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      青海不同產(chǎn)地枸杞營養(yǎng)成分和活性成分的因子分析和聚類分析

      2020-03-18 10:53:56金建華李永元
      關(guān)鍵詞:都蘭德令哈原始數(shù)據(jù)

      金建華,李永元

      (青海民族大學(xué) 青藏高原資源化學(xué)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)實驗室,青海 西寧 810007)

      枸杞是茄科的一種落葉小灌木,長成的果實可作為一味中藥材使用,其含有豐富的多糖、黃酮、灰分(無機(jī)元素)、類胡蘿卜素、粗蛋白等活性成分和營養(yǎng)成分,具有降血糖、抗病毒、抗氧化、護(hù)肝、增強(qiáng)免疫和抗癌等功效[1-6]。青海不同產(chǎn)地枸杞受種植地域的影響,品質(zhì)具有差異性,為此,筆者采用因子分析法、聚類分析法從枸杞營養(yǎng)成分和活性成分角度,綜合分析了青海不同產(chǎn)地枸杞品質(zhì)的特征指標(biāo)和聚類情況[7-9]。

      1 因子分析和聚類分析原理

      因子分析法是將眾多的變量綜合為少數(shù)幾個因子,并且保證原有信息損失最小,因子間不具有顯著的相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計分析降維方法。聚類分析法是按“物以類聚”的原則研究事物分類的一種多元統(tǒng)計分析方法。

      2 結(jié)果與分析

      采用SPSS 13. 0統(tǒng)計軟件,對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行因子分析和聚類分析,涉及的原始數(shù)據(jù)均來自文獻(xiàn)[1],數(shù)據(jù)見表1。

      表1 青海不同產(chǎn)地枸杞營養(yǎng)成分和活性成分含量Tab.1 Contents of nutritional and bioactive composition of Lycium barbarum from different habitats in Qinghai

      注:栽培柴達(dá)木枸杞果實:采集于青海省共和縣、都蘭縣、烏蘭縣、格爾木和德令哈等12個不同地區(qū),1~12號樣品依次分別來自于共和縣下塔邁村、都蘭縣下朝陽、都蘭小夏灘村、宗加鄉(xiāng)、諾木洪農(nóng)場、大格勒龍羊村、格爾木河?xùn)|農(nóng)場、格爾木河西農(nóng)場、德令哈塔灣克里、德令哈克魯克基地、懷頭塔拉、烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)。

      2.1 不同產(chǎn)地枸杞的因子分析

      2.1.1 原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

      對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,即對同一變量減去均值,再除以標(biāo)準(zhǔn)差,以消除原始數(shù)據(jù)之間的量綱影響,使標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)具備可比性,并遵從正態(tài)分布規(guī)律(0,1)。

      2.1.2 變量的相關(guān)系數(shù)矩陣

      由表2可知,75%以上數(shù)據(jù)的絕對值大于0.3,變量之間有一定的相關(guān)性,即這些變量之間有共同因子,可以進(jìn)行因子分析。

      表2 變量的相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.2 Correlation matrix of variables

      2.1.3 主因子方差解釋

      利用因子載荷矩陣求解變量相關(guān)矩陣,解得相關(guān)矩陣的特征根,根據(jù)特征根的大小確定因子數(shù)量。從表3數(shù)據(jù)可知,前3個特征根的3個因子可解釋原始變量總方差的89.643%,前3個因子可較好地解釋原始變量。

      2.1.4 方差最大化旋轉(zhuǎn)

      為了更好地說明因子的含義,對因子模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn),得到方差最大化后的因子載荷矩陣,見表4。

      表3 主因子方差解釋Tab.3 Explanation of variance of principal factor

      表4 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣Tab.4 Factor Load Matrix after rotation

      從表4可知,第一主因子和多糖具有較高的正相關(guān)系數(shù),多糖是第一主因子的代表;第二主因子與總黃酮有較高的正相關(guān)系數(shù),總黃酮是第二主因子的代表;第三主因子與灰分有較高的相關(guān)系數(shù),灰分是第三主因子的代表。利用回歸法得到得分函數(shù):

      F1=0.501X多糖+0.249X總黃酮-0.246X灰分-0.029X粗蛋白+0.142X粗纖維-0.086X粗脂肪+0.261X總糖+0.301X類胡蘿卜素

      F2=0.302X多糖+0.466X總黃酮+0.218X灰分+0.409X粗蛋白+0.200X粗纖維-0.454X粗脂肪+0.182X總糖+0.176X類胡蘿卜素

      F3=0.444X多糖+0.193X總黃酮+0.695X灰分+0.031X粗蛋白+0.494X粗纖維+0.425X粗脂肪+0.193X總糖-0.215X類胡蘿卜素

      把原始數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的值帶入方程,計算得主因子得分值、綜合因子得分值,見表5。

      表5 主因子得分值、綜合因子得分值Tab.5 Main factor score and comprehensive main factor score

      枸杞品質(zhì)排名順序是共和縣下塔邁村、格爾木河?xùn)|農(nóng)場、德令哈克魯克基地、都蘭宗加鄉(xiāng)、大格勒龍羊村、德令哈懷頭塔拉、德令哈塔灣克里、都蘭縣下朝陽、烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)、都蘭諾木洪農(nóng)場、都蘭小夏灘村、格爾木河西農(nóng)場。從圖1也可直觀反映枸杞品質(zhì)排名順序。

      這一綜合評價與實際情況相符[10-12]。文中建立的綜合評價函數(shù),避免了人為確定權(quán)數(shù)的缺陷。

      圖1 因子得分圖Fig.1 Principal factor score

      2.2 不同產(chǎn)地枸杞聚類分析

      采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件,對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,以離差平方和法和歐式距離平方進(jìn)行聚類分析,結(jié)果見圖2。由圖2可知,12批枸杞樣品可聚分為3大類,S1、S4、S5、S6、S9、S10、S11聚為一類,多糖平均含量為4.35%~5.01%,總黃酮平均含量為0.86%~1.11%,灰分平均含量為3.21%~4.07%;S2、S3、S7、S12聚為一類,多糖含量為5.06%~5.62%,總黃酮平均含量為0.83%~1.10%,灰分平均含量為3.30%~5.06%;S8為一類,多糖含量平均含量為5.32%~5.36%,總黃酮平均含量為0.85%~0.87%,灰分平均含量為6.21%~6.37%。而在歐氏距離大于20外,樣本又全部歸為一類,表明12種樣品具有相同的功效。

      圖2 聚類分析樹狀圖Fig.2 Cluster analysis tree diagram

      3 結(jié)語

      采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件,對青海不同產(chǎn)地枸杞進(jìn)行了因子分析和聚類分析。因子分析結(jié)果表明多糖、總黃酮、灰分是評價青海省不同產(chǎn)地枸杞質(zhì)量的特征指標(biāo),枸杞品質(zhì)排名順序是共和縣下塔邁村、格爾木河?xùn)|農(nóng)場、德令哈克魯克基地、都蘭宗加鄉(xiāng)、大格勒龍羊村、德令哈懷頭塔拉、德令哈塔灣克里、都蘭縣下朝陽、烏蘭縣柯柯鎮(zhèn)、都蘭諾木洪農(nóng)場、都蘭小夏灘村、格爾木河西農(nóng)場。聚類分析顯示12個區(qū)域樣品被聚分為3大類,S1、S4、S5、S6、S9、S10、S11聚為一類,S2、S3、S7、S12聚為一類,S8為一類,其與植物生長地理環(huán)境和生態(tài)環(huán)境有關(guān),因子分析和聚類分析結(jié)果可為枸杞研究提供一定理論依據(jù)。

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