不同海域浒苔品质差异评价

王婷婷,郑丽杰,韩 威,王欣之,3,刘 睿,3,程建明,3,吴 皓,3,*

(1.南京中医药大学药学院,江苏南京 210023; 2.江苏省海洋药用生物资源研究与开发重点实验室,江苏南京 210023; 3.江苏省中药资源产业化过程协同创新中心,江苏南京 210023)

浒苔(Ulvaprolifera)来源于绿藻门石莼科,广泛分布于我国东海、黄海海域。近年来,随着海洋环境的变化,浒苔在江苏、山东海域频繁爆发,据《2017年中国海洋环境状况公报》,近5年平均覆盖面积达552 km2,仅打捞处理的费用就需要1亿元/年,给养殖业、旅游业造成了更大的经济损失。

为了综合利用浒苔这一废弃生物资源,国内外研究人员做了很多努力。何清等[1]发现浒苔中含有大量的水溶性和不溶性膳食纤维,钟礼云[2]证明其能降血脂、润肠通便;周慧萍等[3-4]首次对浒苔多糖进行提取分离纯化,并发现其能降血脂、抗衰老;李宪璀等[5]发现浒苔中富含C16和C18系多不饱和脂肪酸,提示浒苔作为废弃资源具有开发成多系列高值化产品的潜力。但文献研究发现,浙江、江苏、山东海域浒苔中粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等功效性成分的含量存在较大差异[6],且近年来海域污染严重,导致浒苔中砷、铅等有害元素超标,对原料中有害元素也需进行有效的控制。因此,课题组从东海到黄海海域,在浒苔资源储量大的5个海域——福建福州、浙江宁波、江苏南通、江苏盐城、山东青岛进行样品采集,采用常规理化方法对浒苔中功效成分及有害成分进行系统的分析,对不同海域浒苔的品质进行评价,以期为浒苔质量标准的建立、浒苔资源的综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

浒苔藻体样本采集的具体信息见表1,各海域分别采集3份,洗净泥沙,50 ℃干燥6 h,密封包装于干燥器储存,由南京中医药大学陈建伟教授鉴定种属;鼠李糖 中国食品药品检定研究院;17种氨基酸混合标准品 Sigma公司;多元素标准溶液 国家有色金属及电子材料分析测试中心;乙腈 色谱纯,德国默克公司;65%硝酸 分析纯,德国默克公司;醋酸钠、苯酚、HCl、H2SO4、K2SO4、CuSO4、NaOH、H3BO3分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

表1 样本采集信息Table 1 Sample collection information

NexlON350D电感耦合等离子体质谱仪 美国Perkin Elmer公司;Waters2695高效液相色谱仪、Waters2489UV检测器 美国Waters公司;Biomate3S型紫外可见分光光度计、BP211D型电子天平 德国Sartorious公司;SXL-1216型程控式马弗炉 国华电器有限公司;OLB9830型半自动凯氏定氮仪 济南安赛医疗器械有限公司。

1.2 实验方法

浒苔,粉碎,过40目筛。功效成分、有害成分检测方法具体见表2。

表2 浒苔功效成分、有害成分检测方法Table 2 Method for detecting the efficacy components and harmful components of Ulva prolifera

1.3 数据分析

同海域3个样本的实验数据用“三个样本的平均值±标准差”表示。实验数据采用SPSS 22.0软件进行处理,用S-N-K多重比较检验各海域浒苔间各类成分的显著性水平,P<0.05为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 功效成分含量分析

2.1.1 膳食纤维 膳食纤维为浒苔的主要功效性成分,根据水溶性不同可分为不溶性膳食纤维(IDF)和可溶性膳食纤维(SDF),IDF通过产生机械性蠕动发挥通便等作用,SDF则活性更强,可发挥代谢功能降脂、降糖,且SDF更易被肠道微生物降解利用,促进有益菌生长,改善肠道环境[19]。采用酶重量法对多海域浒苔中膳食纤维的含量进行测定,结果见表3。不同海域浒苔总膳食纤维(TDF)含量在35%～50%之间,其中青岛的TDF含量最高,达49.33%,含量由大到小的顺序为青岛>宁波>福州>南通>盐城,各海域间存在显著性差异(P<0.05)。不同海域浒苔IDF含量在23%～29%之间,福州浒苔IDF含量最高达28.12%,含量由大到小的顺序为福州>青岛>南通>宁波>盐城,各海域间存在显著性差异(P<0.05)。不同海域SDF含量在11%～23%之间,其中青岛含量最高,达22.03%,含量由大到小的顺序为青岛>宁波>盐城>南通>福州,除福州浒苔和南通浒苔的SDF含量无显著性差异,其他海域均差异显著(P<0.05)。若以膳食纤维为评价指标,青岛浒苔TDF、SDF含量最高,品质最佳。

表3 不同海域浒苔膳食纤维含量(以干重计)Table 3 Dietary fiber content in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.1.2 水溶性多糖 浒苔中水溶性多糖活性显著,可抗氧化[20],促进葡萄糖代谢[21]，能显著增强正常小鼠和免疫抑制小鼠的免疫功能[22],也能降低肝HMG-CoA还原酶的表达,减轻非酒精性脂肪肝[23]。采用苯酚-硫酸法对不同海域浒苔中水溶性多糖的含量进行测定,结果见表4。不同海域浒苔水溶性多糖的含量为9%～17%,其中青岛浒苔含量最高为16.92%,含量由大到小的顺序依次为青岛>宁波>盐城>南通>福州,各海域间差异显著(P<0.05)。若以水溶性多糖含量为评价指标,青岛海域浒苔品质最佳。

表4 不同海域浒苔水溶性多糖含量(以干重计)Table 4 Water-soluble polysaccharide content in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.1.3 粗蛋白 浒苔是一种高蛋白藻类,其蛋白质具有ACE抑制活性[24],对体内外EMT6乳癌细胞的抑制率可达25%[25]。采用凯氏定氮法对浒苔中粗蛋白含量进行测定,结果见表5。不同海域浒苔粗蛋白含量在15%～39%之间,其中盐城浒苔粗蛋白含量最高,达38.70%,青岛浒苔含量最低为15.06%,含量由大到小的顺序为盐城>福州>南通>宁波>青岛,不同海域间差异显著(P<0.05)。若以粗蛋白含量为评价指标,盐城浒苔品质最佳,其次为福州、南通浒苔。

表5 不同海域浒苔粗蛋白含量(以干重计)Table 5 Crude protein content in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.1.4 水解氨基酸、游离氨基酸 浒苔含有多种人体必需氨基酸(EAA)、非必需氨基酸(NEAA)及呈味氨基酸(FAA)。采用HPLC柱前衍生化法对多海域浒苔中水解、游离氨基酸含量进行测定,结果见表6。不同海域浒苔总氨基酸含量在149～274 g/kg之间,其中盐城含量最高为273.72 g/kg,青岛含量最低为149.75 g/kg,含量由大到小的顺序为福州>盐城>南通>宁波>青岛。游离氨基酸在人体内可直接被吸收,不同海域浒苔游离氨基酸含量较低,在0.4～1.1 g/kg之间,其中青岛含量最高为1.059 g/kg,宁波含量最低为0.423 g/kg,含量由大到小的顺序为青岛>盐城>南通>福建>宁波。不同海域浒苔呈味氨基酸占总氨基酸均大于40%,青岛达71.82%,其中鲜味氨基酸(Glu、Asp)含量最高。以呈味氨基酸为评价指标,青岛浒苔鲜味最佳,但其膳食纤维含量较高,食用口感较差;以FAO/WTO推荐的理想蛋白氨基酸组成模式(CEAA/CTAA≥40%;CEAA/CNEAA≥60%)为标准,宁波、南通浒苔蛋白品质较佳。

表6 不同海域浒苔水解氨基酸、游离氨基酸含量(以干重计)Table 6 Hydrolyzed amino acid and free amino acid contents of Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.1.5 脂肪酸 浒苔中多不饱和脂肪酸(PUFAs)种类丰富,能增强记忆和思维能力,降低心脑血管疾病的患病率,营养价值高。本实验采用索氏提取浒苔中粗脂肪,GC-MS对脂肪酸进行分析,结果见表7。不同海域浒苔粗脂肪得率在0.2%～0.8%之间,其中盐城浒苔粗脂肪得率最高,达0.78%,青岛浒苔最低为0.23%,二者有显著性差异(P<0.05)。在浒苔中共检测出22种脂肪酸,其中以C16和C18系脂肪酸为主。饱和脂肪酸(SFA)中棕榈酸相对含量最高,单不饱和脂肪酸(MFA)中油酸相对含量最高,多不饱和脂肪酸中α-亚麻酸相对含量最高,符合绿藻脂肪酸特征[26]。浒苔中各类脂肪酸占比相对稳定,海域差异性相比膳食纤维、多糖等较小。各海域浒苔中PUFAs/总脂肪酸>50%,其中盐城、宁波浒苔达60%;n-3 PUFAs含量均高于n-6 PUFAs;宁波浒苔EPA相对含量最高,占总脂肪酸的1.19%,与其他海域浒苔差异显著(P<0.05)。若以脂肪酸营养价值为评价指标,宁波、盐城浒苔脂肪酸品质较佳。

表7 不同海域浒苔中脂肪酸相对百分比(以干重计)Table 7 Relative percentage of fatty acids in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.1.6 矿物元素 浒苔细胞壁带负电荷,易与周围环境中的阳离子结合,故藻体中含有丰富的矿物元素。采用ICP-MS对不同海域浒苔中矿物元素进行含量测定,结果见表8。不同海域浒苔矿物元素含量差异较大,但存在一定的规律。5种常量元素中Ca、Mg含量均较高,其中宁波浒苔Ca含量最高为23313.83 mg/kg,盐城浒苔Mg含量最高为10478.13 mg/kg。在浒苔中亦检测出人体必需的多种微量元素,如:Fe、Zn、Cu、Co等,其中南通浒苔Fe含量最高达4967.41 mg/kg,可开发成补铁产品。综上,不同海域浒苔中矿物元素含量均较高,可用于人体矿物元素的补充,但同时要防止摄入过量导致中毒。

表8 不同海域浒苔中矿物元素含量(以干重计)Table 8 Mineral element contents in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.2 有害成分含量分析

2.2.1 有害元素 Cd、Pb、Cr、As、Hg等有害元素在人体内代谢缓慢,蓄积后会对身体造成损伤。采用ICP-MS对浒苔中有害元素的含量进行测定,结果见表9。不同海域浒苔中Hg含量均低于藻类制品最高允许限量(0.5 mg/kg),且各海域间无显著性差异。不同海域浒苔中Cd、Pb、Cr、As含量存在不同程度的超标问题,其中盐城浒苔Cd含量(5.57 mg/kg)高于保健食品最高允许限量(2.0 mg/kg),其他海域均符合要求;青岛浒苔中Pb含量低于藻类制品最高允许限量(1.0 mg/kg),其他海域均超标,盐城Pb含量最高达6.38 mg/kg;浒苔中Cr、As的含量分别在2.5～13.5和5.0～9.5 mg/kg之间,各海域间存在显著性差异(P<0.05),均高于藻类制品Cr、As最高允许限量(1.0 mg/kg),其中南通浒苔的Cd、As含量最高,分别为13.18、9.13 mg/kg;与其他海域相比,青岛浒苔中有害元素含量较低。浒苔中有害元素含量多超标,产品开发时应对其有害元素进行脱除,使其达到国家标准。

表9 不同海域浒苔中有害元素含量(以干重计)Table 9 Harmful element contents in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

2.2.2 灰分、酸不溶性灰分 灰分反映样品中无机盐的含量,酸不溶性灰分表征样品中氧化硅和掺入泥沙的含量。采用炽灼残渣法对浒苔中灰分进行含量测定,结果见表10。不同海域浒苔总灰分、酸不溶性灰分含量分别为13%～17%、0.8%～6.0%,各海域间差异显著(P<0.05),其中青岛浒苔总灰分含量最高,达17.22%;南通浒苔酸不溶性灰分含量最高,达5.66%,与其采于泥沙型滩涂,泥沙含量较高有关。浒苔生长环境含盐量高,藻体管状中空或压扁状,分支较多,难洗净,采集后需用大量淡水清洗,降低无机盐和泥沙含量。

表10 不同海域浒苔中总灰分、酸不溶性灰分含量(以干重计)Table 10 Total ash and acid-insoluble ash content in Ulva prolifera in different sea areas(measured by dry weight)

3 讨论

浒苔资源丰富,含有多种功效成分,可在中医药理论的指导下对浒苔进行药用研究,将爆发的浒苔变废为宝。本文对浒苔中化学成分进行全面分析,比较不同海域浒苔的品质,探究浒苔资源优势。实验结果表明:不同海域浒苔各类成分的含量存在明显差异,品质不一,各有优劣。

浒苔中膳食纤维含量较高,其中青岛浒苔尤甚,TDF、SDF含量高达49.33%、22.03%,与水果蔬菜相比储量更为丰富,是更好的膳食纤维来源。结合文献报道,青岛浒苔膳食纤维膨胀力和持水力可达11.20 mL/g和852%[27],远高于西方国家常用的麸皮标准膳食纤维(4 mL/g和400%),且药理实验表明膳食纤维除润肠通便外,还能发挥降糖、降脂、调节肠道菌群的作用[2,9],表明青岛浒苔具有开发为膳食纤维类产品的巨大潜力。

浒苔含有丰富的蛋白,氨基酸种类齐全,其中南通浒苔中粗蛋白含量较高(36.66%),氨基酸组成接近FAO/WTO推荐的理想蛋白模式,且纤维含量低、鲜味氨基酸含量高,口感适宜,可开发成食用品和蛋白补充类产品。

PUFAs是膳食中的重要营养素,中国营养学会推荐n-6/n-3 PUFAs适宜比值为4～6∶1[28],比例失衡会增加癌症、心血管疾病等慢性病的发病率,而调查显示,中国居民膳食中n-6/n-3 PUFAs比例为7～8∶1[29],超过推荐范围,可通过提高n-3 PUFAs的摄入维持平衡。本实验结果显示不同海域浒苔中n-3 PUFAs含量均高于n-6 PUFAs,且含有EPA,其中宁波、盐城浒苔n-3 PUFAs、EPA含量相对较高,脂肪酸品质较佳,可开发成脂肪酸类健康产品,调节人体n-6/n-3 PUFAs比例,预防治疗慢性疾病。

浒苔中富含羧基和羟基等可与有害元素结合的位点,易于吸附海水中的有害元素。随着重工业的发展,海水污染程度逐年加重,浒苔中有害元素的含量呈不断增长的趋势,不同海域浒苔中有害元素的含量由多不超过藻类制品、保健食品最高允许限量,发展成多严重超标,问题严峻。因此浒苔在产品开发时不能直接投料使用,需做无害化处理,确保产品的安全性。目前此类技术尚不成熟,课题组后续将围绕浒苔乃至藻类有害元素的脱除技术进行研究,为浒苔的进一步研发提供科学数据。