ABSTRACT

In the present work, amino acids of 35 different edible and medicinal mushrooms were determined and the obtained data were analyzed by principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA) using SIMCA and NCSS. The results demonstrated that the total amino acid content of Pleurotus ostreatus was highest, up to 24.46%. The essential amino acid content of Russula vinosa was highest, up to 8.02%, followed by Pleurotus ostreatus and Tricholoma gambosum, reaching 7.44% and 7.35%, respectively. The contents of essential amino acids of Eleutherine bulbosa, Agrocybe cylindracea, Russula vinosa, Dictyophora indusiata, Sarcodon imbricatus and Russula virescens accounted for more than 38% of total amino acids. Principal component analysis indicated that the first three principal components contributed 69.00%, 12.30% and 5.56% of the variance, respectively. The cumulative contribution rate of the first three principal components is 86.83%. Hierarchical cluster analysis showed that 35 mushrooms could be divided into three groups, including 12, 10 and 13 edible and medicinal mushrooms, respectively. 35 edible and medicinal mushrooms are classified into three groups according to their contents and compositions of 16 amino acids.

Keywords:Edible and Medicinal Mushrooms, Amino Acid, Principal Component Analysis, Hierarchical Cluster Analysis

不同食药用菌氨基酸组成的化学计量学分析

于士军^1*，李向东¹，王伟²，柴新义¹，袁佳雯¹，王维坤³

¹滁州学院，生物与食品工程学院，安徽 滁州

²宣城市农产品质量安全监管局，安徽 宣城

³通用生物系统(安徽)有限公司，安徽 滁州

收稿日期：2020年3月26日；录用日期：2020年4月10日；发布日期：2020年4月17日

摘 要

本研究对35种不同食药用菌的氨基酸组成和含量进行测定，然后运用主成分分析和聚类分析对所得数据进行分析。结果表明秀珍菇的总氨基酸含量最高达24.46%，红菇必需氨基酸含量最高达8.02%，其次是秀珍菇和口蘑，分别达到7.44%和7.35%；红葱菌、茶树菇、红菇、竹荪、黑虎掌菌和青头菌的必需氨基酸含量占总氨基酸的比例均在38%以上。第1主成分方差贡献率为69.00%，第2主成分方差贡献率为12.30%，第3主成分方差贡献率为5.56%，3个主成分的累积贡献率达到86.83%。35种食用菌可以分为3大类，分别包含10种、12种和13种食药用菌。

关键词 :食药用菌，氨基酸，主成分分析，聚类分析

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1. 引言

食药用菌是可供人食用或药用的大型高等真菌，多属子囊菌亚门和担子菌亚门 [1]。目前我国已知的食用菌有1000多种 [2]，其中可人工栽培的食药用菌有100多种，常见的栽培食药用菌有20多种 [3] [4]。食药用菌一般低脂低热量，富含蛋白质、多糖、氨基酸、维生素、麦角固醇、矿物质等营养素 [5] [6]，具有丰富的营养价值和药用价值，深受消费者喜爱。

氨基酸组成和含量是评价食药用菌营养价值的重要指标 [7]。新鲜食用菌蛋白质含量一般为3%左右，烘干后为40%以上 [8]。食药用菌的蛋白质不仅可以提供能量，还可提供多种人体必需氨基酸，是重要的氨基酸天然宝库 [9]。有些食用菌含有丰富的精氨酸、赖氨酸，有助于儿童智力发育 [10]。同时，氨基酸也是食用菌重要的呈味物质 [7]。许多食用菌富含游离氨基酸、有机酸、呈味核苷酸等鲜味物质 [11] [12] [13]，而被开发成调味品。食药用菌不仅具有营养功能和呈味作用，而且具有抗炎、抗氧化、抗癌、免疫调节和改善糖尿病等生理功能 [14] [15] [16]，具有重要的药用价值 [17]。食用菌是公认的健康食品，将成为人类主要的蛋白质食品之一 [18]。

本研究测定了35种不同的食药用菌的氨基酸组成和含量，并运用主成分分析法和聚类分析法对所得氨基酸数据进行分析，为食药用菌资源的开发利用及消费者了解不同食药用菌提供理论基础。

2. 材料与方法

2.1. 材料与试剂

平菇、草菇、杏鲍菇、茶树菇、真姬菇、鲍鱼菇、凤尾菇、竹荪、青头菌、猴头菇、口蘑、红菇、鸡枞菌、姬菇、秀珍菇、蝉花、蛹虫草、灰树菇、元蘑、黄牛肝菌、美味牛肝菌、冬菇、金钱菇、金针菇、姬松茸、双孢菇、榛蘑、花菇、香菇、滑子菇、鸡腿菇、羊肚菌、黑虎掌菌、黄金耳、红葱菌，市售。

茚三酮(分析纯，北京科学仪器有限公司)；乙酸、乙酸钾、氢氧化锂、三水乙酸钠(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；盐酸(分析纯，上海振企化学试剂有限公司)；甲醇、异丙醇(色谱纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)。

2.2. 仪器与设备

S-433D全自动氨基酸分析仪(德国赛卡姆)，FA2204B电子分析天平(上海越平科学仪器有限公司)；JP-400B小型高速粉碎机(浙江永康市久品工贸有限公司)，DP-01真空泵(天津市东康科技有限公司)，DHG-9070B电热恒温鼓风干燥箱(上海中贤恒温设备厂)。

2.3. 实验方法

将各种食药用菌置于70℃烘箱中烘24 h，粉碎，过100目筛，保存于4℃冰箱，备用。

参照GB 5009.124-2016测定不同食药用菌中氨基酸含量和组成 [19]。

2.4. 数据处理

使用SIMCA13.0对各食药用菌的氨基酸数据进行主成分分析，用NCSS 2007软件对各种食用菌的氨基酸数据进行聚类分析。

3. 结果与分析

3.1. 不同食药用菌氨基酸组成

从表1中的数据可看出，秀珍菇的总氨基酸含量为24.46%，为所测35个样品中含量最高的；其次依次分别是口蘑、红菇和凤尾菇，分别达到22.37%、20.58%和20.26%，这4种食药用菌的氨基酸含量在20%以上；青头菌、猴头菇和黄金耳的氨基酸含量较少，均在10%以下，其中黄金耳的氨基酸含量仅为7.92%。草菇、秀珍菇、红菇、口蘑、姬松茸、凤尾菇、羊肚菌、红葱菌、美味牛肝菌、姬菇和茶树菇中的必需氨基酸含量均达6%以上，其中红菇的必需氨基酸含量最高达8.02%；其次是秀珍菇和口蘑，分别达到7.44%和7.35%。杨林等人研究发现西藏林芝地区产的羊肚菌必需氨基酸含量为6.81%，与本实验测定结果6.80%极为接近 [20]。黑虎掌菌、花菇、青头菌、海鲜菇、猴头菇和黄金耳的必需氨基酸含量较低，其中黄金耳必需氨基酸含量仅为2.91%，为35种食药菌中最低。红葱菌、茶树菇、红菇、竹荪、黑虎掌菌和青头菌的E/T值均在38%以上，其中红葱菌的E/T值最高，为41.35%；秀珍菇的E/T值最低，为30.43%。红葱菌、茶树菇、红菇、竹荪、黑虎掌菌、青头菌、草菇和黄牛肝菌的E/N值均在60%以上，红葱菌的E/N值最高为70.46%。FAO/WHO认为理想蛋白质的E/T值应达40%左右，E/N值应在0.6以上 [21] [22]，据此，红葱菌的氨基酸组成和含量符合优质蛋白质的标准，茶树菇、红菇、竹荪、黑虎掌菌和青头菌的氨基酸组成的E/N值符合优质蛋白质的标准，他们的E/T值非常接近优质蛋白质的标准。

3.2. 氨基酸组成的主成分分析

利用SIMCA13.0软件对35种食药用菌中的16种氨基酸组成和含量数据进行主成分分析，取特征值大于1的3个主成分，其累积方差贡献率为86.83%，如表2所示。分别以第1、2主成分和第1、3主成分为变量作图得到主成分分析的2维载荷图，如图1所示。

表2. 主成分分析的总方差解释

图1. 主成分分析载荷图

为探究所研究不同食药用菌的不同氨基酸的组成差异，通过载荷图可以直观看出不同样品中各氨基酸之间的差异大小关系。缬氨酸、亮氨酸、甘氨酸、总氨基酸、必需氨基酸和非必需氨基酸在第1主成分正方向远离原点，表明他们与第1主成分有较高的正相关性。E/T值和E/N值在第2主成分正方向远离原点，表明他们与第2主成分有较高的正相关性；谷氨酸、半胱氨酸和丙氨酸在第2主成分的负方向远离原点，表明他们与第2主成分有较高的负相关性。酪氨酸和甲硫氨酸在第3主成分的正方向远离原点，表明他们与第3主成分有较高的正相关性；苯丙氨酸和半胱氨酸在第3主成分的负方向远离原点，表明他们与第3主成分有较高的负相关性。

图2. 主成分分析得分图

35种食药用菌主成分分析的得分图如图2所示，由图可看出，在第1主成分得分最高的是秀珍菇，其次是口蘑、红菇、凤尾菇、姬松茸和姬菇；结合主成分分析载荷图可知这几种食药用菌中天甘氨酸、丙氨酸、冬氨酸、缬氨酸、组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、总氨基酸和必需氨基酸含量较高。黄金耳、猴头菌和青头菌在第1主成分上的得分较低，结合主成分分析载荷图可知他们含有较少的甲硫氨酸和酪氨酸。在第2主成分中，得分最高的是红葱菌，其次依次是茶树菇、红菇和竹荪，他们的E/N和E/T值均较高；真姬菇、双孢菇、姬菇和蛹虫草在第2主成分上得分较低。蛹虫草在第3主成分上得分最高，其次是秀珍菇、蝉花、羊肚菌，最低的是姬菇。通过主成分得分图可看出秀珍菇、蝉花和蛹虫草与其他食药用菌相距较远，但是其他食药用菌无明显的分类界限。

3.3. 聚类分析

将各食药用菌氨基酸相关数据进行标准化处理，然后用NCSS 2007以瓦尔德最小方差聚类方法和以欧氏距离为相似性测量方法 [23]，对35种食药用菌的氨基酸组成和含量数据进行聚类分析，所得聚类图如图3所示。由图可以看出，35种食用菌可以分为3大类，第1大类包括红葱菌、茶树菇、草菇、竹荪、黄牛肝菌、灰树花、滑子菇、鸡枞菌、蝉花、蛹虫草10种；第2大类包括红菇、牛肝菌、姬松茸、凤尾菇、羊肚菌、平菇、鲍鱼菇、冬菇、口蘑、姬菇、双孢菇、秀珍菇12种；第3大类包括黑虎掌菌、青头菌、草菇、黄金耳、猴头菇、元蘑、榛蘑、杏鲍菇、香菇、花菇、金钱菇、金针菇、海鲜菇13种。第1类食药用菌除蝉花和蛹虫草外有较高的E/N和E/T值，第2类食药用菌中含有较高的非必需氨基酸：甘氨酸、天冬氨酸、组氨酸，必需氨基酸：赖氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸及总氨基酸含量较高，第3类食药用菌各种氨基酸的含量均相对较低。

图3. 氨基酸组成二维聚类分析图

4. 结论

本研究使用主成分分析和聚类分析的化学计量学法对35种食药用菌的氨基酸组成进行了系统分析，探究了不同食药用菌氨基酸组成的差别与联系，为进一步研究不同食药用菌蛋白营养价值奠定了基础。其中秀珍菇的总氨基酸含量最高达24.46%，红菇的必需氨基酸含量最高达8.02%，其次是秀珍菇和口蘑，分别达到7.44%和7.35%；红葱菌、茶树菇、红菇、竹荪、黑虎掌菌和青头菌的必需氨基酸含量占总氨基酸含量的比例均在38%以上。红葱菌的蛋白质氨基酸组成符合优质蛋白质的标准，竹荪、茶树菇、红菇、黑虎掌菌和青头菌接近优质蛋白质的标准。不同食药用菌氨基酸组成的主成分分析表明前3个主成分的累积方差贡献率达到86.83%。聚类分析表明35种食用菌根据氨基酸组成可以分为3类：红葱菌、茶树菇、草菇、竹荪、黄牛肝菌、灰树花、滑子菇、鸡枞菌、蝉花和蛹虫草10种聚为一类；红菇、牛肝菌、姬松茸、凤尾菇、羊肚菌、平菇、鲍鱼菇、冬菇、口蘑、姬菇、双孢菇和秀珍菇12种聚为一类；黑虎掌菌、青头菌、草菇、黄金耳、猴头菇、元蘑、榛蘑、杏鲍菇、香菇、花菇、金钱菇、金针菇和海鲜菇13种聚为一类。

基金项目

科技部星火计划项目(2015GA710033)；滁州学学院科研项目(2017PY04)；安徽省大学生创新创业训练计划项目(201810377066)；滁州学院食品酶法加工科技创新团队(00001702)；滁州学院大学生创新训练项目(2018CXXL069)。

文章引用

于士军,李向东,王 伟,柴新义,袁佳雯,王维坤. 不同食药用菌氨基酸组成的化学计量学分析
Chemometrics Analysis of Amino Acids of Different Edible and Medicinal Mushrooms[J]. 食品与营养科学, 2020, 09(02): 145-153. https://doi.org/10.12677/HJFNS.2020.92019

参考文献