三種大型褐藻營養成分分析與評價

李紅艷，李曉，王穎*，劉天紅，紀蕾，孫元芹，姜曉東

1(山東省海洋生物研究院，山東 青島，266104) 2(青島市水產生物品質評價與利用工程研究中心，山東 青島，266104)

巨藻(Macrocystispyrifera)，屬褐藻門(Phaeophyta)、褐藻綱(Phaeophyceae)、海帶目(Laminariales)、巨藻科(Lessoniaceae)，是目前發現的體型最大的海洋藻類，生活在潮下帶，主要分布在大洋洲、北美洲太平洋沿岸和南美洲南部沿海等地[1]。巨藻具有個體大、生長快、產量高、價格低等特點，是提取碘、褐藻膠、甘露醇的重要原料[2]。目前對巨藻營養成分的分析僅見ORTIZ等[3]對智利沿海包括巨藻在內的3種海藻的脂肪酸、氨基酸成分和維生素、類胡蘿卜素等進行的檢測分析。

海洋巨藻(Durvillaeapotatorum)，屬褐藻門(Phaeophyta)、圓子綱(Cyclosporeae)、墨角藻目(Fucales)、杜維拉科(Durvillaeaceae)，俗稱牛皮藻，主要分布于南半球寒冷溫帶的潮間帶到淺潮下帶，是近海海藻場及海底森林主要的組成部分，經濟和生態價值較高[4]。目前對海洋巨藻的研究主要集中于吸收重金屬[5-6]、生產海藻肥[7-8]和多糖[9]等。在營養成分分析評價方面，VIRTUE等[10]對海洋巨藻脂肪酸成分進行了分析，SKRZYPCZYK等[11]對包括海洋巨藻在內的9種海藻的基本營養成分和脂肪酸進行了分析，并對其食用適口性進行了評價。

邊花昆布(Eckloniaradiata)，屬褐藻門(Phaeophyta)、褐藻綱(Phaeophyceae)、海帶目(Laminariales)、翅藻科(Alariaceae)，俗稱澳洲昆布，主要分布于非洲西北部、西部大西洋沿岸、印度洋西南沿海和太平洋西南部澳大利亞、新西蘭沿海，是潮下帶巖礁上海藻森林的重要組成部分[12]。近年來對邊花昆布的研究主要集中于其生態學[13-14]、活性物質提取及功效[9,15-17]和功能食品研制[18]等方面。在營養成分分析評價方面，STEWART等[19]對其海藻酸、甘露醇、海帶蛋白和褐藻糖膠的季節變化進行了研究，SKRZYPCZYK等[11]也對邊花昆布營養成分進行了研究。

本研究以3種大型熱帶經濟褐藻為研究對象，對其營養成分和碘、褐藻膠及甘露醇(碘膠醇)含量進行分析檢測，并對其營養價值進行評價，為深入挖掘其在海藻化工、食品和飼料等方面的加工潛力提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巨藻，2017年10月采集自秘魯沿海，自然風干;海洋巨藻和邊花昆布，2017年11月采集自澳大利亞Beach Port，自然風干。3種藻均由聚大洋藻業集團提供，粉碎過40目篩，自封袋保存于干燥器中備用。

甲苯、石油醚、氯仿、無水乙醚、 NH4OH、鹽酸、濃H2SO4、Na2SO4、CuSO4、K2SO4、硼酸、NaOH，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

LA8080氨基酸自動分析儀，日立高新技術公司；安捷倫1100液相色譜儀、GC6890氣相色譜儀，美國安捷倫有限公司；Kjeltec 8400全自動蛋白測定儀、Soxtec 8000全自動脂肪測定儀，丹麥FOSS公司；ICE3500石墨爐原子吸收光譜、ICE3000火焰原子吸收光譜，賽默飛世爾科技有限公司；AP-50-LC液相色譜-AFS9230原子熒光光譜儀，北京吉天儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本營養成分的測定

水分測定采用直接干燥法(GB 5009.3—2016)；灰分測定采用高溫灰化法(GB 5009.4—2016)；粗蛋白質測定采用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)；粗脂肪測定采用索式抽提法(GB 5009.6—2016)；碳水化合物測定采用減差法，即100-(水分+蛋白質+脂肪+灰分)。

1.3.2 膳食纖維

不溶性膳食纖維，可溶性膳食纖維按GB 5009.88—2014測定。

1.3.3 氨基酸分析

樣品經6 mol/L 鹽酸溶液水解，采用氨基酸分析儀測定17種氨基酸，另取樣品用5 mol/L NaOH溶液水解后，測定其色氨酸含量。

1.3.4 脂肪酸分析

按GB 5009.168—2016 內標法測定。

1.3.5 無機元素含量測定

Cu、Ca、K和Na、Se、Zn、Fe、I測定：分別按照GB 5009.13—2017石墨爐原子吸收光譜法、GB 5009.92—2016火焰原子吸收光譜法、GB 5009.91—2017火焰原子吸收光譜法、GB 5009.93—2017熒光分光光度法、GB 5009.14—2017火焰原子吸收光譜法、GB 5009.90—2016火焰原子吸收光譜法和GB 5009.267—2016氧化還原滴定法進行測定。

無機As、甲基Hg、Pb、Cd含量的測定：分別按GB 5009.11—2014液相色譜-電感耦合等離子質譜法、GB 5009.17—2014液相色譜-原子熒光光譜聯用法、GB 5009.12—2017石墨爐原子吸收光譜法和GB 5009.15—2014測定。

1.3.6 其他成分測定

維生素C按照GB 5009.86—2016高效液相色譜法測定；甘露醇按照《保健食品功效成分檢測方法(2011年版)》測定；海藻酸鈉參考尚德榮等[20]建立的質量法進行測定。

1.4 營養價值的評價

將所測得必需氨基酸換算成每克蛋白質中含氨基酸的質量(mg)，與1973年聯合國糧農組織和世界衛生組織(FAO/WHO)建議的氨基酸計分模式[21]和以雞蛋蛋白質作為理想蛋白質[22]進行比較，按公式(1)(2)(3)分別計算3種褐藻的氨基酸分(amino acid score，AAS)、化學分(chemical score，CS)和必需氨基酸指數(essential amino acid index，EAAI)[23]：

(1)

(2)

(3)

式中：M1,待評蛋白質中必需氨基酸的含量，mg/g N；M0,FAO/WHO模式中蛋白質相應必需氨基酸的含量，mg/g N；M2,雞蛋蛋白質中相應必需氨基酸的含量，mg/g N；n,比較的氨基酸種數；a、b、c…h,待評蛋白質的氨基酸含量，mg/g N；A、B、C…H,雞蛋蛋白質的氨基酸含量，mg/g N。

1.5 數據處理

文中數據均為3份平行樣品的檢測值，采用EXCEL 2017進行數據處理，所有數據均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 基本營養成分

由表1可知，在巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中，含量最高的是碳水化合物，占干質量的50%(質量分數,下同)以上，其中海洋巨藻的碳水化合物含量高達70.96%；其次是灰分，占干質量的20%以上；再次為粗蛋白，巨藻和邊花昆布的蛋白含量在12%以上，海洋巨藻的粗蛋白含量相對較低，僅為6.04%；含量最低的成分為粗脂肪，含量僅占干質量的1%左右。

表1 三種大型褐藻基本營養成分與其他幾種藻類對比 單位：g/100 g

本研究中巨藻的粗蛋白和粗脂肪含量與ORTIZ等[3]報道的較為相近，粗灰分含量偏高，碳水化合物含量偏低；海洋巨藻的粗蛋白和粗脂肪含量與VANESSA等[11]的報道相近，灰分和碳水化合物含量高于后者；邊花昆布的脂肪含量與VANESSA等[11]的報道相近，粗蛋白、粗灰分和碳水化合物含量均高于后者。這些差異可能是由樣品采集時間、地點、樣品的生長階段不同和檢測方法的差異所造成的。與泡葉藻[24]、海帶[25]和全緣馬尾藻[26]相比，巨藻和邊花昆布的粗蛋白含量相對較高，海洋巨藻的粗蛋白含量相對較低；3種褐藻的粗脂肪含量均小于泡葉藻，與海帶和全緣馬尾藻含量差別不大；粗灰分含量均低于泡葉藻、海帶和馬尾藻，碳水化合物含量均高于后3者。3種大型褐藻均為高碳水化合物、低脂肪的藻類。

海洋巨藻可溶性膳食纖維質量分數高達34.53%，遠高于巨藻和邊花昆布，賦予其良好的生理活性和營養價值，成為開發減肥、降血糖等功能食品和提取可溶性膳食纖維的理想原料；邊花昆布的不溶性膳食纖維質量分數高達47.64%，可以作為良好的膳食纖維源和強化膳食纖維配方食品原料。

2.2 氨基酸組成、含量及營養評價

2.2.1 氨基酸組成及含量

由表2可知，3種褐藻中均檢出18種氨基酸，包括8種必需氨基酸，2種半必需氨基酸和4種呈味氨基酸。從氨基酸組成上看，3種褐藻中含量較高的是Glu和Asp，Trp和Cys的含量較低，這與ORTIZ等[3]報道較為相似。巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中的必需氨基酸分別占氨基酸總量的35.83%、37.07%和37.08%，根據FAO/WHO的標準模式，EAA/NEAA(非必需氨基酸)在60%以上，EAA/TAA(氨基酸總量)在40%左右是質量好的蛋白質[27]，3種海藻的EAA/TAA值接近40%，氨基酸的平衡效果較好，是較為優質的蛋白質。巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中的呈味氨基酸占氨基酸總量的比例分別為40.15%、43.39%和38.37%，賦予了3種海藻濃郁的鮮味。

表2 三種大型褐藻的氨基酸組成 單位：g/100 g 干質量

2.2.2 氨基酸營養評價

AAS、CS和EAAI是評價蛋白質營養品質的常用指標。由表3可知，以AAS結果來看，3種褐藻中Trp評分均最低，其次為Leu，分別為第1和第2限制性氨基酸；巨藻和邊花昆布的Cys+Met評分最高，分別為131.56和177.27，海洋巨藻的Thr評分最高，為95.20。邊花昆布的Cys+Met、Thr、Lys、Tyr+Phe、Val評分均超過100分，高于FAO/WHO理想模式，可為人體提供豐富的半胱氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸和賴氨酸等；氨基酸平均得分111.95分，說明其氨基酸組成較為均衡合理；同樣地，巨藻的Cys+Met、Thr評分超過100分，可以成為補充半胱氨酸、甲硫氨酸和蘇氨酸的優質蛋白源。

表3 三種大型褐藻必需氨基酸組成的評價Table 3 Evaluation of essential amino acids composition of three large brown algae

由CS結果進行分析，3種褐藻的Trp評分均最低，為第1限制性氨基酸；巨藻和邊花昆布的Ile評分次低，為第2限制性氨基酸，海洋巨藻的Cys+Met評分次低，為第2限制性氨基酸。EAAI結果顯示，必需氨基酸指數邊花昆布>巨藻>海洋巨藻，邊花昆布的蛋白營養價值更高；邊花昆布的EAAI值高于裙帶菜孢子葉[28](60.27)、瓊枝麒麟菜[29](74.32)和羊棲菜[30](70.94)，是良好的蛋白質來源。

考慮到色氨酸、亮氨酸和異亮氨酸為3種藻類共同的限制性氨基酸，在食用或使用其作為飼料添加劑時，應考慮搭配富含這3種氨基酸的食物，如花豆、小米、酸奶、紅肉等，或添加色氨酸、亮氨酸和異亮氨酸以調整飼料的氨基酸組成。

2.3 脂肪酸組成及含量

3種褐藻的脂肪含量均較低，僅有1%左右，但其脂肪酸組成種類豐富。海洋巨藻中的脂肪酸含量關系為飽和脂肪酸(saturated fatty acid，SFA)>多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)>單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid, MUFA)，巨藻和邊花昆布中脂肪酸含量關系為SFA>MUFA> PUFA，這與ORTIZ等[3]的研究結果PUFA>MUFA>SFA有所不同，這種差異可能是由樣品采集時間、地點，所處生長階段的不同導致的，也可能是樣品干制過程中不飽和脂肪酸發生了一定的氧化分解導致其檢測數值偏低。PUFA分別占巨藻、海洋巨藻和邊花昆布總脂肪酸含量的20.79%、28.81%、13.33%。PUFA是人體的必需脂肪酸，具有降低炎癥、保護心臟、提高認知和抗癌等多種生理活性[30]。

表4 三種大型褐藻脂肪酸組成 單位：g/100 g 干質量

2.4 無機元素含量

3種大型褐藻中無機元素的含量差異較大。巨藻中含量最高的是K元素，其次為Na和Ca；海洋巨藻中Na元素含量最高，其次為Ca和K；邊花昆布中Ca元素含量最高，其次為Na和K。巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中的Ca含量均較高，尤其是邊花昆布中,含量高達37.99 mg/g，遠高于泡葉藻[24]、厚葉海帶[25]和裙帶菜孢子葉[28]，是良好的補鈣食物來源。此外，3種褐藻中均含有豐富的微量元素Fe、Zn和 Se。Ca是動物不可或缺的常量元素，參與機體的許多生理活動及物質能量代謝；Fe有促進血紅蛋白合成，運輸氧氣和緩解貧血等功能；Zn具有促進神經系統發育完善，提高食欲和增強免疫等功能；Se則是谷胱甘肽過氧化物酶的活性中心元素，是人體生長發育所必需的元素。

海藻具有富集海水中無機元素的特性，根據GB 2762—2017《食品中污染物限量》和NY/T 1709—2011《綠色食品 藻類及其制品》的規定，藻類及其制品中Pb、無機As和甲基Hg的限量分別為1.0、1.5、0.5 mg/kg(干重)。由表5可知，海洋巨藻的無機As含量超出了標準限量，其他2種藻的重金屬含量均符合標準要求。海洋巨藻中的無機As含量超標，可能是由其生長環境中的As污染導致的，也可能是由海洋巨藻本身對重金屬較強的吸附和富集所造成[5-6]，在海洋巨藻的開發利用過程中應對此加以重視。

表5 三種大型褐藻與其他幾種藻類中無機元素含量Table 5 Inorganic elements contents in three large brown algae and some other algae

2.5 碘膠醇含量

由表6可知，海洋巨藻中，褐藻膠質量分數高達52.20%，遠高于鼠尾藻[30]和海帶[31]，是非常理想的生產褐藻膠的原料，后續可加強此方面的研究。巨藻和邊花昆布中碘和甘露醇含量相對豐富，高于海洋巨藻、鼠尾藻，低于海帶；褐藻膠含量高于鼠尾藻和海帶，在海藻化工方面也有較大的應用潛力。

表6 三種大型褐藻與其他幾種海藻碘膠醇含量比較Table 6 Iodine, alginate and mannitol contents in three large brown algae and some other algae

3 結論

巨藻是一種高碳水化合物、低脂肪的大型褐藻，其粗蛋白質量分數12.74%，18種氨基酸中EAA/TAA為35.83%，DAA/TAA高達40.15%，海藻風味濃郁，氨基酸評分93.15分，氨基酸組成較為均衡合理；脂肪酸成分含量SFA>MUFA> PUFA；灰分含量高，K、Na、Ca、Fe和Zn等無機元素含量豐富；碘膠醇含量較高，是優質的海藻化工原料。

海洋巨藻碳水化合物質量分數高達70.96%，可溶性膳食纖維質量分數高達34.53%，是開發減肥、降血糖等功能食品和提取可溶性膳食纖維的理想原料；粗蛋白質量分數相對較低，EAA/TAA為37.07%，其氨基酸平均分71.72分，氨基酸營養不夠均衡；脂肪酸成分含量SFA>PUFA>MUFA；灰分含量較高，K、Na、Ca和Zn等無機元素含量豐富；褐藻膠質量分數高達52.20%，是非常理想的褐藻膠提取原料，未來應當加強對海洋巨藻提取褐藻膠的應用研究。

邊花昆布碳水化合物質量分數高達65.95%，不溶性膳食纖維質量分數47.64%，可以作為良好的膳食纖維源和強化膳食纖維配方食品原料；粗蛋白質量分數12.50%，18種氨基酸EAA/TAA為37.08%，氨基酸評分111.95分，EAAI為74.42，氨基酸組成均衡合理；脂肪酸組成SFA>MUFA> PUFA；無機元素中Ca含量突出，是良好的補鈣食物來源，K、Na、Fe、Zn和Se等元素含量也十分豐富；碘膠醇含量均較高，在海藻化工行業有較大應用潛力。