山西紅棗氨基酸含量測定及主成分分析

楊婧，侯艷霞，常寧

（山西林業職業技術學院園藝系，山西 太原 030009）

紅棗為鼠李科棗屬植物，在我國各地廣泛種植，它的營養價值極為豐富，包含糖類、脂肪、有機酸、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，不僅能夠調節營養物質代謝，還可以增強機體的免疫功能。紅棗的開發利用具有廣泛的市場前景，我國擁有豐富的紅棗資源，目前，國內已見關于紅棗的研究報道，例如：張艷紅等對新疆紅棗的氨基酸含量進行了測定，得出3種紅棗之間不存在顯著性的差異[11]。

本試驗比較分析了山西紅棗——壺瓶棗、板棗、木棗，明確3個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個品種紅棗中的氨基酸進行綜合評價與分析，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%）：福建維真園醫藥科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Biochrom30+氨基酸自動分析儀：英國Biochrom公司；WX-2真空泵、Tubemill試管研磨機：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，同時充入氮氣3 min，密封管后，置于110℃恒溫干燥箱內，水解22 h，冷卻，過濾后定容至50 mL。取2 mL于試管中，置于旋轉蒸發儀，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

采用氨基酸自動分析儀進行測定，流動相流速25 mL/h，茚三酮流速 20 mL/h，進樣量 20 μL，結果以峰面積計算，采用外標法計算氨基酸含量[19-23]。

1.3.3 分析方法

1.3.3.1 適用性檢驗

適用性檢驗的常用方法有：巴特萊特球性檢驗、抽樣適合性檢驗-KMO檢驗法（Kaiser-Meyer-Olkin）、相關系數矩陣直觀檢驗等。本試驗采用相關系數矩陣的直觀檢驗，依據相關系數矩陣中相關系數的大小得出的原始變量之間的線性關系，以此來進行適用性檢驗[24-25]。

1.3.3.2 主成分分析

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

1.4 數據處理

采用DPS數據處理系統對數據進行統計分析；采用SPSS17.0統計軟件對數據進行主成分分析。

2 結果與分析

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，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個品種紅棗中氨基酸含量Table 1 Contents of amino acid among three varieties of jujube

續表1 3個品種紅棗中氨基酸含量Continue table 1 Contents of amino acid among three varieties of jujube

對3種山西紅棗進行顯著性方差分析見表2。

表2 3個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 紅棗中氨基酸相關性分析

氨基酸種類間相關性分析見表3。

表3 氨基酸種類間相關性分析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系，并且在信息上存在大量疊加，最終導致評價結果不科學合理。主成分分析是設法將原來的變量重新組合成一組新的互相無關的幾個綜合變量，同時根據實際需要從中提取幾個較少的綜合變量，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，便于研究不同品種紅棗氨基酸的品質[28]。

2.3 主成分分析

對3個品種紅棗果肉中17種氨基酸進行主成分分析。前3個主成分累積貢獻率達到94.020%，代表了紅棗17種氨基酸的絕大部分信息，前3個主成分可以反映17種氨基酸的綜合性狀，因此選擇前3個主成分作為綜合指標對其品質進行綜合評價。主成分的初始特征值及累積方差貢獻率見表4。

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

表4 主成分的初始特征值及累積方差貢獻率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變量之間的相關系數，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的信息。所以提取3個主成分可以基本反映全部指標的信息，因此決定用3個新變量來代替原來的17個變量。

計算出每個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行排序，即可對不同品種紅棗進行綜合評價比較，結果見表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個不同品種紅棗氨基酸綜合評價排序依次為板棗、壺瓶棗、木棗。板棗的綜合評價得分最高，說明板棗中氨基酸綜合質量較高，木棗的綜合評價得分最低，其氨基酸綜合質量較低。

3 結論

本文通過利用氨基酸自動分析儀對不同品種紅棗果肉中的氨基酸含量進行測定，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行分析，并且從中提取了3個主成分，將多維指標降維處理，優化了選取的程序，其中含有所有氨基酸絕大部分信息。以方差貢獻率為權重，依據各主成分得分值與方差貢獻率建立綜合評價模型，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。對3種山西紅棗進行顯著性方差分析，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，原因主要是因為氣候、土壤環境、水肥管理、樹齡以及采收時期的不同。綜合得分的排名表明了紅棗氨基酸綜合質量的排名。最終得出，3個品種紅棗果肉中氨基酸綜合評價得分排序為板棗＞壺瓶棗＞木棗。生產過程中，首先應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，從而生產高品質紅棗，以提高紅棗產業的整體經濟效益。