12種飲用干花中微量元素主成分的分析

張 朋，張靜佳，楊玉良，祁正興，孫立卿

青海民族大學化學化工學院，青海 西寧 810007

0 引 言

飲用干花在我國歷史悠久，飲用花茶已經成為國人的一種生活習慣.飲用干花中本身除含有許多有益的氨基酸、維生素、植物化學物外，還含有豐富的多種微量元素，飲用干花用于泡茶、入藥、佐餐，對治病、養顏、保健、抗衰老都有很好的功效，對增強人類體質和保障人類健康至關重要.微量元素攝入過量、缺乏或不平衡都會不同程度地引起人體生理的異常或引發身體機能的病變［1－4］.由于飲用干花類似中草藥，其藥效和營養價值與其微量元素的含量關系密切.本研究對杭白菊等12種飲用干花中的微量元素含量進行了主成分分析，對其營養價值的評價給出了科學系統的理論依據.

1 主成分分析原理

主成分分析（Principle Component Analysis）是多元統計分析中的一種重要的數據挖技術，它將原始數據進行標準化處理，在不丟失主要數據信息的前提下，把眾多復雜的數據變量歸結為少數的幾個能表征原始數據信息且彼此不相關的變量.

2 12種飲用干花中微量元素的主成分分析

2．1 原始數據

本研究中12種飲用干花中的鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鉻、鎘、砷、鉛等10種微量元素的含量數據全部來自于文獻［5］，詳見表1.

2．2 原始數據的標準化處理

采用SPSS13．0對上述原始數據進行標準化處理，以消除原始數據之間量綱不同的影響，從而使進行標準化后的數據更科學、更具可比性，并且服從正態分布規律（標準化后的數據略）.

2．3 結果與分析

采用SPSS13．0統計學軟件計算了12種飲用干花中微量元素含量數據進行主成分分析得到主因子的特征值和方差貢獻率（見表2）、主成分載荷系數矩陣（見表3），由表2主因子的特征值和方差貢獻率可知，前四個因子的方差累計貢獻率為84．880%，大于80%，因此可以篩選出前四個因子來進行主成分分析；然后根據載荷矩陣得到主成分得分與綜合得分的關系式；最后以各因子的貢獻率作為權重進行線性加權求和計算得到各因子得分及排名.其中，主成分載荷系數矩陣反映了各個初始變量與主成分的相關程度，也反映了各個變量的重要程度及作用；綜合得分反映了各飲用干花的質量優劣，可以較為準確的評價各種飲用干花的營養價值.

根據上述主成分載荷系數矩陣得到各主成分得分及綜合得分的計算式從計算而得到各飲用干花的各因子得分，再根據得分情況進行排名見表4.

各主成分得分計算關系式：

F1＝0．325ZCa＋0．402ZMg＋0．280Zfe＋0．322ZMn＋0．372ZZn＋0．420ZCu－0．431ZCr＋0．191ZCd－0．094ZAS＋0．068ZPb

表1 12種飲用干花中微量元素的含量Table 1 Contentof trace elements in 12 kinds of drinking dried flowers /(μg/g)

F2＝－0．312ZCa－0．010ZMg＋0．416ZFe－0．201ZMn＋0．422ZZn－0．139ZCu－0．092ZCr－0．339ZCd＋0．482ZAs＋0．396ZPb

F3＝0．366ZCa＋0．301ZMg－0．221ZFe＋0．453ZMn－0．142ZZn－0．363ZCu＋0．069ZCr－0．529ZCd＋0．071ZAs＋0．281ZPb

表2 特征值和方差貢獻率Table 2 Characteristic value and variance contribution rate of the principal divisor

F4＝0．041ZCa＋0．185ZMg＋0．206ZFe＋0．227ZMn－0．033ZZn＋0．066ZCr－0．049ZCd＋0．547ZAs－0．691ZPb

綜合得分計算關系式：

表3 主成分載荷系數矩陣Table 3 Principal component load factormatrix

表4 主成分得分和排名Table 4 Principal comprehensive scores and rankings

F＝0．326 1F1＋0．266 58F2＋0．173 8F3＋0．082 3F4

根據表4中綜合得分F值的大小排名可知，桃花、野菊花、黃山貢菊的綜合得分分別是1．722、0．708 和 0．616，排名前三，所以桃花、野菊花、黃山貢菊的營養價值最高；其次是金盞菊、杭白菊、洋甘菊和粉玫瑰花；營養價值最差的是紅玫瑰花、月季花、七彩菊、蘋果花、紫玫瑰花.因此，我們在選擇飲用干花時就可以選則營養價值更高的桃花、野菊花和黃山貢菊.

3 討 論

采用用主成分分析降維的思想，該指數轉化為少數幾個綜合性指標，以排除原始數據共存中相互重疊的信息，而獲得最主要的信息［6］.根據主成分的載荷系數矩陣和各主成分的計算式可以得到如下結論：

第一主成分中起主要作用的元素是Cr、Cu和Mg，其中Cr的貢獻最大且為負相關；第二主成分中起主要作用的元素是As、Zn和Fe，其中As的貢獻最大且為正相關；第三主成分中起主要作用的元素是Cd、Ca和Mg，其中Cd的貢獻最大且為負相關；第四主成分中起主要作用的是Pb、As和Cr，其中Pb貢獻最大且為負相關.

Ca和Mg為人體所需的宏量元素，其中Ca為人體骨骼，牙齒形成時的必須的主要成分，且存在于人體血液，是多種生理機能的參與者；Mg能輔助鈣和鉀的吸收，具有預防心臟病、糖尿病和降低膽固醇的作用，很多重大疾病的發生都與微量元素鎂的缺乏有密切關系［7］.

Fe、Zn、Cu、Cr為人體必需微量元素，其中 Cu元素是合成血紅蛋白和多種蛋白酶的元素，可以提高機體防御功能［8］；Fe元素參與人體造血，是組成血紅蛋白，肌紅蛋白和含鐵酶的必要元素［9］；Zn元素是多種蛋白質、核酸和代謝酶的組成元素，能調節新陳代謝，增強機體免疫功能、促進組織修復、加速傷口愈合，另外鋅元素在調控基因的表達中也起著重要的作用［9－10］，通常把頭發中鋅的含量作為檢查人體健康狀況的重要指標［11］；Cr元素多存在于皮膚，參與糖脂肪的代謝過程和降低血液中的膽固醇含量，防止動脈硬化［10，12］.

As、Cd、Pb三種元素都是對人體有害的重金屬元素.As可致癌，無機砷及其化合物有劇毒；Cd攝入過量會造成兒童的智力低下和引發心臟病；Pb攝入過量的鉛會造成鉛中毒，對人體神經系統和血液系統造成危害［13］.

但是，依據《藥用植物及制劑進出口綠色行業標準》（標準號 WM/T2－2004）中執的行的標準：Cu（千克質量含量，下同）≤20．0mg/kg，Cd（千克質量含量，下同）≤0．30mg/kg，As（千克質量含量）≤2．00 mg／kg，Pb（千克質量含量）≤5．00mg/kg，以及我國農業部制《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》（標準號NY659－2003）中對鉻含量指標Cr（千克質量含量）≤5．00mg／kg可見，上述 12種飲用干花中野菊花、紅玫瑰花、桃花和蘋果花的銅含量超標，紅玫瑰花和紫玫瑰花的鎘含量超標，桃花的砷元素含量超標，這些可能是與花茶產地的水源和土壤等條件有關.

綜上所述，以主成分分析的方法去研究判別這12種飲用干花的營養價值具有一定的科學意義，有助于我們選擇營養價值更高的飲用干花.

致 謝

感謝青海民族大學化學化工學院提供的研究平臺！

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