李明傳,崔祥宇,李信書*,何培民,徐軍田,伏光輝,陳百堯

(1.江蘇海洋大學 海洋科學與水產學院,江蘇 連云港 222005;2.上海海洋大學水產與生命學院,上海 201306;3.連云港市海洋與漁業(yè)發(fā)展促進中心,江蘇 連云港 222044)

引 言

條斑紫菜(PyropiayezoensisUeda)是世界上人工栽培歷史久遠、經濟價值很高的經濟海藻之一,其年產值約18億美元[1]。條斑紫菜主要產地分布在中國、日本和韓國,經加工烘干后制作成海苔以供食用。我國的栽培區(qū)域主要集中在蘇北沿海地區(qū)。紫菜味鮮美,蛋白質含量高而質量好,無機元素非常豐富,富含膳食纖維及各種維生素[2],深受世界各地人們的喜愛。

食物蛋白質的氨基酸組成比例雖不盡相同,但其營養(yǎng)價值的優(yōu)劣主要取決于所含必需氨基酸的種類、數量和組成比例。條斑紫菜氨基酸含量占干重的30%左右,含有人體所需的所有必需氨基酸,并且必需氨基酸含量及比例都明顯高于WHO/FAO的必需氨基酸模式[3]。所以條斑紫菜的氨基酸的含量及其組成是條斑紫菜及其重要的品質性狀之一,但紫菜的氨基酸含量與組成受到水流、營養(yǎng)鹽等環(huán)境條件的影響[3]。

游離氨基酸(FAA)是指以游離狀態(tài)存在的氨基酸。與水解氨基酸相比,FAA對營養(yǎng)的貢獻不是很大,但FAA是重要的滋味物質和香味前體物質,具有酸、甜、苦、咸、鮮等多種味道[4],其中谷氨酸與天冬氨酸呈鮮味,甘氨酸、脯氨酸、丙氨酸和絲氨酸則呈甜味。研究表明FAA的含量是影響條斑紫菜風味的重要因素之一,特別是含量較大的Ala、Glu、Asp、Arg等4種主要氨基酸,被認為對條斑紫菜的風味有重要貢獻[5-6]。

紫菜的生長需要大量吸收碳、氮、磷等營養(yǎng)元素,養(yǎng)殖海區(qū)的水流流速、營養(yǎng)鹽供應及季節(jié)影響紫菜的生長和品質,影響紫菜的氨基酸組成[3,7-8]。本文探討了硝酸氮(N)和磷酸鹽(P)供應對條斑紫菜生長特性和氨基酸含量與組成的影響,為條斑紫菜的健康養(yǎng)殖提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

條斑紫菜采自連云港海域養(yǎng)殖區(qū),挑選出色澤鮮亮、植株長約5 cm、生長良好的個體,在10 ℃、光照度6 000 lx、光暗周期為12 h∶12 h的條件下,用過濾的自然海水在5 L的三角燒瓶中持續(xù)充氣培養(yǎng),培養(yǎng)密度約為1 g/L。每2 d換一次新鮮海水,培養(yǎng)4 d后備用。

1.2 試驗設計與實施

1.3 生長的測定

每隔2 d測定一次藻體的鮮質量,共培養(yǎng)8 d。按下式計算特定生長速率(specific growth rate,SGR)[10]:

SGR=100%(ln Wt-ln W0)/t

式中,W0為初始藻鮮重(g);Wt為培養(yǎng)t時間藻的鮮重(g);t為試驗培養(yǎng)的時間(d)。

1.4 游離氨基酸的測定

稱取條斑紫菜0.05 g(精確至0.1 mg),放入研缽加入石英砂并滴加3 mL的磷酸緩沖液充分研磨至勻漿裝。轉移到離心管后,3 000×g離心5 min,過濾。按濾液體積加入等體積的7%的磺基水楊酸混合,1 h后3 000×g離心5 min,取上清液,過濾備用。

1.5 總氨基酸的測定

稱取100 mg(精確至0.1 mg)紫菜于特制的水解管底部,緩慢加入4 mL 6 mol/L HCl并輕輕轉動水解管,保證樣品全部在試管底部并保證樣品得到全部潤濕,旋緊蓋子。110±1 ℃水解24 h。切開水解管用去離子水全部轉移到50 mL容量瓶中定容,雙層濾后紙過濾,取濾液1 mL置于25 mL小燒杯中,在加NaOH的真空干燥器中蒸干(水浴加熱不超過50 ℃),加入pH 2.2 HCl 1 mL溶解后,溶液轉移到樣品瓶中備用。

1.6 色譜條件

采用LC98-I AAA氨基酸分析系統(tǒng)二元梯度高效液相色譜系統(tǒng)及專用C18色譜柱,采用紫外檢測器完成氨基酸的檢測。色譜柱:氨基酸分析專用ODS柱;柱溫:40 ℃;流速:1 mL/min;波長:254 nm。

1.7 數據處理

數據采用excel2007、origin7.0、N2000色譜工作站進行處理統(tǒng)計分析。生長結果采用雙因子方差分析(ANOVA)進行顯著性分析,p<0.05為差異顯著。

2 結果

2.1 N、P及其配合對條斑紫菜葉狀體生長的影響

圖1顯示培養(yǎng)一周后在不同施肥條件下條斑紫菜葉狀體的相對生長率。以N、P配合施用條斑紫菜葉狀體相對生長率最高,達到14.4%,施P肥處理組的相對生長率居第二,達12.3%,僅施N肥的效果平平,相對生長率為10.5%,高于對照的9.4%。說明N和P對條斑紫菜的生長存在顯著的交互作用(p<0.05),證明N、P配合極為有效。

圖1 N、P及其配合對條斑紫菜葉狀體生長率的影響(上標不同字母表示不同生長率之間有顯著性差異,P<0.05)

2.2 不同N、P條件對條斑紫菜葉狀體氨基酸含量的影響

圖2清楚顯示了17種標準氨基酸的出峰順序與時間。在選定色譜條件下,17種氨基酸標準品可被充分衍生,各氨基酸衍生物依次出峰,基線平穩(wěn),分辨率高。

圖2 標準品氨基酸(A)和條斑紫菜氨基酸(B)的分離色譜圖(1.天冬氨酸;2. 蘇氨酸;3. 絲氨酸;4.谷氨酸;5. 甘氨酸; 6. 丙氨酸;7. 胱氨酸;8. 纈氨酸;9. 蛋氨酸;10. 異亮氨酸;11. 亮氨酸;12. 酪氨酸;13. 苯丙氨酸;14. 賴氨酸;15. 脯氨酸;16. 組氨酸;17. 精氨酸)

N、P及配合施用對條斑紫菜氨基酸總含量產生不同的影響。和對照比較,N、P肥配合施用對條斑紫菜氨基酸總含量表現為互助效應,增加最多,達14.1%;而單施N肥使條斑紫菜的氨基酸總含量增加9.3%;相反,單施P肥對條斑紫菜氨基酸總含量表現為負效應,下降5.8%。N、P肥配合施用使條斑紫菜氨基酸含量增加最多的是Ala,比對照增加49.5%,其次是Phe和Val等(表1)。在條斑紫菜中8種必需氨基酸占總氨基酸含量的百分比大于40%,含量最高的3種必需氨基酸分別是Ala、Leu和Val,N、P肥配合施用均使8種必需氨基酸占總氨基酸含量的百分比有所增加。

表1 N、P及其配合對條斑紫菜葉狀體氨基酸含量的影響

添加N、P肥均提高紫菜FAA的含量,單獨添加P肥FAA較對照略增加8.0%,單獨施氮肥FAA較對照增加32.4%,而同時施N、P肥FAA則大幅增加61.3%(表2)。不過單獨添加N肥使FAA占總氨基酸百分比百分比由對照的6.78%增加到8.22%,單獨施P肥使紫菜的FAA占總氨基酸百分比增加到7.77%。同時施N、P肥紫菜的FAA占總氨基酸百分比為9.58%(表2)。

表2 N、P肥及其配合施用對條斑紫菜葉狀體中游離氨基酸(FAA)含量的影響

在FAA的呈味氨基酸中,芳香族游離氨基酸(Tyr+Phe)含量為0.08～0.16 mg/g,所占比例為0.3%～0.58%,添加N或P能提高芳香族游離氨基酸(Tyr+Phe)的含量。鮮味氨基酸(Asp+Glu)含量為5.6～7.24 mg/g,所占比例為21.64%～27.41%,單獨添加N或P使鮮味氨基酸含量略有降低,但同時施N、P肥則使鮮味氨基酸含量略有增加。實測甜味氨基酸(Ser+Gly+Ala+Pro)含量為7.3～16.07 mg/g所占比例為28.2%～38.51%,單獨或同時添加N、P肥均使甜味氨基酸含量大幅增加(圖3),其中尤以Ala的增幅最大,達3.1倍(表2)。

圖3 不同N、P肥條件下條斑紫菜呈味氨基酸的組成(圖中數字上標字母不同表示差異顯著P<0.05)

3 討論

與陸地高等植物一樣,氮和磷也是海藻生長的限制因子。近年來,由于紫菜栽培業(yè)者盲目擴大紫菜栽培面積,高密度的栽培造成海區(qū)氮、磷缺乏,嚴重影響紫菜的產量和品質,甚至造成大面積病害。本實驗通過進行氮肥和磷肥單獨施用及配合施用,可以得到這樣的結論:單施氮肥無助于條斑紫菜生長,但顯著促進增加氨基酸含量的增加;單施磷肥顯著促進條斑紫菜生長,但使氨基酸含量降低;只有氮肥與磷肥配合施用,既顯著促進條斑紫菜生長,增加鮮重,又顯著增加氨基酸含量,并使呈味氨基酸增加,改善條斑紫菜食用品質,表現出氮肥和磷肥配合施用的互助效應。

單獨添加氮并沒有顯著促進紫菜的生長,這可能因為對照的氮濃度足以維持紫菜較快的生長需要,不過很多藻類的生長率會隨著葉片中氮含量下降而下降[11];也可能是因為紫菜體內貯存足夠多的氮,在短期內可以提供生長所需。李信書等[8]發(fā)現,單獨添加氮不能促進條斑紫菜生長,但可促進組織氮的積累,包括游離氨基酸、藻紅蛋白和藻藍蛋白在內的可溶性蛋白的合成。紫菜等紅藻體內的氮含量與環(huán)境中氮含量的相關性比綠藻和褐藻要緊密得多[12]。氮以無機或有機代謝物形式貯存起來,這稱之為奢侈消費或奢侈同化,這是藻類應對氮限制的生態(tài)適應機制[8,13]。盡管如此,添加氮將對提高蛋白氨基酸的含量尤其是游離氨基酸的含量大有裨益。

磷在植物代謝中非常重要,它是核酸、核蛋白和磷脂的主要成分,并與蛋白質合成、細胞分裂、細胞生長有密切關系。在磷限制的環(huán)境條件下,植物的光合作用受到嚴重抑制,抑制率可達50%[14]。大葉藻(Zosteramarina)在磷不限制的情況下,堿性磷酸酶活性對于優(yōu)化C和N的代謝至關重要[15]。這與本文中磷與氮之間存在協(xié)同作用的結果相一致,同時添加氮磷有利于促進生長、蛋白氨基酸積累和游離氨基酸含量的提高。

紫菜中的氨基酸總量受風浪、潮流和海水中營養(yǎng)物等的影響[7],實際上海水流動改善了營養(yǎng)鹽和二氧化碳的供給狀況,從而影響紫菜氨基酸的含量。氨基酸含量尤其是8種必需氨基酸的含量是評價食物品質的主要依據。添加氮和磷均能提高紫菜蛋白質的含量,8種必需氨基酸所占的比例也有所提高。氮限制使提克江蘺(Gracilariatikvahiae)的游離氨基酸含量迅速下降,這意味著當外界氮源減少時,游離氨基酸充當氮貯存的功能而被利用[16]。因此在海區(qū)缺少營養(yǎng)鹽時,適當施肥有利于提高紫菜的產量和品質。

FAA含量可以作為魚、蝦、貝等水產品鮮美度的重要評價指標[17]。Yoshie等[18]研究表明紫菜中FAA含量越高,包含的Ala、Asp、Glu和Gly等越多,就越能讓人能感到紫菜的鮮美。同時添加氮磷呈甜味的Ala和Gly及鮮味的Glu都有顯著提高,有利于改善紫菜的品質。馬家海等[19]也認為中國產條斑紫菜的游離Ala含量較高,所以甜味較濃,這可能與中國海區(qū)營養(yǎng)鹽供給有關。不過紫菜的品質除了受氮磷等營養(yǎng)鹽的影響外,還受到其它因素的影響。Niwa等[6]的研究結果顯示日本神戶紫菜FAA中Glu含量隨采收季節(jié)明顯遞減,認為前期采收的紫菜游離Glu含量高,口感好。紀明侯等[7]指出條斑紫菜的氨基酸含量變化隨不同海區(qū)的肥度而變化,同時季節(jié)也對氨基酸的含量和組成構成影響。說明紫菜氨基酸和FAA的含量和組成除受到營養(yǎng)鹽的影響,還可能受到溫度、光照、紫菜發(fā)育階段等因素的影響。