陳勝軍 于 嬌 胡 曉 楊賢慶 李來好 戚 勃

(1中國水產科學研究院南海水產研究所/國家水產品加工技術研發(fā)中心/農業(yè)農村部水產品加工重點實驗室,廣東廣州 510300;2上海海洋大學食品學院,上海 201306;3江蘇省海洋生物產業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 連云港 222005)

壇紫菜(Porphyra haitanensis),隸屬紅藻門(Rhodophyta)、原紅藻綱(Rhodophyceae)、紅毛菜目(Porphyridiales)、紅毛菜科(Porphyridiaceae)、紫菜屬(Porphyra)[1],系暖溫帶性種類,主要分布在福建、浙江、和廣東沿岸,生長于沿海潮間帶中高潮區(qū)的巖礁或筏架上,是我國特有的大型經濟海藻之一[2-3]。中國是世界紫菜的主要生產國和出口國,2018年養(yǎng)殖面積達76.24×103hm2,年產量高達20.18萬t[4],具有巨大的碳匯潛力[5]和經濟開發(fā)價值。我國紫菜品種包括壇紫菜、條斑紫菜、甘紫菜等,其中壇紫菜是主要養(yǎng)殖種類,占我國紫菜總產量的50%以上[2]。壇紫菜作為一種美味食材,營養(yǎng)價值高,富含蛋白、多糖、黃酮類、多 酚類、幀類、凝集素、二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)、二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)等多種生理活性成分。紫菜一般分4～5 次采收,即頭水、二水、三水、四水和末水紫菜,營養(yǎng)品質和市場價格隨著采收期的延長逐漸降低[6],末水紫菜價格低廉,大多養(yǎng)殖戶不予采收。近年來,國內外對紫菜的研究主要集中在兩個方面,一是藻膽蛋白[7]、多糖[8-9]、多肽[10]、多酚[11]、黃酮類物質[12]等海洋生物活性成分的提取制備;二是紫菜酒[13]、紫菜酸奶[14]、紫菜醬[15]等新型產品的開發(fā)利用。一般來說,紫菜的精深加工對其基本營養(yǎng)成分組成與含量有著較大的要求,且其組成和含量上的差異使其開發(fā)利用具有高難度和不確定性。因此,研究不同采收期壇紫菜的營養(yǎng)成分對我國壇紫菜養(yǎng)殖及加工產業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。本研究對不同采收期壇紫菜的基本營養(yǎng)成分、氨基酸、脂肪酸和無機元素進行系統(tǒng)分析,并對其品質進行評價,旨在為壇紫菜資源高值化加工和產品開發(fā)提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

壇紫菜樣品由汕頭市澄海區(qū)培隆紫菜養(yǎng)殖區(qū)提供,每隔半個月采收一次,共采收5 批:2017年11月20號采收第1 批次紫菜,即頭水紫菜;2017年12月5號采收第2 批次紫菜,即二水紫菜;2017年12月20號采收第3 批次紫菜,即三水紫菜;2018年1月4號采收第4 批次紫菜,即四水紫菜;2018年1月19號采收第5 批次紫菜,即末水紫菜。采收后將樣品于60℃烘干至恒重,用高速粉碎機粉碎,過40目篩,保存于干燥皿中。

石油醚、0.1 mol·L-1HCL 標準溶液、氫氧化鈉、乙酸、氯仿-甲醇(2∶1)、乙醇、乙醚、14%三氟化硼-甲醇、0.85%生理鹽水、正己烷、硼酸、濃硫酸、硫酸鉀、硝酸銀、苯酚、硝酸,購自上海碧云天生物技術有限公司。

1.2 主要儀器與設備

Kjeltec TM 2300 型蛋白自動分析儀,丹麥Foss 公司;QP2010 Plus 氣相色譜-質譜聯(lián)用儀,日本島津公司;3-550A 高溫馬弗爐,美國Ney VULCAN 公司;SoxtecTM2050 脂肪自動分析儀,丹麥FOSS 公司;835-50 型高速氨基酸自動分析儀,日本日立公司;Agilent 7900 電感耦合等離子體質譜儀,美國安捷倫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 基本營養(yǎng)成分測定 參照GB 5009.5-2016中凱氏定氮法測定粗蛋白含量[16];參照GB/T 15672-2009中酸水解法測定總糖含量[17];參照 GB/T 5009.10-2003中酸堿消煮法測定粗纖維含量[18];參照GB 5009.4-2016中灼燒法測定灰分含量[19];參照GB 5009.6-2016中索氏抽提法測定脂肪含量[20]。

1.3.2 氨基酸含量測定 參照GB 5009.124-2016中酸水解法測定16種基本氨基酸含量[21];參照GB/T 18246-2000中堿水解法測定色氨酸含量[22]。

1.3.3 脂肪酸含量測定 參照GB 5009.168-2016中內標法測定脂肪酸含量[23]。

1.3.4 無機元素含量測定 參照GB 5009.268-2016中電感耦合等離子質譜法測定Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb 等12種無機元素含量[24]。

1.4 營養(yǎng)價值評價

根據1973年FAO/WHO 提出的氨基酸評分(amino acid score,AAS)和1991年中國預防醫(yī)學科學院營養(yǎng)與食品衛(wèi)生研究所提出的化學評分(chemical score,CS)[25-26]對不同采收期壇紫菜營養(yǎng)價值進行評價。氨基酸評分和化學評分按照公式計算[27]:

1.5 數(shù)據處理

采用SPSS 20.0軟件分析數(shù)據,試驗數(shù)據均重復3次,描述性統(tǒng)計值以表示,采用單因素方差分析(ANOVE,Tukey 檢驗)進行顯著性分析,P＜0.05為差異顯著,并通過Duncan’s進行單因素多重比較分析。采用Excel 2016軟件分析數(shù)據并作圖。

2 結果與分析

2.1 基本營養(yǎng)成分分析

由表1可知,隨著采收期的延長,壇紫菜蛋白質含量總體呈先減少后增加的趨勢,且不同采收期差異顯著(P＜0.05),其中頭水紫菜蛋白含量最高(40.96%),其次為末水紫菜含量(39.82%),二水紫菜含量最低(35.59%)。不同采收期壇紫菜總糖含量與蛋白質含量變化趨勢相反,總體呈先增加后減少的趨勢,部分采收期的總糖含量差異顯著(P＜0.05),其中頭水紫菜總糖含量最低(29.29%),三水紫菜含量最高(32.95%)。壇紫菜粗纖維含量基本呈上升趨勢,且各采收期粗纖維含量差異顯著(P＜0.05),其中頭水紫菜纖維含量最低(5.49%),末水紫菜含量最高(7.14%)。壇紫菜灰分含量較接近,部分采收期的灰分含量差異顯著(P＜0.05)。不同采收期的壇紫菜脂肪含量基本接近且較低。壇紫菜蛋白質含量隨著采收期的推移,其含量先降低后逐漸升高,這可能與紫菜生長水域環(huán)境的變化和內部生理結構的變化有關,如水溫的降低、光照強度的增強等有利于紫菜營養(yǎng)成分的積累[28]。不同采收期壇紫菜的基本營養(yǎng)成分含量差異較大,三水以下的低值紫菜具有高蛋白低脂肪的特點,可根據生產需求適時采收。

2.2 氨基酸組成分析

由表2可知,不同采收期壇紫菜均檢出17種氨基酸,氨基酸含量的變化趨勢大致與蛋白質相同。其中必需氨基酸質量分數(shù)介于36.14%～37.71%,非必需氨基酸質量分數(shù)為62.29%～63.86%,必需氨基酸和非必需氨基酸的比例介于0.57～0.61之間,接近世界衛(wèi)生組織規(guī)定值0.60[29],表明壇紫菜蛋白質氨基酸組成合理,可與人體氨基酸需求基本持衡[30]。不同采收期壇紫菜氨基酸總量介于30.87～34.62 g·100g-1之間,其中頭水紫菜和末水紫菜氨基酸含量相對較高,分別為34.11、34.62 g·100g-1。不同采收期紫菜均含有

表1 不同采收期的壇紫菜基本營養(yǎng)成分分析(以干重計)Table1 Analysis of nutritional composition of Porphyra haitanensis at different harvest time(dry based) /%

表2 不同采收期的壇紫菜氨基酸組成及含量(以干重計)Table2 Amino acid composition of Porphyra haitanensis at different harvest time(dry based) /(g·100g-1)

5種鮮味氨基酸,隨著采收期的延長,其總含量呈先減少后增加的趨勢,總含量介于14.57～16.28 g·100g-1之間,其中頭水紫菜鮮味氨基酸總量最高(16.28 g·100g-1),占氨基酸總量的47.73%,因此,頭水紫菜鮮味較佳。各采收期壇紫菜鮮味氨基酸中谷氨酸含量最高,介于3.80～4.35 g·100 g-1之間。谷氨酸可轉化為谷氨酰胺,其具有促進體內蛋白合成、提高系統(tǒng)自身免疫力、維持體內酸堿平衡、保護腸道黏膜等功能[31]。

2.3 氨基酸營養(yǎng)價值評價

僅根據必需氨基酸與非必需氨基酸的比值無法全面評估壇紫菜蛋白質的營養(yǎng)價值[32],因此采用氨基酸評分和化學評分相結合的方式評估壇紫菜營養(yǎng)價值。由表3可知,以AAS 模式為標準,不同采收期壇紫菜中Ile 均高于0.80,Leu 均高于0.90,Val、Lys、Thr和Phe+Tyr 均高于FAO/WHO 氨基酸標準模式,而Met均低于0.2,表明Val、Lys、Thr和Phe+Tyr 均達到了FAO/WHO 評分標準模式氨基酸質量分數(shù)的要求,Ile和Leu 略低于FAO/WHO 評分標準模式氨基酸質量分的要求,Met含量最低,因此Met為壇紫菜的第一限制性氨基酸,由AAS 評分可知,壇紫菜氨基酸組成較合理,營養(yǎng)價值較高。以CS 模式為標準,不同采收期壇紫菜中Phe+Tyr和Ile 均高于0.6,Lys和Leu 均高于0.7,Val 高于0.8,Thr 高于CS 模式中雞蛋蛋白中相應的氨基酸質量分數(shù),Met 低于0.2,表明壇紫菜蛋白質具有一定的營養(yǎng)價值,但低于雞蛋蛋白質營養(yǎng)價值。兩種模式均表明Met為壇紫菜的第一限制性氨基酸,不同采收期的壇紫菜AAS和CS 差異均較小,壇紫菜蛋白質具有較高的的營養(yǎng)價值,可作為一種較為優(yōu)質的蛋白源。

表3 壇紫菜中必需氨基酸組成評價Table3 Composition evaluation of essential amino acid in Porphyra haitanensis

2.4 脂肪酸組成分析

由表4可知,壇紫菜中共檢出16種脂肪酸,其中頭水紫菜檢出16種,四水和末水紫菜均檢出14種,二水和三水紫菜均檢出13種。不同采收期壇紫菜總飽和脂肪酸(saturated fatty acids,SFA)介于31.93%～34.93%之間,其中頭水、二水和末水紫菜SFA含量較高且接近,分別為34.93%、34.68%和34.82%。不同采收期壇紫菜的單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)介于5.61%～8.11%之間,其中四水紫菜總MUFA含量最高(8.11%)。壇紫菜富含多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA),不同采收期壇紫菜的PUFA與總脂肪酸比值介于57.71%～61.38%之間,其中三水紫菜總PUFA最高(61.38%)。在PUFA中,EPA、DHA之和占比達到60%以上,其中四水紫菜EPA、DHA之和占比最高,為77.36%。在PUFA中,二十碳四烯酸(arachidonic acid,ARA)占比為12.74%～24.37%,其中頭水紫菜占比最高(24.37%)。EPA和DHA 具有降血脂、降血壓、防止動脈硬化、補腦健腦和抗腫瘤等生物功能[33],低值壇紫菜富含PUFA,具有較高的營養(yǎng)價值。

2.5 礦物質元素結果分析

由于人體只能從食物中攝取無機元素以維持人體正常代謝,因此無機元素是人體不可缺少的成分[34]。由表5可知,壇紫菜共測得12種無機元素,包括Na、Mg、K、Ca 4種常量元素和Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb 8種微量元素。頭水紫菜K含量為24.65 mg·g-1,顯著高于其他采收期壇紫菜K含量(P＜0.05),K元素具有參與能量代謝、維持酸堿平衡的作用[35]。二水紫菜中Mg含量最高(10.98 mg·g-1),Mg元素作為人體內多種酶的激活劑,對心臟有重要調節(jié)功能[36]。三水紫菜中Fe含量最高(1.45 mg·g-1),顯著高于其他采收期壇紫菜Fe含量,Fe元素是血紅蛋白的組成部分[33]。三水紫菜中Ca含量最高(0.81 mg·g-1),其具有預防高血壓和骨質疏松的作用[36]。頭水紫菜Zn含量最高(0.13 mg·g-1),Zn元素具有調節(jié)人體免疫功能、抗衰老的作用[36]。不同采收期壇紫菜的無機元素含量差異較大,可能與采收期次有關。

表4 不同采收期的壇紫菜脂肪酸組成及比例Table4 Fatty acid compositions and relative contents of Porphyra haitanensis at different harvest time /%

3 討論

本研究通過分析比較不同采收期的壇紫菜營養(yǎng)成分發(fā)現(xiàn),壇紫菜蛋白質含量、總糖含量、粗纖維含量、灰分含量和脂肪含量隨著采收期的變化均有顯著的變化。本研究中壇紫菜營養(yǎng)成分的變化趨勢與仲明等[37]研究的條斑紫菜部分營成分變化趨勢不同。頭水壇紫菜蛋白含量最高(40.96%),二水含量最低(35.59%),呈先降低后升高的趨勢;而條斑紫菜的五茬含量最高(39.6%),頭茬含量最低(33.4%),呈先升高后降低的趨勢,這可能與紫菜種類、生長環(huán)境和采收次數(shù)有關[37]。本研究發(fā)現(xiàn)隨著采收期次的增加,粗纖維含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,即不溶于酸堿的纖維成分增多,這與仲明等[37]研究的粗纖維變化趨勢相同,且其粗纖維含量均維持在4%～8%之間。紫菜營養(yǎng)成分含量的波動受諸多因素影響,如紫菜品種、生長周期、養(yǎng)殖水域環(huán)境、采收期次、采收間隔時間、初采時間等。

本研究結果表明,不同采收期的壇紫菜氨基酸總量介于30.87～34.62 g·100g-1之間,其蛋白質氨基酸組成合理,氨基酸模式接近人體氨基酸模式,壇紫菜蛋白質具有一定的營養(yǎng)價值。黃永連等[38]研究發(fā)現(xiàn)紫菜氨基酸含量高于滸苔、石莼、裙帶菜、龍須菜、海帶、馬尾藻和麒麟藻,含有8種必需氨基酸,富含天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、精氨酸和賴氨酸。壇紫菜富含無機元素,具有高鉀低鈉的特點,其無機元素含量大小順序為:K ＞Na ＞Mg ＞Fe ＞Ca ＞Zn ＞Mn＞Cu,這與倪曉琳等[36]的研究結果相似,這可能是壇紫菜所含無機元素的共性。此外,不同采收期的壇紫菜As、Pb、Hg、Cr含量均低于GB 2762-2017食品中污染物限量[39]中的最大限量標準,可作為良好的礦質元素食材。本研究中壇紫菜的PUFA與總脂肪酸比值介于57.71%～61.38%之間,與李微等[40]研究的壇紫菜脂肪酸所占比例相近,其研究中15種不同品系壇紫菜脂肪酸的相對百分含量介于50.86%～62.05%之間。

表5 不同采收期的壇紫菜無機元素含量Table5 Inorginal elements contents of Porphyra haitanensis at different harvest time /(mg·g-1)

三水以下等低值紫菜是紫菜資源的主要構成部分[6],頭水紫菜具有較好的口感和可加工性,每千克市場銷售價高達400～600元,而低值紫菜質感和可加工性較差,售價低,末水紫菜每千克售價僅為20～40元,經濟效益有待提升。本研究結果表明,低值壇紫菜富含蛋白質、總糖、粗纖維、無機元素、DHA、EPA,具有良好的營養(yǎng)保健和開發(fā)利用價值,可用于新型食品開發(fā)和蛋白質、多肽、多糖、DHA、EPA 等功能性成分的活性研究,這不僅能提高低值紫菜的產品附加值,而且可解決因末水紫菜丟棄引起的環(huán)境污染等問題,對我國壇紫菜加工產業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展具有重要意義。

4 結論

本研究對不同采收期壇紫菜的營養(yǎng)成分進行了系統(tǒng)地分析比較,發(fā)現(xiàn)不同采收期壇紫菜均富含蛋白質、總糖、無機元素、DHA、EPA,具有良好的營養(yǎng)保健和開發(fā)利用價值。本研究對不同采收期壇紫菜的基本營養(yǎng)成分、氨基酸、脂肪酸和無機元素進行系統(tǒng)分析,證實低值紫菜也有較高的營養(yǎng)價值,具有較大的產品附加值升值空間。本研究為壇紫菜深度開發(fā)利用和分類加工提供了一定的理論依據。