全 文 :食用菌学报2014.21(3):66~69
收稿日期:2014-07-21原稿;2014-08-05修改稿
基金项目:国家科技支撑计划课题(编号:2013BAD16B08-02)的部分研究内容
作者简介:唐拥政(1973-),男,1995年毕业于南京师范大学,硕士,副教授,主要从事计算机网络与信息处理方面
研究。
*本文通讯作者 E-mail:tangqingjiu@saas.sh.cn
文章编号:1005-9873(2014)03-0066-04
主成分分析法在香菇化学成分评价中的应用
唐拥政1,宋春艳2,尚晓东2,王淑蕾2,唐庆九2*
(1盐城工学院,江苏盐城224001;2国家食用菌工程技术研究中心,农业部应用真菌资源与利用重点开放实验室,
上海市农业遗传育种重点实验室,上海市农业科学院食用菌研究所,上海201403)
摘 要:为了研究主成分分析法在香菇(Lentinula edodes)化学成分评价中的应用,利用SPSS软件对8种常
用香菇栽培材料的多糖、蛋白、糖醇和核苷类共9种化学成分进行分析。提取的前3个主成分的累计方差贡献
率为91.73%。决定第1主成分大小的主要是蛋白、尿嘧啶、尿苷、腺苷和香菇嘌呤;决定第2主成分大小的主
要是阿糖醇和甘露醇;决定第3主成分大小的主要是多糖和海藻糖。综合试验材料的主成分得分和综合得
分,S604、S605和S606化学成分组成优于其他品种。利用SPSS软件和主成分分析法可以有效地比较香菇品
种材料间化学成分品质差异,适用于香菇化学成分评价。
关键词:主成分分析;香菇;化学成分;多糖;蛋白;香菇嘌呤
香菇(Lentinula edodes)是世界第二大食用
菌[1],又名香菌、花菇、香蕈,俗称中国蘑菇,是我国
特产之一,在民间素有“山珍”之称,味道鲜美,香气
沁人,营养丰富,是我国重要的药食两用真菌[2-3]。
古籍记载香菇性平味甘、平,具有益气补虚、健脾
胃、活血美容颜之功效[4]。现代研究发现对高血
压、高血脂、动脉硬化者均可有治疗效果[5-7]。香菇
中蛋白质含量高于糙皮侧耳(Pleurotus ostreatus)、
双孢 蘑 菇 (Agaricus bisporus)、银 耳 (Tremela
fuciformis)等其他食用菌[8],碳水化合物含量在
50%以上,具有高蛋白低脂肪的特点,这是动物性
食品无法比拟的,是高血脂和肥胖症的病人的理想
食品[9]。在人们日常的饮食结构中适当增加香菇
的摄入量,能够增进食欲,平衡营养。
在香菇的营养、活性功能评价过程中,需对香
菇化学成分进行综合分析评价,才能对香菇的价值
做到全面认识。目前,我国人工栽培香菇品种较
多,为了解不同香菇品种之间化学成分含量是否具
有一定的差异,笔者对6个主栽品种在同一地点进
行栽培后,再测定其中的多糖、蛋白、糖醇、核苷类
等化学成分含量,同时以市售的金钱菇子实体和菇
柄材料为参照,尝试利用SPSS软件和主成分分析
法对8个香菇材料的化学成分进行分析,以期找到
一种评价香菇价值的新方法,为香菇的品种选育和
材料科学利用提供参考依据。
1 材料与方法
1.1供试菌株
香菇(L.edodes)菌株S604、S605、S606、808、
939、申香10号由农业微生物中心上海食用菌分中
心提供,测试子实体均为浙江丽水栽培基地栽培采
集;N1和N2分别为金钱菇菌株21的子实体和菌
柄,购于上海百信食药用菌科贸有限公司。
1.2生化成分含量测定方法
香菇中多糖含量测定参照文献[10]进行测定。
蛋白质含量测定参照GB/T 15673-1995凯氏定
氮法进行测定,阿糖醇、甘露醇和海藻糖含量测
定参照文献[11]进行测定,香菇嘌呤、尿嘧啶、尿
苷和腺苷类成分参照文献[12]进行测定。
1.3数据处理与分析
利用SPSS19.0软件和主成分分析法[13]对试
验数据进行处理。
2 结果与分析
2.1样品中生化成分含量
对同在浙江丽水栽培基地栽培的不同菌株
第3期 唐拥政,等:主成分分析法在香菇化学成分评价中的应用
香菇子实体中的生化成分多糖、蛋白、糖醇以及
核苷类成分进行分析,并与市售金钱菇菌株21
进行比较分析,测定的多糖、蛋白、阿糖醇、甘露
醇、海藻糖、香菇嘌呤、尿嘧啶、尿苷、腺苷的含量
结果见表1。由表1可知,不同菌株香菇9个成分
含量均存在不同程度的差异。其中核苷类成分
含量在品种间的差异程度最大,特别是香菇嘌呤
和尿嘧啶的差异系数达到44.26%和48.93%,多
糖和蛋白在品种间的差异系数较小,分别为
15.19%和20.27%。
表1 不同香菇样品的化学成分含量
Table 1 Levels of selected biochemical constituents in L.edodes fruit body samples
样品
Sample1)
多糖
Polysaccharide
蛋白
Protein
阿糖醇
Arabitol
甘露醇
Mannitol
海藻糖
Trehalose
香菇嘌呤
Eritadenine
尿嘧啶
Uracil
尿苷
Uridine
腺苷
Adenosine
S604 3.46 32.79 5.65 5.39 1.01 0.27 0.14 0.36 0.25
S605 4.32 27.68 6.67 8.05 1.71 0.18 0.12 0.22 0.17
S606 4.74 27.64 6.22 8.66 2.16 0.16 0.12 0.26 0.22
808 4.05 27.66 8.69 10.40 1.34 0.14 0.09 0.18 0.14
939 4.29 22.97 7.02 6.77 3.09 0.12 0.09 0.19 0.16
申香10号
Shenxiang 10
3.98 24.18 10.14 9.06 1.20 0.13 0.11 0.19 0.15
N1 3.80 24.48 3.78 7.93 3.20 0.20 0.04 0.16 0.12
N2 2.79 15.10 3.39 10.16 2.61 0.03 0.01 0.11 0.09
平均值
Mean
3.93 25.31 6.45 8.30 2.04 0.15 0.09 0.21 0.16
标准差
S.D.
0.60 5.13 2.27 1.67 0.86 0.07 0.04 0.07 0.05
S.D/Mean 15.19 20.27 35.28 20.15 42.06 44.26 48.93 35.56 31.90
Values are expressed as g/100g dry weight of sample;1)Samples S604,S605,S606,808,939and Shenxiang 10were fruit bodies
colected from Lishui cultivation base in Zhejiang;Samples N1and N2were whole fruit bodies and stipes of strain 21respectively,
purchased from Shanghai Baixin Edible and Medicinal Fungus Trading Co.Ltd
2.2香菇化学成分的主成分分析
通过主成分分析得出各主成分的特征值、方
差贡献率、累积方差贡献率(表2)和主成分载荷
矩阵(表3)。其中特征值表示了对应主成分能够
描述原有信息的多少,由表3可知,前3个主成分
的特征值均大于l,共提取3个主成分,第1主成
分对总方差的贡献率为60.77%,第2主成分对
总方差的贡献率为19.76%,第3主成分对总方
差的贡献率为11.20%,说明这3个主成分可以
反映该试验中原始数据的91.73%的信息。因此
提取前3个主成分代替原9个指标评价香菇品
质。对香菇品质评价的指标由初始的9个方面
降为3个彼此不相关的主成分,达到了降维的
目的。
表3为香菇的9个化学成分的主成分载荷矩
阵,该矩阵反映了化学成分指标对此主成分负荷
相对大小和作用的方向,即该指标对主成分的影
响程度。由表3可见,第1主成分中载荷较高的
品质指标有蛋白和尿嘧啶、尿苷、嘌呤、甘露醇和
表2 主成分的初始特征值
Table 2 Initial Eigenvalues of the principal component
主成分
Principal
component
特征值
Eigenvalue
方差贡献率
Account
(%)
累积贡献率
Total account
(%)
1 5.47 60.77 60.77
2 1.78 19.76 80.53
3 1.01 11.20 91.73
4 0.38 4.23 95.95
5 0.30 3.36 99.31
6 0.05 0.54 99.84
7 0.01 0.16 100.00
8 0 0 100
9 0 0 100
海藻糖成分,其中前五个指标对第1主成分产生
正向影响,后两个指标对第1主成分产生负向影
响。说明第l主成分大时蛋白含量越高,核苷类
成分含量也越高,而甘露醇和海藻糖含量会降
低,其他品质性状基本不变。第2主成分中,载
荷较高且符号为正的营养指标为阿糖醇和甘露
76
食 用 菌 学 报 第21卷
醇,该指标对第2主成分产生正向影响;载荷较
高且符号为负的品质指标有海藻糖和嘌呤,这两
个指标对第2主成分产生负向影响。第3主成分
中载荷高且符号为正的品质指标是多糖和海藻
糖,说明第3主成分大时,多糖和海藻糖含量
也高。
表3 各品质指标的主成分载荷矩阵
Table 3 Component matrix
成分
Biochemical
constituent
主成分Principal component
1 2 3
多糖Polysaccharide 0.48 0.40 0.76
蛋白Protein 0.95 0.01 0.01
阿糖醇Arabitol 0.38 0.86 0.03
甘露醇 Mannitol -0.65 0.62 -0.12
海藻糖Trehalose -0.61 -0.48 0.62
香菇嘌呤Eritadenine 0.85 -0.34 0.01
尿嘧啶Uracil 0.94 0.26 0.04
尿苷Uridine 0.94 -0.25 -0.15
腺苷 Adenosine 0.94 -0.15 -0.00
2.3香菇样品化学成分综合评价
用各指标变量的主成分载荷(表3)除以主成
分相对应的特征值开平方根,便得到3个主成分
中每个指标所对应的系数即特征向量,以特征向
量为权重构建3个主成分的表达函数式:
Z1=0.207 X1+0.407 X2+0.162 X3-
0.279 X4-0.263 X5+0.364 X6+
0.402 X7+0.401 X8+0.403 X9
Z2=0.301 X1+0.004 X2+0.642 X3+
0.465 X4-0.359 X5-0.253 X6+
0.198 X7-0.184 X8-0.115 X9
Z3=0.761 X1+0.013 X2+0.030 X3-
0.123 X4+0.616 X5+0.014 X6+
0.036 X7-0.146 X8-0.003 X9
3个表达式中,X1为多糖,X2为蛋白,X3为
阿糖醇,X4为甘露醇,X5为海藻糖,X6为香菇嘌
呤,X7为尿嘧啶,X8为尿苷,X9为腺苷。
以各个主成分对应的方差贡献率为权重,由
主成分得分和对应的权重线性加权求和得到综
合评价模型
F=0.295 Z1+0.272 Z2+0.249 Z3-0.1 Z4
-0.18 Z5+0.188 Z6+0.314 Z7+0.208 Z8+
0.242 Z9。根据主成分综合得分模型,可计算出9
个供试香菇材料的综合得分值和排序结果(表
4)。综合得分排在前3位的香菇品种依次是
S604、S606和S605。
表4 8个品种主成分因子得分
Table 4 Component and comprehensive scores of
eight L.edodes samples
样品
Strain/sample
主成分
Principal component
1 2 3
F
排序
Rank
S604 3.77 -1.61 -1.35 1.98 1
S605 1.03 0.36 0.30 0.80 3
S606 1.35 0.26 1.02 1.07 2
808 -0.09 1.74 -0.4 0.27 5
939 -0.38 -0.37 1.35-0.16 6
申香10号
Shenxiang 10
0.11 1.87 -0.5 0.42 4
N1 -1.43 -1.6 0.72-1.2 7
N2 -4.36 -0.66 -1.14-3.17 8
根据主成分载荷阵分析(表3),蛋白和核苷
类成分含量指标对第1主成分的正向影响最为
显著。由表1可知,S604的蛋白含量以及核苷类
成分香菇嘌呤、尿嘧啶、腺苷、尿苷的含量都是最
高的,因此综合评价排名也是第一。S606和
S605的蛋白和核苷类成分含量也较高,因此综合
排名为第二和第三。香菇菇柄的蛋白和核苷类
成分都是最低的,多糖含量也是最低的,分别对
第l和第3主成分正向影响最小,因此排名为最
后1名。
3 讨论
香菇不仅是风味独特的食用菌,同时还具有
很好的营养保健作用,如多糖可以调节人体的免
疫功能,香菇嘌呤具有很好的降血脂作用。因此
不仅可以以产量、抗病性、形状、大小等指标来选
育香菇的品种,还可以用化学成分含量为指标来
选育高化学成分组成的品种,对提取保健品或药
品的香菇原料也可以用其中的活性成分兼顾其
他指标来进行品种的选育。本研究对不同品种
香菇材料进行9种化学成分测定,结果表明,具
有降血脂功效的香菇嘌呤成分在不同品种中差
异显著,排名第1的S604品种较939和808高一
倍,排名最后的菇柄常由于价格便宜用于保健品
的提取。本试验结果显示:菇柄中具有保健功能
的多糖、蛋白、香菇嘌呤等的含量均很低,不适合
作为提取原料。
香菇价值评价通常根据营养、活性物质成分
的绝对含量进行,而对各成分之间的相互比例关
系考虑较少,这导致评价结果具有一定的片面性
86
第3期 唐拥政,等:主成分分析法在香菇化学成分评价中的应用
和狭隘性。本研究用主成分分析法将香菇化学
成分的9个指标简化为3个综合指标,避免了原
始数据信息的损失和人为的主观随意性。该研
究中建立了基于主成分的香菇营养活性价值综
合评价模型,利用该模型对香菇常规化学成分进
行评价简单又快捷。通过该模型可以发现目前
几个主栽品种在化学成分方面具有较大的差别,
新选育的品种S604、S605和S606在化学成分含
量上均优于以前的品种。
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Principal Component Analysis of Nine
Selected Biochemical Constituents Present in
Fruit Bodies of Eight Lentinula edodes Cultivars
TANG Yongzheng1,SONG Chunyan2,SHANG Xiaodong2,WANG Shulei 2,TANG Qingjiu2*
(1 Yancheng Institute of Technology,Yancheng,Jiangsu 224001,China;2 National Engineering Research
Center of Edible Fungi;Key Laboratory of Applied Mycological Resources and Utilization,Ministry of
Agriculture;Shanghai Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding;Institute of Edible Fungi,
Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai 201403,China)
Abstract:We have used Principal Component Analysis to undertake a comprehensive evaluation of the
polysaccharide,protein,arabitol, mannitol,trehalose,eritadenine,uracil,uridine and adenosine
constituents in eight Lentinula edodes samples(whole fruit bodies and stipes).Our data demonstrated the
cumulative contribution of the three principal components was 91.73%.The size of the first principal
component was determined mainly by the protein,uracil,uridine,adenosine and eritadenine constituents,
that of the second principal component mainly by arabitol and mannitol,and that of the third principal
component mainly by polysaccharide and trehalose.Higher principal component and integrated scores were
recorded for L.edodes strains S604,S605and S606,indicating that these cultivars contained higher levels of
the selected constituents compared with other test strains.We conclude that PCA is a useful tool for the
biochemical evaluation of L.edodes fruit bodies.
Key words:Principal Component Analysis;Lentinula edodes;polysaccharide;protein;eritadenine
[本文编辑] 于荣利
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