基于氨基酸含量的市售15個產區黑木耳的綜合評價

王麗艷，王鑫淼，荊瑞勇，吳 楠

（黑龍江八一農墾大學生命科學技術學院，黑龍江大慶 163319）

黑木耳（Auricularia auricular-judae）屬擔子菌亞門層菌綱木耳科木耳屬[1]，主要分布在中國、韓國和日本等國家，其中以中國黑龍江的黑木耳品質最好，產量最高[2]。黑木耳由子實體、菌柄和菌絲體三部分組成，其中子實體中富含多種營養物質，含有氨基酸17種，含量高者可達10%以上，其中包括7種人體所必須的氨基酸[3]。還含有蛋白質、脂肪酸、以及膳食纖維等營養物質[3]；一定量的礦物質，如鐵、鈣等，其含量顯著高于豬肉[4]；同時還含有大量的功能性成分，如黑色素[5]、類黃酮[6?7]、多糖[8?10]和多酚[11]等。研究表明黑木耳還具有抗腫瘤[12]、抗凝血[13]、提高人體免疫力[14]、延緩衰老[15]、降低血液中膽固醇[16]等作用。因此黑木耳是一種營養豐富、味道鮮美，并且具有藥理作用的食用真菌[17]。

游離氨基酸具有重要的生理功能和藥用價值[18]。游離氨基酸可直接被人體吸收，其成分和含量可以反映出食品的營養價值，因此可以作為食用品質的一項重要指標[19]。關于利用氨基酸含量來進行營養價值評價的研究已在多種食品上有相關報道，如花椒[20]、黃花菜[21]、百合[22]、桑椹[23]、食用蘑菇[24]、核桃[25]等。由于氨基酸種類多，利用不同的氨基酸來評價食品的營養價值可能得到的結果不同，因此利用某一種氨基酸來進行食品營養價值的評價是不客觀的，基于此很多的研究者利用主成分分析（principal component analysis，PCA）來進行食品營養價值的綜合評價[23?25]。主成分分析法是一種可以把多個指標轉化為少數幾個不相關的綜合指標的多元統計分析方法[26]，這一方法可以從多個影響因素中解析出主要因素來減少評價的指標，從而簡化整個評價過程[27]。主成分分析法近年來被廣泛應用于農產品品質差異方面的研究，雷月等[28]利用主成分分析法綜合評價蒸谷米的品質，得出12個品種中“玉針香”的品質最佳。王建芳等[29]利用主成分分析法評價不同品種燕麥的品質，在10個品種中篩選出3個品質較好的品種。荊瑞勇等[30]利用主成分分析法綜合評價來源于黑龍江和日本的18個水稻品種的品質，得出來源于黑龍江的龍粳39品質最好。

目前關于黑木耳氨基酸組成及含量的研究已有少量相關報道，姜萍萍等[31]在進行五種食用菌氨基酸含量測定及營養評價的研究時對黑木耳的氨基酸種類和含量進行了測定，彭裕紅[32]在研究段木和代料黑木耳產品質構和營養評價時對兩種栽培方式下的黑木耳進行了氨基酸組成和含量的測定。本課題組前期對黑龍江省8個來源地的黑木耳進行了營養品質評價，對氨基酸總量進行了測定，利用灰分、粗脂肪、蛋白質、多糖、粗纖維和氨基酸總量這6個指標對黑木耳進行了品質評價[33]。目前關于利用氨基酸含量對黑木耳品質綜合評價方面的研究未見報道，基于此，本研究對市售15個產區黑木耳的氨基酸組成和含量進行測定，并進行了主成分分析，對15個產區黑木耳進行基于氨基酸含量的綜合評價，以期為不同產區黑木耳的營養價值評價及黑木耳產品的開發利用提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑木耳 分別購置于黑龍江、吉林、遼寧、新疆、西藏、內蒙古、甘肅、河北、陜西、湖北、浙江、江西、四川、云南和貴州15個黑木耳栽培區，購回后將黑木耳置于烘箱中50℃烘干至恒重，經粉碎后過80目篩，密封?20℃保存備用；茚三酮 德國Menbar Pure公司；氨基酸標準品 美國Sigma公司；磺基水楊酸、濃鹽酸、氫氧化鈉等 均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立高新技術公司；Centrifuge 5424 R 德國Eppendorf；TLG-01型小型高速粉碎機 北京天利恒誠科技有限公司；DELTA320 p H酸度計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；

1.2 實驗方法

1.2.1 黑木耳樣品前處理 參考郭嘉貴等[33]測定方法略有改動。精確稱取各樣品粉末1.000 g，置于50 mL的離心管中，加入30 mL的超純水溶解，室溫下超聲（250 W，40 k Hz）提取30 min，每5 min震蕩使底部沉淀分散，8000 r/min離心15 min，取上清液，重復提取3次，收集上清液定容至100 mL，取上清液過0.22μm水系微孔濾膜上機待測。

1.2.2 氨基酸的分析測定 采用氨基酸自動分析儀進行分析測定，檢測波長為440和570 nm，分離柱為陽離子交換樹脂2619，茚三酮溶液流速為0.35 mL/min，緩沖液流速為0.40 mL/min，進樣量為20μL。采用系統自帶的軟件進行數據分析，對每個樣品圖譜進行積分后選定校正文件進行計算。每個樣品重復測定3次，結果取平均值。

1.3 數據處理

1.3.1 隸屬函數值

式中：U（Xj）表示第j個綜合指標的隸屬函數值；Xj表示第j個綜合指標，j=1,2,···,n；Xmin與Xmax分別表示第j個綜合指標的最小值與最大值[34]。

1.3.2 權重

式中：Wj表示第j個綜合指標的權重，Rj為第j個綜合指標的貢獻率[35]。

1.3.3 綜合評價值

式中：D表示不同產區黑木耳氨基酸的綜合評價值[36]。

1.3.4 數據整理 采用Excel 2013統計軟件；相關性分析和主成分分析（PCA）：采用R語言；聚類分析：采用SPSS 20.0數據分析軟件。

2 結果與分析

2.1 市售15個產區黑木耳氨基酸組成及相關性分析

從表1中所選的15個產區黑木耳氨基酸組成可以看出，所有產區的黑木耳均含有17種氨基酸，游離氨基酸總含量最高為黑龍江產區為，最低為甘肅產區。構成蛋白質的氨基酸為20種，其中8種為人體必需氨基酸，黑木耳中含有7種必需氨基酸，分別為甲硫氨酸（Met）、賴氨酸（Lys）、苯丙氨酸（Phe）和蘇氨酸（Thr）、纈氨酸（Val）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）。必需氨基酸含量最高為遼寧產區，最低為四川產區。黑木耳中含有的2種限制性氨基酸為甲硫氨酸（Met）和賴氨酸（Lys），對于限制性氨基酸含量最高為遼寧產區，最低為湖北產區。另外15個產區的黑木耳中含有全部的6種呈味氨基酸，分別為苯丙氨酸（Phe）、天冬氨酸（Asp）、谷氨酸（Glu）、和酪氨酸（Tyr）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala），呈味氨基酸含量黑龍江產區最高為47.89 mg/g，甘肅產區含量最低為33.81 mg/g。

表1 市售15個產區黑木耳氨基酸組成及含量（mg/g）Table 1 Amino acid composition and contentsof Auricularia auricular-judae for salefrom 15 producing areas(mg/g)

在17種氨基酸中Gly含量在4.11～6.65 mg/g之間，變異系數為12.25%，在所有氨基酸中最小，說明黑木耳產區對Gly含量的影響最小。其中His含量在0.65～8.88 mg/g之間，變異系數為66.64%，在所有氨基酸中最大，說明黑木耳產區對His含量的影響最大。其它15種氨基酸的變異系數介于12.25%～66.64%之間，按變異系數大小對17種氨基酸的影響進行排序，通過變異系數的大小可知黑木耳產區對不同氨基酸含量的影響順序為：His>Pro>Asp>Cys>Lys>Thr>Ala>Arg>Ser>Val>Glu>Tyr>Met>Phe>Ile>Leu>Gly。氨基酸含量的差異可能是因為不同產區的培養基質配方不同以及基質的營養成分差異所造成的。

對15個產區黑木耳的17種氨基酸含量進行相關性分析（表2）可知，17種氨基酸含量之間具有不同的相關性，有正相關，也有負相關，其中Arg含量與Thr含量相關性最強，呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數為0.920。Ala含量與Asp含量呈極顯著負相關（P<0.01），且負相關性最強，相關系數為?0.862。其他各種氨基酸含量之間均具有不同程度的相關性。但通過某一種氨基酸指標來評定不同產區黑木耳的優劣是不客觀的，因此接下來通過主成分分析進行不同產區黑木耳的綜合評價。

表2 市售15個產區黑木耳氨基酸含量相關性分析Table 2 Correlation analysis of amino acid contents of Auricularia auricula-judae for sale from 15 commercial areas

2.2 市售15個產區黑木耳氨基酸含量的主成分分析

2.2.1 市售15個產區黑木耳氨基酸含量主成分提取

本研究以市售15個產區黑木耳的17個氨基酸含量指標構成17×15的矩陣，利用R語言對17個氨基酸含量進行主成分分析[23]。相關矩陣的主成分分析結果見表3，可提取出4個主成分，累計方差貢獻率達到89.674%，因此可以用這4個主成分代替上述的17個氨基酸指標對15個產區黑木耳進行評價和判斷。4個主成分分別定義為第1主成分、第2主成分、第3主成分和第4主成分，由表4可知其各主成分對應特征向量為：

表3 市售15個產區黑木耳氨基酸組成主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率Table 3 Eigenvalue of the principal components and their contribution and cumulative contribution of amino acid component of Auricularia auricular-judae for sale from 15 producing areas

表4 市售15個產區黑木耳氨基酸組成主成分的特征向量與載荷矩陣Table4 Principal component eigenvectorsand loading matrix of amino acid component of Auricularia auricular-judae for salefrom 15 producing areas

第1主成分=0.110x1+0.260x2+0.284x3+0.294x4+0.275x5+0.321x6+0.256x7?0.200x8+0.188x9+0.251x10+0.276x11+0.232x12+0.218x13+0.265x14?0.252x15+0.202x16?0.137x17

第2主成分=?0.138x1?0.234x2+0.097x3+0.022x4?0.148x5+0.019x6+0.297x7+0.385x8+0.285x9?0.150x10+0.229x11?0.243x12?0.214x13+0.173x14?0.121x15+0.414x16+0.424x17

第3主成分=0.648x1?0.016x2?0.334x3+0.178x4+0.177x5?0.120x6?0.021x7+0.109x8?0.288x9?0.174x10?0.065x11?0.169x12+0.198x13+0.108x14?0.364x15+0.063x16+0.213x17

第4主成分=0.183x1+0.304x2+0.073x3?0.310x4?0.225x5?0.104x6+0.106x7?0.214x8+0.479x9?0.352x10?0.243x11+0.285x12+0.222x13?0.075x14?0.087x15?0.068x16+0.306x17

由圖1和表3、表4可知，第1主成分的方差貢獻率為54.302%，在第1主成分的表達式中，Phe含量（x6）系數最大，為0.321；第2主成分的方差貢獻率為18.846%，在第2主成分的表達式中，Arg含量（x16）、Pro含量（x17）系數較大，分別為0.414和0.424；第3主成分的方差貢獻率為9.611%，在第3主成分的表達式中，Met含量（x1）系數最大，為0.648；第4主成分的方差貢獻率為6.914%，在第4主成分的表達式中，Ser含量（x9）系數最大，為0.479。綜合分析上述結果，Phe、Arg、Pro、Met和Ser可以作為市售15個產區黑木耳基于氨基酸含量的綜合評價指標。

圖1 市售15個產區黑木耳氨基酸組成主成分圖Fig.1 Chart of principlecomponentsof amino acid component of Auricularia auricular-judae for salefrom 15 producing areas

2.2.2 市售15個產區黑木耳的綜合評價

2.2.2.1 隸屬函數分析 根據式（1）計算每一個產區黑木耳各綜合指標的隸屬函數值（表5）。從表5中可以看出，在第1主成分這一綜合指標上黑龍江產區表現出的品質最好，四川產區表現出的品質最差；在第2主成分這一綜合指標上河北產區表現出的品質最好，甘肅產區表現出的品質最差；在第3主成分這一綜合指標上甘肅產區表現出的品質最好，四川產區表現出的品質最差；在第4主成分這一綜合指標上遼寧產區表現出的品質最好，黑龍江產區表現出的品質最差。

2.2.2.2 各綜合指標權重的確定 根據各綜合指標貢獻率的大小，第一綜合指標的貢獻率為54.302%，第二綜合指標的貢獻率為18.846%，第三綜合指標的貢獻率為9.611%，第四綜合指標的貢獻率為6.914%，可用公式（2）求出其權重。經計算，4個綜合指標的權重分別為0.606，0.210，0.107和0.077（表5）。

2.2.2.3 市售15個產區黑木耳的綜合評價 根據式（3）計算市售15個產區黑木耳綜合評價即D值的大小（表5），并根據D值對不同產區黑木耳優劣進行排序。通過對D值進行排序得出市售15個產區黑木耳基于氨基酸含量的品質優劣順序為：黑龍江>遼寧>西藏>內蒙古>陜西>江西>浙江>河北>吉林>新疆>貴州>云南>湖北>甘肅>四川。

2.2.3 市售15個產區黑木耳聚類分析 采用組間聯接法對表5中的D值進行聚類分析，建立了市售15個產區黑木耳聚類樹狀圖（圖2），從圖2中可以看出，聚類分析將其劃分為三大類。其中，第I類包括黑龍江、遼寧和西藏3個產區，其綜合評分較高；第II類包括，內蒙古、陜西、江西、浙江、河北、吉林、新疆、貴州、云南、湖北和甘肅11個產區，其綜合評分居中；第Ⅲ類包括四川1個產區，其綜合評分較低。

圖2 市售15個產區黑木耳氨基酸組成的聚類圖Fig.2 Quality dendrogram of Auricularia auricular-judae for sale from 15 producing areas

表5 市售15個產區黑木耳綜合指標值、權重、隸屬函數值、D值及排序Table 5 Comprehensive index values,weightiness,subordinative function values and D values of Auricularia auricular-judae for sale from 15 producing areas and quality rank

3 結論

本研究對市售15個產區黑木耳的氨基酸組成和含量進行測定，15個產區黑木耳均含有17種氨基酸，黑木耳產區對17種氨基酸含量指標的影響順序為：His>Pro>Asp>Cys>Lys>Thr>Ala>Arg>Ser>Val>Glu>Tyr>Met>Phe>Ile>Leu>Gly；主成分分析可提取出4個主成分，累計貢獻率達到89.674%，其中Phe、Arg、Pro、Met和Ser可以作為市售15個產區黑木耳基于氨基酸含量的綜合評價指標；綜合評價出市售15個產區黑木耳基于氨基酸含量的品質優劣順序為：黑龍江>遼寧>西藏>內蒙古>陜西>江西>浙江>河北>吉林>新疆>貴州>云南>湖北>甘肅>四川；聚類分析可將黑木耳產區劃分為三大類，第I類包括黑龍江、遼寧和西藏3個產區，其綜合評分較高；第II類包括內蒙古、陜西、江西、浙江、河北、吉林、新疆、貴州、云南、湖北和甘肅11個產區，其綜合評分居中；第Ⅲ類包括四川1個產區，其綜合評分較低。研究結果可為不同產區黑木耳的營養價值評價及黑木耳產品的開發利用提供一定的理論參考。課題組前期對黑龍江省8個來源地的黑木耳進行了營養品質評價，本文測定了市售15個產區黑木耳氨基酸含量并對其進行了主成分分析，關于不同產區黑木耳礦物質元素含量測定及主成分分析有待進一步的研究。