基于主成分分析法的不同等級香菇品質評價

靳榮線，李 峰，鄒 明，孔維麗，劉翼成，趙建選

（1.河南省新鄉市農業科學院食用菌研究所 河南新鄉 453000；2.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所 鄭州 450002）

香菇，隸屬真菌界、擔子菌門、蘑菇綱、蘑菇亞綱、蘑菇目、口蘑科、香菇屬，拉丁學名：（Berk.）Pegler，別名：中國蘑菇、香蕈、香信、冬菰、花菇、香菰，是我國食用歷史悠久及首次馴化栽培的優良食用菌,被視為“菇中之王”，也是一種食藥同源的食用菌，具有較高的食用、藥用和經濟價值，其肉質肥厚，口感細嫩，味道鮮美，香氣獨特，營養豐富，既可以作為珍貴的食材，也可以作為營養保健品，具有降膽固醇、降血壓、抗細菌、抗真菌、抗病毒、抗氧化、調節腸道微生物和增強免疫等功效。香菇已經成為了人們日常生活中經常食用的一種食用菌，國內和國際市場的需求量都比較大，目前也是我國產量比較大的一種食用菌。隨著生活水平的提高和香菇產量的不斷增長，人們對香菇品質的要求也越來越高，對香菇進行等級劃分已成為衡量香菇品質的重要方法。然而，現在鮮香菇采收后主要通過人工對其進行大小、性狀、破損等分選工作，勞動強度大，分級效率低，分級品質缺乏科學依據。而品質又是香菇優良品種最重要的評價指標之一，香菇現有的品質指標過多，檢測分析繁瑣，耗時耗力，因此對香菇品質指標進行簡化，構建科學、易操作的品質評價體系，對香菇營養品質開發和產品加工業的發展具有重要意義。主成分分析（principal component analysis，PCA）是把多個指標轉化為少數幾個不相關的綜合指標的一種多元統計分析方法。近年來這一評價方法已廣泛用于農產品品質差異的研究。PCA 法可為品質綜合評價體系的簡化提供方便，因其可以從眾多影響因素中解析出主要的因素，減少評價指標，從而簡化整個評價過程。筆者在參考香菇等級標準的基礎上，對14 級香菇的7 個品質參數進行PCA，對不同等級進行綜合評價，以期為不同香菇的營養價值及產品的開發利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗品種：豫香1 號，引自河南省農業科學院種質資源庫。

1.2 采集地點

鮮香菇于2022 年1 月5 日采集于河南省三門峽市盧氏縣獅子坪向陽食用菌園藝場。

1.3 樣品等級

各等級香菇性狀見表1和圖1。

圖1 14 級香菇子實體

表1 14 級香菇外觀性狀

1.4 取樣

每個等級取1.5 kg 新鮮子實體，送至農業農村部農產品質量監督檢驗測試中心（鄭州）進行7 個品質參數的測定。

1.5 測定指標及方法

參照GB 5009.3—2016的方法測定子實體水分含量；參照GB/T 5009.10—2003的方法測定粗纖維含量；參照GB 5009.5—2016的方法測定蛋白質含量；參照GB 5009.124—2016的方法測定氨基酸含量；參照NY/T 1676—2008的方法測定粗多糖含量；參照GB 5009.4—2016的方法測定總灰分含量；參照GB 5009.6—2016的方法測定脂肪含量。

1.6 數據處理

采用統計學軟件SPSS 19 Duncan 法進行數據方差分析和多重比較，采用Excel 2003 進行柱狀圖的繪制，采用Origin 64 進行主成分分析和相關性分析繪圖。

2 結果與分析

2.1 差異性分析

水分含量：由圖2-A 可見，不同等級香菇含水量均在80 g·100 g以上，10 級含水量（，后同）最高（88.1 g·100 g），但與6、9、11、12、13、14級之間無顯著差異，與1、2、3、4、5、7 和8 級存在顯著差異；3 級（小花菇）含水量最低為82.6 g·100 g，與其他等級之間差異顯著；1 和2 級含水量較低，且二者差異不顯著，與其他等級間差異顯著；7 級除與5 級、8 級之間無顯著差異外，與其他等級之間差異顯著；9、11、13 和14 級含水量相當。這表明各級香菇含水量差異不大，但菌蓋有明顯花紋的香菇（1、2、3 級）含水量較其他香菇偏低。

粗纖維含量：由圖2-B 可見，不同等級粗纖維含量范圍在4.6～5.5 g·100 g，其中以3 級的含量最高，并與其他等級之間存在顯著差異，其次為2、11、13 級含量較高；6 級的含量最低，與其他等級之間存在顯著差異；1 和12 級，2、11 和13 級，4 和7 級，5、8 和14 級，9 和10 級粗纖維含量分別相同，且分別與其他等級間差異顯著。

蛋白質含量：14 個等級香菇的蛋白質含量均在3 g·100 g以上，1 級含量最高，達3.82 g·100 g，除與9 級具有相當蛋白質含量之外，與其他等級含量差異顯著；5 級的蛋白質含量最低，僅為3.05 g·100 g，并與其他等級之間差異顯著；3 級與6、11 級無顯著差異，但與其他等級之間均存在顯著差異；2、7 和12 級，4 和14 級蛋白質含量相當，并分別與其他等級之間差異顯著；4、8、和14 級之間沒有顯著差異；10 和13 級之間沒有顯著差異，與其他等級間差異顯著（圖2-C）。

氨基酸含量：14 個等級香菇的16 種游離氨基酸含量為18.66～26.06 g·100 g，除1 和11 級具有相似氨基酸含量外，其他相互之間均存在顯著差異，其中等級9 的氨基酸含量最高，等級5 的含量最低（圖2-D）。

粗多糖含量：14 個等級香菇的粗多糖含量具有較大差異，范圍在0.48～1.01 g·100 g。2 級粗多糖含量最高，并與其他等級存在顯著差異；8 級含量最低，除與6、7、10 級無顯著差異外，與其他等級差異顯著；1 級與2、3、8、14 級差異顯著；3 與14 級具有相近含量，并與其他等級差異顯著；4、5、13 級，6、7和10 級，11 和12 級具有相近的粗多糖含量（圖2-E）。

圖2 不同等級香菇參數差異性分析

總灰分含量：14 個等級香菇的總灰分含量差異不大，含量在0.74～0.99 g·100 g，3 級灰分含量最高，與其他等級之間均存在顯著差異；13 級含量最低；4 和10 級具有相近含量，并與1、2、3 和11 級差異顯著；5、6 和14 級具有相近含量，并與1、3 級差異顯著；7 和9 級具有相近含量，并與3 和13 級差異顯著；8 和12 級具有相近含量，并與3 級差異顯著；10級與1、2、3 和11 級含量差異顯著（圖2-F）。

脂肪含量：不同等級香菇中脂肪的含量差異不大，僅有0.2 g·100 g或0.3 g·100 g，1、2、4、13 和14 級的脂肪含量相同，均為0.3 g·100 g，其他等級均為0.2 g·100 g，且2 種含量具有顯著差異（圖2-G）。

2.2 7個品質參數主成分分析

近年來，化學檢測分析結合主成分分析、相關分析、聚類分析等多種統計分析的方法應用于農業科學領域，在研究多指標的綜合效應上具有科學性和重要實踐指導意義。為充分展示不同品質指標對品質評價的貢獻大小，通過主成分分析法（PCA）對14 個等級香菇營養品質評價指標進行分析，以期為品質綜合評價的簡化提供方便。

由圖3 可以看出，不同樣本點數據均位于95%置信區間內，按照特征值大于1 的提取原則，共提取到2個主成分，2 個主成分的累計方差貢獻率為67.112 10%，說明2 個主成分能夠反映參數的大部分信息，因此可以用這2 個PC 代替上述的7 個品質指標對不同等級香菇進行評價和判斷，其中主成分1（PC1）占43.113 79%，主成分2（PC2）占23.998 31%（表2），6 個參數與PC1 呈正相關，按照貢獻從大到小依次為總灰分含量、蛋白質含量、氨基酸含量、粗纖維含量、粗多糖含量和脂肪含量，1 個參數與PC1 呈負相關，為含水量。3 個參數與PC2 呈正相關，按照貢獻從大到小依次為粗多糖含量、脂肪含量和粗纖維含量。4 個參數與PC2 呈負相關，按照貢獻從大到小依次為氨基酸含量、蛋白質含量、含水量和總灰分含量（表3）。PCA 分析結果表明，可將含水量，粗纖維、蛋白質、氨基酸、粗多糖、總灰分、脂肪含量7 項營養品質指標簡化為總灰分含量和粗多糖含量2 個指標，通過此方法對營養品質進行分析，可作為篩選營養品質最優香菇材料的依據。簡化的指標較原有指標分析相對簡單，可幫助育種工作者或深加工企業能快速簡便地對香菇品質進行分析。

圖3 參數主成分分析

表2 主成分貢獻率

表3 品質參數指標載荷

2.3 7個品質參數相關性分析

為進一步直觀展示品質指標之間的相互關系，對數據基于熱圖分析，結果如圖4 所示，在0.05 顯著水平下，香菇的不同營養品質參數間存在一定的相關性，除含水量和蛋白質含量、氨基酸含量、粗多糖含量、粗纖維含量、脂肪含量、總灰分含量之間呈負相關，脂肪含量和蛋白質含量、總灰分含量、氨基酸含量分別呈負相關之外，其他參數之間分別呈正相關，其中蛋白質含量和氨基酸含量具有顯著正相關，總灰分含量與其他參數之間呈顯著相關，這與主成分分析結果一致。

圖4 7 個品質參數相關性分析

3 討論與結論

香菇營養質量的好壞主要取決于子實體中的化學成分。含水量是衡量食用菌品質的重要指標之一，從含水量來看，屬于花菇類的1、2、3 級香菇，含水量較低，其中小花菇（3 級）的含水量最低（82.6%），這幾類香菇較耐貯藏并適宜作為干菇食用。香菇子實體中的可溶性糖和可溶性蛋白質在采后貯藏中是其代謝所需營養物質的重要來源，兩者含量的下降是組織衰老的重要標志，香菇多糖對人體具有較高的生理活性及功效，其含量是食用菌重要的營養指標和質量指標之一，1 級香菇蛋白質含量最高（3.82 g·100 g），2 級香菇粗多糖含量最高（1.01 g·100 g），初步表明這兩類香菇可作為食用菌功能性產品原料加以研究利用。氨基酸的存在有助于食用菌特征風味的形成，游離氨基酸是一類非蛋白質氨基酸，是人體內維生素E、葉酸等營養素的良好來源。游離氨基酸可以被人體直接吸收利用，其含量和成分能夠反映出食品的營養價值，其中的呈味氨基酸可使食物呈現出酸、甜、苦、澀、鮮等味感，形成了食物豐富的味覺層次，因此，其含量直接影響食物的鮮美程度，是評價其食用品質的一項重要指標，9 和11 級的氨基酸含量較高（26.06、25.72 g·100 g），這兩類香菇味道鮮美，是烹飪的較佳選擇。香菇中豐富的粗纖維有助于現代“文明病”如便秘、肥胖癥等的防治，但是粗纖維含量過高會影響口感，比如菌柄纖維素含量較菌蓋高因而口感差，14 個等級香菇的粗纖維含量均在4.6～5.5 g·100 g，均適合長期食用，以加強腸道蠕動。灰分是食品中無機成分總量的一項指標，代表食品中礦物質和無機鹽的含量，是構成人體組織和維持正常生理功能必需的物質，相關研究報道，總灰分含量是香菇營養品質的主因子，并和K、P、Mg 含量高度相關，是香菇營養品質評價的主要指標，3、1 和2 級總灰分含量較高（0.99、0.90、0.86 g·100 g），經常食用可提高人體免疫力，發揮保健作用。香菇高蛋白低脂肪的營養特點深受消費者青睞，14 個等級香菇中的脂肪含量為0.2 g·100 g或0.3 g·100 g，均低于各類新鮮蔬菜脂肪含量的均值（0.34～0.51 g·100 g）。

綜上所述，14 個等級香菇宏量營養指標含量不同，初步得出1、2、3 級香菇（花菇類，肉厚，菇面一半以上面積有明顯花紋，菇形圓整，開傘程度一半以內，無發霉破碎、黑焦處）與其他等級相比，含水量低、總灰分含量較高、粗多糖含量較高、氨基酸含量較高，筆者將會在后續研究中以此次工作為基礎，進行優質香菇篩選模式研究，以期提高香菇優良種質創制效率。