羊棲菜營養成分分析與安全性評價

,　,　,劉英

(1.河北農業大學食品科技學院,河北保定 071000;2.河北農業大學海洋學院,河北秦皇島 066000)

羊棲菜(S.fusiforme),又稱玉海草、燈籠藻、胡須泡、藥茶、鹿尾菜,其干燥藻體可全部入藥,稱為海藻,習稱“小葉海藻”[1-2],隸屬褐藻門馬尾藻科馬尾藻屬,是暖溫帶-亞熱帶性海藻[3],其生長范圍廣,在我國北自遼東半島南到廣東雷州半島均有分布,生物量大,是繼海帶、裙帶菜、紫菜、石花菜之后,又一個具廣闊發展前途的經濟藻類[4]。海藻中各基本營養成分含量因生長地域、環境、季節等變化呈現顯著差異,國外已有關于季節變化對羊棲菜營養成分影響的研究[5],Nagato Yuko等[6]分析了日本九州北部的羊棲菜在十個月的時間里的營養形態和繁殖狀態的季節性變化。我國羊棲菜營養成分的相關研究已十分充分,崔海峰[3]分析了浙江洞頭不同品系羊棲菜的營養成分及其隨生長時間的變化;林建云等[7]分析了福建海域羊棲菜的營養成分。多數研究只是單一分析某海域羊棲菜的營養,未就某營養成分與其他海域羊棲菜進行比較,且原料來源多集中于大連沿海、浙江洞頭及福建沿海等地區,而渤海地區羊棲菜的營養成分分析未見報道。本文分析渤海地區羊棲菜的營養價值,與其他褐藻、紅藻、綠藻等的常規營養成分進行比較;對羊棲菜氨基酸組成和含量進行分析與營養評價;將羊棲菜的脂肪酸組成含量與其它產地羊棲菜進行比較分析,同時測定羊棲菜中部分微量元素含量,進行安全性分析,以期對渤海地區羊棲菜的深加工及髙值化利用提供基礎資料。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

羊棲菜渤海養殖;磷酸二氫鉀天津市凱通化學試劑有限公司;氯化鉀天津歐博凱化工有限公司;硝酸、硫酸、鹽酸天津市風船化學試劑科技有限公司;正己烷色譜純,天津歐博凱化工有限公司;乙腈、甲醇色譜純,成都市科隆化學品有限公司;石油醚、氫氧化鈉、四氯化碳、氨水、無水葡萄糖、苯酚分析純,天津市凱通化學試劑有限公司;硫酸銅、氫氧化鉀、二乙基二硫代氨基甲酸鈉、乙酸分析純,天津市科密歐化學試劑有限公司;高氯酸分析純,天津市鑫源化工有限公司;鉬酸銨、酚紅、硝酸分析純,天津市風船化學試劑科技有限公司;無水乙醇分析純,天津市東麗區泰蘭德化學試劑廠;乙酸鈉、過氧化氫分析純,天津歐博凱化工有限公司;亞硫酸鈉、2,4-二硝基苯分析純,國藥試劑化學試劑有限公司;標準品:金屬銅,金屬鎘,金屬鉛,純度均大于99.99%濟南眾標科技有限公司;18種氨基酸標準品、26種脂肪酸甲酯標準品中國計量科學研究院。

FD-1型冷凍干燥機北京德天佑科技發展有限公司;DC-100型高速多功能磨粉機浙江武義鼎藏日用金屬制品廠;FM11高溫馬弗爐北京安捷來勒科技有限公司;721型分光光度計上海舜宇恒平科學儀器有限公司;QL-861型渦旋振蕩器海門市其林貝爾儀器制造有限公司;Neofuge 15R高速冷凍離心機上海力申科學儀器有限公司;TANK微波消解儀濟南海能儀器股份有限公司;ZEEnit 700P原子吸收光譜儀德國耶拿分析儀器股份公司;高效液相色譜儀Waters e2695 Separations Module,2998 PDA Detector;氣質聯用儀Agilent Technologies 7890B GC,5977A MSD,7693 Autosampler;AFS-3100 雙道原子熒光光度計北京科創海光儀器有限公司。

1.2　實驗方法

1.2.1羊棲菜預處理預處理采用冷凍干燥法,具體操作如下:羊棲菜沖洗瀝干,脫脂濾紙除去表面水分,適當剪切后置于冷凍干燥托盤,樣品厚度不超過1 cm,-50 ℃下真空冷凍干燥24 h。樣品冷凍干燥后磨粉,過100目標準篩,用自封袋收集,于內置有效干燥劑的干燥器中保存。

1.2.2羊棲菜常規營養成分及含量分析水分:直接干燥法[8];粗蛋白:凱氏定氮法[9];粗脂肪:索氏抽提法[10];粗纖維:酸堿水解法[11];灰分:灼燒殘渣法[12];總糖:苯酚-硫酸法[3,13-14],取一定量羊棲菜粉末懸濁液,加入苯酚、濃硫酸,迅速振蕩均勻,放置 30 min,在波長490 nm處測定吸光度,與系列標準葡萄糖溶液對比,計算總糖含量。

1.2.3羊棲菜氨基酸測定及評價方法氨基酸測定:采用柱前衍生反相高效液相色譜法[15]對羊棲菜的氨基酸組成及含量進行分析。標準品和鹽酸水解后的樣品均以2,4-二硝基氯苯為柱前衍生劑,進行柱前衍生,過有機膜后上機測定。氨基酸的評價:根據聯合國糧農組織(Food and Agriculture Organization,FAO)和世界衛生組織(World Health Organization,WHO)在1973年建議的氨基酸評分模式[16]及中國預防醫學科學院營養與食品衛生研究所提出的雞蛋蛋白質評分標準模式[17]對羊棲菜的氨基酸組成及含量進行營養評價。氨基酸評分(amino acid score,AAS)、化學評分(chemical score,CS)、必需氨基酸指數(essential amino acid index,EAAI)[18]的計算公式如下:

AAS=[待評蛋白質氨基酸含量(mg/gN)]/[FAO/WHO評分標準模式中同種氨基酸含量(mg/gN)]

CS=[待評蛋白質氨基酸含量(mg/gN)]/[雞蛋蛋白質中同種氨基酸含量(mg/gN)]

式中:n為參與比較的氨基酸數目;t為待評蛋白質的氨基酸含量,mg/g N;s為全雞蛋蛋白質的氨基酸,mg/g N;mg/g N為每克氮中氨基酸的毫克數(羊棲菜粗蛋白中氨基酸的含量×62.5)。

1.2.4羊棲菜脂肪酸組成及含量分析脂肪酸組成及含量分析采用氣質聯用色譜法[15]。羊棲菜粉以氯仿-甲醇提取脂肪酸混合物,硫酸-甲醇進行甲酯化,正己烷萃取,過有機膜,自動進樣。GC分析條件:色譜柱:HP-INNOWAX石英毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);進樣口溫度240 ℃;進樣類型:分流式,分流比25∶1;進樣量1 μL;柱流速1.46 mL/min;載氣為氦氣;升溫程序如表1。

表1　柱箱升溫程序Table 1　Work condition of microwave digestion

MS分析條件:離子源溫度230 ℃;接口溫度250 ℃;四極桿溫度150 ℃;調諧類型EI;采集方式:全掃描;掃描范圍33～500 amu/s。

表2　微波消解儀工作條件Table 2　Work condition of microwave digestion

表3　羊棲菜與其他幾種藻類基本營養成分比較(%,干重)Table 3　The content of general nutrients compositions of Sargassum fusiforme and some other algae(%,dry weigh)

注：“-”表示未測定或文獻未注明,a表示粗纖維與總糖含量之和。

1.2.5部分微量元素含量分析銅含量:二乙基二硫代氨基甲酸鈉法[19];汞含量:原子熒光光譜法[20];砷含量:原子熒光光譜法[21];鉛、鎘含量:微波消解-火焰原子吸收法[22],微波程序如表2所示,原子吸收參數:元素Pb譜線波長283.3 nm,元素Cd譜線波長228.2 nm,燈電流10 mA,火焰類型:乙炔-空氣,燃氣流量65 L/h,燃燒頭高度6 mm,狹縫寬度1.2 nm,背景矯正:D2燈扣背景,除譜線波長外,兩者參數相同。

1.3　數據分析

本文數據用Excel處理,采用三次平行實驗的平均值,以平均值±標準差的形式表示,小數點后保留兩位有效數字。

2　結果與分析

2.1　一般營養成分及含量

結果表明,羊棲菜鮮藻的含水量為83.16%,冷凍干燥后羊棲菜粉含水量降低至7.38%,主要成分為碳水化合物,含量約45.77%,其中粗纖維含量10.16%,比浙江洞頭羊棲粗纖維含量稍高,總糖含量基本一致,粗蛋白含量為6.05%,灰分含量15.07%,與浙江洞頭及大連羊棲菜相比,渤海羊棲菜蛋白質及灰分含量均偏低,而粗脂肪含量0.74%,介于兩者之間。本文原料羊棲菜來自渤海,與李八方[23]、李波[26]等測定的浙江溫州洞頭縣羊棲菜的各項營養成分相比,含量有較大變化,說明羊棲菜的營養成分含量與地域和原料前處理方式有關。除產地、前處理等因素外,羊棲菜營養成分的變化還與其藻齡、季節等因素有關[27]。羊棲菜脂肪含量比海帶(褐藻)、江蘺(紅藻)高,粗纖維含量比江蘺和長莖葡萄蕨藻(綠藻)的高,灰分含量與海帶、江蘺不相上下,而稍低于長莖葡萄蕨藻,說明羊棲菜脂肪含量相對豐富,且富含膳食纖維,可以為人體提供必需的營養素,同時可作為礦物質源,為人類提供礦物質。

2.2　氨基酸組成分析

羊棲菜氨基酸含量見表4。除色氨酸水解被破壞,胱氨酸未檢出以外,一共檢測到16種氨基酸,必需氨基酸(essential amino acid,EAA)含量為20.01 mg/g,非必需氨基酸(non-essential amino acid,NEAA)總量為24.45 mg/g,氨基酸總量(total amino acid,TAA)為44.46 mg/g。EAA/TAA為45.01%,EAA/NEAA為81.84%,符合WHO/FAO在1973年推薦的理想蛋白質模式(EAA/TAA在40%左右,EAA/NEAA在60%以上)[25],說明羊棲菜氨基酸組成比例合理,可以提供優質蛋白質。羊棲菜中鮮味氨基酸[15](Asp、Glu)含量10.85 mg/g,占氨基酸總量的24.40%,與甘味有關的氨基酸[15](Gly、Ala、Ser、Pro)含量11.26 mg/g,占氨基酸總量的25.33%,呈味氨基酸占氨基酸總量的49.73%,與林建云[7]所測羊棲菜呈味氨基酸含量(47.9%)基本一致。利用羊棲菜濃郁的海藻鮮味加工即食羊棲菜[28]、羊棲菜保健休閑食品,例如果凍、蛋糕、面包[29-31]等,以及羊棲菜調味料[32]等具有獨特風味的海藻食品,可實現羊棲菜的髙值化利用。

表4　羊棲菜的氨基酸組成及含量Table 4　Amino acids composition and content of Sargassum fusiforme

注：“*”為必需氨基酸,“-”表示未檢出。

表5　羊棲菜必需氨基酸組成的評價Table 5　Evaluation of essential amino acids in Sargassum fusiforme(mg/g,N)

以氨基酸評分、化學評分及必需氨基酸指數對羊棲菜蛋白質的氨基酸進行評價,結果如表5所示。由表中的AAS和CS可知,羊棲菜的限制性氨基酸[18]為甲硫氨酸+胱氨酸,EAAI為70.94,為良好蛋白質來源。

2.3　脂肪酸組成分析

從渤海羊棲菜粉所提取的油脂中共檢測出14種脂肪酸,其中飽和脂肪酸(saturated fatty acid,SAFA)6種,含量占脂肪酸總量的47.76%,單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)4種,含量15.41%,多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)4種,含量36.82%。SAFA以棕櫚酸(C16∶0)為主,含量為脂肪酸總量的42.76%,MUFA中油酸(C18∶1n-9)含量最高,占總脂肪酸含量的7.76%,PUFA中含量最高的花生四烯酸(C20∶4n-6,arachidonic acid,AA),占20.82%,是人體的一種必需脂肪酸,作為結構脂類,廣泛存在于哺乳動物的器官、肌肉組織中,同時也是多種生物活性物質的前體[34]。羊棲菜中亞油酸和亞麻酸含量約為脂肪酸總量的10.83%,兩者不僅是磷脂的重要組成部分,也是合成前列腺的前體物質,還對膽固醇的代謝有重要作用[35]。羊棲菜中EPA(C20∶5n-3,eicosapentaenoic acid,EPA)含量為脂肪酸總量的5.17%,具有抗炎、調節免疫等生理活性,對心腦血管疾病、過敏性疾病及癌癥等具有一定程度的預防作用[36],是人體和動物的必需脂肪酸,有研究表明,海洋藻類是最為理想EPA來源,產率比利用真菌和細菌培養高出1～2個數量級[37]。由表6可以看出,不同海域羊棲菜的脂肪酸組成及含量雖有一定差異,但其特征脂肪酸均為C16∶0,含量高達總脂肪酸含量的40%,且三者均含有陸生植物中罕有的奇數脂肪酸C15∶0,羊棲菜油脂具有水生與陸生植物油脂的共性,具有較高的營養價值。

表6　不同海域羊棲菜的脂肪酸組成及含量比較Table 6　Comparison of fatty acid composition and content of Sargassum fusiforme in different seas

注：“-”表示未檢出。

2.4　部分微量元素含量

在海洋環境污染日益嚴重的情況下,對海洋藻類中的金屬含量進行分析和安全性評價顯得尤為重要。經測定,羊棲菜中的Pb、Cd、Cu、Hg、As含量分別為4.96、0.54、6.64、0.0003、0.22 mg/kg,根據GB 19643-2016 食品安全國家標準 藻類及其制品中的污染物限量標準[38]和GB 2762-2017 食品中污染物限量標準[39],藻類及其制品中鉛的限量標準為1 mg/kg(干重),參照藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準[40]中重金屬及砷鹽限量標準,重金屬總量≤20.0 mg/kg,Pb≤5.0 mg/kg,Cd≤0.3 mg/kg,Hg≤0.2 mg/kg,Cu≤20.0 mg/kg,As≤2.0 mg/kg,羊棲菜中銅、汞、砷含量符合標準,但鉛、鎘含量有不同程度的超標,可能是養殖水域環境中鉛、鎘等金屬污染所致;另外藻類可通過主動運輸和被動吸收等途徑,在體內蓄積海洋中的金屬離子[41-42],也是海藻中金屬含量超標不可忽視的因素。

表7　羊棲菜部分微量元素含量Table 7　Parts of content of microelements in Sargassum fusiforme

3　結論

渤海養殖褐藻羊棲菜的主要成分為碳水化合物,包括總糖和粗纖維,含量45.77%。粗蛋白含量6.05%,檢測出的16種氨基酸中呈味氨基酸含量為總氨基酸含量的49.73%,限制性氨基酸為甲硫氨酸+胱氨酸,EAA/TAA為45.01%,EAA/NEAA為 81.84%,EAAI為70.94,氨基酸組成比列均衡,為良好蛋白質來源。粗脂肪含量0.74%,包含14種脂肪酸,特征脂肪酸為C16∶0,不飽和脂肪酸含量占總脂肪酸含量的52.23%,其中花生四烯酸含量為20.82%,亞油酸和亞麻酸含量約10.83%,EPA含量5.17%,人體必需脂肪酸含量高且具有多種生理活性成分。對羊棲菜中部分微量元素含量進行分析,發現重金屬鉛、鎘含量有超標現象,說明羊棲菜對重金屬具有一定的富集現象,羊棲菜應用于食品行業時對重金屬含量的把控環節應引起重視,同時可利用羊棲菜對重金屬的富集功能,擴展羊棲菜在重金屬吸附領域的應用。

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