捕捞月份对南极磷虾营养成分的影响

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(上海海洋大学食品学院,上海 201306)

南极磷虾通常是指南极大磷虾(Euphausiasuperba),它隶属于节肢动物门(Arthropoda)、甲壳纲(Crustacea)、磷虾目(Euphausiacea)、磷虾科(Euphausiidae)、磷虾属(Euphausia),个体最大体长可达65 mm,体重2 g,渔业捕捞的主要磷虾群体为体长介于40～65 mm的较大成体。南极磷虾是地球上数量最大、繁衍最成功的单种生物资源之一,其资源总量为3.79×108t 左右,是地球上最大的动物性蛋白资源库[1-3]。多年来,国内外学者对南极磷虾展开了大量的研究,其中包括对其营养成分的研究,孙雷等[4]研究结果表明，南极磷虾肌肉(干样)中粗蛋白含量64.44%,粗脂肪含量5.14%,粗灰分含量10.90%,无氮浸出物含量19.52%;楼乔明等[5]从南极磷虾中鉴定出27种脂肪酸,其中多不饱和脂肪酸13种。但由于南极磷虾不易获取,且会因为捕捞区域、月份、捕捞后的保存方式等原因,导致其营养成分发生变化。目前对该领域的研究较少,因此系统的研究南极磷虾营养成分随以上影响因素变化的情况显得十分重要。

本文通过测定分析南极48.1区2016年3～8月份捕捞的南极磷虾中基本营养成分、氨基酸组成以及脂肪酸组成,研究该区域南极磷虾营养成分随月份变化的情况,为南极磷虾资源的捕捞以及加工提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

南极磷虾样品 于2016年3～8月份期间捕捞于南极48.1区,-20 ℃贮藏并运输至国内,放置在-40 ℃冰箱中进行保存,实验所有测定步骤于2017年3月份开始并完成,采用流水解冻样品,经组织搅碎机搅碎均匀后备用；浓硫酸、盐酸、硫酸铜、硫酸钾、氢氧化钠、硼酸、乙醇、甲醇、氯仿、正己烷、14%三氟化硼-甲醇溶液等 为分析纯,购于国药集团化学试剂有限公司;氨基酸标准品 Sigma公司;三十七种脂肪酸标准品 Supelco公司。

YL-C020型组织搅碎机 九阳料理机;H2050R台式高速冷冻离心机 湘仪离心机仪器有限公司;FE20-pH计、AUW320电子分析天平 梅特勒-托利多仪器有限公司;BGZ-140电热鼓风干燥箱 上海博讯实业有限公司;SH220N石墨消解仪 济南海能仪器股份有限公司;KJELTECTM2300型全自动凯氏定氮仪 丹麦福斯公司(FOSS);SZF-06型脂肪测定仪 上海新嘉电子有限公司;PYRAMID TX型陶瓷纤维马弗炉 北京皮尔美特科技有限公司;L-8800氨基酸全自动分析仪 日本Hitachi公司;LC-2010CHT高效液相色谱仪 日本岛津公司;Trace-GC气相色谱仪 意大利Thermo Fisher公司。

1.2 实验方法

1.2.1 基本营养成分测定 水分含量测定:参照GB 5009.3-2016直接干燥法[6];蛋白质含量测定:参照GB 5009.5-2016凯氏定氮法[7];脂质含量测定:参照GB 5009.6-2016索氏抽提法[8];灰分含量测定:参照GB 5009.4-2016马弗炉高温灰化法[9]。各组样品均取三次重复实验。

1.2.2 氨基酸含量测定

1.2.2.1 样品处理 参照GB 5009.124-2016酸水解处理[10]。

1.2.2.2 氨基酸自动分析仪条件 分离柱:4.6 mm×60 mm,分离树脂为阳离子交换树脂;分离柱温度:57 ℃;检测波长:570 nm(脯氨酸为440 nm);缓冲溶液流速:0.40 mL/min;反应液:茚三酮试剂;反应液流量:0.35 mL/min;反应单元温度:135 ℃;进样量20 μL。

1.2.3 色氨酸含量测定

1.2.3.1 样品处理 参照李成成等的方法[11],略有改动。向搅碎后的虾肉中加入2 mol/L的氢氧化锂1.5 mL,通入高纯氮气,马上拧紧瓶盖,放入110 ℃的电热鼓风干燥箱中水解24 h。取出冷却后,将水解液转移到50 mL的容量瓶中，用乙酸钠缓冲液润洗安培瓶,将润洗液转移到容量瓶中,加入6mol/L的盐酸7.5 mL中和，再用乙酸钠缓冲液定容,摇匀,然后在4000 r/min的离心机中离心10 min,取上清液过0.22 μm有机滤膜,高效液相色谱仪检测。

1.2.3.2 高效液相色谱仪(HPLC)条件 GL Sciences公司Inertsil ODS-SP C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)液相色谱柱;保护柱柱芯Inertsil ODS-SP(4 mm×10 mm,5 μm);流动相A为纯甲醇,流动相B为乙酸-乙酸钠缓冲液(0.0085 mol/L乙酸钠溶液用冰乙酸调 pH为4.00±0.05),A∶B为1∶9;流速1.0 mL/min;进样量10 μL;柱温 32 ℃;紫外检测波长280 nm;等度洗脱。

1.2.4 脂肪酸含量测定 脂肪提取参照GB 5009.6-2016索氏抽提法[8],脂肪酸组成测定参照GB 5009.168-2016[12]。

1.2.5 氨基酸评分营养分析公式

氨基酸评分:AAS=(每克待评蛋白中必需氨基酸含量(mg/g))/(FAO/WHO评分模式中相应必需氨基酸的含量(mg/g))

式(1)

氨基酸化学评分:CS=(每克待评蛋白中必需氨基酸的含量(mg/g))/(鸡蛋蛋白中相应必需氨基酸的含量(mg/g))

式(2)

必需氨基酸指数:

式(3)

注:n为比较的必需氨基酸个数,a、b、c…g为样品蛋白质中的必需氨基酸含量,A、B、C…H为鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量。

1.3 数据分析

实验数据由Excel和SPSS 21.0进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 基本营养成分分析

3～8份捕捞的南极磷虾中水分、蛋白质、脂肪以及灰分四种基本营养成分含量,结果如表1所示。

由表1结果可知,3～8月份,南极磷虾水分含量范围为76.59%～82.69%,蛋白质含量范围为13.07%～15.15%,脂肪含量范围为1.13%～4.36%,灰分含量范围为1.31%～2.86%,其中蛋白质、脂肪和灰分含量均在4月份达到最高,而水分含量在4月份为最低,6～8月份期间,蛋白质和脂肪含量变化无显著性差异(p>0.05)。和南美白对虾(蛋白质含量18.71%、脂肪含量1.07%)、中国对虾(蛋白质含量18.27%、脂肪含量0.52%)[13]对比,南极磷虾是一种蛋白质含量适中、高脂肪的虾类,该研究结果和孙雷[4]等的一致。

表1 各月份南极磷虾基本营养成分含量(%)Table 1 Content of basic nutrients of Antarctic krill in different months(%)

为进一步探究3～8月份之间南极磷虾营养成分变化情况,将各月份南极磷虾的蛋白质和脂肪含量制成图1。

图1 各月份南极磷虾蛋白质及脂肪含量变化Fig.1 Changes in protein and fat contents of Antarctic krill in different months

从图1可以明显看出,蛋白质和脂肪含量有着相同的变化趋势,这两者在3月份偏低,进入4月份均达到最高，为15.15%和4.36%,5月份呈下降趋势,在6月份达到最低(分别为13.42%和1.47%),6～8月份变化不明显。

导致该变化趋势的原因,可能与南极磷虾的生长习性以及南极的生态环境有关,大磷虾产卵开始时间较早(11月底至12月初),持续时间较长(3.0～3.5个月)[14],因此南极磷虾在3月份产卵后,蛋白质和脂肪含量会有所下降;南极磷虾是植食性物种,主要以浮游植物为食,4～5月份南极进入秋季,此时浮游植物密度开始逐渐降低,南极磷虾食物逐渐减少,所以其蛋白质和脂肪含量会有下降的趋势;6～8月份,冬季到来,在浮游植物浓度较低的情况下,为了避免饥饿,磷虾也会以碎屑、细菌或后生动物为食[15-17],因此其蛋白质和脂肪含量降低到一定程度后,呈稳定状态。

2.2 氨基酸组成与含量

各月份南极磷虾中水解氨基酸含量检测结果如表2所示。3～8月份南极磷虾中,均检出18种氨基酸,其中包括8种人体必需氨基酸。必需氨基酸中,亮氨酸和赖氨酸含量较高。亮氨酸可以为蛋白质合成提供能量,促进骨骼肌蛋白质合成[18];赖氨酸在谷物中相对缺乏,对于以谷物为主食的我国居民来说,南极磷虾是一种优质的赖氨酸食物来源。非必需氨基酸中,天冬氨酸和谷氨酸含量较高,其中谷氨酸是一种重要的鲜味氨基酸。总氨基酸含量(T)范围为99.83～151.33 mg/g,必需氨基酸含量(E)范围为41.63～64.66 mg/g,其中4～6月份的T值和E值在各月份当中为最高,分别达到151.33和64.66 mg/g(6月份),其次是7、8两个月份,3月份为最低。

按照FAO/WHO提出的理想蛋白质条件:组成蛋白质的每种必需氨基酸/总氨基酸的值(E/T)应达总量的40%左右;必需氨基酸/非必需氨基酸的值(E/N)应在60%以上[19]。从表2可以看出,六个月份的南极磷虾,其E/T值范围在41.01%～42.73%,E/N值范围在69.50%～74.63%,均高于理想值,其中4和7两个月份的E/T和E/N值在各组中最高。

表2 各月份南极磷虾氨基酸含量(mg/g)Table 2 Amino acid content of Antarctic krill in different months(mg/g)

综上所述,在3～8月份的南极磷虾必需氨基酸组成比例均达到理想蛋白模式的情况下,结合考虑T和E值,所以4～6月份的南极磷虾蛋白质营养价值更高,其中4月份为最高。

2.3 蛋白质营养评价

蛋白质的营养价值,不仅取决于蛋白质的含量、氨基酸的种类及含量,蛋白质中必需氨基酸的含量及组成比例也是重要的评价指标。将测得的必需氨基酸含量换算为每克蛋白质所含氨基酸含量后,与1973年FAO/WHO建议的氨基酸评分标准模式[20]和全鸡蛋蛋白质评分标准模式进行比较分析,分别计算出氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)和必需氨基酸指数(EAAI),结果如表3、表4所示。

表3 各月份南极磷虾每克蛋白质氨基酸含量与两个模式比较(mg/g)Table 3 The AA content per gram of protein of Antarctic krill in each month compared with two models(mg/g)

从表4可知，氨基酸评分和化学评分结果类似,其中4月份南极磷虾中八种必需氨基酸AAS和CS值均大于或接近于1,为各组中最高;其他月份南极磷虾中,均有六种必需氨基酸的AAS和CS值大于或接近1(苏氨酸和缬氨酸除外)。六组南极磷虾中,缬氨酸的AAS和CS值均为最低,所以是第一限制性氨基酸;其次为苏氨酸,为第二限制性氨基酸。

表4 各月份南极磷虾氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)及必需氨基酸指数(EAAI)Table 4 The amino acid scores(AAS)、chemical scores(CS)and essential amino acid index(EAAI)of Antarctic krill in different months

必需氨基酸指数值(EAAI)反应了待评蛋白和全鸡蛋蛋白的营养价值接近程度,其值越接近1,营养价值就越高。根据相关EAAI 实用评价标准:EAAI>0.95为优质蛋白源,0.95>EAAI>0.86为良好蛋白源,0.86>EAAI>0.75 为可用蛋白源,EAAI<0.75为不适用蛋白源[21]。计算结果可知4、7、8三个月份的南极磷虾为优质蛋白源,3月份南极磷虾为良好蛋白源,5、6月份的南极磷虾为可用蛋白源。

综合前面基本营养成分分析结果,无论在蛋白含量上,还是在必需氨基酸含量、组成比例上,4月份南极磷虾的营养价值最高,因此可在4月份对南极磷虾进行捕捞。

2.4 脂肪酸组成与评价

脂质是机体的主要能量贮存分子和能量来源之一,也是细胞膜结构和功能的重要物质基础,特别是多不饱和脂肪酸是生物体繁殖和生长所必需的[22],因此脂质的含量及种类也是评价海产品的重要指标之一。对南极磷虾的脂肪酸含量及组成测定结果如表5所示。

表5 各月份南极磷虾脂肪酸组成及相对百分含量(%)Table 5 Composition and percentage of fatty acid of Antarctic krill in each month(%)

海洋生物体内的不饱和脂肪酸的合成受营养素、环境因子、激素、转录因子、遗传因子等多种因素的影响,这些因素可能通过影响其合成途径的关键酶的mRNA水平或酶活性来产生作用[23]。由表5可知,从南极磷虾中共分析鉴定出29种已知脂肪酸,各组中C14∶0、C16∶0、C16∶1、C18∶1n9c、C20∶5n3(EPA)和C22∶6n3(DHA)六种脂肪酸含量明显占优。

3～8月份南极磷虾中,饱和脂肪酸共检出10种,含量范围为35.74%～38.08%,其中C14∶0和C16∶0含量在各组中均为最高,表明南极磷虾对此多支链饱和脂肪酸具有一定的积累作用,且此多支链饱和脂肪酸为南极磷虾的特征脂肪酸,是南极磷虾区别于其他鱼虾贝类脂肪酸组成的一个重要标志[5]。饱和脂肪酸总量(SFA)从3～8月份呈逐渐增加的趋势,其中3月份SFA最低,为35.74%;4、5两个月份分别增加到36.84%、37.16%,两者无显著性差异(p>0.05);到8月份达到最大，为38.08%。这可能和南极磷虾食品的逐渐减少以及适应秋冬季节有关。

单不饱和脂肪酸共检出8种,含量范围为24.42%～32.74%,以C16∶1和C18∶1n9c为主。其含量(MUFA)在7、8两个月份为最大,分别为32.54% 和32.74%,两者无显著性差异(p>0.05);在6月份为最低,为24.42%。

多不饱和脂肪酸共检出11种,含量范围为29.18%～38.25%,以C20∶5n3(EPA)和C22∶6n3(DHA)为主,二者总量高达23.23%～28.18%,这两类物质对人体的发育和健康起着重要的促进作用,研究表明，EPA和DHA可以抑制内源性胆固醇和甘油三酯的合成,降低心血管疾病的发病率[24],还具有良好的免疫调节作用和抗炎作用[25]。其含量(PUFA)在3、6两个月份达到最大,分别为38.25% 和38.09%,两者无显著性差异(p>0.05);在7、8两个月份为最小,分别为29.59%、29.18%,无显著性差异(p>0.05)。

南极磷虾多不饱和脂肪酸以ω3-PUFA为主,ω6-PUFA含量较少,二者的比值范围在2.96～4.37之间。关于这两类脂肪酸的摄入比例ω-3/ω-6值,中国营养学会2000年所指定的推荐标准如下:0～6个月的婴儿为1∶4,其余(小学生、青少年、成人、老年人)均为1∶(4～6),世界卫生组织推荐标准为小于1∶6[26]。我国主要食用的油如花生油、色拉油、豆油、葵花籽油、玉米油等食用油中ω3脂肪酸含量极少,导致其ω-3/ω-6值过低[27],容易引发肥胖及心血管疾病,因此南极磷虾油可以作为一种优质的ω-3PUFA来源,添加到中国人的餐桌上。

3 结论

对南极磷虾的基本营养成分分析结果表明:蛋白质和脂肪含量有着相同的变化趋势,两者均在3月份偏低,4月份最高,5月份呈下降趋势,6～8月份呈稳定状态。该变化特点可能和南极磷虾的生长特性以及南极季节变化相关。

氨基酸含量分析与评价结果表明:3～8月份的南极磷虾E/T值均大于40%,E/N值均大于60%,符合理想蛋白模式,结合T和E值考虑,4～6月份的南极磷虾蛋白质营养价值更高,而4月份的为最高,可选择此期间的南极磷虾样品来制成水产饲料等产品。

脂肪酸组成分析结果表明:3～8月份南极磷虾中,饱和脂肪酸含量呈逐渐增高,不饱和脂肪酸含量呈逐渐递减的趋势。六组中不饱和脂肪酸含量占比均很高,达到60% 以上,以EPA和DHA为主,ω-3/ω-6比例合适。

综上，4～6月份的南极磷虾营养价值较高，可选择该阶段对南极磷虾进行捕捞。本实验为南极磷虾的养殖和综合利用提供了依据。