王揚(yáng)鐸,蘇永昌,王曉燕,施文正,劉智禹*
(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 202206;2.福建省水產(chǎn)研究所,福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門(mén) 361013)
仿刺參(Apostichopusjaponicus)又名日本刺參、海鼠,屬棘皮動(dòng)物門(mén)(Echinodermata)、海參綱(Holothuroidea)、楯手目(Aspidochirota)、刺參科(Stichopodidae)、仿刺參屬(Apostichopus)的無(wú)脊椎動(dòng)物,主要分布于俄羅斯、朝鮮、日本、老撾及中國(guó)等北太平洋地區(qū)沿岸海域,其中在中國(guó),主要分布于遼寧、河北、山東半島、江蘇、福建等地[1]。作為消費(fèi)市場(chǎng)上最為主流的食用海參,仿刺參主要食用部位為體壁,其肉質(zhì)韌厚而軟糯,所含營(yíng)養(yǎng)成分豐富,具有低糖、低脂、低膽固醇、高蛋白質(zhì),且含有多糖、多肽、皂苷等活性物質(zhì)以及鈣、鎂鹽和多種無(wú)機(jī)元素等特點(diǎn)。同時(shí)仿刺參也具有抗氧化、抗凝血、抗癌、降血壓、降血糖和抗衰老等作用,并被用于制造功能性食品、藥品、護(hù)膚品等[2]。
仿刺參內(nèi)臟中存在大量的自溶酶,在捕撈后由于環(huán)境突然改變或離開(kāi)海水較長(zhǎng)時(shí)間等情況,自溶酶會(huì)使其體壁融化而失去彈性及形狀,最終變成流體狀的膠體[3],因此捕撈后的仿刺參需及時(shí)剔除內(nèi)臟等副產(chǎn)物并進(jìn)行鹽漬或干制,即為市面上銷(xiāo)售的半干或全干刺參[4]。但目前仿刺參加工副產(chǎn)物并未得到很好地利用,多數(shù)被直接丟棄或用作畜牧飼料,這不僅污染海洋環(huán)境,也浪費(fèi)海參資源,因此有必要對(duì)仿刺參加工副產(chǎn)物進(jìn)行有效合理利用,以提高仿刺參資源應(yīng)用附加值。關(guān)于仿刺參的營(yíng)養(yǎng)成分與功能活性的分析研究主要集中在體壁,而屬于副產(chǎn)物的仿刺參腸與花(卵)的研究還尚處于起步階段。在對(duì)副產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)成分的研究中,張建等[5]對(duì)真空冷凍干燥后仿刺參的精與卵的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行差異分析,但未明確所采集的對(duì)象是否處于性成熟期,也未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性的綜合評(píng)價(jià);袁文鵬等[6]對(duì)仿刺參體壁、腸、呼吸樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行探究,對(duì)各部位的營(yíng)養(yǎng)成分、脂肪酸及氨基酸含量進(jìn)行比較,結(jié)果表明仿刺參腸、呼吸樹(shù)具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,但缺少對(duì)無(wú)機(jī)元素等人體必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的檢測(cè)分析,有關(guān)刺參性腺等典型副產(chǎn)物的論述也相對(duì)缺失。因此基于仿刺參加工副產(chǎn)物的高值化利用,本文以仿刺參典型加工副產(chǎn)物--仿刺參腸及花為研究對(duì)象,對(duì)其總蛋白質(zhì)、總脂肪、總糖、氨基酸、脂肪酸、無(wú)機(jī)元素等營(yíng)養(yǎng)成分含量進(jìn)行分析評(píng)價(jià),并與仿刺參體壁作比較分析,驗(yàn)證其副產(chǎn)物的高利用價(jià)值,同時(shí)分析潛在的藥效價(jià)值,旨在為綜合利用開(kāi)發(fā)仿刺參資源、提高產(chǎn)業(yè)附加值提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1.1.1 原料試劑
仿刺參購(gòu)自福建省寧德市霞浦縣,其腸、花和體壁均被處理分揀并全程通過(guò)冷鏈運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室,以保證品質(zhì);雌性仿刺參處于性成熟期。對(duì)原料進(jìn)行真空冷凍干燥處理,粉碎后進(jìn)行低溫儲(chǔ)藏,以進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)。
濃鹽酸、甲醇、硼酸、氫氧化鈉等生化試劑均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;高效凱氏定氮催化劑片,北京金元興科科技有限公司。
1.1.2 儀器設(shè)備
BSA224S分析天平,德國(guó)賽多利斯;BGZ-240電熱鼓風(fēng)干燥箱,上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;Alpha2-4LDplus真空冷凍干燥機(jī),德國(guó)Christ公司;Kjeltec 8400凱氏定氮儀,丹麥FOSS 公司;SX2-P箱式馬弗爐,上海一恒科技有限公司;L-8800型氨基酸自動(dòng)分析儀,日本日立公司;GC-6890型氣相色譜儀,美國(guó)安捷倫公司;ST16R型高速冷凍離心機(jī),美國(guó)Thermo Sorvall公司;AA 6200型原子吸收光譜分析儀,日本島津公司。
1.2.1 常量營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)
冷凍仿刺參腸(Sea cucumber intestine,S1)、仿刺參花(Sea cucumber ovum,S2)、仿刺參體壁(Sea cucumber body wall,S3)經(jīng)真空冷凍干燥處理,研磨成粉狀物后,按照國(guó)標(biāo)方法進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分的檢測(cè)。粗蛋白質(zhì)測(cè)定:參照GB 5009.5-2016第一法 凱式定氮法(Kjeltec 8400凱氏定氮儀);粗脂肪測(cè)定:參照GB 5009.6-2016第二法 酸水解法(分析天平、電熱鼓風(fēng)干燥箱);總糖的測(cè)定:參照GB 5009.8-2016第二法 酸水解-萊茵-埃農(nóng)氏法(酸式滴定管);灰分的測(cè)定:參照GB 5009.4-2016第一法 高溫灰化法(SX2-P箱式馬弗爐);水分的測(cè)定:參照GB 5009.3-2016第一法 直接干燥法(電熱恒溫干燥箱)。
1.2.2 氨基酸組成測(cè)定
共檢測(cè)18種人體所需氨基酸。依據(jù)GB 5009.124-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測(cè)定》的方法,采用L-8800型氨基酸自動(dòng)分析儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中所包含的16種酸水解氨基酸的組成與含量進(jìn)行測(cè)定;標(biāo)準(zhǔn)外的2種氨基酸(胱氨酸和色氨酸)組成與含量的檢測(cè)分別采用甲酸氧化法和堿水解法。
1.2.3 氨基酸營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)方法
依據(jù)FAO/WHO所公示的氨基酸評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模式(%,干重)進(jìn)行兩種副產(chǎn)物的氨基酸評(píng)分(Amino acid score,AAS);同時(shí)與全雞蛋蛋白質(zhì)的氨基酸標(biāo)準(zhǔn)模式(%,干重)進(jìn)行化學(xué)評(píng)分(Chemical score,CS),并通過(guò)計(jì)算人體必需氨基酸指數(shù)(Essential amino acid index,EAAI)[7]對(duì)仿刺參腸和花的氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià),分析仿刺參不同部位間的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異。
(1)
(2)
(3)
式(3)中:t為必需氨基酸種類(lèi)個(gè)數(shù);aai為樣品必需氨基酸含量(i=1……t),mg/g;AAi為全雞蛋蛋白質(zhì)必需氨基酸含量(i=1……t),mg/g。
1.2.4 脂肪酸組成測(cè)定
依據(jù)GB 5009.168-2016第一法 內(nèi)標(biāo)法,將凍干樣品原料水解,提取脂肪,經(jīng)皂化甲酯化處理,取上清液,即為試樣溶液,將其注入GC-6890型氣相色譜儀,以對(duì)副產(chǎn)物脂肪酸進(jìn)行組分及含量的測(cè)定及分析。
1.2.5 無(wú)機(jī)元素含量檢測(cè)
依據(jù)GB 5009.268-2016 第一法中所述的電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)以及第二法電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES),對(duì)仿刺參副產(chǎn)物中所含的鈉、鎂、鉀、鈣、磷等宏量元素及鐵、硒、錳、銅、鋅等微量元素進(jìn)行組分及含量的檢測(cè)。
仿刺參腸、花與體壁的常量營(yíng)養(yǎng)成分含量對(duì)比見(jiàn)表1。仿刺參腸和花的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪及灰分的含量分別為68.85%、13.53%、9.96%和58.18%、12.24%、19.01%;仿刺參花的總糖含量為2.36%,高于體壁(1.19%),而腸中未檢出。粗蛋白質(zhì)含量中,仿刺參腸>仿刺參花>仿刺參體壁(47.18%)。仿刺參腸與花的粗脂肪含量相近,均高于體壁(5.60%);灰分含量均低于體壁(42.02%),推測(cè)是因由體壁中含有小骨片以及各種鹽類(lèi)的富集造成的。結(jié)果表明,與仿刺參體壁相比,仿刺參腸和花均具有更高粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量及更低灰分含量的營(yíng)養(yǎng)成分組成。雖然副產(chǎn)物食用性較低,但其卻有不輸于體壁的營(yíng)養(yǎng)利用價(jià)值,比如粗脂肪中的不飽和脂肪酸可作為重要的膳食脂肪酸來(lái)源;因高粗蛋白質(zhì)而被用于開(kāi)發(fā)為低聚肽等功能活性物質(zhì)等。
表1 仿刺參腸、花、體壁(干重)營(yíng)養(yǎng)成分比較Tab.1 Comparison of nutrient composition of A.japonicus among intestine,ovum and body wall dry weight,%
氨基酸的數(shù)量、種類(lèi)和各種類(lèi)組成比例等差異決定了其所構(gòu)成蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。仿刺參腸和花的氨基酸組成及含量如表2所示。仿刺參腸、花均被檢出18種人體所需的常見(jiàn)氨基酸,氨基酸總量(Total amino acids,TAA)分別為68.15%、51.38%,其中谷氨酸(Glu)與天門(mén)冬氨酸(Asp)的含量均為最高,分別為9.45%、6.93%和8.33%、4.65%;而色氨酸(Trp)與胱氨酸(Cys)的含量均為最低,分別為0.74%、0.91%和0.45%、0.73%。這與Li M等[8]研究的莆田養(yǎng)殖仿刺參體壁的組成相似。
表2 仿刺參腸、花(干重)的氨基酸組成及含量Tab.2 Amino acid composition and content of A.japonicus intestine and ovum dry weight,%
仿刺參腸、花的必需氨基酸(Essential amino acid,EAA)含量分別為26.89%、19.54%,高于大連[9]、莆田[8]等產(chǎn)地仿刺參體壁的EAA含量(12.03%~17.61%)。參照FAO/WHO的理想蛋白質(zhì)模式,氨基酸組成必需氨基酸與非必需氨基酸(Non essential amino acids,NEAA)含量的比值(WEAA/WNEAA)在60%以上、必需氨基酸含量占比氨基酸總量(WEAA/WTAA)40%左右時(shí),仿刺參的品質(zhì)較好。仿刺參腸、花的WEAA/WNEAA分別為65.17%、61.37%,WEAA/WTAA分別為39.46%、38.03%,均符合理想蛋白質(zhì)模式,說(shuō)明其蛋白質(zhì)屬于質(zhì)量較好的理想型蛋白質(zhì)來(lái)源。
從風(fēng)味角度分析,仿刺參腸、花的呈味氨基酸(Flavor amino acid,F(xiàn)AA)占比氨基酸總量(WFAA/WTAA)分別為45.78%、46.92%,其中Glu和Asp含量均為最高,并都是呈鮮味的氨基酸;含量相對(duì)較高的Gly、Ala為呈甜味的特征氨基酸[10],這為其膳食風(fēng)味奠定了一定的基礎(chǔ)。從藥效角度分析,仿刺參腸、花的Asp、Glu、Gly、Met、Leu、Tyr、Phe、Lys、Arg等藥效氨基酸(Medicial amino acid,MAA)含量占比氨基酸總量(WMAA/WTAA)分別為64.61%、65.03%,其中Glu不僅參與蛋白質(zhì)、嘧啶及嘌呤等化合物的合成,同時(shí)在肌肉量的保護(hù)及神經(jīng)功能的改善、嬰兒的大腦及其他器官的發(fā)育中起到關(guān)鍵作用[11];Asp可通過(guò)向心肌輸送電解質(zhì),改善心肌收縮功能,可調(diào)節(jié)人體血壓,并在冠狀動(dòng)脈循環(huán)障礙缺少O2時(shí),降低O2消耗量,從而起到保護(hù)心肌的作用,同時(shí)還具有消除疲勞、保護(hù)肝臟的作用[12]。
仿刺參腸和花的8種疏水性氨基酸(Hydrophobic amino acids,HAA)占比氨基酸總量(WHAA/WTAA)分別為36.88%、35.60%。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中,HAA因疏水的相互作用而使其在蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)上起構(gòu)成和保持作用,同時(shí)在相互作用的蛋白酶與基質(zhì)、抗原與抗體等具有非共價(jià)鍵的分子結(jié)合方面起到重要的作用,例如對(duì)人體血壓控制及水鹽代謝具有重要作用的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(Angiotensin converting enzyme,ACE)可與蛋白質(zhì)肽鏈末端的C-或N-末端的疏水性氨基酸結(jié)合,從而競(jìng)爭(zhēng)性抑制ACE的活性,起到調(diào)節(jié)血壓的作用。在仿刺參腸和花中占比HAA含量最多的Leu對(duì)ACE活性具有顯著的抑制作用,具有開(kāi)發(fā)為食源性降壓肽的潛力。Lee S Y等[13]研究發(fā)現(xiàn),具有較高ACE抑制活性的小分子肽含有疏水性殘基Leu,其中包括雞胸肌的四肽KPLL、牛肌肉蛋白的六肽VLAQYK和大豆蛋白的三肽DLP;Liu C等[14]通過(guò)對(duì)榛子來(lái)源的小分子肽AVKVL、TLVGR和YLVR與ACE酶的活性口袋進(jìn)行分子對(duì)接,論述了其分子間的作用及抑制方式,結(jié)果表明小分子肽在N-末端或C-末端的活性位點(diǎn)均具有疏水性氨基酸Leu,對(duì)ACE的活性產(chǎn)生顯著性抑制。綜上所述,仿刺參腸、花在營(yíng)養(yǎng)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)的實(shí)際應(yīng)用中均具有不低于體壁的研究?jī)r(jià)值,在開(kāi)發(fā)保健品藥品上具有較高的潛力。
從食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)層面看,進(jìn)行氨基酸構(gòu)成與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)需要對(duì)AAS和CS兩個(gè)重要指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。將表2的數(shù)據(jù)單位換算為每克氮所含氨基酸毫克數(shù),將待測(cè)EAA與FAO/WHO評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的氨基酸含量和全雞蛋蛋白質(zhì)中相同氨基酸含量相比,計(jì)算仿刺參腸和花的AAS和CS值,并對(duì)EAAI進(jìn)行計(jì)算。由表3可知,仿刺參腸的EAA含量為3 057 mg/g,高于FAO/WHO所規(guī)定的蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)2 250 mg/g,略低于全雞蛋蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)3 066 mg/g,AAS和EAA值均大于1,CS大于0.68;仿刺參花的EAA含量為2 211 mg/g,略低于FAO/WHO的蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),并低于全雞蛋蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。食物蛋白質(zhì)的AAS值越接近1,則人體所需要的程度越高,其氨基酸構(gòu)成比例也越合理,而AAS中,仿刺參腸和花的Phe+Tyr、Thr、Lys均大于1,其余均小于但接近于1,其中仿刺參腸的Phe+Tyr含量最高,其次為L(zhǎng)ys,兩者分別是AAS標(biāo)準(zhǔn)的1.65倍、1.53倍;仿刺參花中Lys在AAS和CS的評(píng)分值均為最高,分別是AAS標(biāo)準(zhǔn)的1.24倍、0.95倍。Lys被稱(chēng)作“生長(zhǎng)性氨基酸”,在體蛋白的合成中發(fā)揮重要的作用[15],也是谷類(lèi)蛋白及人乳蛋白的第一限制氨基酸,因此對(duì)于以谷物膳食為主的群體或作為優(yōu)質(zhì)催乳食品來(lái)說(shuō),食用仿刺參副產(chǎn)物產(chǎn)品可彌補(bǔ)Lys的不足,作為搭配食品可提高蛋白質(zhì)利用,保持營(yíng)養(yǎng)平衡。
表3 仿刺參腸、花中必需氨基酸組成評(píng)價(jià)Tab.3 Evaluation of essential amino acid composition of A.japonicus intestines and ovum mg/g N
由表3還可發(fā)現(xiàn),以AAS為指標(biāo)時(shí),仿刺參腸和花的第一限制氨基酸分別為L(zhǎng)eu、Trp,第二限制氨基酸分別為Val、Leu。而以CS為指標(biāo)時(shí),仿刺參腸和花的第一限制氨基酸分別為Met+Cys、Trp,第二限制氨基酸分別為T(mén)rp、Met+Cys。由此可推斷出,仿刺參腸中主要缺乏Leu和Met+Cys,仿刺參花中主要缺乏Trp。EAAI反映了EAA與標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)的相近程度,數(shù)值接近100的程度與氨基酸組成相似程度呈正比,程度越高,其整體的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也越高,而仿刺參腸和花的EAAI值分別為94.85和67.73,仿刺參腸與標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)中氨基酸組成比例更接近。綜上所述,仿刺參腸蛋白質(zhì)中氨基酸具有更為合理的比例以及較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
仿刺參腸和花的脂肪酸組成及含量豐富,如表4所示。仿刺參腸含有20種脂肪酸,總量為5.11%,包括飽和脂肪酸(Saturated fatty acid,SFA)7種,總量為0.987%;單不飽和脂肪酸(Monounsaturated fatty acid,MUFA)5種,總量為1.59%;多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid,PUFA)8種,總量為2.54%;不飽和脂肪酸(Unsaturated fatty acid,UFA)含量占脂肪酸總量的比例為80.82%。仿刺參花中含有18種脂肪酸,總量為5.66%,脂肪酸總量高于仿刺參腸,包括6種SFA,總量為1.09%;5種MUFA,總量為2.17%;7種PUFA,總量為2.40%;UFA占脂肪酸總量的80.74%。仿刺參腸和花中各類(lèi)脂肪酸的含量關(guān)系均為PUFA>MUFA>SFA。PUFA因可以控制血脂和結(jié)合不益健康的膽固醇而具有保護(hù)血管、避免動(dòng)脈硬化的作用,可減少心腦血管疾病的發(fā)生[16];仿刺參腸中含量最多的為EPA,且其含量在仿刺參花中也相對(duì)較多,仿刺參腸和花中EPA+DHA的含量分別為36.02%和17.99%,而研究表明[17],EPA、DHA具有抗凝血、降血壓、降血脂、提高免疫力、抗腫瘤等重要的活性功能。因此,從脂肪組成來(lái)說(shuō),仿刺參腸和花脂肪酸含量豐富,對(duì)人體具有重要生理與保健功能的多不飽和脂肪酸占比較高,在活性功能物質(zhì)制備及應(yīng)用方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。
表4 仿刺參腸、花(干重)中主要脂肪酸組成Tab.4 Main fatty acid composition of A.japonicus intestine and ovum dry weight,%
對(duì)仿刺參腸和花的無(wú)機(jī)元素進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表5。仿刺參腸和花的無(wú)機(jī)元素含量均比較豐富,均包括5種宏量元素和5種微量元素。宏量元素中鈉的含量在仿刺參腸和花中均最高,分別為1.34×104、4.86×104mg/kg。微量元素中鐵含量最高,分別為1.06×103、139.00 mg/kg;鋅次之,分別為85.20、82.80 mg/kg,這與劉勝男等[18]對(duì)暗色等刺參(Isostichopusfuscus)體壁的研究結(jié)果類(lèi)似。宏量元素鈉對(duì)人體電解質(zhì)平衡的維持、代謝水平的提升以及神經(jīng)肌肉的興奮性有著至關(guān)重要的作用[19],而微量元素鐵是負(fù)責(zé)人體造血功能必不可少的元素之一[20]。因此,在無(wú)機(jī)元素方面,仿刺參腸和花的高鈉、高鐵作為人體不能自動(dòng)合成但必不可少的元素,可為人體正常生理活動(dòng)提供重要的支撐。
表5 仿刺參腸、花(干重)中無(wú)機(jī)元素含量Tab.5 Inorganic element content of A.japonicus intestine and ovum dry weight,mg/kg
綜合分析研究結(jié)果可知,與仿刺參體壁相比,仿刺參腸、花均具有更高粗蛋白質(zhì)、粗脂肪含量及更低灰分、總糖含量,其中粗蛋白質(zhì)含量最高且均占總含量的一半以上,具有與體壁相似的營(yíng)養(yǎng)組成成分。仿刺參腸和花的氨基酸種類(lèi)豐富,各組分平衡效果好,滿足FAO/WHO理想蛋白質(zhì)模式,F(xiàn)AA、MAA和HAA含量均較高;AAS與CA值均較高,EAAI也符合標(biāo)準(zhǔn),是高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的理想型優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì),在生物醫(yī)學(xué)與營(yíng)養(yǎng)學(xué)領(lǐng)域均具有不低于體壁的研究?jī)r(jià)值,在開(kāi)發(fā)保健品藥品上具有較高的潛力。仿刺參腸與花的不飽和脂肪酸占比脂肪酸總量均在80%以上,其中EPA+DHA的含量占比較高,有益于人體健康。仿刺參腸和花均被檢出5種宏量元素和5種微量元素,其中宏量元素鈉與微量元素鐵分別最高。仿刺參腸與花作為加工副產(chǎn)物,不僅具有與體壁相似的營(yíng)養(yǎng)組成和不低于體壁的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,同時(shí)可能具有降血壓、降血糖等功能活性及藥效價(jià)值,因此其開(kāi)發(fā)利用前景廣闊。后續(xù)可對(duì)仿刺參副產(chǎn)物中的生物活性物質(zhì)(如低聚肽等)的純化分離制備、功能活性開(kāi)發(fā)進(jìn)行深入研究。