基于主成分分析的红枣有机酸含量差异性分析

段宝娜，冯三营

(1.郑州财税金融职业学院，郑州 450048；2.郑州大学，郑州 450001)

红枣是枣属植物的果实，品种多样，在我国种植区域较多，含有多种活性成分，具有较好的食用价值和药理活性[1-2]。红枣中糖分含量高达50%，蛋白质含量约为4%，红枣中所含的有机酸主要为氨基酸，对于氨基酸类别及含量分析的主要方法为主成分分析法[3]。主成分分析是将红枣中多种氨基酸的含量通过线性变换的方式进行筛选，获取具有代表性的少数种类氨基酸，从而将红枣中氨基酸含量的差异性分析进行简单化[4-6]。氨基酸是蛋白质的基本组成单位，氨基酸的种类和含量直接影响蛋白质的品质，根据氨基酸的不同功能进行划分，氨基酸主要可分为人体必需氨基酸和药用氨基酸两个种类[7]。

本文利用主成分分析的方法，对不同品种红枣的氨基酸含量和种类进行分析，寻找氨基酸种类和含量的差异性，同时探究氨基酸差异性可能形成的原因。通过对红枣发酵深加工过程中有机酸含量的变化进行分析，为红枣药理功能的研究及深加工提供了理论依据。

1 红枣有机酸种类分析及评价

红枣中的有机酸主要为氨基酸，氨基酸的含量和种类是衡量红枣品质的关键指标，本文通过对我国不同区域的8种红枣中氨基酸的种类及含量进行检测，并计算得出人体必需氨基酸占红枣总氨基酸的比值和药用氨基酸占红枣总氨基酸的比值[8-10]。红枣中氨基酸种类及含量的检测数据见表1。

表1 红枣氨基酸种类及含量检测数据Table 1 The detection data of types and content of amino acids in red jujube

小口大枣、冬枣以及葫芦枣中人体必需氨基酸评价表见表2。

表2 3种红枣中人体必需氨基酸评价Table 2 The evaluation of human essential amino acids in three kinds of red jujube

通过计算得出的人体必需氨基酸占红枣总氨基酸的比值、药用氨基酸占红枣总氨基酸的比值见表3。

表3 不同类别氨基酸占总氨基酸比值Table 3 The ratios of different kinds of amino acids to total amino acids

2 红枣有机酸主成分提取分析

为了对8种红枣的多元性进行分析，本文对红枣中的共有氨基酸进行提取，并进行氨基酸相关性分析，获取氨基酸相关性矩阵系数，认定当氨基酸相关性矩阵系数大于0.3、所占比例大于80%时，该相关性矩阵系数具有较好的相关性，可用于进行主成分分析[11]。

在有机酸提取过程中，将红枣研磨成粉状，并采用60目过滤网进行筛选，称取0.2 g粉末状红枣，加入10 mL盐酸溶液中，盐酸浓度为6 mol/L，置于110 ℃条件下密封进行水解，水解时间为22 h。水解完成后，将溶液调节至中性，等待检测。采用氨基酸自动测试分析仪，获取溶液中氨基酸的种类及含量特征值[12-13]。

由表4可知红枣有机酸主成分相关特征值及其贡献率。通过对红枣有机酸主成分进行提取分析，可有效地简化红枣有机酸含量的差异性分析过程，当主成分特征值大于1时，该有机酸成分可作为主成分进行分析[14]。第1主成分贡献率为69.45%，表明该成分可对红枣中的相关氨基酸含量差异性进行分析，同理，第2主成分贡献率为12.62%，第3主成分贡献率为7.33%。红枣中有机酸前3个主成分的累计方差贡献率可达到89.4%，可通过提取前3个主成分特征值的方式，对红枣有机酸含量的差异性进行分析。由表4可以得出各有机酸主成分之间的归类属性，红枣第1主成分包含丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、天冬氨酸以及组氨酸等，第2主成分主要为酪氨酸和苯丙氨酸，第3主成分仅包含脯氨酸。

表4 红枣有机酸相关特征值及其贡献率Table 4 The correlation characteristic values and contribution rates of organic acids in red jujube

3 红枣有机酸综合评价及差异性分析

根据红枣有机酸主成分分析结果，采用红枣有机酸的3个主成分对氨基酸进行综合评价，采用综合评价函数计算得出红枣综合得分，红枣氨基酸综合评价得分见表5。

表5 红枣氨基酸综合评价得分Table 5 The comprehensive evaluation scores of amino acids in red jujube

由表5可知，氨基酸的种类和含量对红枣的综合评价影响较大，由此表明氨基酸含量直接影响红枣的品质。灵武长枣综合评分最高，表明该种红枣中第1主成分中相关氨基酸含量较高，氨基酸种类齐全，包含人体必需氨基酸及药用氨基酸。对提取的红枣有机酸成分与标准成分聚类树状图进行对比，红枣主成分聚类分析树状图见图1。

图1 红枣有机酸主成分聚类分析树状图Fig.1 The dendrogram of principal component cluster analysis of organic acids in red jujube

4 红枣制品有机酸含量变化分析

红枣一般添加于其他制品中进行食用，常见食用方式为发酵生产为红枣汁，通过对红枣发酵过程中的有机酸变化进行分析，可有效地提高红枣中有机酸的利用率及发酵过程控制。采用液相色谱法对红枣发酵液中的有机酸含量进行测定，获取红枣发酵液中有机酸含量动态变化过程，见表6。

表6 红枣发酵有机酸动态变化过程Table 6 The dynamic changes of organic acids in red jujube fermentation

由表6可知，红枣在发酵加工过程中会产生草酸和乙酸，随着发酵时间的延长，草酸和乙酸的含量逐渐升高，乳酸、苹果酸以及柠檬酸的含量也逐渐升高。红枣发酵前后氨基酸含量对比数据见表7。

表7 红枣发酵前后氨基酸对比数据Table 7 The comparison of amino acids before and after red jujube fermentation

由表7可知，红枣在发酵前后，氨基酸含量发生变化，由此表现出不同的风味，从而有效地改善了红枣制品的口感。

5 结论

通过对红枣中氨基酸的种类及含量进行测定，能够客观地评价红枣品质。氨基酸主成分分析结果能够直观地进行氨基酸种类分布均衡性判断，根据氨基酸主成分分析结果进行红枣聚类分析，可按照氨基酸含量的差异性进行红枣种类划分。红枣种类可用来反映红枣品种、产地以及营养价值等特性。