不同品种百合内外鳞片游离氨基酸组成的主成分分析及聚...

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不同品种百合内外鳞片游离氨基酸组成的主成分分析及聚类分析
王馨雨1,2，王蓉蓉3，王 婷4，杨绿竹1,2，刘 洁1,2，黎 欢1,2，张 群1,2，单 杨1,2，丁胜华1,2,*

（1.湖南大学研究生院隆平分院，湖南 长沙 410125；2.湖南省农业科学院农产品加工研究所，果蔬贮藏加工与质量安全湖南省重点实验室，湖南省果蔬加工与质量安全国际联合实验室，湖南 长沙 410125；3.湖南农业大学食品科学技术学院，湖南 长沙 410128；4.吐鲁番市林果业技术推广服务中心，新疆 吐鲁番 838000）

摘 要：为研究不同品种百合鳞茎中游离氨基酸（free amino acids，FAAs）综合品质的差异，以7 种百合内外鳞片为研究对象，采用液相色谱-串联质谱法测定游离氨基酸种类和含量，采用味道强度值、主成分分析法及聚类分析法综合评价。结果表明：百合中氨基酸含量丰富，均含有21 种FAAs，总量在4.10～10.10 mg/g之间。不同品种之间总游离氨基酸（total free amino acids，TFAAs）、必需氨基酸（essential amino acids，EAAs）、呈味氨基酸、药用氨基酸含量均存在差异。整体上，内片TFAAs含量高于外片，平均值分别为7.00 mg/g和6.18 mg/g；所有品种中，兰州（平陆）、兰州（兰州）、川百合中TFAAs含量较高，岷江百合最低；卷丹、川百合中EAAs含量高，内外片含量均占TFAAs的10%以上；呈味氨基酸中，以苦味和鲜味氨基酸占优势，谷氨酸和精氨酸为主要贡献者；药用氨基酸含量丰富，所有品种占TFAAs的49.18%～70.15%。通过主成分分析提取5 个主成分，累计方差贡献率为88.803%，能较好体现FAAs综合信息。根据综合排名得出前3 位分别为兰州百合（平陆）内片、川百合内片、川百合外片。分层聚类分析将7 个品种的内外鳞片百合分为5 大类，该聚类分析结果与主成分综合分析结果较一致，可反映出不同百合种质之间的差异。

关键词：百合；游离氨基酸；液相色谱-串联质谱法；主成分分析；聚类分析

百合是百合科百合属多年生草本球根植物，地下部分的鳞茎可食用[1]。百合喜冷凉气候，主要分布于北半球寒冷和温带地区，尤其是东亚和北美[2]。我国是百合属植物的重要分布中心，西南（四川、重庆、云南）、东北（山东、辽宁、吉林）、西北（甘肃、西藏、陕西）、中部（湖南、江西）、东部（江苏）等为主要分布区[2-3]。百合品种繁多，主要分为药用和食用百合，药用百合主要是卷丹百合和细叶百合，食用百合主要有兰州百合、龙牙百合、川百合、岷江百合、宜昌百合、东北百合、毛百合等[3-4]。百合具有较高的营养价值和保健功效，是国家卫生健康委员会公布的首批列为药食两用的植物资源之一，除了基本营养物质外，它还含有多种生物活性物质，包括酚类、多糖、皂苷、生物碱等，具有抗氧化、抗炎、增强免疫等多种保健作用[5]。

游离氨基酸（free amino acids，FAAs）是一类非蛋白质氨基酸，一般认为其不是构成机体的结构物质，也不能作为能源物质，故不像蛋白质氨基酸一样与生物机体的生长发育直接相关，但其具有重要的生理功能和药用价值[6-7]。目前，百合鳞茎采后研究主要集中在采后生理变化[8-9]、活性物质的分离纯化及活性评价[10]、保鲜技术[11-12]等方面，关于氨基酸的分析主要是组成和含量测定[13-14]及方法学研究[15-16]，而关于不同品种和地域来源的百合氨基酸差异性分析鲜见报道。

主成分分析（principal component analysis，PCA）是一种通过数据降维，将多个变量通过线性变换为少数综合变量，用简化的数据反映原始数据的多元统计分析方法[17]。分层聚类分析（hierarchical cluster analysis，HCA）利用确定的标准如欧氏距离或曼哈坦聚类计算样品之间的相关性，根据相关程度将其简化合并，更直观地对相似品种及组分进行综合比较[18]。目前PCA和HCA已广泛用于农产品品质差异研究。Dong Meng等[19]用PCA对10 个品种香菇的FAAs和5’-核苷酸进行分析综合评价，认为PCA和HCA为品质综合评价体系的简化提供了方便。Sun Liping等[20]采用PCA和HCA对13 种野生食用菌FAAs进行综合评价，方法简化，区分效果较好。

百合鳞茎环抱而生，外片肥厚，内片嫩薄。据Zhang等[9]报道，百合鳞茎内片可溶性糖和淀粉含量高于外片；Li Huan等[5]发现内外鳞片淀粉结构也存在差异。李彦丽等[21]还观察到百合内外鳞片的内源酶活性不同，外片多酚氧化酶和过氧化物酶活性均分别高于内片，由此提出百合鳞片分级加工应用的重要性。因此本研究对7 个品种的百合及其内外鳞茎中FAAs组成及含量进行测定，采用PCA和HCA对其FAAs综合评价分析，以期为百合的营养价值、药用价值、特征风味研究、品种的筛选及产品的开发利用提供一定理论参考。

1 材料与方法
1.1 材料与试剂
供试材料为7 种百合品种的成熟鳞茎，采收后于4 ℃贮藏，主要品种信息如表1所示。挑选大小均匀、无明显斑点、无病害、无物理损伤的鳞茎，用自来水冲洗后进行剥片，百合鳞茎分为内外两层，挑选由外而内的3 层鳞片为外片样品，由内而外的3 层鳞片为内片样品。

氨基酸标准品：牛磺酸、鸟氨酸、瓜氨酸、羟脯氨酸、γ-氨基丁酸、天冬酰胺、丙氨酸、精氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、胱氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、色氨酸、酪氨酸、苏氨酸、缬氨酸共26 种均购置于北京拜尔迪生物技术有限公司。

表1 供试7 个百合品种及信息
Table 1 Information about the seven lily cultivars studied

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注：数字1、2分别为百合内、外鳞片。

1.2 仪器与设备
LGJ-25C冷冻干燥机 北京四环科学仪器厂；WP-UP-WF-20超纯水制备机 四川沃特尔水处理设备有限公司；Avanti J-26XP冷冻离心机 美国Beckman公司；KQ-数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；BSA124S分析天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；LC-20A高效液相色谱仪、LCMS-8045三重四极杆质谱仪日本岛津仪器有限公司。

1.3 方法
1.3.1 百合粉的制备

将洗净分级后的百合片平铺在金属盘上冷冻干燥，冷陷温度-60 ℃，真空度10 Pa，自动程序冷冻干燥48 h，干燥后的百合片用组织捣碎机粉碎30 s，过200 目筛，收集百合粉，真空包装后于-20 ℃贮藏备用。

1.3.2 氨基酸的提取

参考严宝飞[22]和于士军[23]等的溶液测定方法，略有改动。精确称取各样品粉末0.500 0 g，置于50 mL的离心管中，加入15 mL的超纯水溶解，室温超声（250 W，40 kHz）提取30 min，每5 min振荡使底部沉淀分散，8 000×g离心10 min，取上清液，重复提取步骤3 次，收集上清液定容至50 mL。取适量提取液过0.22 μm水系微孔滤膜得待测液。

1.3.3 标准品混合溶液的制备

精确称取干燥至恒质量的各氨基酸标准品适量，加入10%甲醇溶液配制成混合标准品储备液于4 ℃下保存。取不同体积的上述储备液稀释后，制成系列浓度的混合标准品溶液，进行线性关系分析。

1.3.4 氨基酸分析

参考Dong Meng等[19]的方法，略作修改。

色谱条件：Shim-pack GIST-HP C18色谱柱（2.1 mm×100 mm，3 µm）；流动相A为0.1%甲酸溶液、流动相B为乙腈-0.1%甲酸溶液，流速为0.2 mL/min，柱温40 ℃，进样量5 μL。

质谱条件：电喷雾离子源，正离子模式；扫描方式：多反应监测；雾化器流量3.0 L/min；加热气流量10 L/min；碰撞气为氩气；干燥气流量10.0 L/min；加热块温度400 ℃；除溶剂管温度250 ℃。各化合物具体质谱检测条件如表2所示。

表2 质谱检测参数
Table 2 Precursor product ion pairs and parameters for SIM/MRM

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1.4 数据统计与分析
1.4.1 数据统计

采用Excel 2016软件对测定数据进行整理统计，计算氨基酸平均值、标准差及变异系数。采用SPSS 23.0对数据进行单因素方差分析，采用t检验，P＜0.05，差异显著，P＜0.01，差异极显著。

1.4.2 呈味氨基酸分析

呈味氨基酸可分为鲜味、苦味、甜味、芳香族氨基酸，味道强度值（taste active value，TAV）指呈味物质含量值与呈味物质味觉阈值的比值[24]。数据分析用OriginPro 2018C和Excel 2016完成。

1.4.3 适应性分析

对FAAs含量进行相关系数矩阵直观检验，根据相关系数矩阵中相关系数的大小所反映的原始变量之间的线性相关程度进行适应性检验。数据分析采用SPSS 23.0中相关分析的Pearson分析法。

1.4.4 PCA及综合评价

采用SPSS 23.0分析软件，对不同品种及内外片的百合FAAs进行PCA，提取特征值大于1.00的因子作为主成分，得到原始数据相关矩阵的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率、成分矩阵、成分得分系数矩阵等，根据所得信息对不同品种及内外片的百合进行综合评价，以每个主成分所对应特征值的方差贡献率βi（i=1，2，3，…，k）为权数，由各主成分得分Fi与对应的权重相乘得综合评价模型pagenumber_ebook=223,pagenumber_book=214

1.4.5 HCA

根据14 个百合样品中FAAs组成及含量测定结果，采用OriginPro 2018C分析软件对14 个百合样品进行HCA，所用方法为ward最小方差和欧氏距离法，用树形图表示百合种质亲疏程度。

2 结果与分析
2.1 不同品种百合FAAs的组成与含量
如图1所示，6 min内，百合样品中各FAAs均得到较好的分离，在26 种氨基酸标准品对照下，从百合中共鉴定出21 种FAAs。胡悦等[14]共检出16 种，李琪等[26]检出20 种。与前人研究相比多检测出Asn、Gln 2 种氨基酸，但未检出Cys、Cysh及HPro，这可能与FAAs提取方法及品种差异有关。如表3所示，不同品种及内外片百合鳞茎中氨基酸种类无差异，均含有21 种氨基酸，其中必需氨基酸（essential amino acids，EAAs）包括Val、Thr、Trp、Phe、Met、Leu、Lys、Ile 8 种，2 种半必需氨基酸Arg和His，药用氨基酸种类齐全，包括Phe、Met、Leu、Lys、Tyr、Asp、Glu、Gly、Arg 9 种。

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图1 26 种氨基酸标准品超高效液相色谱-串联质谱图
Fig. 1 UPLC-MS/MS chromatograms of 26 amino acid standards

由表3可知，不同品种及内外片中百合鳞茎总游离氨基酸（total free amino acids，TFAAs）、EAAs、药用氨基酸含量均存在差异。从TFAAs看，其含量在4.10～10.10 mg/g之间，结果与李琪[26]、徐瑾[13]等的接近，其测定百合TFAAs含量在1.992～13.95 mg/g之间。在检测出的21 种氨基酸中，含量由高到低分别为Glu、Arg、Orn、Cit、Asp、Ala、Lys、GABA、His、Val、Leu、Thr、Tyr、Pro、Gly、Phe、Ile、Ser、Met、Trp、Gln。Glu在7 个品种中含量最高，内外片平均含量分别为1.90 mg/g和1.61 mg/g，含量最低的Gln内外片平均含量分别为5.87 μg/g和6.47 μg/g。在所有品种中，PL1中TFAAs含量最高，LZ1中总量居其次，含量最低的是JD2。茅云枫等[27]用酸水解法测得4 个品种FAAs中川百合最高，龙牙百合最低。整体上，内片百合品种的TFAAs高于外片百合，其平均值分别为7.00 mg/g和6.18 mg/g，这一结果与孙红梅等[28]研究结果相似，百合鳞茎的FAAs主要集中在顶芽和内部鳞片等幼嫩组织中，成熟器官中含量较低。从EAAs看，其含量占TFAAs的7.46%～12.92%，其中Glu含量最高，其次为Arg与Orn。EAAs占比最高的品种为JD1，最低为PL1，内片的平均EAAs含量同样高于外片。这可能与百合不同成熟期体内营养成分变化有关，随着百合鳞茎的成熟，淀粉、可溶性蛋白合成增加，水分含量降低，其他营养成分相对占比也出现相应变化[29]。除EAAs外，百合中的药用氨基酸也非常丰富，以PL1中占比最高，达TFAAs的70.15%，最低为YC1，药用氨基酸质量分数也接近50%。

表3 不同品种百合FAAs含量
Table 3 Contents of free amino acids in of lily bulbs from different cultivars μg/g

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注：∆.药用氨基酸；☆.呈味氨基酸品种；不同大写字母、小写字母分别表示不同品种间内片、外片差异显著（P＜0.05）；*.相同品种内外片差异显著（P＜0.05），标注在含量高的样品上；非必需氨基酸（non-essential amino acid，NEAA）；Arg、Glu、Orn单位为mg/g。

从不同品种间百合内外片各氨基酸含量的变异系数看，内片比外片变异系数大。其中Val、Phe、Ala变异系数较大，YC和MJ百合中Val含量较低，C和LZ百合中Phe含量较高；较其他品种相比，YC百合中Ala含量最低。Lys、Met、Leu、Ile变异程度较小，这表明百合中Val、Phe、Ala含量在品种差异较大，Lys、Met、Leu、Ile含量在品种间的差异性相对较小。

2.2 呈味氨基酸分析
百合鳞茎富含淀粉、蛋白质及粗纤维，不像其他药食同源的食物，如桑葚、红枣、山楂、乌梅等含较高的糖、酸，使食物具有独特的滋味。梁晓娟[30]提到百合香醇味苦，只有兰州百合是唯一的甜百合。食物中的氨基酸由2 种形式，一种是非游离态，一种是游离态。非游离氨基酸在食用的过程中不能立即水解，对食物的滋味影响不大，游离态氨基酸呈味特性可分为4 类，鲜味氨基酸（Glu、Asp、Lys）、甜味氨基酸（Thr、Gly、His、Ala、Pro、Ser）、苦味氨基酸（Met、Arg、Val、Leu、Ile、Trp）、芳香族氨基酸（Phe、Tyr）[31]。如图2所示，在呈味氨基酸总含量中，PL品种含量最高，MJ、YC品种较低。相同品种内外片中呈味氨基酸含量不一，YC、MJ、LY百合中外片含量高于内片，C、PL、LZ、JD百合中内片含量高于外片。然而，不同品种及内外百合鳞茎中呈味氨基酸的组成模式相似，贡献较大的是鲜味氨基酸和苦味氨基酸，甜味氨基酸含量较少，芳香族氨基酸最少。这与百合独特的甘苦味较为吻合。在呈味氨基酸中，苦味氨基酸含量最高为PL百合，其次为C百合，含量较低的几个品种分别为YC、MJ、LY及JD。鲜味氨基酸含量同样为PL、C 2 个品种占优势，LY、LZ、JD较为接近。甜味氨基酸含量最高的为LZ1，较高的为C百合，其他品种较为相近，这与兰州百合具有甜味相一致。芳香族氨基酸Phe和Tyr是人体EAAs，在百合中的含量相对较少，它们主要存在于乳制品和肉制品中[32-33]。整体看，呈味氨基酸的种类及含量与已知的百合甘醇略苦的风味较为吻合，推测氨基酸与其风味存在内在联系。

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图2 呈味氨基酸含量
Fig. 2 Contents of flavor amino acids

虽然各呈味氨基酸含量在品种间存在差异，但不同氨基酸的味觉感知阈值不同，高含量的氨基酸对食品风味贡献不一定大，因此采用TAV对百合各呈味氨基酸进行评价[25,30]。TAV越大，表示其对呈味贡献越大，当TAV＜1时，表示该氨基酸对百合整体风味贡献不大。由表4可知，经TAV转换后，大部分氨基酸TAV小于1，对百合风味无贡献，只有含量较高的鲜味氨基酸Glu和苦味氨基酸Arg对味觉有影响。只有LZ1中His的TAV大于1，贡献了甜滋味，在其他品种内片中均未发现。值得一提的是，苦味氨基酸的阈值一般较其他呈味氨基酸高，尤其是Met、Val，在甜味氨基酸中，除了His和Ala，其他氨基酸阈值均大于1 mg/g。这使得人对苦味更加敏感，但这不一定为劣势，当苦味氨基酸含量低于阈值时，有时可以增强其他呈味氨基酸的呈味效果[24]。单体Asp和Glu的阈值极低，分别为0.03、0.05 mg/g，主要呈酸味[34]，不宜单独使用于调味中。但其钠盐阈值升高，鲜味更浓，酸味更少，在增香调味中应用广泛。

表4 不同品种百合呈味氨基酸TAV
Table 4 Taste activity values of flavor amino acids in lily bulbs from different cultivars

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2.3 药用氨基酸分析
自然界中常见的FAAs有20多种，其中Glu、Asp、Arg、Gly、Phe、Tyr、Met、Leu、Lys 9 种氨基酸在植物中含量少，有些氨基酸人体不能合成，但又是维持机体氮平衡所必需的，称为药用氨基酸[30]。Arg不仅是药用氨基酸，也是一种半必需氨基酸，对新生儿的营养代谢和调控具有重要作用，研究表明其可促进垂体生长素的分泌，以治疗矮小症，还可促进胰岛素的释放，以治疗糖尿病[35]。Lys在植物中含量一般较低，常作为限制性氨基酸，其对提高智力、促进生长、帮助钙的吸收有重要作用[6]。Glu对脑神经损伤、癫痫及弱智儿童有效，还具预防治疗肝性昏迷、护肝等功效[30]。

表5 FAAs指标间相关性分析
Table 5 Correlation analysis among free amino acids in lily bulbs from different cultivars

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注：相关性为Pearson类型；*.显著相关（P＜0.05）；**.极显著相关（P＜0.01）。

如表3所示，MJ、C、PL品种药用氨基酸含量较高，占TFAAs含量60%以上，其中PL1药用氨基酸含量最高，达70.15%，含量为7.09 mg/g，YC1最少，仅占49.18%。整体看，百合中药用氨基酸含量丰富，内外片平均药用氨基酸占TFAAs为58.02%、59.96%，与花椒（58%）[31]、枇杷（56%）[36]较接近，因此富含药用氨基酸的百合可作为高药用价值的植物来源。

2.4 适应性分析
在进行PCA之前，需对所获数据进行适应性检验，常见的检验方法有巴莱特球性检验、KMO检验、φ检验、碎石图检验、相关系数矩阵的直观检验等[37]。本实验使用相关系数矩阵的直观检验法对其适用性进行评价。如表5所示，FAAs间存在正相关和负相关，绝大部分呈显著正相关（P＜0.05），尤其是Phe、Leu与Val，Glu、Leu与Phe，Ser与Ile之间相关系数在0.85以上，呈极显著相关（P＜0.01）整体表明百合FAAs间相关性较强，可用PCA对其进行综合分析。

2.5 不同品种百合FAAs的PCA
表6 主成分的特征值和贡献率
Table 6 Eigenvalue of the principal components and their contribution rates and cumulative contribution rates

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如表6所示，每个主成分均反映了一定的原始变量信息，特征值代表主成分反映原始变量信息的数量。经PCA提取的5 个主成分，其特征值均大于1，累计方差贡献率为88.803%，基本反映了所有变量的初始信息，因此，选用前5 个主成分作为数据分析的有效成分。

表7 主成分的特征向量与载荷矩阵
Table 7 Principal component eigenvectors and loading matrix

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如表7所示，数值反映原始变量对因子影响的大小，正负表示影响的方向[24]。变量Asp、Cit、Glu、Arg、Thr、Phe、Val、His上有较高载荷系数，说明其与PC1相关性较强；PC2中Lys、Leu、Ala、Pro、GABA载荷系数较高，贡献大；PC3为Ile、Met、Gln、Ser、Trp；PC4为Tyr、Gly；Orn主要代表了PC5，其载荷值达0.922。

2.6 不同品种百合FAAs的综合评价
由于PCA中前5 个组分反映了百合样品中21 种FAAs信息的88.803%，因此利用前5 个组分进行不同百合品种及内外片的FAAs的综合评价是可行的。利用PCA得到的F1、F2、F3、F4、F5的5 个新的综合指标代替原来的21 个指标对氨基酸进行分析，得到百合中FAAs的前5 个主成分线性关系分别为：

F1=0.203X1+0.186X2+0.276X3+0.174X4+…+0.191X18+0.232X19+0.171X20+0.066X21

F2=0.198X1+0.033X2+0.055X3+0.327X4+…+0.203X18+0.024X19-0.278X20-0.248X21

F3=-0.325X1-0.411X2-0.213X3-0.267X4+…-0.006X18+0.232X19+0.015X20+0.032X21

F4=-0.226X1-0.087X2-0.109X3+0.088X4+…+0.373X18+0.167X19+0.272X20+0.654X21

F5=-0.155X1-0.132X2-0.126X3-0.026X4+…+0.118X18-0.459X19-0.503X20+0.074X21

表8 不同品种及内外百合鳞片成分得分和综合评估
Table 8 Principal component scores and comprehensive assessment of FAAs in different cultivars as well as inner and outer lily bulb scales

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5 个主成分从不同方面体现了不同品种及内外百合鳞茎FAAs水平，单独使用某一主成分无法对其质量作出综合性评价，因此根据PCA结果，以每个主成分对应的方差相对贡献率作为权重建立综合评价模型F=0.544F1+0.170F2+0.141F3+0.086F4+0.058F5，计算各样品的综合得分，分数高低可反映样品中FAAs综合品质的高低。由表8可知，5 个主成分综合得分最高的为PL1，其次为C1、C2、PL2，得分最低的几种分别为JD2、MJ1、YC1。整体看，PL和C百合品质最高，YC和MJ百合品质最差。LY、LZ、JD百合品质适中，但内外片仍存在差异，LZ、JD内片品质高于外片，LY外片品种高于内片。

2.7 HCA
采用OriginPro 2018C软件对7 个百合品种及内外片中FAAs品质进行HCA，采用ward最小方差和欧氏距离法进行分析[38]。如图3所示，左边树状为品种间的聚类，上侧树状为FAAs的聚类，中部填充颜色深浅，体现出各样品中氨基酸含量的高低。从左侧品种及内外片的聚类看，14 个百合样品可分为5 大类：第1类为PL1，品质最好，TFAAs、药用氨基酸含量最高；第2类为PL2、JD1、LY2、C1、C2，品质较好，TFAAs较高，EAA和药用氨基酸较多；第3类为MJ1、MJ2、JD2，TFAAs含量较少，但EAA和药用氨基酸占TFAAs高，功效性强；第4类为LZ1、LZ2、LY1，TFAAs含量较高，但是功能性FAA占比较低；第5类为YC1、YC2，各含量最低，品质相对较差。对照图3颜色看，红系色越浅，含量越高；蓝系色越深，含量越高。结果表明，PL1浅色的红系板块和白色板块数目最多，深色的蓝系板块数目多，JD2、YC1、YC2品种与之相反。FAAs的聚类大致可分为4 大类，Orn作为单独一类，含量较多但与其他FAAs相似性较弱，这在相关系数中也可看出。Glu、Arg作为2 种主要的呈味氨基酸，含量较高，也可分为一类。Cit作为NEAA，含量较多，既不是呈味氨基酸，也非药用氨基酸，可单独聚为一类。其余氨基酸含量较少，以红系色和白色为主，各氨基酸间相似性较强，可聚为一大类。

氨基酸品质的差异性受到种植地区、环境及气候等因素的影响，该HCA与PCA结果相近，可以较好地体现不同品种及部位的差异性。因此，采用本实验进行HCA是可行的，可为地方特色性百合栽培种植、功效成分的利用及氨基酸营养价值的评价提供一定参考依据。

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图3 不同品种及内外百合鳞片HCA图
Fig. 3 Dendrogram from cluster analysis of FAAs in different lily cultivars as well as inner and outer lily bulb scales

3 结 论
为更好地开发利用百合资源，发挥栽培地方优势，本研究开展百合鳞茎FAAs的营养品质分析和综合评价，筛选评价的关键指标，建立综合评价模型，为百合鳞茎品种的选育及产品的开发提供理论依据和评价方法。

利用液相色谱-串联质谱法对7 种品种及内外百合鳞片进行FAAs组成和含量测定，在6 min内共测出21 种FAAs，与其他同类研究相比大幅降低测定时间[13,15]。各样品TFAAs在4.10～10.10 mg/g之间，整体上，内片百合TFAAs高于外片，EAAs占TFAAs百分比为7.46%～12.92%，药用品种JD及C百合表现最佳。各呈味氨基酸组成模式一致，均以鲜味氨基酸和苦味氨基酸含量最高，甜味氨基酸其次，芳香族氨基酸最少。经TAV转化，所有品种中仅有Glu、Arg 2 种氨基酸TAV大于1，对百合呈味有贡献。百合中药用氨基酸齐全，占TFAAs较高，14 个样品中内外片平均TFAAs占比为58.02%、59.96%，以PL、MJ、C百合3 个品种占比最高，具有较高的药用价值。

PCA从各品种21 种FAA中提取5 个主成分，累计贡献率达88.803%，可较好反映百合FAAs品质的综合信息。经PCA建立综合评价模型：F=0.544F1+0.170F2+0.141F3+0.086F4+0.058F5。HCA可将14 个百合样品分成5 类，结果与PCA较为一致。

根据综合分析，PL、C是综合品质最好的2 个品种，适合作为高等百合品种栽培。JD品种作为7 个品种中唯一的药用品种，EAAs和药用氨基酸均较高，可对品种进一步改良，发扬药用品种优势。LZ品种是唯一的甜百合，内片TFAAs高于外片，且内片甜味氨基酸含量丰富，适合于百合休闲食品开发，丰富市场。YC和MJ品种，在FAAs综合评价中，排名靠后，但其EAAs、药用氨基酸仍较丰富，结合胡悦等[14]研究，其生物活性成分远高于其他品种，因此适合于作为功能性品种栽培开发。在评价的14 个百合样品中，4 种百合内鳞片综合评分高于外片，3 种百合外鳞片整体优于内鳞片，可为百合鳞片的分级加工应用提供参考依据。

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Principal Component Analysis and Cluster Analysis for Evaluating the Free Amino Acid Composition of Inner and Outer Lily Bulb Scales from Different Cultivars

WANG Xinyu1,2, WANG Rongrong3, WANG Ting4, YANG Lüzhu1,2, LIU Jie1,2, LI Huan1,2, ZHANG Qun1,2, SHAN Yang1,2, DING Shenghua1,2,*
(1. Graduate School of Longping Branch, Hunan University, Changsha 410125, China;2. Hunan Provincial Key Laboratory of Fruits and Vegetables Storage, Processing and Quality Safety,Hunan Province International Joint Laboratory on Fruits and Vegetables Processing, Quality and Safety,Agricultural Product Processing Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China;3. College of Food Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;4. Turpan Technology Extention Center of Forestry and Fruit Industry, Turpan 838000, China)

Abstract: This study aimed to analyze the differences in the composition of free amino acids (FAAs) in the inner and outer bulb scales of seven cultivars of lily. We determined FAAs by liquid chromatography-tandem mass spectrometry(LC-MS/MS). A systematic evaluation was performed by measurement of taste activity value (TAV) as well as using principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA). The results showed that a total of 21 FAAs were detected in all samples at concentrations ranging from 4.10 to 10.10 mg/g. There were differences in the contents of total free amino acids (TFAAs), essential amino acids (EAAs), flavor amino acids, and medicinal amino acids (MAAs) among different cultivars. On the whole, the content of TFAAs in the inner bulb scale was higher than that of the outer one, with mean values of 7.00 and 6.18 mg/g, respectively. Among all cultivars, the content of TFAAs was higher in Lilium davidii var. unicolor(from Pinglu and Lanzhou), and L. davidii Duchartre, and the lowest in L. regale Wilson. The content of EAAs was high in L. lancifolium Thunb. and L. davidii Duchartre, accounting for more than 10% of TFAAs for both inner and outer bulb scales. Among the flavor amino acids, bitter and umami amino acids were predominant, and both glutamic acid and arginine were the main contributors. MAAs were rich in lily bulbs, accounting for 49.18%-70.15% of TFAAs. Five principal components were extracted through principal component analysis, which together explained 88.803% the total variance and could ref l ect the comprehensive information about FAAs. According to the comprehensive analysis, the inner bulb scale of L. davidii var. unicolor from Pinglu, and the inner and outer scales of L. davidii Duchartre ranked top three among all samples. The hierarchical cluster analysis divided the inner and outer bulb scales of the seven lily cultivars into five categories, and the results were consistent with the principal component analysis, which could ref l ect the differences between different lily germplasms.

Keywords: lily bulbs; free amino acids; liquid chromatography-tandem mass spectrometry; principal component analysis;cluster analysis

收稿日期：2019-07-09

基金项目：湖南省重点研发计划项目（2017NK2112）；湖南农业科技创新项目（2019JG01；2019TD04）；国家自然科学基金青年科学基金项目（31501543）；长沙市杰出创新青年培养计划项目（KQ1905025）

第一作者简介：王馨雨（1996—）（ORCID: 0000-0003-1109-0382），女，硕士研究生，主要从事果蔬加工及贮藏研究。E-mail: wxy25994@163.com

*通信作者简介：丁胜华（1985—）（ORCID: 0000-0003-2383-0843），男，副研究员，博士，主要从事果蔬加工及贮藏研究。E-mail: shhding@hotmail.com

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190709-117

中图分类号：TS207.3

文献标志码：A

文章编号：1002-6630（2020）12-0211-10

引文格式：王馨雨, 王蓉蓉, 王婷, 等. 不同品种百合内外鳞片游离氨基酸组成的主成分分析及聚类分[J]. 食品科学, 2020, 41(12):211-220. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190709-117. http://www.spkx.net.cn

WANG Xinyu, WANG Rongrong, WANG Ting, et al. Principal component analysis and cluster analysis for evaluating the free amino acid composition of inner and outer lily bulb scales from different cultivars[J]. Food Science, 2020, 41(12):211-220. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190709-117. http://www.spkx.net.cn