2種不同碳酸鹽堿度養殖的凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)肌肉營養組成及游離氨基酸組成分析

黃艷青,楊 絮,周 凱,陸建學,孫 真,么宗利,高鵬程,來琦芳

(中國水產科學研究院東海水產研究所,農業農村部低洼鹽堿地水產養殖重點實驗室,上海 200090)

中國是鹽堿地大國,有9 867×104hm2鹽堿地資源,另外還有約4 600×104hm2的低洼鹽堿水域[1]。如何有效開發利用這些高鹽水體,是關乎當地民生的重要問題,充分開展鹽堿水養殖是加強鹽堿水域資源開發利用的有效途徑之一,不僅可以提升鹽堿地區土地資源開發和利用率,還可顯著提高經濟效益。凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)又名南美白對蝦,屬于廣鹽性蝦類[2-3],對鹽堿水環境有一定的耐受性[4-5],是能夠在鹽堿地水體中養殖的主要水產動物之一,近年來在鹽堿水域中的養殖發展迅速。

目前,雖然鹽堿水養殖凡納濱對蝦取得一定成功,但鹽堿水養殖凡納濱對蝦的品質也成為消費者關注的焦點。有報道[6]指出,西北硫酸鹽型鹽堿水養殖的凡納濱對蝦與海水養殖凡納濱對蝦一樣,均是具有高蛋白、低脂肪的優質蝦類,其肌肉中含有豐富的人體必需氨基酸和礦物質元素,呈味氨基酸含量高,味道鮮美,營養豐富。

目前,碳酸鹽水養殖的凡納濱對蝦養殖和品質研究還不夠深入,對不同碳酸鹽堿度養殖水體中凡納濱對蝦的生長及基因響應策略等方面的研究已有相關報道[7],但尚未見不同碳酸鹽堿度養殖水體中凡納濱對蝦營養品質方面的報道。本研究對不同碳酸鹽堿度水體中養殖42 d后凡納濱對蝦肌肉中基本營養成分與肌肉中游離氨基酸進行了測定和比較分析,探究不同碳酸鹽堿度對凡納濱對蝦肌肉基本營養成分和游離氨基酸組成的影響,為鹽堿水養殖凡納濱對蝦特色品牌打造及今后凡納濱對蝦耐鹽堿選育工作提供篩選依據,有利于推動凡納濱對蝦鹽堿水養殖業的健康發展。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

實驗所用凡納濱對蝦取自通威股份有限公司2020年5月培育的G10代育種群體,具體分組和操作同王旭江等[7]。碳酸鹽堿度養殖實驗于2020年8月開始,挑選活力相對較好、規格相對一致的凡納濱對蝦96 尾,起始平均體長為(7.2±0.5)cm,體質量為(4.7±0.6)g。設置低堿對照組(low saline-alkali water, LSW,碳酸鹽堿度為3 mmol·L-1,鹽度為6,pH 為8.1)和高堿實驗組(high saline-alkali water, HSW,碳酸鹽堿度為10 mmol·L-1,鹽度為6,pH 為8.8),每組設置3 個平行組(每個平行組設置16 尾蝦),每個平行組單獨放置在50 cm×50 cm×50 cm 網箱中養殖。HSW 組養殖用水通過添加相應的碳酸鈉和碳酸氫鈉配制而成。為保證實驗組鹽堿水碳酸鹽堿度和pH 穩定,每隔24 h 換水50%。經過42 d 的養殖后取樣,LSW組和HSW組的每個平行組各取5尾蝦[體長為(9.8±0.8)cm,體質量為(9.6±0.9)g],整蝦冷凍保存備用。

1.2 儀器設備與試劑

FOSS TM 2200型半自動凱氏定氮儀,瑞典福斯FOSS公司;CF16RXII高速冷凍離心機,日本日立HITACH集團日立工機株式會社;GZX-9240MBE 電熱恒溫鼓風干燥箱,江蘇常州諾基儀器有限公司;Thermo 馬弗爐,球興科儀國際貿易(上海)有限公司;Soxtec 2050 型索氏抽提儀,瑞典福斯公司;S-433D型氨基酸自動分析儀,德國SYKAM(賽卡姆)公司。

碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、鹽酸、硫酸銅(CuSO4·5H2O)、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑、95%乙醇等均為分析純,購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 檢測方法

1.3.1 基本營養成分測定

水分含量采用 GB/T 5009.3-2016[8]中的直接干燥法測定;灰分的測定采用GB/T 5009.4—2016[9]中的高溫灰化法測定;粗蛋白的測定采用GB/T 5009.5—2016[10]中的凱氏定氮法測定;粗脂肪的測定采用 GB /T 5009.6—2016[11]中的索氏抽提法測定。

1.3.2 游離氨基酸測定

肌肉提取液采用80%乙醇提取法[12],方法略有修改。取研碎的肌肉10 g,加入20 mL純水,勻漿。80 ℃水浴加熱1 h。4 450 rpm離心20 min,沉淀物用10 mL去離子水洗滌3次,收集合并所有上清物質,定容至50 mL。加入225 mL 95%的乙醇,靜置過夜后,4 450 rpm離心20 min,沉淀物用50 mL 80%的乙醇分別洗滌3次,4 450 rpm離心,收集合并所有上清物質。旋轉蒸發去除乙醇,去離子水洗滌、轉移濃縮物質,定容至50 mL,-20℃保存備用。肌肉浸提液不經酸堿水解,經0.22 μm濾膜過濾后直接上全自動氨基酸分析儀進行測定(GB/T5009.124—2016[13]),取樣量可視樣品中游離氨基酸含量高低而定,待測液單種氨基酸濃度<1 μg·mL-1為宜。

1.4 數據分析方法

試驗中所有數據用平均值±方差(mean±SD)來表示。采用t檢驗比較,P<0.05表示統計學上差異顯著。

2 結果與分析

2.1 凡納濱對蝦肌肉中基本營養成分測定

水產動物的營養組成是評價水產動物品質的重要指標[14],可食組織的常規營養成分(水分、粗蛋白、粗脂肪和灰分)是評價水產動物營養價值的重要指標[15]。肌肉是凡納濱對蝦的主要食用部分,其粗灰分、粗脂肪及粗蛋白質含量不僅反映了凡納濱對蝦的營養組成,還對其品質評價起著重要作用[6]。

LSW 組和HSW 組凡納濱對蝦肌肉中基本營養成分含量測定結果見表1。由表1可知,在不同堿度下飼養42 d后,凡納濱對蝦肌肉中基本營養成分無顯著性差異,說明養殖水環境中碳酸鹽堿度為3 ～ 10 mmol·L-1區間對凡納濱對蝦肌肉基本營養成分無影響。

表1 2種堿度養殖凡納濱對蝦肌肉中基本營養成分含量Tab.1 Comparison of basic nutrition in muscle of L. vannamei cultured in two alkalinities (%, wet mass)

2.2 凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中常見氨基酸組成分析

凡納濱對蝦肌肉中氨基酸的組成和含量決定蝦肉營養價值和呈味特性[16],水體鹽度會影響凡納濱對蝦肌肉中氨基酸含量[17]。采用氨基酸測定儀對2組凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸(free amino acids, FAA)組成進行分析,檢測到18種常見氨基酸(表2)。LSW組和HSW組凡納濱對蝦肌肉中18種常規游離氨基酸總量(total free amino acids,∑TFAA,濕重)分別為(24.485±0.187)μg ·g-1和(39.648±0.057)μg ·g-1,后者是前者的1.62倍,可見在高碳酸鹽堿度(10 mmol·L-1)水體里養殖的凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸總量較低碳酸鹽堿度(3 mmol·L-1)水體里養殖的凡納濱對蝦顯著增加(P<0.05)。凡納濱對蝦肌肉中水解氨基酸含量最高的前3位氨基酸種類是谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸[6],與凡納濱對蝦肌肉水解氨基酸組成不同,本研究中,2組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中含量最高的前3種氨基酸分別是甘氨酸、精氨酸和脯氨酸,LSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸含量由高到低前5位依次為:甘氨酸、精氨酸、脯氨酸、丙氨酸和賴氨酸,分別占肌肉18種游離氨基酸總量的30.01%、24.86%、22.60%、6.91%和2.27%。而HSW組凡納濱對蝦游離氨基酸含量由高到低前5位依次為:甘氨酸、精氨酸、脯氨酸、賴氨酸和丙氨酸,分別占肌肉18種游離氨基酸總量的23.65%、21.17%、9.05%、8.61%和7.47%。LSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中色氨酸含量最低,而HSW組游離氨基酸中含量最低的是胱氨酸。

表2 2種堿水養殖凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸組成和含量Tab.2 Composition and contents of amino acids in muscle of L. vannamei cultured in two alkalinities

從表2可知,2組凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸組成模式差異顯著。值得注意的是,除了脯氨酸外,HSW組凡納濱對蝦肌肉中其余游離氨基酸含量均數倍于LSW組的對應值,提示凡納濱對蝦可能是通過增加肌肉中游離氨基酸含量(脯氨酸除外)來應對較高堿度(10 mmol·L-1)的壓力。

梁萌青等[18]的研究指出,當鹽度在0、15和30變化時,甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸及精氨酸是凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸的主要成分。呂敏[19]將凡納濱對蝦短時間(5 min)內暫養于不同鹽度的水體,發現凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中脯氨酸、甘氨酸和精氨酸含量最豐富,甘氨酸含量最高,含量最少的是半胱氨酸,且隨著鹽度的變化,各種氨基酸含量都發生一定的改變。本研究中,甘氨酸、精氨酸和脯氨酸是LSW組和HSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中含量最高的3種氨基酸,但與梁萌青等[18]的研究結果不同的是,LSW組和HSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中谷氨酸含量很低。由于梁萌青等[18]采用的是三氯乙酸法制備的肌肉浸提液,呂敏[19]采用的是磺基水楊酸法制作肌肉浸提液,而本研究采用的是更溫和的80%乙醇法制備的肌肉浸提液,因此,這種凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸含量差異很可能與凡納濱對蝦肌肉浸提液制備方法有關。

有研究指出,游離氨基酸的代謝在海水無脊椎動物滲透壓調節方面起重要作用[20],有關環境鹽度對對蝦游離氨基酸組成及含量的影響已有相關報道[18, 20-21]。肌肉中游離氨基酸能參與機體滲透壓調節,尤其是丙氨酸和甘氨酸[22-23],脯氨酸也起著相對重要的作用[20]。DALLA VIA[20]對凡納濱對蝦(整蝦)游離氨基酸檢測后發現,不論鹽度增加還是降低,甘氨酸、脯氨酸、精氨酸、絲氨酸、蘇氨酸及丙氨酸是凡納濱對蝦(整蝦)滲透壓調節的主要貢獻者。呂敏[19]認為,隨著鹽度增加,凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸增加是機體對環境的適應性調節,凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸調節不僅與鹽度有關,還與鹽度驟變的速度有關,也充分證明凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸在蝦體適宜生長鹽度中有滲透壓調節功能。本研究中發現,高堿度組的凡納濱對蝦肌肉中氨基酸含量與低堿度組的差異大,推測肌肉中游離氨基酸(尤其是甘氨酸、精氨酸和丙氨酸)在凡納濱對蝦體內滲透壓調節中起重要作用。

脯氨酸已被證明在許多種甲殼動物滲透壓調節方面起重要作用[23],但梁萌青等[18]發現,在實驗設定的3個鹽度(0、15和30)中,脯氨酸占凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸總量不足2%,認為其在凡納濱對蝦滲透壓的調節方面沒有起直接作用。一般認為,在鹽度波動情況下,含量增加的游離氨基酸被認為參與了凡納濱對蝦滲透調節過程。從表2可以看出,HSW組脯氨酸含量[(3.590±0.055)μg ·g-1]反而較LSW組[(5.533±0.117)μg ·g-1]顯著下降,其在游離氨基酸總量中的百分比更是從22.60%下降為9.05%,可見,本實驗條件下,脯氨酸在碳酸鹽堿度滲透調節方面沒有直接起作用,與梁萌青等[18]的研究結果吻合。未來可設定更寬碳酸鹽堿度的范圍,并且同時對肌肉和血漿中游離氨基酸含量進行比對分析,以進一步確認參與凡納濱對蝦肌肉中對碳酸鹽堿度調節的游離氨基酸種類。

2.3 凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸中常見氨基酸營養價值分析

必需氨基酸(essential amino acids,EAA,包括蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸和色氨酸)利于人體吸收利用,其含量越高,營養價值越高。HSW組必需氨基酸總量為(11.322±0.147)μg ·g-1,在游離氨基酸總量中所占的百分比為28.56%,較LSW組[(2.426±0.038)μg ·g-1,9.91%]均極顯著升高。其中,LSW組必需氨基酸中賴氨酸和纈氨酸含量最高,而HSW組賴氨酸與亮氨酸的含量最高。人體必需氨基酸多數呈強烈苦味[24],通過苦味抑制劑來降低苦味,或可有助于提高人體攝入水平。

半必需氨基酸(semi-essential amino acids, SEAA)包括組氨酸和精氨酸。HSW組半必需氨基酸總量為(8.865±0.009)μg ·g-1,顯著高于LSW組[(6.414±0.065)μg ·g-1],但其在游離氨基酸總量中百分比較穩定,分別是22.36%和26.20%。LSW組和HSW組精氨酸含量都極高,分別占各自游離氨基酸總量的24.86%和21.17%。天然精氨酸以L型存在,是一種苦味氨基酸,但并不是苦味的貢獻者,有增加呈味復雜性和提高鮮度的作用[25]。精氨酸能夠賦予海鮮一個適宜的整體風味[26],王曜和陳舜勝[27]研究指出,精氨酸對克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)蝦肉呈味貢獻顯著。還有研究指出,精氨酸與扇貝(Patinopectenyessoensis)、雪蟹(Chinopecetesopilio)、短頸文蛤(Ruditapesphilippinarum)等海產品的特征風味有關[28]。陳德慰等[29]的報道指出,精氨酸對文蛤(Meretrixmeretrix)和波紋巴非蛤(Paratapesundulatus)這2種貝肉的呈味有貢獻作用。精氨酸不僅能夠提升海產品及其酶解液的鮮度,并增加呈味復雜性,還可參與肌酸的合成,在能量代謝中起重要作用[30]。雖然精氨酸是帶苦味特征的氨基酸,但其可以抑制異亮氨酸、苯丙氨酸等苦味氨基酸的苦味[31]。LSW組和HSW組精氨酸含量超過游離氨基酸總量的20%,說明其對堿水養殖下凡納濱對蝦肌肉的呈味貢獻大。

非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA)主要包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸及酪氨酸、絲氨酸、脯氨酸和胱氨酸。HSW組凡納濱對蝦肌肉中NEAA總量[(19.486±0.087)μg ·g-1]雖然顯著高于LSW組[(15.646±0.141)μg ·g-1],但因其游離氨基酸總量[(39.648±0.057)μg ·g-1]較LSW組[(24.485±0.187)μg ·g-1]增加幅度更大,故其NEAA在游離氨基酸總量中百分比反而從63.90%下降到49.15%。從表2可以看出,甘氨酸是凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中含量最高的氨基酸種類,同時甘氨酸也是非必需氨基酸的重要組成部分。

2.4 凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸中呈鮮味游離氨基酸分析

游離氨基酸是食品中的鮮味成分和營養元素,參與蛋白質的合成,對食品的風味和營養都發揮著很大作用[32]。鮮味是一種復雜的綜合味感,鮮味強度在很大程度上也影響了消費者對于水產品的選擇。一般意義上把天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸這6種能呈現出特殊鮮味的氨基酸稱為呈味氨基酸[6],呈味氨基酸含量在一定程度上決定了水產品的口味[33]。而天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸是能夠呈現水產品最獨特鮮味的特征氨基酸[34-35],凡納濱對蝦味道鮮美的程度由肌肉中鮮味氨基酸的組成和含量來決定[36]。消費者普遍認為,海水養殖凡納濱對蝦比淡水養殖的品質和口味更佳,研究者們對海水、淡水以及不同鹽度養殖的凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸組成分析后也證明,凡納濱對蝦在海水環境中鮮味氨基酸含量更豐富[19,21]。丙氨酸是重要的甜味氨基酸,與谷氨酸等鮮味物質相互作用具有提鮮效果[37]。甘氨酸本身具有爽快的甜味,除了本身提供的清香甜味以外,還能減少苦味,從食物中去除不良的口味[38],一般認為甘氨酸對風味的作用次于谷氨酸。甘氨酸和丙氨酸對蟹、蝦等水產品的風味有重要貢獻[26,39]。

LSW組和HSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中6種呈味氨基酸的總含量分別為(9.927±0.091)μg ·g-1和(17.017±0.130)μg ·g-1,其在游離氨基酸總量中的百分比分別為40.54%和42.92%。鮮味氨基酸除能產生鮮味外,還能增強食品滋味的持續性、復雜性、厚度以及食品的特征風味和甜味[41]。LSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中,呈鮮味氨基酸(天冬氨酸和谷氨酸)含量占游離氨基酸總量的(1.03±0.03)%,占6種呈味氨基酸總量的(2.54±0.09)%;呈甘味氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)含量占游離氨基酸總量的(37.16±0.54)%,占6種呈味氨基酸總量的(91.18±0.22)%;與甘味有關的脯氨酸和絲氨酸含量占游離氨基酸總量的(23.89±0.32)%,占6種呈味氨基酸總量的(58.64±1.45)%。而HSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中,呈鮮味氨基酸含量占游離氨基酸總量的(3.22±0.03)%,占6種呈味氨基酸總量的(7.50±0.14)%;呈甘味氨基酸含量占游離氨基酸總量的(31.12±0.41)%,占6種呈味氨基酸總量的(72.51±0.32)%;與甘味有關的脯氨酸和絲氨酸含量占游離氨基酸總量的(10.57±0.14)%,占6種呈味氨基酸總量的(24.63±0.56)%。由此可見,高比例呈甘味氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)是堿水養殖凡納濱對蝦肌肉甘甜味的主要來源。

谷氨酸和甘氨酸被認為是免疫氨基酸[41],LSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中,谷氨酸和甘氨酸含量占游離氨基酸總量的(31.29±0.59)%,占6種呈味氨基酸總量的(76.79±0.74)%。HSW組中,谷氨酸和甘氨酸含量占游離氨基酸總量的(26.04±0.29)%,占6種呈味氨基酸總量的(60.67±0.15)%。以上數據提示,LSW組和HSW組凡納濱對蝦肌肉品質風味各有特點,均很鮮美,且具有很高含量的免疫氨基酸,對人類具有很高的保健效果。

2.5 凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸F值分析

F值(Fischer ratio)是支鏈氨基酸(branched chain amino acids,BCAA, 包括纈氨酸、異亮氨酸和亮氨酸)與芳香族氨基酸(aromatic amino acids,AAA,包括酪氨酸和苯丙氨酸)總量的比值,可作為評價蛋白營養價值的指標之一[42],且支芳比(F值)越大其生理功能[43]越好。HSW組凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中,BCAA 和AAA 含量都較LSW組高(表2),但是由于AAA含量增加更多,故其F值從2.085下降到1.351。

3 結論

凡納濱對蝦在碳酸鹽堿度為3 mmol·L-1和10 mmol·L-1的水體中飼養42 d,其肌肉的基本營養成分(水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪)無顯著影響。甘氨酸、精氨酸和脯氨酸是堿水養殖中凡納濱對蝦肌肉游離氨基酸中含量最豐富的氨基酸種類。游離氨基酸中高比例甘味氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)是碳酸鹽堿水養殖的凡納濱對蝦肌肉甘甜味的主要來源。水體中碳酸鹽堿度增加主要影響凡納濱對蝦肌肉中游離氨基酸的含量和組成,說明凡納濱對蝦可以通過調節肌肉中游離氨基酸含量和組成來應對環境中高堿度的滲透壓力,也說明水體中碳酸鹽堿度也因此對凡納濱對蝦肌肉風味品質有較大影響。未來應設置更多的水體中碳酸鹽堿度,全面開展碳酸鹽堿度對凡納濱對蝦肌肉以及血漿中游離氨基酸含量的影響,更充分地揭示水體中碳酸鹽堿度對凡納濱對蝦肌肉風味品質的影響及凡納濱對蝦應對碳酸鹽堿度壓力的調節策略,為碳酸鹽型鹽堿水凡納濱對蝦養殖業的健康發展提供基礎參考。