基于主成分分析法的不同等级香菇品质评价

摘     要：为研究不同等级香菇品质的差异，以14个等级的香菇为材料，测定分析了含水量以及粗纤维、蛋白质、氨基酸、粗多糖、灰分、脂肪含量7个品质参数，通过主成分和相关性分析对其品质进行综合评价。结果表明，等级间品质存在差异，但也存在相似性，均表现为粗纤维含量最高，其次为蛋白质含量，脂肪含量最低;其中3级的粗纤维含量最大，达到5.5%;1级的蛋白质含量最高，为3.82%;所有等级的脂肪含量仅为0.2%或0.3%。对主成分进行分析（PCA），提取出2个主成分（累计方差贡献率为67.112 10%），其中总灰分与PC1呈正相关。参数相关性矩阵分析结果显示，蛋白质、氨基酸、总灰分含量三者之间呈正相关，其中灰分含量与其他参数具有最大范围的相关性，这与主成分分析结果基本一致。本研究结果为香菇分级研究与利用提供了基础，也为香菇定向育种提供了参考。

关键词：香菇;等级;品质;主成分分析

中图分类号：S646.1+2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2022）08-050-07

Evaluation of Lentinula edodes quality based on principal component analysis

JIN Rongxian1， LI Feng1， ZOU Ming1， KONG Weili2， LIU Yicheng1， ZHAO Jianxuan1

（1.The Institute of Edible Fungi， Xinxiang Academy of Agricultural Sciences， Xinxiang 453000， Henan， China; 2. Institute of Plant Nutrition， Agricultural Resources and Environmental Science， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， Henan， China）

Abstract： In order to study the quality differences of Lentinula edodes， seven quality parameters including water content， crude fiber， protein， amino acid， crude polysaccharide， ash and fat were measured and analyzed using 14-grade Lentinula edodes， and the quality was comprehensively evaluated using principal components and correlation analysis. The results showed that there are differences and similarities in quality among grades， the content of crude fiber is the highest， followed by protein， and the content of fat is the lowest. Among them， grade 3 has the highest crude fiber content at 5.5%， grade 1 has the highest protein content at 3.82%， and all grades have only 0.2% or 0.3% fat. Principal component analysis（PCA） was carried out， and two principal components were extracted（the cumulative variance contribution rate was 67.112 10%）， and the total ash content was positively correlated with PC1. Parameter correlation matrix analysis results showed that there wss a positive correlation among protein， amino acid and ash， among which ash has the largest correlation with other parameters， which is basically consistent with the results of principal component analysis. This study provides a basis for the research and utilization of Lentinula edodes classification， and also provides a reference for improvement of Lentinula edodes.

Key words： Lentinula edodes; Grade; Quality; Principal component analysis

香菇，隶属真菌界、担子菌门、蘑菇纲、蘑菇亚纲、蘑菇目、口蘑科、香菇属，拉丁学名：Lentinula edodes（Berk.）Pegler，别名：中国蘑菇、香蕈、香信、冬菰、花菇、香菰[1]，是我国食用历史悠久及首次驯化栽培的优良食用菌，被视为“菇中之王”[2]，也是一种食药同源的食用菌[3]，具有较高的食用、药用和经济价值，其肉质肥厚，口感细嫩，味道鲜美，香气独特，营养丰富，既可以作为珍贵的食材[4]，也可以作为营养保健品[5-6]，具有降胆固醇、降血压、抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗氧化、调节肠道微生物和增强免疫等功效[7-14]。香菇已经成为了人们日常生活中经常食用的一种食用菌，国内和国际市场的需求量都比较大，目前也是我国产量比较大的一种食用菌。随着生活水平的提高和香菇产量的不断增长，人们对香菇品质的要求也越来越高，对香菇进行等级划分已成为衡量香菇品质的重要方法[15]。然而，现在鲜香菇采收后主要通过人工对其进行大小、性状、破损等分选工作，劳动强度大，分级效率低，分级品质缺乏科学依据。而品质又是香菇优良品种最重要的评价指标之一，香菇现有的品质指标过多，检测分析繁琐，耗时耗力，因此对香菇品质指标进行简化，构建科学、易操作的品质评价体系，对香菇营养品质开发和产品加工业的发展具有重要意义。主成分分析（principal component analysis，PCA）是把多个指标转化为少数几个不相关的综合指标的一种多元统计分析方法。近年来这一评价方法已广泛用于农产品品质差异的研究。PCA法可为品质综合评价体系的简化提供方便，因其可以从众多影响因素中解析出主要的因素，减少评价指标，从而简化整个评价过程[16]。笔者在参考香菇等级标准[17-18]的基础上，对14级香菇的7个品质参数进行PCA，对不同等级进行综合评价，以期为不同香菇的营养价值及产品的开发利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验品种：豫香1号，引自河南省农业科学院种质资源库。

1.2 采集地点

鲜香菇于2022年1月5日采集于河南省三门峡市卢氏县狮子坪向阳食用菌园艺场。

1.3 样品等级

各等级香菇性状见表1和图1。

1.4 取样

每个等级取1.5 kg新鲜子实体，送至农业农村部农产品质量监督检验测试中心（郑州）进行7个品质参数的测定。

1.5 测定指标及方法

参照GB 5009.3—2016[19]的方法测定子实体水分含量;参照GB/T 5009.10—2003[20]的方法测定粗纤维含量;参照GB 5009.5—2016[21]的方法测定蛋白质含量;参照GB 5009.124—2016[22]的方法测定氨基酸含量;参照NY/T 1676—2008[23]的方法测定粗多糖含量;参照GB 5009.4—2016[24]的方法测定总灰分含量;参照GB 5009.6—2016[25]的方法测定脂肪含量。

1.6 数据处理

采用统计学软件SPSS 19 Duncan法进行数据方差分析和多重比较，采用Excel 2003进行柱状图的绘制，采用Origin 64进行主成分分析和相关性分析绘图。

2 结果与分析

2.1 差异性分析

水分含量：由图2-A可见，不同等级香菇含水量均在80 g·100 g-1以上，10级含水量（w，后同）最高（88.1 g·100 g-1），但与6、9、11、12、13、14级之间无显著差异，与1、2、3、4、5、7和8级存在显著差异;3级（小花菇）含水量最低为82.6 g·100 g-1，与其他等级之间差异显著;1和2级含水量较低，且二者差异不显著，与其他等级间差异显著;7级除与5级、8级之间无显著差异外，与其他等级之间差异显著;9、11、13和14级含水量相当。这表明各级香菇含水量差异不大，但菌盖有明显花纹的香菇（1、2、3级）含水量较其他香菇偏低。

粗纤维含量：由图2-B可见，不同等级粗纤维含量范围在4.6～5.5 g·100 g-1，其中以3级的含量最高，并与其他等级之间存在显著差异，其次为2、11、13级含量较高;6级的含量最低，与其他等级之间存在显著差异;1和12级，2、11和13级，4和7级，5、8和14级，9和10级粗纤维含量分别相同，且分别与其他等级间差异显著。

蛋白质含量：14个等级香菇的蛋白质含量均在3 g·100 g-1以上，1级含量最高，达3.82 g·100 g-1，除与9级具有相当蛋白质含量之外，与其他等级含量差异显著;5级的蛋白质含量最低，仅为3.05 g·100 g-1，并与其他等级之间差异显著;3级与6、11级无显著差异，但与其他等级之间均存在显著差异;2、7和12级，4和14级蛋白质含量相当，并分别与其他等级之间差异显著;4、8、和14级之间没有显著差异;10和13级之间没有显著差异，与其他等级间差异显著（图2-C）。

氨基酸含量：14个等级香菇的16种游离氨基酸含量为18.66～26.06 g·100 g-1，除1和11级具有相似氨基酸含量外，其他相互之间均存在显著差异，其中等级9的氨基酸含量最高，等级5的含量最低（图2-D）。

粗多糖含量：14个等级香菇的粗多糖含量具有较大差异，范围在0.48～1.01 g·100 g-1。2级粗多糖含量最高，并与其他等级存在显著差异;8级含量最低，除与6、7、10级无显著差异外，与其他等级差异显著;1级与2、3、8、14级差异显著;3与14级具有相近含量，并与其他等级差异显著;4、5、13级，6、7和10级，11和12级具有相近的粗多糖含量（图2-E）。

总灰分含量：14个等级香菇的总灰分含量差异不大，含量在0.74～0.99 g·100 g-1，3级灰分含量最高，与其他等级之间均存在显著差异;13级含量最低;4和10级具有相近含量，并与1、2、3和11级差异显著;5、6和14级具有相近含量，并与1、3级差异显著;7和9级具有相近含量，并与3和13级差异显著;8和12级具有相近含量，并与3级差异显著;10级与1、2、3和11级含量差异显著（图2-F）。

脂肪含量：不同等级香菇中脂肪的含量差异不大，仅有0.2 g·100 g-1或0.3 g·100 g-1，1、2、4、13和14级的脂肪含量相同，均为0.3 g·100 g-1，其他等级均为0.2 g·100 g-1，且2种含量具有显著差异（图2-G）。

2.2 7个品质参数主成分分析

近年来，化学检测分析结合主成分分析、相关分析、聚类分析等多种统计分析的方法应用于农业科学领域，在研究多指标的综合效应上具有科学性和重要实践指导意义。为充分展示不同品质指标对品质评价的贡献大小，通过主成分分析法（PCA）对14个等级香菇营养品质评价指标进行分析，以期为品质综合评价的简化提供方便。

由图3可以看出，不同样本点数据均位于95%置信区间内，按照特征值大于1的提取原则，共提取到2个主成分，2个主成分的累计方差贡献率为67.112 10%，说明2个主成分能够反映参数的大部分信息，因此可以用这2个PC代替上述的7个品质指标对不同等级香菇进行评价和判断，其中主成分1（PC1）占43.113 79%，主成分2（PC2）占23.998 31%（表2），6个参数与PC1呈正相关，按照贡献从大到小依次为总灰分含量、蛋白质含量、氨基酸含量、粗纤维含量、粗多糖含量和脂肪含量，1个参数与PC1呈负相关，为含水量。3个参数与PC2呈正相关，按照贡献从大到小依次为粗多糖含量、脂肪含量和粗纤维含量。4个参数与PC2呈负相关，按照贡献从大到小依次为氨基酸含量、蛋白质含量、含水量和总灰分含量（表3）。PCA分析结果表明，可将含水量，粗纤维、蛋白质、氨基酸、粗多糖、总灰分、脂肪含量7项营养品质指标简化为总灰分含量和粗多糖含量2个指标，通过此方法对营养品质进行分析，可作为筛选营养品质最优香菇材料的依据。简化的指标较原有指标分析相对简单，可帮助育种工作者或深加工企业能快速简便地对香菇品质进行分析。