 10個不同品種獼猴桃游離氨基酸綜合評價排序依次為金桃、徐香、金香、翠香、黃金果、海沃德、紅陽、海沃德（新）、秦美、華優；金桃的綜合評價得分最高，并且較大程度上超出其它品種獼猴桃的綜合評價得分，說明金桃的游離氨基酸綜合質量較高，華優的綜合評價得分最低，其游離氨基酸的綜合質量較低；除金桃、徐香、與金香以外，其它品種獼猴桃游離氨基酸含量的綜合得分均為負，表示這些品種獼猴桃游離氨基酸綜合質量水平低于10個品種獼猴桃的平均水平；同時我國海沃德的綜合得分略高于新西蘭的海沃德。

陜西省主栽品種之間及新西蘭海沃德與我國海沃德之間，氨基酸綜合質量均存在差異，因此不同品種獼猴桃的風味與營養價值不同，經比較可以篩選出氨基酸品質較優的品種，如果需要篩選出綜合品質好的獼猴桃品種，還需對其它營養成分進行綜合分析，為選擇優質品種種植、生產及銷售提供理論依據。

3 結論

通過對10個品種獼猴桃游離氨基酸進行主成分分析，從檢出的17種游離氨基酸中提取了3個主成分。建立綜合評價模型計算獼猴桃游離氨基酸含量的綜合評價得分，綜合評價得分高低表明了獼猴桃游離氨基酸的綜合質量的高低。最終得出，10個品種獼猴桃游離氨基酸綜合評價得分排序為金桃＞徐香＞金香＞翠香＞黃金果＞海沃德＞紅陽＞海沃德（新）＞秦美＞華優。主成分分析的方法可以有效的比較10個品種獼猴桃中游離氨基酸綜合質量。

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