甘草（Glycyrrhiza）属于豆科植物，是世界上使用频率最高的中草药之一，主要分布于我国新疆、内蒙古、宁夏及甘肃等地区[1]。乌拉尔甘草、胀果甘草和光果甘草作为药用甘草植物收载于《中国药典》。甘草的根和根茎是众多药物的主要成分，其医疗用途非常广泛，保健功效和药用价值较高，还可以作为食品添加剂使用。甘草除了含有丰富的三萜、黄酮、生物碱、多糖等活性成分外，蛋白质也是其重要的营养成分之一[2]，具有较好的开发利用价值。
游离氨基酸是易于被人体消化吸收的一种营养成分，不仅可以增强机体新陈代谢、生长和免疫功能，还可以作为重要的呈味物质体现出鲜、苦、甜、酸等味道及涩感，赋予食物丰富的味觉层次感，且被广泛用于增香、保鲜、调味及除臭等方面[3]。植物蛋白是游离氨基酸的重要来源之一，资源丰富且优质。
游离氨基酸的含量与种类是评价其蛋白产品食用品质的一项重要指标之一。目前，已有关于大豆、芸豆、鹰嘴豆等豆科植物的氨基酸种类及含量分析的研究[4-6]。安馨等[6]研究发现鹰嘴豆中含有18种氨基酸，其总量为868.7 mg/g，必需氨基酸（essential amino acid，EAA）含量为353.1 mg/g，接近联合国粮食与农业组织/世界卫生组织（Food and Agriculture Organization/World Health Organization，FAO/WHO）推荐的理想蛋白氨基酸组成（红芸豆、黄芸豆、白芸豆和黑芸豆蛋白中必需氨基酸占总氨基酸的比例分别为60%、57%、62%、57%），而大豆蛋白的必需氨基酸占总氨基酸含量的比例为47%，小于芸豆蛋白[5]；汪一飞等[7]通过测定3种药用甘草叶的氨基酸含量发现，它们均含有17种氨基酸，并且3种甘草叶中必需氨基酸占所有氨基酸的比例为约39.8%，必需氨基酸占非必需氨基酸的比例约为60%，虽然与大豆、芸豆等豆科植物相比，氨基酸含量相对较低，但也与FAO/WHO标准模式谱非常接近。种子作为甘草非传统药用部位，目前对其营养价值、呈味特性及生物活性尚未进行系统地深入研究，导致资源的浪费和产业链的延伸受阻。甘草种子同样作为豆科植物，具有较好蛋白资源开发应用潜力，因此对其进行氨基酸组成、含量、呈味功能及营养特性等方面的研究，在实现优势资源的综合利用，提高附加值及风味蛋白食品开发等领域具有重要的意义。
本研究利用氨基酸自动分析仪，测定3种甘草种子中含有的游离氨基酸，将其中必需氨基酸与FAO/WHO标准模式谱进行比较，通过计算氨基酸比值（ratio of amino acid，RAA）、氨基酸比值系数（ratio coefficient of amino acid，RC）、氨基酸比值系数分（score of ratio coefficient of amino acid，SRC）以及味道强度值（taste active value，TAV）等方法对甘草种子蛋白氨基酸进行营养价值评价，同时采用主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚类分析进行较为全面的综合质量评价，为甘草种子营养价值与呈味功能的进一步开发提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
3种甘草种子：市售，经新疆农业大学食品科学与药学学院马生军副教授鉴定为乌拉尔甘草种子、胀果甘草种子、光果甘草种子。
石油醚：天津市致远化学试剂有限公司；无水乙醇：天津永晟精细化工有限公司，以上试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
DF-101S恒温加热磁力搅拌器：上海兴创科学仪器设备有限公司；SF-TDL-40D离心机：上海菲恰尔分析仪器有限公司；RE-52AA旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；LGJ-12真空冷冻干燥机：上海腾方仪器设备有限公司；L-8900日立全自动氨基酸分析仪：日本高新技术公司。
1.3 方法
1.3.1 甘草种子蛋白的提取
分别称取3种甘草种子适量，进行粉碎，过60目筛。将甘草种子粉末与石油醚按1∶10（g/mL）的比例置于摇床中振摇3 h，重复3次、进行抽滤、室温放置12 h，直至完全干燥。分别称取3种脱脂粉末各10 g，放入圆底烧瓶内，加入蒸馏水200 mL[料液比为 1∶20（g/mL）]，40℃下磁力搅拌提取 4 h，重复 4次，在4 000 r/min离心10 min，将离心液在旋转蒸发仪上浓缩，温度控制在40℃，浓缩液进行透析；将3种透析后的提取液分别置于培养皿中，用-45℃低温冰箱冰冻12 h，再进行冷冻干燥，得到3种甘草种子蛋白粉末。
1.3.2 氨基酸的测定
根据GB/T 30987—2020《植物中游离氨基酸的测定》，采用全自动氨基酸分析仪测定氨基酸含量与成分。
1.4 数据分析
1.4.1 氨基酸比值系数法
将3种甘草种子蛋白的氨基酸组成与1973年FAO/WHO提出的人体必需氨基酸模式进行比对，按文献[8]计算RAA、RC和SRC，并对甘草种子蛋白的营养价值进行评价与讨论。
1.4.2 TAV分析
TAV为呈味物质测定值与呈味物质味觉阈值的比值，数据分析采用Excel软件完成。
1.4.3 相关性分析
采用SPSS 26软件进行相关系数分析，相关系数反映原始变量之间的线性相关程度。
1.4.4 PCA及综合评价
采用SPSS 26软件对3种甘草种子游离氨基酸进行主成分分析及综合评价。
1.4.5 聚类分析
采用SPSS 26软件对甘草种子游离氨基酸进行聚类分析。
2 结果与分析
2.1 游离氨基酸的组成与含量
游离氨基酸是易被人体消化吸收的一种营养成分，不仅可以增强机体新陈代谢、生长和免疫功能，还具有多种生理功能，而且其含量与种类对食物的口感和品质也有一定的影响，是评价其食用品质的一项重要指标[9]。本试验利用氨基酸分析仪，对3种甘草种子蛋白进行氨基酸组成分析，结果如表1所示。
表1 3种甘草种子的游离氨基酸含量
Table 1 Content of free amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
注：*是指必需氨基酸。
光果甘草/（μg/g）异亮氨酸（Isoleucine，Ile）* 249.62 386.62 206.69亮氨酸（Leucine，Leu）* 460.60 718.23 378.56苏氨酸（Threonine，Thr）* 546.54 612.19 461.08苯丙氨酸（Phenylalanine，Phe）* 553.03 774.51 674.71赖氨酸（Lysine，Lys）* 562.66 741.57 464.80缬氨酸（Valine，Val）* 479.37 713.20 398.48蛋氨酸（Methionine，Met）* 0 155.80 0酪氨酸（Tyrosine，Tyr） 438.11 574.53 320.96天冬氨酸（Aspartate，Asp） 1 197.54 1 471.36 1 174.06丝氨酸（Serine，Ser） 407.12 531.94 351.53丙氨酸（Alanine，Ala） 578.71 922.36 439.87谷氨酸（Glutamate，Glu） 2 042.61 2 134.27 1 683.99甘氨酸（Glycine，Gly） 591.07 1 126.52 499.96半胱氨酸（Cysteine，Cys） 43.17 183.83 44.94组氨酸（Histidine，His） 200.85 290.43 180.35精氨酸（Arginine，Arg） 840.72 1 386.86 733.57脯氨酸（Proline，Pro） 99.54 143.63 89.04氨基酸种类 乌拉尔甘草/（μg/g）胀果甘草/（μg/g）
根据表1所示的氨基酸种类及含量，对3种甘草种子的氨基酸总量（total amino acid，TAA）、EAA、非必需氨基酸（non-essential amino acid，NEAA）、药用氨基酸（medicinal amino acid，MAA）、儿童必需氨基酸（child essential amino acid，CEAA） 和支链氨基酸（branchedchain amino acid，BAA）的含量以及组成比例进行了汇总，结果见表2。
表2 3种甘草种子中不同氨基酸的含量及总氨基酸中的组成比例
Table 2 Content of free amino acids and their proportions in total amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
（BAA/TAA）/%乌拉尔甘草 9 291.26 2 851.82 6 439.44 6 248.23 4 143.01 1 189.59 30.69 44.29 71.96 41.90 12.80胀果甘草 12 867.85 4 102.12 8 765.73 8 509.12 6 166.03 1 818.05 31.88 46.80 70.59 44.91 14.13光果甘草 8 102.59 2 584.32 5 518.27 5 609.65 3 704.93 983.73 31.89 46.83 73.19 43.17 12.14样品 TAA/（μg/g）EAA/（μg/g）NEAA/（μg/g）MAA/（μg/g）CEAA/（μg/g）BAA/（μg/g）（EAA/TAA）/%（EAA/NEAA）/%（MAA/TAA）/%（CEAA/TAA）/%
3种提取物中氨基酸种类均较齐全，其中，胀果甘草样品检测出17种氨基酸，而光果甘草和乌拉尔甘草样品中也含有除Met之外的其他16种氨基酸成分。TAA、EAA、NEAA、MAA、CEAA 和 BAA 含量均为光果甘草＜乌拉尔甘草＜胀果甘草，其中乌拉尔甘草、胀果甘草、光果甘草的EAA/TAA值分别为30.69%、31.88%、31.89%，EAA/NEAA值分别为44.29%、46.80%、46.83%，都较接近FAO/WHO规定的 EAA/TAA=40%，EAA/NEAA=60%的标准。此外，在3个样品中Asp和Glu的含量均明显高于其他氨基酸组分，分别占TAA的12.89%、11.43%、14.49%和21.98%、16.59%、20.78%。除了在食品上的应用，在医药、化工等方面也都有着广泛的用途，并且有研究表明母乳氨基酸含量中Glu含量最丰富[10]。Glu是谷胱甘肽的前体，是中枢神经系统重要的兴奋性递质，其对婴幼儿的生长发育有更大的益处，同时是肠道细胞能量的重要底物[11]。所测样品中胀果甘草种子的Glu含量最高，同时，其CEAA/TAA值也最高，为44.91%。Ile、Leu和Val被称为支链氨基酸，不仅是合成蛋白质的前体物质，而且具有许多其他特殊生物学功能，属于功能性氨基酸[12]。BAA/TAA的比值中，3类样品基本一致，分别为12.80%、14.13%、12.14%。整体上不同品种的样品在多种氨基酸含量上存在的差异不明显，其中胀果甘草种子的多种氨基酸含量均高于其余样品。
各类蛋白质的氨基酸营养价值主要取决于所含EAA的种类、数量和组成比例，为了确定3种药用甘草中氨基酸的营养价值，将其所含EAA与FAO/WHO推荐的氨基酸模式谱标准值进行比较，结果如表3所示。
表3 3种甘草种子的必需氨基酸组成
Table 3 Composition of essential amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
项目 Ile Leu ThrPhe+TyrLys ValMet+Cys FAO/WHO模式 4.00 7.00 4.00 6.00 5.50 5.00 3.50乌拉尔甘草 2.69 4.96 5.88 10.67 6.12 5.16 0.46胀果甘草 3.00 5.58 4.76 10.48 5.76 5.54 2.64光果甘草 2.55 4.67 5.69 12.29 5.74 4.92 0.55
由表3可知，3种甘草种子中Thr、Phe+Tyr和Lys的含量均高于氨基酸标准模式谱；乌拉尔甘草和胀果甘草中的Val含量也高于氨基酸模式谱。但3种甘草种子中Ile、Leu和Met+Cys的含量都与氨基酸标准模式谱有较大的差距。
2.2 氨基酸比值系数法的评价结果
为了更好地对3种甘草种子中氨基酸的营养价值进行直观评价，采用氨基酸比值系数法对3种样品所含的必需氨基酸进行进一步分析，氨基酸比值系数法即根据氨基酸平衡理论利用FAO/WHO的必需氨基酸模式计算样品中EAA的RAA、RC和SRC见表4。
表4 3种甘草种子必需氨基酸的RAA、RC、SRC
Table 4 Ratio，ratio coefficient，and score of ratio coefficient of essential amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
样品 参数 Ile Leu Thr Phe+Tyr Lys ValMet+Cys乌拉尔 RAA 0.67 0.71 1.47 1.78 1.10 1.03 0.13甘草 RC 0.68 0.72 1.49 1.81 1.12 1.05 0.13 SRC 48.64胀果甘草 RAA 0.75 0.80 1.19 1.75 1.05 1.11 0.75 RC 0.71 0.75 1.13 1.65 0.99 1.05 0.71 SRC 69.02光果甘草 RAA 0.64 0.67 1.42 2.05 1.04 0.98 0.16 RC 0.64 0.67 1.43 2.06 1.05 0.99 0.16 SRC 43.21平均值 RAA 0.69 0.72 1.36 1.86 1.06 1.04 0.35 RC 0.68 0.72 1.35 1.84 1.05 1.03 0.34 SRC 53.62
由表4可知，3种甘草种子中SRC值范围为43.21～69.02，平均值为53.62，说明其营养价值较高。其中胀果甘草的SRC值最高，达到69.02，可视为营养价值较高的植物蛋白。而光果甘草和乌拉尔甘草的SRC值相对较低，分别为43.21和48.64。在3种甘草样品中，RC平均值最接近1的是Lys和Val；而在3种甘草种子氨基酸中RC值最小者均为Met＋Cys，即为第一限制性氨基酸，相对而言，在植物性蛋白质中缺少的含硫氨基酸Met＋Cys，而在鸡蛋、肉等动物蛋白中含量较高，因此甘草种子蛋白与动物蛋白相结合，可提高甘草种子蛋白的营养价值。
2.3 呈味特征和TAV分析
根据氨基酸的呈味特征，大致将其分为鲜味氨基酸（Asp、Glu、Gly、Ala、Lys）、苦味氨基酸（Arg、Val、Met、Ile、Leu）、甜味氨基酸（Ser、Thr、His、Pro）和芳香族氨基酸（Cys、Tyr、Phe）[13]。3 种甘草种子呈味氨基酸的含量及比例如表5所示。
表5 3种甘草种子呈味氨基酸的含量及比例
Table 5 Content and proportions of flavor amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
样品 鲜味氨基酸 苦味氨基酸 甜味氨基酸 芳香族氨基酸含量/（mg/g） 含量/（mg/g） 含量/（mg/g） 含量/（mg/g） 比例/%比例/%比例/%比例/%乌拉尔甘草 4.973 2.030 1.254 1.034 11.13胀果甘草 6.396 3.361 1.578 1.533 11.91光果甘草 4.263 1.717 1.082 1.041 12.85平均值 5.210 2.369 1.305 1.202 11.96 53.52 49.71 52.61 51.95 21.85 26.12 21.19 23.05 13.50 12.26 13.35 13.04
由表5可知，3种甘草种子样品中鲜味氨基酸含量最高，平均含量为5.210 mg/g，占TAA的51.95%，其中胀果甘草中含量最高，达6.396mg/g，而对占氨基酸总量的比值来说，乌拉尔甘草的占比最高，为53.52%。其次是苦味氨基酸，平均含量为2.369 mg/g，所占TAA比例为23.05%，其中胀果甘草中含量最高，达3.361 mg/g。甜味氨基酸含量介于1.082 mg/g～1.578 mg/g，占TAA的比例为13.04%。而含量最少的是芳香族氨基酸，占TAA的11.96%。通过比较3种甘草种子样品中4种呈味氨基酸的占TAA的比值可知，鲜味氨基酸占TAA的比值排序：乌拉尔甘草＞光果甘草＞胀果甘草；苦味氨基酸占TAA的比值排序：胀果甘草＞乌拉尔甘草＞光果甘草；甜味氨基酸占TAA的比值排序：乌拉尔甘草＞光果甘草＞胀果甘草；芳香族氨基酸占TAA的比值排序：光果甘草＞胀果甘草＞乌拉尔甘草。4种呈味氨基酸在不同甘草种子中的含量差异并不明显，3种甘草种子均富含鲜味氨基酸且芳香族氨基酸含量最低。
游离氨基酸对食品风味的贡献主要与其含量及比例有关。3种甘草种子呈味氨基酸组成模式如图1所示。
图1 3种甘草种子呈味氨基酸组成模式图
Fig.1 Comparative profiles of flavor amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
根据图1可知，贡献较大的是鲜味氨基酸和苦味氨基酸，3种样品的模式图面积大小基本一致，说明在3种甘草种子中各类呈味氨基酸含量及比例差异不明显。甘草独特的风味可能与其含有的高含量呈味氨基酸有密切联系，特别是占比最高的鲜味氨基酸，赋予甘草丰富的鲜味，同时有效减少苦味，缓解其不良口感。
各种游离氨基酸之所以能呈现出不同的味觉特征，跟其阈值有最直接的关系。根据各游离氨基酸阈值计算TAV，其值越大表示其对呈味贡献越大，而当TAV＜1时，表示该氨基酸对呈味贡献不大[14]。3种甘草种子中氨基酸的TAV见表6。
表6 3种甘草种子呈味氨基酸的TAV
Table 6 Taste activity values of flavor amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
TAV乌拉尔甘草 胀果甘草光果甘草平均值鲜味 Glu 0.30 6.81 7.11 5.61 6.51 Asp 1.00 1.20 1.47 1.17 1.28 Lys 0.50 1.13 1.48 0.93 1.18 Gly 1.30 0.45 0.87 0.38 0.57 Ala 0.60 0.96 1.54 0.73 1.08苦味 Met 0.30 0.00 0.52 0.00 0.17 Arg 0.50 1.68 2.77 1.47 1.97 Val 0.40 1.20 1.78 1.00 1.33 Leu 1.90 0.24 0.38 0.20 0.27 Ile 0.90 0.28 0.43 0.23 0.31甜味 Thr 2.60 0.21 0.24 0.18 0.21 His 0.20 1.00 1.45 0.90 1.12 Pro 3.00 0.03 0.05 0.03 0.04 Ser 1.50 0.27 0.35 0.23 0.28芳香族 Phe 0.90 0.61 0.86 0.75 0.74 Cys 0.02 2.16 9.19 2.25 4.53 Tyr 0.90 0.49 0.64 0.36 0.50分类 氨基酸 味道阈值/（mg/g）
由表6可知，在3种甘草种子中胀果甘草样品TAV大于1的氨基酸组成最多，共有8种；乌拉尔甘草次之，有7种；光果甘草中最少，仅5种。4类呈味氨基酸中鲜味氨基酸的TAV平均值大于1的种类最多，包括Glu、Asp、Lys和Ala 4种，对风味具有重要的贡献，其中Glu是最主要的成分，3种样品中Glu的TAV平均值高达6.51，说明其对呈鲜味的贡献最大。3种甘草种子中苦味氨基酸种类也较多，但仅有Arg和Val的TAV大于1，当苦味氨基酸含量低于味道阈值时，因对比现象可以使其他味觉变得更突出，增强呈味氨基酸的作用。
胀果甘草种子中大于味道阈值的呈味氨基酸数量最多，共有9种，其中Cys、Glu和Arg的TAV为9.19、7.11和2.77，明显高于其他呈味氨基酸组分，说明其对鲜味和芳香味有较大贡献。乌拉尔甘草与光果甘草种子一样，共有8种呈味氨基酸大于其味道阈值，其中对其味道有特别贡献的是Glu，TAV分别为6.81和5.61，并且两者Cys的TAV也较大，分别为2.16和2.25，虽与胀果甘草比较相对较低，但仍远高于其味道阈值0.02。总体来看，3个样品中测得的17种氨基酸的组成对其风味的影响存在一定差异，整体表现为Gly、Thr、Pro、Ser、Met、Leu、Ile、Tyr和 Phe 对呈味贡献不大，其余各氨基酸的呈味贡献大小依次为Glu＞Cys＞Arg＞Val＞Asp＞Lys＞His＞Ala。显然，在 3 种甘草种子中鲜味氨基酸的呈味贡献远高于其他组分，因此甘草种子可作为风味添加剂、保鲜剂和调味剂应用到食品工业中。
2.4 药用氨基酸含量分析
自然界中氨基酸有20多种，其中Arg、Gly、Glu、Asp、Met、Lys、Phe、Leu、Tyr等 9 种氨基酸被称为药用氨基酸[15]。本文对3种甘草种子中的不同种药用氨基酸进行了对比分析，如图2所示。
图2 3种甘草种子中药用氨基酸组分含量
Fig.2 Content of medicinal amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
由图2可知，胀果甘草种子中药用氨基酸含量最高，占TAA含量的70.59%，与部分药食同源食材相比，含量与党参（70%）相当[16]，高于枇杷（56%）[17]，可视为药用价值较高的植物蛋白资源。3种甘草种子药用氨基酸中Glu、Asp和Arg含量较高，是甘草种子蛋白中药用氨基酸的主要成分。其中Glu的含量明显高于其他成分，乌拉尔甘草种子中的Glu含量占MAA的比例为32.69%。Glu作为机体组织游离氨基酸中最为丰富的一种氨基酸，具有促进蛋白合成、提高机体免疫力和保护肠黏膜屏障及加快创伤机体的恢复等多种功能[18]。对肝性昏迷和改善儿童智力发育均有一定的治疗效果[19]。此外，Glu可通过维持ATP和谷胱甘肽的水平而发挥保护心脏的作用[20]。光果甘草种子中Asp含量最高，占MAA的比例为20.93%。Asp对增强肝功能，调节神经代谢，预防心脏病、高血压等疾病起到重要作用[21]。3种甘草种子中Arg含量均略低于Asp，其中胀果甘草种子的Asp含量相对较高，占MAA的比例为16.30%。Arg对于婴幼儿来说是一种必需氨基酸，虽然不是成人人体必需的氨基酸，但它作为最丰富的氮载体，是体内合成一氧化氮（NO）等分子的前体，对机体维持正常生理功能有重要的作用[22]。因此富含各种药用氨基酸的甘草种子蛋白可视为多种保健食品开发以及药用膳食搭配的理想蛋白。
2.5 相关性分析
根据相关系数矩阵直观检验原则，利用SPSS软件计算相关系数矩阵，对3种甘草种子17种氨基酸成分进行相关性分析，如表7所示。
表7 3种甘草种子各类氨基酸指标间相关性分析
Table 7 Correlation analysis among amino acids in seeds of three Glycyrrhiza species
注：*表示显著相关（P＜0.05）；**表示极显著相关（P＜0.01）。
名称 Ile Leu Thr Phe Lys Tyr Val Met Asp Ser Ala Glu Gly Cys His Arg Pro Ile 1.000 Leu 1.000**1.000 Thr 0.933 0.934 1.000 Phe 0.689 0.687 0.381 1.000 Lys 0.992 0.992 0.971 0.592 1.000 Tyr 0.969 0.970 0.993 0.489 0.992 1.000 Val 1.000*1.000* 0.940 0.674 0.994 0.974 1.000 Met 0.974 0.973 0.826 0.836 0.937 0.887 0.969 1.000 Asp 0.987 0.987 0.864 0.795 0.960 0.918 0.984 0.997* 1.000 Ser 0.997*0.997* 0.957 0.632 0.999* 0.985 0.998* 0.954 0.973 1.000 Ala 0.999*0.999* 0.951 0.65 0.997* 0.981 0.999* 0.96 0.978 1.000* 1.000 Glu 0.812 0.814 0.968 0.136 0.879 0.931 0.823 0.657 0.709 0.854 0.842 1.000 Gly 0.995 0.995 0.894 0.755 0.976 0.941 0.993 0.991 0.998* 0.985 0.989 0.753 1.000 Cys 0.971 0.97 0.82 0.842 0.933 0.882 0.966 1.000**0.997 0.95 0.957 0.649 0.989 1.000 His 0.999*0.998* 0.912 0.727 0.984 0.954 0.997* 0.985 0.995 0.992 0.994 0.779 0.999* 0.983 1.000 Arg 0.997* 0.997 0.902 0.742 0.98 0.947 0.995 0.988 0.997 0.988 0.992 0.765 1.000* 0.987 1.000* 1.000 Pro 0.999*0.999* 0.914 0.723 0.985 0.956 0.998* 0.983 0.994 0.992 0.995 0.783 0.999* 0.981 1.000**1.000* 1.000
由表7可知，氨基酸含量之间存在较强正相关，尤其是Leu与Ile，Cys与Met，Pro与His之间呈极显著相关（P＜0.01）。整体表明甘草种子氨基酸间相关性较强，进一步通过PCA的方法进行综合分析。
2.6 主成分分析
通过SPSS软件，以氨基酸各组分含量为分析指标，对3种甘草种子中17种氨基酸进行主成分分析，结果见表8。
表8 主成分的特征值和贡献率
Table 8 Eigenvalues of the principal components，their contributions，and cumulative contributions
主成分 特征值 贡献率/% 累计贡献率/%1 15.764 92.730 92.730 2 1.236 7.270 100.00
由表8可知，由于前2个主成分的累计贡献率为100%，基本上可反映出所有变量的原有信息，故可选取前2个主成分作为数据分析的有效成分。
主成分载荷矩阵反映的是主成分与每个变量之间的相关系数，已选择的2个主成分的载荷矩阵如表9所示。
表9 主成分的载荷矩阵
Table 9 Load matrix of principal components
氨基酸 Ile Leu Thr Phe Lys Tyr Val Met Asp Ser Ala Glu Gly Cys His Arg Pro主成分1 1.000 1.000 0.931 0.692 0.992 0.968 1.000 0.975 0.988 0.997 0.998 0.810 0.996 0.972 0.999 0.997 0.999主成分2 -0.004-0.007-0.364 0.722-0.129-0.251-0.024 0.224 0.155-0.079-0.057-0.587 0.091 0.235 0.050 0.073 0.044
如表9所示，数值反映原变量对因子影响的大小，正负则代表变化方向的区别[23]。在主成分1中除了Phe和Glu两个指标，其余的所有指标的载荷系数均超过0.9，均为高度正相关，说明第1主成分的贡献率最大。而在第2主成分中Phe和Glu的载荷系数较高，分别为0.722和-0.587，具有正向影响，也具有负向影响。PCA载荷图如图3所示。
图3 PCA载荷图
Fig.3 PCA loading plot
根据图3两个主成分中 Gly、Arg、Leu、His、Ile、Ala、Val和Ser等指标分布的位置可知，它们的相关性较大，贡献率也较高。
2.7 综合评价
通过PCA发现前2个主成分足以反映17种氨基酸信息，因此，利用前2个主成分进行3种甘草种子游离氨基酸的综合评价是可行的，可用PCA得到的F1和F2两个新的综合指标代替原来的17个指标对氨基酸进行分析，得到3种甘草种子氨基酸成分的前2个主成分线性关系分别为 F1=0.252x1＋0.252x2＋0.234x3＋0.174x4＋… ＋0.245x14＋0.252x15＋0.251x16＋0.252x17；F2=－0.004x1－0.006x2－0.327x3＋0.649x4＋…＋0.211x14＋0.045x15＋0.066x16＋0.040x17。
单独使用某一主成分无法对其质量做出综合性评价，因此根据PCA结果，以各主成分对应的特征值的方差贡献率βi作为权重，建立综合评价模型F=0.927 3F1＋0.072 7F2，计算各样品的综合得分，所得的分数可以反映出各样品中氨基酸的综合品质见表10。
表10 不同品种甘草种子的成分得分和综合得分
Table 10 Principal component scores and comprehensive scores of different cultivars of Glycyrrhiza seeds
品种 F1 F2 F乌拉尔甘草 -1.343 3 -1.224 7 -1.334 9胀果甘草 4.468 1 0.288 7 4.164 3光果甘草 -3.124 8 0.938 7 -2.829 4
由表10可知，第一主成分得分最高的是胀果甘草，而第二主成分得分最高的是光果甘草。根据计算得到的3种样品的综合得分可判断出，综合评价排序依次为乌拉尔甘草、胀果甘草、光果甘草；胀果甘草的综合评价得分最高，为4.164 3，并且较大程度上超出其他2种甘草的综合评价得分，这说明胀果甘草种子的游离氨基酸综合质量较高。光果甘草的综合评价得分最低，为-2.829 4，说明其游离氨基酸综合质量水平低于平均水平。
2.8 聚类分析
通过SPSS软件对3种甘草种子氨基酸进行系统聚类分析，结果如图4所示。
图4 聚类分析图
Fig.4 Dendrogram from cluster analysis
由图4可知，样品大致可分为2类，胀果甘草为单独一类，而综合评分为负值的乌拉尔和光果甘草为一类。样品的种类、种植环境与技术等因素均会影响氨基酸的品质，该聚类分析得到了与PCA一致的分析结果，可以较好地反映出不同品种之间的差异性。因此，本试验进行聚类分析是可行的，可为甘草种子蛋白开发利用及氨基酸营养价值评价提供理论参考。
3 结论
本文利用氨基酸分析仪，对3种甘草种子蛋白中的氨基酸组成与含量进行测定，共检测出17种氨基酸。Thr和Lys在3种甘草种子中的含量均高于氨基酸模式谱。各类呈味氨基酸的含量从高到低的顺序为鲜味氨基酸＞苦味氨基酸＞甜味氨基酸＞芳香族氨基酸，其中，Glu的占比最高，TAV在5.61～7.11之间，平均值为6.51，说明其对呈味的贡献最大。胀果甘草种子中药用氨基酸含量最高，占TAA含量的70.59%，可视为药用价值较高的植物蛋白资源。
通过PCA从17种游离氨基酸中提取了2个特征值大于1的组分作为可反映所有指标原有信息的主成分，较好地分析甘草种子游离氨基酸的综合信息。通过建立综合评价模型F=0.927 3F1＋0.072 7F2，计算各样品的综合得分，综合得分越高说明样品中氨基酸的综合品质越好。其中，得分最高的是胀果甘草，即3个品种中胀果甘草种子游离氨基酸综合质量最好。采用系统聚类法将3种甘草种子氨基酸大致分为2类，分析结果与PCA一致，可以较好地反映出不同品种之间的差异性。综上所述，不同品种甘草的游离氨基酸品质间存在差异。3种甘草中胀果甘草种子EAA和药用氨基酸含量均最高，具有较好营养产品开发研究价值。
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