王麗艷

王鑫淼1

荊瑞勇1

郭永霞2

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江 大慶 163319；2. 國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319)

亞麻(LinumustitatissimumL.)屬亞麻科、亞麻屬，起源于地中海[1]。中國主產(chǎn)于東北、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅等地[2]，是中國五大油料作物之一[1]。亞麻籽油又稱胡麻油，富含α-亞麻酸(α-linolenic acid)，是人體必需脂肪酸[3]，其含量遠高于市售的主要食用油，如大豆油、花生油、菜籽油和橄欖油等[4]。α-亞麻酸對人體健康具有非常重要的作用，堪比魚油，但價格比魚油低很多[5]。

亞麻籽中富含脂肪、蛋白質(zhì)、糖類、氨基酸和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分[6-7]，另外還含有木酚素、生育酚、黃酮、植物甾醇、氰化物等抗氧化物質(zhì)[8]。因此亞麻籽油對健康有多種有益，如降血壓[9]、降血脂[10]、降血糖[11]、抗癌[12-14]等。研究[15]表明生物質(zhì)營養(yǎng)成分與其生理功能密切相關(guān)，并且會受到產(chǎn)地、品種、環(huán)境和氣候等條件的影響。

主成分分析(principal component analysis，PCA)是通過降低數(shù)據(jù)維數(shù)來排除眾多信息中相互重疊的信息，把多個指標轉(zhuǎn)化為幾個不相關(guān)的綜合指標的一種多元統(tǒng)計分析方法[16-18]。利用主成分分析法可減少評價指標，并消除評價指標之間的相關(guān)影響，簡化整個評價過程，適用于對多個指標的綜合分析，近年來主成分分析法已被廣泛用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)差異方面的研究[19-20]。

中國亞麻的品種及產(chǎn)地較多，各產(chǎn)地間的氣候、土壤、水質(zhì)等自然條件均有一定的差異，不同品種不同產(chǎn)地的亞麻籽中各種營養(yǎng)成分會有一定的差異。研究擬對6個產(chǎn)地的12個品種亞麻籽的8種營養(yǎng)成分進行測定，利用主成分分析法和隸屬函數(shù)法對12個品種亞麻籽進行綜合性評價，并對6個產(chǎn)區(qū)進行聚類分析，以期為亞麻籽的綜合開發(fā)利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 試驗材料

6個產(chǎn)地的12個亞麻品種，具體信息見表1，輪選1和輪選2由內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院提供，其余品種由黑龍江省科學(xué)院大慶分院提供。

表1 亞麻籽品種信息

1.1.2 主要試劑

茚三酮：德國Menbar Pure公司；

氨基酸、鈣、鐵和鋅標準品：美國Sigma公司；

正己烷、甲醇：色譜純，天津市康德科技有限公司；

α-亞麻酸甲酯：純度≥99.0%，中國藥品生物制品檢定所；

濃鹽酸：優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；

其余試劑均為分析純。

1.2 測定項目與方法

(1) 粗脂肪含量：按GB/T 14772—2008《食品中粗脂肪的測定》執(zhí)行。

(2) 總糖含量：按GB/T 9695.31—2008《肉制品總糖含量測定》執(zhí)行。

(3) 蛋白質(zhì)含量：按GB 5009. 5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》執(zhí)行。

(4) 氨基酸含量：按GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》執(zhí)行。

(5) 鈣、鐵和鋅含量：按GB/T 14609—2008《糧油檢驗 谷物及其制品中銅、鐵、錳、鋅、鈣、鎂的測定 火焰原子吸收光譜法》執(zhí)行。

(6)α-亞麻酸含量：按GB 28404—2012《食品安全國家標準 保健食品中α-亞麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸的測定》執(zhí)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

1.3.1 隸屬函數(shù)值

(1)

式中：

U(Xj)——第j個綜合指標的隸屬函數(shù)值；

Xj——第j個綜合指標，j=1，2，…，n；

Xmin、Xmax——第j個綜合指標的最小值與最大值。

1.3.2 權(quán)重

(2)

式中：

Wj——第j個綜合指標的權(quán)重；

Rj——第j個綜合指標的貢獻率。

1.3.3 綜合評價值

(3)

式中：

D——不同產(chǎn)區(qū)亞麻籽品質(zhì)的綜合評價值。

1.3.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

(1) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理：采用Excel 2013統(tǒng)計軟件。

(2) 差異性分析、相關(guān)性分析和主成分分析(PCA)：采用R語言。

(3) 聚類分析：采用SPSS 20.0數(shù)據(jù)分析軟件。

(4) 聚類熱圖繪制：采用R語言。

2 結(jié)果與分析

2.1 12個品種亞麻籽營養(yǎng)成分分析

由表2可知，不同品種亞麻籽的8種營養(yǎng)成分均存在一定的差異，粗脂肪含量在35.02～42.95 g/100 g，其中壩亞11含量最高，晉亞7含量最低；α-亞麻酸含量在39.25～54.21 g/100 g，其中壩亞11含量最高，晉亞7含量最低；總糖含量在30.74～36.81 g/100 g，其中隴亞10含量最高，輪選1含量最低；粗蛋白含量在28.35～32.55 g/100 g，其中晉亞8含量最高，隴亞8含量最低；總氨基酸含量在20.38～25.53 g/100 g，其中晉亞8含量最高，隴亞10含量最低；鈣含量在99.85～190.93 mg/100 g，其中隴亞10含量最高，輪選1含量最低；鐵含量在2.69～9.62 mg/100 g，其中壩亞11含量最高，伊亞3含量最低；鋅含量在1.78～4.02 mg/100 g，其中晉亞8含量最高，隴亞8含量最低。

由表2還可知，粗蛋白的品種差異最小，其變異系數(shù)只有3.99%，說明品種對亞麻籽粗蛋白含量的影響最小。鐵含量的品種差異最大，其變異系數(shù)為42.15%，說明品種對亞麻籽鐵含量的影響最大，其他營養(yǎng)成分的變異系數(shù)在3.99%～42.15%。按變異系數(shù)的大小對亞麻籽8個營養(yǎng)成分進行排序，通過排序可知品種對亞麻籽營養(yǎng)成分的影響順序為鐵>鋅>鈣>α-亞麻酸>粗脂肪>總氨基酸>總糖>粗蛋白。

2.2 12個品種亞麻籽營養(yǎng)成分相關(guān)性分析

對12個品種亞麻籽的8種營養(yǎng)成分進行相關(guān)性分析(表3)可知，8種營養(yǎng)成分之間存在不同程度的相關(guān)性，其中鐵含量與其他營養(yǎng)成分之間均沒有顯著相關(guān)性，粗脂肪含量與α-亞麻酸含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.704，α-亞麻酸含量與粗蛋白含量呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.714，總糖含量與鈣含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.617，粗蛋白含量與總氨基酸含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.599，總氨基酸含量與鋅含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.775。其他各營養(yǎng)成分之間也存在不同程度的相關(guān)性，但均未達到顯著性水平。由于不同品種亞麻籽的營養(yǎng)成分之間差異不同，各成分之間的相關(guān)性也不同，若通過某一個指標來評價不同品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣是不客觀的。

2.3 12個品種亞麻籽營養(yǎng)成分的主成分分析

2.3.1 主成分提取 在對12個品種亞麻籽營養(yǎng)成分進行綜合評價時，不能僅考慮一個或幾個營養(yǎng)成分含量的多少，而需要考慮到8個營養(yǎng)成分含量對亞麻籽品質(zhì)進行全面、系統(tǒng)、科學(xué)的綜合評價。以12個品種亞麻籽的8個營養(yǎng)成分含量指標構(gòu)成12×8的矩陣，利用R語言對8個亞麻籽營養(yǎng)成分進行主成分分析。相關(guān)矩陣的主成分分析結(jié)果見表4，從表4和圖1可知能提取出3個主成分，累計方差貢獻率達到87.608%，綜合了12個品種亞麻籽的8個營養(yǎng)成分的大部分信息，可以用這3個主成分代替上述的8個營養(yǎng)成分對12個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)進行評價和判斷。3個主成分分別定義為第1主成分(PC1)、第2主成分(PC2)和第3主成分(PC3)，由表5可知其各主成分對應(yīng)特征向量為：

表2 12個品種亞麻籽營養(yǎng)成分分析?

表3 不同亞麻籽品種品質(zhì)指標之間的相關(guān)性分析?

PC1=-0.363x1-0.367x2-0.300x3+0.454x4+0.456x5-0.052x6+0.178x7+0.441x8，

(4)

PC2=0.399x1+0.118x2+0.291x3-0.001x4+0.157x5+0.553x6+0.568x7+0.300x8，

(5)

PC3=0.212x1+0.553x2-0.510x3-0.182x4+0.265x5-0.423x6+0.325x7+0.021x8，

(6)

式中：

PC1——第1主成分；

PC2——第2主成分；

PC3——第2主成分；

x1——粗脂肪含量，g/100 g；

x2——α-亞麻酸含量，g/100 g；

x3——總糖含量，g/100 g；

x4——粗蛋白含量，g/100 g；

x5——總氨基酸含量，g/100 g；

x6——鈣含量，mg/100 g；

x7——鐵含量，mg/100 g；

x8——鋅含量，mg/100 g。

由表4和表5可知，PC1的方差貢獻率為43.170%，在PC1的表達式中，粗蛋白含量和總氨基酸含量的系數(shù)較大，分別為0.454和0.456；PC2的方差貢獻率為25.932%，在PC2的表達式中，鐵含量系數(shù)最大為0.568；

表4 主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率

圖1 不同品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)主成分圖

表5 主成分的特征向量與載荷矩陣

PC3的方差貢獻率為18.506%，在PC3的表達式中，α-亞麻酸含量系數(shù)最大為0.553。綜合分析上述結(jié)果，粗蛋白質(zhì)、總氨基酸、鐵和α-亞麻酸含量可以作為12個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價指標。

2.3.2 綜合評價

(1) 隸屬函數(shù)分析：根據(jù)式(1)計算每個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)指標的隸屬函數(shù)值(見表6)。從表6可以看出每個品種亞麻籽的各綜合指標的隸屬函數(shù)值不盡相同，對PC1而言，晉亞8的品質(zhì)最好，隴亞10的品質(zhì)最差；對PC2而言，壩亞11的品質(zhì)最好，輪選1的品質(zhì)最差；對PC3而言，壩亞11的品質(zhì)最好，晉亞7的品質(zhì)最差。

(2) 權(quán)重的確定：根據(jù)各主成分貢獻率的大小，PC1的貢獻率為43.170%，PC2的貢獻率為25.932%，PC3的貢獻率為18.506%，可用式(2)求出其權(quán)重。經(jīng)計算3個主成分的權(quán)重分別為0.493，0.296，0.211(見表6)。

表6 不同品種亞麻籽品質(zhì)評價綜合指標值、權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及品質(zhì)排序

(3) 12個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價：根據(jù)式(3)計算12個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價即D值的大小(見表6)，根據(jù)D值對12個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)劣進行排序，其順序為晉亞8>壩亞11>晉亞7=壩亞9>輪選2>輪選1>伊亞4>寧亞17>寧亞16>伊亞3>隴亞8>隴亞10。

2.3.3 12個品種亞麻籽綜合評價聚類分析 采用組間聯(lián)接法對表6中的D值進行聚類分析，建立了12個品種亞麻籽綜合評價聚類樹狀圖(圖2)，從圖2可以看出聚類分析將其劃分為四大類，其營養(yǎng)品質(zhì)依次降低。第Ⅰ類包括晉亞8、壩亞11；第Ⅱ類包括晉亞7、壩亞9和輪選2；第Ⅲ類包括輪選1、伊亞4、寧亞17和寧亞16；第Ⅳ類包括伊亞3、隴亞8和隴亞10。研究針對的是上述的8個指標進行的綜合評價，若評價指標不同會得到不同的評價結(jié)果，將不同的品種種植到不同的地區(qū)可能得到的結(jié)果也會不同。

2.4 不同產(chǎn)地亞麻籽營養(yǎng)成分的聚類分析

將不同產(chǎn)地亞麻籽營養(yǎng)成分取平均值得到不同產(chǎn)地亞麻籽的營養(yǎng)成分指標(表7)，并對表7中6個地區(qū)的8個營養(yǎng)成分指標進行聚類熱圖的繪制(圖3)。由圖3可知，6個地區(qū)可以聚為三類，內(nèi)蒙古鄂爾多斯和寧夏固原聚為一類，甘肅白銀和山西大同聚為一類，河北張家口和新疆伊犁聚為一類。

圖2 12個品種亞麻籽營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價聚類樹狀圖

表7 不同地區(qū)亞麻籽營養(yǎng)成分指標

① 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 ② 寧夏固原 ③ 甘肅白銀 ④ 山西大同 ⑤ 新疆伊犁 ⑥ 河北張家口

3 結(jié)論

亞麻品種對亞麻籽營養(yǎng)成分的影響不一樣，亞麻籽中所含的粗蛋白質(zhì)、總氨基酸、鐵和α-亞麻酸含量可作為其營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價指標，隸屬函數(shù)法評價出不同亞麻籽綜合品質(zhì)是不同的，12個亞麻籽品質(zhì)通過聚類分析可劃分為四大類。綜上所述，作物品種對不同營養(yǎng)成分的影響不同，產(chǎn)地對作物的營養(yǎng)成分含量有一定的影響，通過不同的營養(yǎng)指標評價出的結(jié)果是不同的。試驗中測定的是總氨基酸含量，關(guān)于利用不同種類氨基酸含量來評價不同亞麻籽品種有待進一步的研究。