12種飲用干花中微量元素主成分的分析

張 朋，張靜佳，楊玉良，祁正興，孫立卿

青海民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，青海 西寧 810007

0 引 言

飲用干花在我國(guó)歷史悠久，飲用花茶已經(jīng)成為國(guó)人的一種生活習(xí)慣.飲用干花中本身除含有許多有益的氨基酸、維生素、植物化學(xué)物外，還含有豐富的多種微量元素，飲用干花用于泡茶、入藥、佐餐，對(duì)治病、養(yǎng)顏、保健、抗衰老都有很好的功效，對(duì)增強(qiáng)人類體質(zhì)和保障人類健康至關(guān)重要.微量元素?cái)z入過(guò)量、缺乏或不平衡都會(huì)不同程度地引起人體生理的異?；蛞l(fā)身體機(jī)能的病變［1－4］.由于飲用干花類似中草藥，其藥效和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與其微量元素的含量關(guān)系密切.本研究對(duì)杭白菊等12種飲用干花中的微量元素含量進(jìn)行了主成分分析，對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)價(jià)給出了科學(xué)系統(tǒng)的理論依據(jù).

1 主成分分析原理

主成分分析（Principle Component Analysis）是多元統(tǒng)計(jì)分析中的一種重要的數(shù)據(jù)挖技術(shù)，它將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，在不丟失主要數(shù)據(jù)信息的前提下，把眾多復(fù)雜的數(shù)據(jù)變量歸結(jié)為少數(shù)的幾個(gè)能表征原始數(shù)據(jù)信息且彼此不相關(guān)的變量.

2 12種飲用干花中微量元素的主成分分析

2．1 原始數(shù)據(jù)

本研究中12種飲用干花中的鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鉻、鎘、砷、鉛等10種微量元素的含量數(shù)據(jù)全部來(lái)自于文獻(xiàn)［5］，詳見(jiàn)表1.

2．2 原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

采用SPSS13．0對(duì)上述原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除原始數(shù)據(jù)之間量綱不同的影響，從而使進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)更科學(xué)、更具可比性，并且服從正態(tài)分布規(guī)律（標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)略）.

2．3 結(jié)果與分析

采用SPSS13．0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件計(jì)算了12種飲用干花中微量元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析得到主因子的特征值和方差貢獻(xiàn)率（見(jiàn)表2）、主成分載荷系數(shù)矩陣（見(jiàn)表3），由表2主因子的特征值和方差貢獻(xiàn)率可知，前四個(gè)因子的方差累計(jì)貢獻(xiàn)率為84．880%，大于80%，因此可以篩選出前四個(gè)因子來(lái)進(jìn)行主成分分析；然后根據(jù)載荷矩陣得到主成分得分與綜合得分的關(guān)系式；最后以各因子的貢獻(xiàn)率作為權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)求和計(jì)算得到各因子得分及排名.其中，主成分載荷系數(shù)矩陣反映了各個(gè)初始變量與主成分的相關(guān)程度，也反映了各個(gè)變量的重要程度及作用；綜合得分反映了各飲用干花的質(zhì)量?jī)?yōu)劣，可以較為準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)各種飲用干花的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值.

根據(jù)上述主成分載荷系數(shù)矩陣得到各主成分得分及綜合得分的計(jì)算式從計(jì)算而得到各飲用干花的各因子得分，再根據(jù)得分情況進(jìn)行排名見(jiàn)表4.

各主成分得分計(jì)算關(guān)系式：

F1＝0．325ZCa＋0．402ZMg＋0．280Zfe＋0．322ZMn＋0．372ZZn＋0．420ZCu－0．431ZCr＋0．191ZCd－0．094ZAS＋0．068ZPb

表1 12種飲用干花中微量元素的含量Table 1 Contentof trace elements in 12 kinds of drinking dried flowers /(μg/g)

F2＝－0．312ZCa－0．010ZMg＋0．416ZFe－0．201ZMn＋0．422ZZn－0．139ZCu－0．092ZCr－0．339ZCd＋0．482ZAs＋0．396ZPb

F3＝0．366ZCa＋0．301ZMg－0．221ZFe＋0．453ZMn－0．142ZZn－0．363ZCu＋0．069ZCr－0．529ZCd＋0．071ZAs＋0．281ZPb

表2 特征值和方差貢獻(xiàn)率Table 2 Characteristic value and variance contribution rate of the principal divisor

F4＝0．041ZCa＋0．185ZMg＋0．206ZFe＋0．227ZMn－0．033ZZn＋0．066ZCr－0．049ZCd＋0．547ZAs－0．691ZPb

綜合得分計(jì)算關(guān)系式：

表3 主成分載荷系數(shù)矩陣Table 3 Principal component load factormatrix

表4 主成分得分和排名Table 4 Principal comprehensive scores and rankings

F＝0．326 1F1＋0．266 58F2＋0．173 8F3＋0．082 3F4

根據(jù)表4中綜合得分F值的大小排名可知，桃花、野菊花、黃山貢菊的綜合得分分別是1．722、0．708 和 0．616，排名前三，所以桃花、野菊花、黃山貢菊的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高；其次是金盞菊、杭白菊、洋甘菊和粉玫瑰花；營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最差的是紅玫瑰花、月季花、七彩菊、蘋果花、紫玫瑰花.因此，我們?cè)谶x擇飲用干花時(shí)就可以選則營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的桃花、野菊花和黃山貢菊.

3 討 論

采用用主成分分析降維的思想，該指數(shù)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合性指標(biāo)，以排除原始數(shù)據(jù)共存中相互重疊的信息，而獲得最主要的信息［6］.根據(jù)主成分的載荷系數(shù)矩陣和各主成分的計(jì)算式可以得到如下結(jié)論：

第一主成分中起主要作用的元素是Cr、Cu和Mg，其中Cr的貢獻(xiàn)最大且為負(fù)相關(guān)；第二主成分中起主要作用的元素是As、Zn和Fe，其中As的貢獻(xiàn)最大且為正相關(guān)；第三主成分中起主要作用的元素是Cd、Ca和Mg，其中Cd的貢獻(xiàn)最大且為負(fù)相關(guān)；第四主成分中起主要作用的是Pb、As和Cr，其中Pb貢獻(xiàn)最大且為負(fù)相關(guān).

Ca和Mg為人體所需的宏量元素，其中Ca為人體骨骼，牙齒形成時(shí)的必須的主要成分，且存在于人體血液，是多種生理機(jī)能的參與者；Mg能輔助鈣和鉀的吸收，具有預(yù)防心臟病、糖尿病和降低膽固醇的作用，很多重大疾病的發(fā)生都與微量元素鎂的缺乏有密切關(guān)系［7］.

Fe、Zn、Cu、Cr為人體必需微量元素，其中 Cu元素是合成血紅蛋白和多種蛋白酶的元素，可以提高機(jī)體防御功能［8］；Fe元素參與人體造血，是組成血紅蛋白，肌紅蛋白和含鐵酶的必要元素［9］；Zn元素是多種蛋白質(zhì)、核酸和代謝酶的組成元素，能調(diào)節(jié)新陳代謝，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、促進(jìn)組織修復(fù)、加速傷口愈合，另外鋅元素在調(diào)控基因的表達(dá)中也起著重要的作用［9－10］，通常把頭發(fā)中鋅的含量作為檢查人體健康狀況的重要指標(biāo)［11］；Cr元素多存在于皮膚，參與糖脂肪的代謝過(guò)程和降低血液中的膽固醇含量，防止動(dòng)脈硬化［10，12］.

As、Cd、Pb三種元素都是對(duì)人體有害的重金屬元素.As可致癌，無(wú)機(jī)砷及其化合物有劇毒；Cd攝入過(guò)量會(huì)造成兒童的智力低下和引發(fā)心臟??；Pb攝入過(guò)量的鉛會(huì)造成鉛中毒，對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)造成危害［13］.

但是，依據(jù)《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（標(biāo)準(zhǔn)號(hào) WM/T2－2004）中執(zhí)的行的標(biāo)準(zhǔn)：Cu（千克質(zhì)量含量，下同）≤20．0mg/kg，Cd（千克質(zhì)量含量，下同）≤0．30mg/kg，As（千克質(zhì)量含量）≤2．00 mg／kg，Pb（千克質(zhì)量含量）≤5．00mg/kg，以及我國(guó)農(nóng)業(yè)部制《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)NY659－2003）中對(duì)鉻含量指標(biāo)Cr（千克質(zhì)量含量）≤5．00mg／kg可見(jiàn)，上述 12種飲用干花中野菊花、紅玫瑰花、桃花和蘋果花的銅含量超標(biāo)，紅玫瑰花和紫玫瑰花的鎘含量超標(biāo)，桃花的砷元素含量超標(biāo)，這些可能是與花茶產(chǎn)地的水源和土壤等條件有關(guān).

綜上所述，以主成分分析的方法去研究判別這12種飲用干花的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值具有一定的科學(xué)意義，有助于我們選擇營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的飲用干花.

致 謝

感謝青海民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院提供的研究平臺(tái)！

［1］陳慧，陳芳．食用花卉的利用概況及發(fā)展趨勢(shì)［J］．中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2001，1（1）：61－63．CHEN Hui，CHEN Fang．The utilization and development trend of the edible flowers ［J］．Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology，2001，1（1）：61－63．（in Chinese）

［2］孫慶媛，李俊偉，王蘭鳳．幾種可食用花朵中的無(wú)機(jī)元素測(cè)定［J］．國(guó)土與自然資源研究，2007（2）：94－95．SUN Qing －yuan，LI Jun －wei，WANG Lan －feng．The quantity determination of several kinds of inorganic elements in some eatable flowers ［J］．Territory ＆ Natural Resources Study，2007 （2）：94－95．（in Chinese）

［3］蔣彩云，余芳，韓文娟，等．花茶抗氧化性評(píng)價(jià)的新方法［J］．河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，38（3）：278－281．JIANG Cai－yun，YU Fang，HAN Wen －juan，et al．A new evaluation method for aAntioxidant capacity of scented tea［J］．Journal of Hebei Normal University：Natural Science Edition，2014，38（3）：278－281．（in Chinese）

［4］秦俊法，陳磐華．中國(guó)的中藥微量元素研究Ⅰ．微量元素：一切中藥的基本成分［J］．廣東微量元素科學(xué)，2010，17（11）：1－18．QIN Jun－fa，CHEN Pan－h(huán)ua．The research of trace elanents of Chinesemedicine in China I ．trace elanent：the basic ingredients of all Chinese medicne［J］．Guang-dong Trace Elements Science，2010，17（11）：1－18．（in Chinese）

［5］張莉，崔英，吳大付．12種飲用干花中的微量元素測(cè)定與研究［J］．資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)，2013，29（4）：343－344，389．ZHANG Li，CUI Ying，WU Da－fu．Determination and study on trace elements in 12 kinds of drinking dried flowers ［J］．Resource Development＆ Market，2013，29（4）：343－344，389．（in Chinese）

［6］多本加．四種補(bǔ)益藥中微量元素含量的主成分分析［J］．武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37（7）：30－33．DUO Ben－jia．Principal components analysis of trace element contents in astragali radix，angelicae sinensis radix，lycii fructus and eucommiae cortex［J］．Journal of Wuhan Institute of Technology，2015，37（7）：30－33．（in Chinese）

［7］孫立卿，周長(zhǎng)會(huì)，吳啟勛．11種中草藥中微量元素的主成分分析研究［J］．洛陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，33（2）：48－50．SUN Li－qing，ZHOU Chang －h(huán)ui，WU Qi－xun．The principal component analysis on the trace elements in eleven Chinese herbalmedicines ［J］．Journal of Luoyang Normal University，2014，33（2）：48－50．（in Chinese）

［8］徐常龍，陳義凡，曹世全，等．論人體必需微量元素與人類保?。跩］．高等函授學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，20（2）：7－10．XU Chang－long，CHEN Yi－fan，CAO Shi－quan，et al．The theory of essential trace elements and human health［J］．Journalof Higher Correspondence Education：Natural Sciences，2006，20（2）：7－10．（in Chinese）

［9］濮玲，李海朝，濮御，等．十二種常用中草藥中微量元素的主成分分析［J］．廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2014，32（4）：96－100．PU Ling，LIHai－chao，Pu Yu，et al．Principal component analysis of trace elements in 12 commonly used Chinese herbalmedicines［J］．Journal of Guangxi Normal University：Natural Science Edition，2014，32 （4）：96－100．（in Chinese）

［10］劉曉惠，劉小翠，吉守祥．11種中草藥微量元素的主成分分析［J］．海南師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，28（1）：49－51．LIU Xiao－h(huán)ui，LIU Xiao－cui，JIShou－xiang．The principal component analysis on the trace elements in eleven Chinese herbal medicines ［J］．Journal of Hainan Normal University：Natural Science，2015，28（1）：49－51．（in Chinese）

［11］徐春放，賀志麗．濁點(diǎn)萃取分光光度法測(cè)頭發(fā)中鋅的含量［J］．武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（10）：17－22．XU Chun－fang，HE Zhi－li．Measuring content of zinc in hair by cloud point extraction spectrophotometry［J］．Journal of Wuhan Institute of Technology，2013，35（10）：17－22．（in Chinese）

［12］黃作明，黃珣．微量元素與人體健康［J］．微量元素與健康研究，2010，27（6）：58－62．HUANG Zuo－ming，HUANG Xun．Trace elements and Human health［J］．Studies of Trace Elements and Health，2010，27（6）：58－62．（in Chinese）

［13］李玉珍．有害元素與人體健康［J］．生命科學(xué)儀器，2004，2（6）：10－19．LIYu－zhen．Harmful element and Human health［J］．Life Science Instruments，2004，2（6）：10－19．（in Chinese）