养殖多肋藻生长期营养成分测定与分析

曹增梅，王伟伟，曲艳艳，陈书秀，王 娜

( 山东东方海洋科技股份有限公司，国家海藻与海参工程技术研究中心，山东省海藻遗传育种与栽培技术重点实验室，山东 烟台 264003 )

多肋藻(Costariacostata)是一种新兴经济海藻，属海带目、海带科、多肋藻属，为自然分布于太平洋北部沿岸潮间带或潮下带浅海区的一年生大型褐藻。该藻体长度可达到2 m以上，宽约30 cm，叶面泡皱与肋条突出，并在泡皱间出现无规则排列的孔洞[1-3]，是一种具有较高经济价值的海藻，富含多种人体必需的微量元素，营养价值高，口感好，味道鲜美，为海藻中的营养佳品。

近年来，对多肋藻的研究不断增多，除了多肋藻的人工栽培、生理生态学研究外[1-3]，多肋藻多酚、类胡萝卜素、甾醇类、蛋白质等活性物质研究也引起学者广泛关注，尤其是褐藻糖胶的分子结构及其活性研究更是热点[4-5]。研究表明，海区环境、生长季节等因素对褐藻的营养活性成分影响明显[4,6-7]，但对多肋藻色素含量，尤其是不同生长时期的色素含量报道较少，对褐藻糖胶的研究也多集中在藻体成熟期，因此，加强藻类生长期营养成分的跟踪测定不仅便于了解其营养成分的变化特点，还有利于对多肋藻营养进行全面准确的评价和加工利用。

山东荣成地区的多肋藻先经过室内育苗，10月中旬下海暂养，12月中上旬藻体长至约20 cm时进行分苗。分苗之后至翌年3月为藻体迅速生长期，4月上旬藻体平均长度达到2 m，宽32 cm。4月下旬至5月中旬藻体颜色进一步加深，厚度增加。5月中旬至6月中旬为多肋藻繁殖期[3]，之后藻体衰老腐烂。笔者对山东荣成楮岛湾海域3—6月养殖多肋藻的基本组分、色素和褐藻糖胶等营养成分进行测定与分析，旨在为多肋藻的全面开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

养殖多肋藻2017年3—6月采集于山东省荣成市宁津镇楮岛湾海域。样品采集日期为3月24日、4月27日、5月20日、6月15日。样品经晒干、粉碎、过100目筛待用。

叶绿素a、岩藻黄素、β-胡萝卜素标准品均购自美国Sigma公司，岩藻糖、半乳糖、甘露糖、氨基葡萄糖、木糖、葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸单糖标准品购自中国食品药品检定研究院，其他试剂均为国产分析纯或色谱纯。

自动定氮仪(KND-DI，上海新嘉电子有限公司)；高效液相色谱仪(1260Infinity，美国安捷伦公司)；色谱柱[ZORBAX Eclipse AAA (4.6 mm × 150 mm)C-18色谱柱，美国安捷伦公司]；紫外分光光度计(UV-2600，日本岛津公司)。

1.2 方法

1.2.1 基本营养成分测定

褐藻胶的测定采用质量法[8]；甘露醇的测定采用高碘酸氧化法[9]；碘含量的测定采用SC/T 3010—2001(海带碘含量的测定)中灰化法；灰分含量的测定采用GB 5009.4—2010(食品安全国家标准食品中灰分的测定)；粗蛋白的测定采用凯氏定氮法，方法参照GB/T 5009.5—2010(食品中蛋白质的测定)。

1.2.2 色素含量的测定

称取约50 mg海藻粉末，加入1∶1(体积比)甲醇与丙酮混合液10 mL，4 ℃浸提过夜。提取液经0.22 μm滤膜过滤待用。色素测定方法参考文献[10]。

1.2.3 褐藻糖胶的分析

褐藻糖胶的提取：采用热水提取、乙醇分级沉淀的方法[11]提取褐藻糖胶粗品。得到的褐藻糖胶粗品于40 ℃烘干至恒定质量，称量并计算粗提率。计算公式如下：

粗提率/%=m1/m2×100%

式中，m1为褐藻糖胶粗品质量，m2为藻粉质量。

褐藻糖胶的多糖与硫酸基含量测定：多肋藻褐藻糖胶中多糖含量的定量测定参考文献[12]。将单糖标准品及糖醛酸标准品配成质量浓度为1 mg/mL的混合标准储备液待用。称取10 mg褐藻糖胶粗品用2 mL 4 mol/L三氟乙酸于110 ℃酸解2 h

后，经4 mol/L NaOH中和，定容至5 mL待用。取上述水解后的样品溶液或单糖、糖醛酸混合标准溶液经过1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)衍生，氯仿萃取后，样品过0.22 μm滤膜，HPLC分析。硫酸基含量的测定采用硫酸钡比浊法[13]。多糖及硫酸基占藻粉的百分含量、单糖摩尔百分含量计算方法如下：

多糖含量/%=m1/m2×ρ

硫酸基含量/%=m3/m2×ρ

单糖摩尔百分含量/%=(m4/m5)/m6×100%

式中，m1为单糖质量总和；m2为褐藻糖胶粗品质量；m3为硫酸基质量；m4为单糖质量；m5为单糖摩尔质量；m6为各单糖摩尔含量之和；ρ为粗提率。

2 结果与分析

2.1 基本营养成分分析

多肋藻基本营养成分的生长期变化见表1。多肋藻的物质组成以褐藻胶、灰分为主，其次是甘露醇和粗蛋白。灰分和粗蛋白的含量最大值出现在3月，分别为30.44%、11.43%，二者含量变化均随生长呈降低趋势。值得注意的是多肋藻的碘含量较低，6月最高为0.03%，4、5月仅为0.01%，明显低于其他海带目海藻中碘含量(0.2%～0.3%)[9]。甘露醇的含量为15.42%～16.64%，褐藻胶含量最大值出现在6月，为27.86%，最低值出现在5月，为25.95%，二者含量在3—6月生长期内无明显变化。

2.2 色素含量分析

采用反相高效液相色谱法测定了多肋藻藻粉中叶绿素a、岩藻黄素、β-胡萝卜素的含量变化(图1)。叶绿素a和岩藻黄素的含量随着生长明显降低。其中，叶绿素a含量的月份差异更为显著，其含量由3月的330.30 μg/g降至6月的15.05 μg/g，仅为3月的4.56%；岩藻黄素的含量由3月的159.93 μg/g降至6月的42.07 μg/g，为3月的26.31%。β-胡萝卜素的含量最大值出现在4月(8.88 μg/g)，3、5月含量变化不明显，6月含量迅速降至1.72 μg/g。

表1 多肋藻生长期基本营养成分含量变化 %

图1 多肋藻生长期色素含量变化

2.3 褐藻糖胶粗提率、硫酸基及其单糖组成分析

多肋藻中褐藻糖胶的粗提率、多糖含量、硫酸基含量见图2。褐藻糖胶的粗提率达到藻粉干质量的3.75%～4.68%，从4月明显增长，最大值出现在6月，但与4、5月无明显差异。多糖含量变化与粗提率变化基本一致，6月最高(占藻粉干质量的1.29%)。硫酸基含量的最大值出现在5月，为0.95%。多糖含量、硫酸基含量在3—6月的含量变化不明显。褐藻糖胶(多糖+硫酸基)含量达到藻粉干质量的1.79%～2.10%，其中5—6月的含量高于3—4月，但各月间无明显差异。

通过对褐藻糖胶粗品的酸解、与标准品进行比对，高效液相色谱法定量分析发现多糖由8种单糖组成(图3)，按照出峰时间依次为甘露糖、氨基葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、木糖、岩藻糖。多糖中各单糖3—6月的摩尔百分含量(表2)表明，岩藻糖在整个生长期内含量最高(40.11%～59.89%)，3—6月呈增长趋势，其中4—6月均明显高于3月。其次为半乳糖，其摩尔百分含量为22.54%～34.73%，其变化趋势与岩藻糖相反，3—6月呈线性降低趋势，与之相对应的岩藻糖与半乳糖的比值由3月的1∶0.87降至6月的1∶0.38。岩藻糖和半乳糖的摩尔百分含量之和为74.84%～82.43%，其余6种单糖的含量较低，仅占多糖含量的17.58%～25.1%，鼠李糖含量最低，仅为0.16%～0.58%。除木糖在生长期没有明显的变化外，其余单糖的变化明显：甘露糖在5—6月增长明显；鼠李糖3—5月含量稳定，6月增加2～3倍；氨基葡萄糖3—5月摩尔百分含量为7.05%～8.72%，而6月仅为1.90%；葡萄糖和葡萄糖醛酸含量在生长期内变化很大，其中葡萄糖3月最高(6.59%)、6月最低(1.79%)，葡萄糖醛酸最低为2.84%(4月)、最高达到5.39%(6月)。

图2 多肋藻生长期褐藻糖胶粗提率、多糖与硫酸基含量变化

图3 单糖色谱图

表2 多肋藻生长期褐藻糖胶单糖摩尔百分含量变化 %

3 讨 论

3.1 海藻基本营养成分比较

海藻具有低脂肪、高蛋白、高膳食纤维、矿物质和微量元素丰富的营养特点，拥有重要的营养价值和药用价值。影响海藻中营养成分含量的因素有水温、营养盐、光照、季节变化、生长区域等。本研究表明多肋藻营养丰富，但受生长季节的影响明显。

对多肋藻和其他褐藻的营养成分含量进行了比较(表3)。从灰分上看，多肋藻灰分含量为23.29%～30.44%，且含量随生长期呈下降趋势，与文献报道多肋藻29.25%～38.19%[15]两者之间灰分含量略有差别，含量变化趋势相同。与其他褐藻相比，多肋藻灰分含量低于Laminariacichorioides(27.5%～53.6%)[16]和围氏马尾藻(Sargassumwightii，25.0%)[14]。多肋藻甘露醇含量为15.42%～16.64%，略高于厚叶海带(Kjellmaniellacrassifolia)[17]和大连黄官1号海带(Saccharinajaponica)[18]，三者之间甘露醇含量差别不明显。从粗蛋白的含量来看，多肋藻粗蛋白含量为7.44%～11.43%且随生长呈降低趋势，与文献报道的多肋藻(9.77%～18.15%)[15]相比略低，低于围氏马尾藻(14.82%)[14]。多肋藻的碘含量比较低，仅为0.01%～0.03%，低于厚叶海带[17]、黄官1号海带[18]和糖海带(S.latissima)[19]。

表3 不同褐藻的营养成分比较 %

多肋藻褐藻胶含量为25.95%～27.86%，与文献报道的22.49%～29.13%[15]和厚叶海带26.1%[17]含量相差无几，高于大连黄官1号海带(10.2%)[18]，属于高褐藻胶含量的藻类。褐藻胶是由甘露糖醛酸和古罗糖醛酸以C1-4键混合连接起来的直链多糖，甘露糖醛酸/古罗糖醛酸值是褐藻胶的重要品质参数。笔者发现，多肋藻的甘露糖醛酸/古罗糖醛酸值为2.22，与海带(2.10)相近，高于海蒿子(Sargassumconfusum)(1.00)和裙带菜(Undariapinnatifida)(1.28)，约为萱藻(Scytosiphonlomentaria)(0.61)的4倍[20]。相对于褐藻胶在生长期的无明显波动，其甘露糖醛酸/古罗糖醛酸值却随生长呈降低趋势[15]，与海带甘露糖醛酸/古罗糖醛酸值的变化一致[20]。多肋藻较高的甘露糖醛酸/古罗糖醛酸值表明，多肋藻褐藻胶凝胶强度低、持水性好、弹性好，因此多肋藻适用于对弹性要求高、持水性要求好的工业领域以及要求高甘露糖醛酸含量的医药、食品等领域，具有良好的应用前景。

3.2 海藻色素分析

海藻含有丰富的色素，除叶绿素外，还含有丰富的类胡萝卜素。岩藻黄素是褐藻类胡萝卜素的主要组成成分，有着强抗氧活化性，既是天然色素，又是天然抗氧化剂，有着重要开发价值[21-22]。多肋藻叶绿素a的含量在3—6月随生长降低明显(15.15～330.30 μg/g)，除3月为330.30 μg/g外，多肋藻叶绿素a的含量低于海带(178 μg/g)[23]。与叶绿素a含量变化趋势相同，岩藻黄素的含量在3—6月随生长降低明显(42.07～159.93 μg/g)，与Wu等[15]报道的变化趋势一致。与其他褐藻相比(表4)，多肋藻岩藻黄素含量明显低于糖海带(319～737 μg/g)[19]、海带(204.5～559.2 μg/g)[24]、围氏马尾藻(220.4～680.4 μg/g)[24]，高于海带(30 μg/g)[25]。在整个生长期，色素含量的变化比较明显，分析可能的原因，一是生长季节对此有明显影响，尤其是叶绿素a和岩藻黄素，这可能与多肋藻生长过程中有机物迅速积累，藻体变厚导致单位质量的藻粉中色素含量相对减少有关。二是多肋藻色素含量相对较低(表4)，尤其是生长后期。除海藻本身含量差异以及生长季节的影响外，干燥方法、温度、干燥时间对色素含量影响显著[19,26-28]。有研究表明，晒干处理的海藻色素含量显著低于其他干燥方式的海藻色素含量，与新鲜海带和盐渍海带相比，晒干海带色素含量仅为新鲜海带色素含量的16.39%、盐渍海带色素含量的28.83%[23]。本试验采用自然晒干的方法对样品进行干燥处理，可能是导致多肋藻色素含量低的原因之一。另外，叶绿素与岩藻黄素含量的变化会造成藻类外观颜色的变化，相比较而言，叶绿素易受热、光、氧等条件影响而降解[29]，本试验也发现叶绿素的降低速率高于岩藻黄素。

3.3 海藻褐藻糖胶单糖组成分析

褐藻糖胶是一种水溶性的、结合有硫酸基团的活性多糖，其中岩藻糖是主要的构成成分，除此之外还含有半乳糖、木糖、甘露糖等中性单糖，具有广泛的生物学活性。海藻褐藻糖胶的单糖比较分析(表5)表明，除氨基葡萄糖、葡萄糖醛酸在多肋藻个别样品[30-31]中未检出，多肋藻的单糖种类比海带[32]、裙带菜[33]丰富。多肋藻单糖组成以岩藻糖为主，其摩尔百分含量除3月为40.11%外，4—6月含量均>50%，岩藻糖含量丰富。除岩藻糖外，半乳糖含量也较高，摩尔百分含量在18.11%～34.73%。其余单糖含量较低，其总量仅为17.58%～25.1%与已有的报道[29,31]相近。而海带与裙带菜则以岩藻糖(46.97%，36.9%)和甘露糖(19.60%，21.9%)为主，海带中半乳糖与葡萄糖醛酸含量比较丰富，而裙带菜中半乳糖(10.2%)、葡萄糖(15.7%)与木糖(15.3%)比较丰富[32-33]。值得注意的是，褐藻糖胶会因为藻类的来源不同而在化学组成、结构、分子量等方面有所差别，即使相同的藻类因生长环境、营养状况、采集时间等因素的不同，使得褐藻糖胶的含量和单糖之间的比例有所不同[34-35]。此外，提取方法以及粗提后超滤、EDTA、酸处理等操作会给海藻褐藻糖胶完整性与活性造成影响[36]。

表4 不同褐藻色素含量比较分析 μg/g

表5 不同海藻褐藻糖胶中单糖组成比较 %

4 结 论

通过对山东荣成海区养殖多肋藻营养成分的测定与分析，发现生长季节对多肋藻的营养成分有着显著影响，其甘露醇、褐藻胶含量高，且生长期内含量稳定，适用于工业开发。多肋藻含有岩藻黄素、β-胡萝卜素、褐藻糖胶等丰富的活性物质，是优良的食用、药用海藻。研究发现，5—6月多肋藻褐藻糖胶含量增长明显，在藻体状态较好的情况下，适当延迟收获能促进多肋藻活性物质累积。