不同產(chǎn)地杜仲葉中氨基酸的化學(xué)計量分析

周利兵 蔣才云 藍(lán)峻峰

摘要 綜合評價不同產(chǎn)地杜仲葉中氨基酸含量，采用因子分析和聚類分析方法對不同產(chǎn)地杜仲葉中的氨基酸含量進行分析，找出了杜仲葉中丙氨酸、甘氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、脯氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、酪氨酸15種氨基酸之間的關(guān)系。運用化學(xué)計量方法，結(jié)合MATLAB 2016軟件，對杜仲葉中氨基酸和生物活性進行研究。在因子分析和聚類分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個評價中藥質(zhì)量的化學(xué)計量模型，這些研究表明杜仲葉不僅具有很強的保健作用，而且具有很高的藥用價值。

關(guān)鍵詞 杜仲葉;氨基酸;因子分析;聚類分析;化學(xué)計量

中圖分類號 R284 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A ?文章編號 0517-6611（2020）19-0180-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.19.047

Abstract The objective of this study was to comprehensively evaluate 15 kinds of amino acids in Eucommia ulmoides leaves from different habitats. The factor and cluster analysis method was used to analyze the data of amino acids in Eucommia ulmoides leaves from different habitats and find out the relationship between 15 kinds of amino acids including alanine， glycine， valine， leucine， isoleucine， proline， serine， threonine， methionine， aspartic acid， glutamic acid， phenylalanine， lysine， histidine， tyrosine. Using MATLAB 2016 software， the factor and cluster analysis research was made on the relationship between amino acids and biological activities in Eucommia ulmoides leaves. On the basis of factor and cluster analysis， a stoichiometric model was established for quality estimation of traditional Chinese medicine. These studies show that Eucommia ulmoides leaves not only have a very strong role at the healthcare aspect， but also have high medicinal value.

Key words Eucommia ulmoides leaves;Amino acids;Factor analysis;Cluster analysis;Stoichiometry

作者簡介 周利兵（1978—），男，江蘇宿遷人，教授，從事計算機化學(xué)、計量學(xué)和統(tǒng)計學(xué)多學(xué)科交叉融合研究。

收稿日期 2019-10-08;修回日期 2020-04-08

杜仲葉主要產(chǎn)于湖南、陜西、四川、貴州、云南等地。《中藥大辭典》記載：“杜仲葉具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、補肝腎、強精骨、提高免疫力、延緩衰老等功效。”[1]《本草綱目》記載：“杜仲，能入肝補腎，補中益精氣，堅筋骨，強志，治腎虛腰痛，久服，輕身耐老。”由于我國杜仲葉資源分布廣泛，導(dǎo)致全國各地杜仲葉的品質(zhì)參差不齊。因此，科學(xué)評價杜仲葉具有非常重要的意義。

筆者采用因子分析和聚類分析方法，對不同產(chǎn)地杜仲葉中氨基酸含量數(shù)據(jù)進行了綜合分析，對杜仲葉中氨基酸和生物活性進行科學(xué)研究，為合理開發(fā)不同產(chǎn)地杜仲資源以及氨基酸和杜仲葉在醫(yī)療保健方面應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料來源

選取湖北恩施、云南昆明、湖南常德、重慶長壽4個不同產(chǎn)地杜仲葉中丙氨酸（X1）、甘氨酸（X2）、纈氨酸（X3）、亮氨酸（X4）、異亮氨酸（X5）、脯氨酸（X6）、絲氨酸（X7）、蘇氨酸（X8）、蛋氨酸（X9）、天冬氨酸（X10）、谷氨酸（X11）、苯丙氨酸（X12）、賴氨酸（X13）、組氨酸（X14）、酪氨酸（X15）15種氨基酸作為分析樣本，原始數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[2]。

1.2 研究方法

1.2.1 因子分析。因子分析法是通過把原始數(shù)據(jù)壓縮為少數(shù)的幾個因子來綜合反映全部因子的大部分信息的降維方法，這些壓縮后的新變量彼此間消除了多重共線性、互不相關(guān)，所包含的信息量占原始信息的85%以上，這些新變量分析本質(zhì)問題可信度很高[3]。

1.2.2 聚類分析。聚類分析是對研究對象進行分類，把所有的個案歸類在不同的類中，使同一類中個體有較大的相似性，不同類中個體有較大的差異。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用MATLAB 2016軟件對數(shù)據(jù)進行因子分析。提取主因子后，將主因子數(shù)據(jù)使用層次聚類方法進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 因子分析

2.1.1 原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。原始數(shù)據(jù)z-score標(biāo)準(zhǔn)化，即對同一變量減去其均值，再除以標(biāo)準(zhǔn)差，以消除原始數(shù)據(jù)之間的量綱影響，使標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)具備可比性[4-7]。標(biāo)準(zhǔn)化處理后數(shù)據(jù)如表1所示。

用MATLAB 2016進行因子分析，得到不同產(chǎn)地（湖北恩施、云南昆明、湖南常德、重慶長壽）杜仲葉中氨基酸的相關(guān)系數(shù)矩陣特征根和方差貢獻(xiàn)率（表2）。由表2可知，前2個主因子累計貢獻(xiàn)率達(dá)到96.328%，前2個主因子的特征值（λ>1）較大且連線較陡峭，即前2 個主因子對解釋變量的貢獻(xiàn)最大，提取前2 個主因子最合適，它代表了湖北恩施、云南昆明、湖南常德、重慶長壽杜仲葉中15種氨基酸96.328%的信息。

2.1.2 因子旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)后的因子載荷陣如表3所示。由表3可知，第1主因子F1主要包含原變量丙氨酸X1、纈氨酸X3、亮氨酸X4、異亮氨酸X5、絲氨酸X7、蘇氨酸X8、蛋氨酸X9、天冬氨酸X10、谷氨酸X11、苯丙氨酸X12、酪氨酸X15人體必需的氨基酸信息。第2主因子F2主要包含原變量甘氨酸X2、脯氨酸X6、賴氨酸X13、組氨酸X14的信息。

2.1.3 計算因子得分。

因子得分和綜合因子得分完全由MATLAB 2016專業(yè)軟件編程程序自動運行得到，見表4。由表4可知，不同產(chǎn)地杜仲葉中氨基酸含量從高到低依次為湖北恩施、云南昆明、湖南常德、重慶長壽。

2.2 聚類分析

聚類分析是數(shù)理統(tǒng)計的一種方法，先對原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后用2個主因子聚類的定量分析方法對湖北恩施、云南昆明、湖南常德、重慶長壽杜仲葉中氨基酸進行綜合評價并分類。該研究采用主因子聚類分析，在方法上采用歐氏矩離測量，每兩個樣本間用Average linkage 法連結(jié)，按順序作圖得圖1。

由圖1可知，樣本層次聚類分析聚成3類時，湖北恩施杜仲葉是一類，且含有的氨基酸在所有的樣品中最高;湖南常德和重慶長壽杜仲葉是一類，且含有的氨基酸在所有的樣品中最低;云南昆明杜仲葉為一類，且含有的氨基酸在所有的樣品中占中間。這與因子分析的結(jié)果一致，在因子分析的基礎(chǔ)上對不同產(chǎn)地杜仲葉中氨基酸進行聚類分類識別是可行的，所得結(jié)論客觀、可信、有說服力。

3 小結(jié)

應(yīng)用化學(xué)計量學(xué)方法[8-10]對不同產(chǎn)地（湖北恩施、云南昆明、湖南常德、重慶長壽）杜仲葉中氨基酸進行綜合分析，找出了不同產(chǎn)地杜仲葉中氨基酸和生物活性之間的關(guān)系，從杜仲葉中氨基酸含量看，湖北恩施和云南昆明杜仲葉的品質(zhì)較好，湖南常德和重慶長壽杜仲葉質(zhì)量較差。這些研究為不同產(chǎn)地杜仲葉和氨基酸在醫(yī)療保健方面應(yīng)用提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

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