洞头羊栖菜不同部位的营养成分和物化性质分析

刘宇璇，汪芷因，林振士，李昌达，朱姚镓，李丹*，吴嘉平

（1.浙江大学海洋学院，浙江舟山 316021）（2.洞头海洋与渔业发展研究中心，浙江温州 325700）

羊栖菜（Sargassum fusiforme(Harv). Setch）为褐藻门、马尾藻属的一种暖温带型经济海藻，藻体由假根、茎、叶、气囊、生殖托构成，主要分布于西北太平洋地区，在辽东、山东、浙江、福建、广东沿海，以及日本、韩国比较常见[1]。养殖羊栖菜是浙江温州市洞头区的支柱产业之一，2019年，我国羊栖菜总产量约2.7×104t，洞头产羊栖菜就占了70%以上，产值达1.503亿元[2,3]。洞头羊栖菜幼苗从9月开始培养，10～11月下苗，次年4～5月完成采收。

羊栖菜在我国有着悠久的食用、药用历史，甚至早于海带、紫菜，据《本草纲目》记载，羊栖菜咸能润下，寒能泄热引水，有消瘿瘤、结核，除水肿，利小便等功效[4,5]。一直以来，洞头羊栖菜主要出口到日本，最多时有90%。近年来随着养殖面积逐年增加，以及与韩国产羊栖菜的竞争、日方的压价，目前洞头羊栖菜正在探索向国内市场转型[1,6]。

现已有较多关于整株羊栖菜营养成分、活性物质的研究，动物实验以及人体细胞体外实验也证实羊栖菜具有调节肠道菌群、抗肿瘤、抗氧化以及改善Alzheimer症状的功能[7-9]。在羊栖菜不同部位研究方面，崔海峰[10]比较了羊栖菜上、中、下（各取了10 cm）3段的营养成分差异，李红等[11]分析了羊栖菜分枝、叶、气囊的挥发性成分，林立东等[12]分析了羊栖菜受精卵的营养成分、活性物质。羊栖菜气囊、生殖托、叶口感更为柔嫩，枝干则更有嚼劲，因而在日本有长羊栖菜（由枝干组成）和芽羊栖菜（由气囊、生殖托、叶组成）两种销售形式，但这些部位之间营养成分是否有差异未见报导。物化性质方面，韩国产羊栖菜价格高于国产羊栖菜，与前者溶胀性更佳有关，溶胀、持水、持油性也影响着食品的口感和质地[13,14]。目前，国外有较多关于海藻物化性质的研究，而国内较为缺乏，至于羊栖菜，仅高长颢等[14]对两种羊栖菜气囊、叶、茎的复水率、溶胀能力进行了研究。

因此，本文对洞头羊栖菜的茎、侧枝、气囊、生殖托等4个部位的营养成分、蛋白营养价值、物化性质以及营养成分与物化性质间的相关性进行了分析，以期为消费者在羊栖菜不同部位的膳食选择上提供参考，为开拓国内市场、提高产品附加值、延伸产业链提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料

所用羊栖菜于2020年5月14日采自浙江洞头五屿头海域（27.76 °N，121.18 °E），采集时海表面温度为20.0 ℃，羊栖菜为养殖品种。

1.1.2 主要试剂

浓硫酸、浓盐酸、95%乙醇、30%过氧化氢，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；17种氨基酸混合标准品溶液（天冬氨酸、谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、盐酸赖氨酸、胱氨酸溶解于0.1 mol/L盐酸中），中国计量科学研究院。

1.2 主要仪器设备

Milli-Q超纯水机，美国默克；Allegra X-30R高速冷冻离心机，美国贝克曼库尔特；MM400冷冻混合型研磨仪，德国莱驰；SXL-1008程控箱式电炉，上海精宏；Cary-100紫外分光光度计，美国安捷伦；Kjeltec™ 8400自动蒸馏装置，丹麦福斯；高效液相色谱仪、Shim-pack GIST C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），日本岛津。

1.3 方法

1.3.1 海藻前处理

用去离子水冲洗海藻表面泥沙等杂物，并将藻体分为茎、侧枝、气囊、生殖托四个部位，叶片太少不参与成分测定，茎上的假根也不保留；分离完成，于55 ℃烘干，测定并记录各部位干重，样品粉碎后过40目筛，于干燥器中保存待用。

1.3.2 营养成分测定

灰分测定参照GB 5009.4-2016第一法；粗纤维测定参照GB/T 8310-2013。

碳水化合物测定：总糖测定参照Kumar等[15]的方法，将样品中的糖类物质经2.5%的硫酸水解为游离糖后，再用苯酚-硫酸法[16]进行测定；多糖测定根据SN/T 4260-2015，先用80%乙醇去除样品中的单糖，再经苯酚-硫酸法进行测定；所选标准物质为葡萄糖，标准曲线：y=0.1386x-0.0001（R2=0.9997）。

脂质测定：参照Gosch等[17]、Cequier-SáNchez等[18]的方法，采用二氯甲烷-甲醇溶剂对脂质进行提取，提取后在真空下减压蒸干，称重。

蛋白质测定：参照GB 5009.5-2016第一法，向凯氏定氮管中依次加入硫酸铜、硫酸钾、样品、浓硫酸，静置过夜后，在福斯消解仪中进行样品消解；考虑到海藻中含有大量糖类物质，消解时样品易溅到定氮管壁上造成损失，先于120 ℃消解15 min，添加2 mL H2O2再消解15 min后，缓慢升温至420 ℃，继续消解1 h至定氮管中的液体为澄清的浅绿色，取出冷却；后续测定操作于自动蒸馏装置中进行。

氨基酸测定：参照卫阳飞等[19]的方法，氨基酸经PITC衍生化后进HPLC检测。

氨基酸评价：参照FAO/WHO提出的氨基酸评分模式、全蛋模式，计算羊栖菜氨基酸比值（RAA）、氨基酸比值系数（RC）、蛋白质的比值系数分（SRC）以及必需氨基酸指数（EAAI）[20,21]：

式中：

S——样品中待评价氨基酸的含量，mg/g蛋白质；

R——FAO/WHO推荐模式或全蛋模式中相应必需氨基酸的含量，mg/g蛋白质；

S1～S7——7种待测必需氨基酸的含量，mg/g蛋白质（色氨酸在酸水解中被破坏因而不参与计算）；

R1～R7——全蛋模式中对应7种待测必需氨基酸的含量，mg/g蛋白质。

1.3.3 物理性质测定

溶胀能力（SC）测定：参照Chan等[22]的方法并有调整，向25 mL量筒中加入0.5 g样品、20 mL水，搅拌均匀，于 25 ℃静置过夜后读取量筒中剩余水的体积。

持水能力（WHC）、持油能力（OHC）测定：参照Chan等[22]的方法并有调整，向50 mL离心管中加入0.5 g样品、20 mL水或玉米油，搅拌均匀，于25 ℃静置过夜后，3000 ×g离心25 min，去上清，用滤纸吸干沾在管壁的水或玉米油，计算样品湿重。

1.4 数据处理与分析

所有实验设置 3次平行，数据分析在 SPSS Statistics 20中进行，显著性差异分析采用ANOVA、Tukey检验，结果以均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 营养成分

茎、侧枝、气囊、生殖托占整体比例分别为0.15、0.10、0.46、0.29，整株羊栖菜的营养成分数据按各部位所占比例加和计算。由表1可知，碳水化合物是羊栖菜干基中最主要的营养物，所占比重大于45%，其中大部分为粗多糖，占比超过90%，不同部位粗多糖含量差异不显著（p＞0.05）。不同部位中灰分含量为20.4～26.86 g/100 g，其中侧枝灰分最高、生殖托则最低。羊栖菜不同部位的蛋白质、氨基酸含量均存在显著差异（p＜0.05），生殖托在这两种营养成分含量上有明显优势，分别为15.64、12.01 g/100 g；其次是气囊（12.44、10.36 g/100 g）、侧枝（8.35、7.05 g/100 g），茎蛋白质、氨基酸含量最低（6.65、6.18 g/100 g）。蛋白质在气囊和生殖托中分布多于粗纤维，而在茎与侧枝中刚好相反。有研究表明植物粗纤维含量与嫩度呈负相关[23]，在羊栖菜的4个部位中，生殖托粗纤维含量最低（5.12 g/100 g）口感最嫩，气囊、茎枝次之（8.76、9.22 g/100 g），侧枝粗纤维含量最高（10.27 g/100 g），纤维感较明显。

表1 羊栖菜各部位及整株的营养成分比较（g/100 g，干重）Table 1 Comparison of nutritional components of various parts and whole thallus (g/100 g, dry weight)

表2 羊栖菜各部位及整株的氨基酸组成（mg/g，干重）Table 2 Amino acid components of various parts and whole thallus (mg/g, dry weight)

养殖羊栖菜的生殖托在4月中旬萌发、5月上旬逐渐成熟，是4个部位中最晚出现的，其所含蛋白质、氨基酸、碳水化合物、脂质最高，可能跟该部位细胞分裂较多、生长相对旺盛有关，Kumar等[15]在围氏马尾藻的研究中发现类似情况：较嫩的叶片比老叶片所含蛋白质、脂质更高；另外，其营养成分一部分也可能由其它部位迁移而来，崔海峰[10]的研究表明，羊栖菜中的蛋白质、脂肪、灰分含量会随着生殖托的出现开始下降；这种迁移在陆生植物中也存在[24]。

将2001～2014年间[10,25-27]洞头产羊栖菜营养成分数据与本研究（2020整株）的进行对比，如图1所示，2002～2012年测出的脂肪含量（0.69～1.49 g/100 g）低于2014（4.14～4.40 g/100 g）、2020年的值（5.45 g/100 g），可能是由于2002～2012均采用索式提取法，只能提取出样品中游离态的脂肪（GB 5009.6-2016），而2014与本研究采用三氯甲烷/二氯甲烷-甲醇法，还提取出了样品中的结合态脂质，因而测定出的结果更高。此外，本研究样品氨基酸总量（9.87 g/100 g），略低于2001、2008的值（10.97～13.07 g/100 g），可能与羊栖菜品种、生长环境、检测方法不同有关，其余营养成分在文献值范围中。与其他种类海藻相比，羊栖菜生殖托蛋白质含量高于海带、石莼、江蓠、裙带菜（6.68～15.47 g/100 g），低于紫菜（28.29～36.38 g/100 g），但灰分含量高于紫菜（7.89～24 g/100 g），有较好的营养价值；羊栖菜脂质含量较高，通常来说褐藻类脂质含量本身要高于其余种类海藻[28-32]。

2.2 羊栖菜不同部位氨基酸组成及评价

2.2.1 氨基酸组成

待测17种氨基酸在羊栖菜中均被检出，其中必须氨基酸（EAA）有7种，非必需氨基酸（NEAA）11种。羊栖菜各部位含量最高的2种氨基酸为精氨酸和谷氨酸，排第三位的氨基酸在气囊、生殖托、整株中均为缬氨酸，而茎为异亮氨酸，侧枝为亮氨酸。茎、侧枝中含量最低的为丝氨酸；气囊、生殖托、整株则为甲硫氨酸。羊栖菜中 EAA含量较为丰富，占总氨基酸比为 40.00%～41.64%，EAA/NEAA 为 66.66%～71.34%，与已有文献的研究结果相近[26,33,34]；且气囊、生殖托、侧枝的这两项比值均分别高于FAO/WHO的推荐值：40%和60%，2.1中提到紫菜蛋白质含量高于羊栖菜，但紫菜中EAA占比仅在38%左右。

2.2.2 氨基酸评价

表3 羊栖菜各部位及整株必需氨基酸RC、SRCTable 3 RC, SRC of essential amino acids in various parts and whole thallus

表4 羊栖菜各部位及整株必需氨基酸RC、SRC、EAAITable 4 RC, SRC, EAAI of essential amino acids in various parts and whole thallus

蛋白质被人体摄入后，需要转变为氨基酸才能被重新吸收利用，因此，摄入蛋白质的氨基酸组成与人体所需的越一致，该蛋白质被利用的可能性越高，营养价值也越高[21]。本研究根据 FAO推荐的氨基酸模式计算了羊栖菜各部位、整体的RC、SRC，并根据全蛋氨基酸模式计算了RC、SRC、EAAI，共同用于羊栖菜蛋白质营养价值的评价。RC、SRC评价体系由朱圣陶等[21]于 1988年提出，旨在评价各必需氨基酸组成是否均衡，若待评价样品中各氨基酸的RC值越接近，表示氨基酸的均衡性较好，SRC值越大。氨基酸指数（EAAI）评价法由Oser[35]于1959年提出，旨在考虑各种必需氨基酸整体对蛋白质营养价值的贡献，参照为全蛋模式。

RC值最小的是限制性氨基酸，根据表3、表4的结果可以看出，参照不同模式计算所得的各项数值虽有所差异，但在两种参照模式下，羊栖菜的限制性氨基酸均为赖氨酸，与已有文献研究结果一致[10,36]；另外，各部位中苏氨酸、缬氨酸值接近 1，说明与参照模式相应氨基酸组成较为接近；异亮氨酸、含硫氨基酸RC值较大，表明含量相对过剩；茎、侧枝中亮氨酸含量也比较合理，而气囊、生殖托中亮氨酸则略为缺乏；羊栖菜中芳香族氨基酸以FAO为参照，RC值接近1，含量合理，而相比鸡蛋含量相对缺乏。

各部位必需氨基酸指数，茎最高为100.02，侧枝、气囊、整体次之，在86～95之间，生殖托为 85.35；而紫菜必需氨基酸指数不到25[32]，相比之下羊栖菜蛋白质质量更好。各部位SRC值中，侧枝最高为75.14，表明侧枝各氨基酸组成最接近参照模式，均衡性最好。

2.3 物化性质

4个部位中，茎与侧枝溶胀能力最优分别为12.71 mL/g、12.53 mL/g，气囊最弱（7.89 mL/g）。在持水能力方面，茎与侧枝无显著差异（p>0.05），气囊与生殖托无显著差异（p>0.05），而前两者WHC值均显著大于后两者（p＜0.01）；羊栖菜各部位的持油能力在1.80 g/g左右，其中气囊与生殖托达到了显著差异（p=0.01）。综合来看，侧枝结合水的能力最强，茎次之，气囊最弱；而气囊结合油脂的能力最强。

表5 羊栖菜、其它藻类及植物的SC、WHC、OHC（干重）Table 5 SC, WHC, OHC of S. fusiforme, other seaweeds and plants (dry weight)

本文所研究的羊栖菜气囊SC值高于红藻门的江蓠（5 mL/g）、绿藻门的石莼（0.3 mL/g），但持油性低于江蓠（3.11 g/g），而略高于石莼（1.68 g/g）[22,37]；侧枝SC比同为褐藻的海带略高（10.20 mL/g）。羊栖菜枝干的持水能力在11 g/g以上，比海带、紫菜、裙带菜等常见食用海藻高（5.12～10.96 g/g）[28,38]，但在Fernández-Segovia等[29]的研究中海带、裙带菜 WHC在11.8～13 g/g，可能与测定前的静置时间较长有关（24 h）。一些纯化的膳食纤维、商用纤维素溶胀能力在0.54～27.61 mL/g，持水能力在2.17～12.42 g/g，持油能力0.98～9.29 g/g[39-43]，总的来看，羊栖菜物化性质较为优良。

2.4 理化性状相关性分析

根据表6的相关性分析可以看出，蛋白质和粗纤维对羊栖菜物化性质影响较大。WHC与蛋白质、脂质、粗纤维含量均有相关性；蛋白质、脂质含量越高，WHC反而越低；蛋白质通常具有一定持水能力，本研究中蛋白质与WHC呈负相关（r=-0.92，p＜0.01），与SC也呈负相关（r=-0.75，p＜0.01）；可能由于羊栖菜蛋白质溶解性较高，在结合水上发挥的作用较小[44]；粗纤维与WHC呈正相关（r=0.70，p＜0.05），可能由于纤维具有网状结构以及大量亲水基团，纤维含量越高，结合的水也就越多[30]。在持油能力方面，粗纤维也与 OHC呈正相关（r=0.61，p＜0.05），由于毛细作用，纤维的网状结构除了能够吸附水分子，也可以吸附油脂，因而有利于油脂的结合[43]。溶胀与持水能力呈正相关（r=0.93，p＜0.01），与Wong等[30]的研究结果相似。

表6 各营养成分与物化性质间Pearson相关性分析Table 6 Pearson correlation coefficients between nutrients and physical properties

3 结论

3.1 羊栖菜各部位中最主要的营养成分均为碳水化合物，含量占干重的45.84%～50.03%；灰分次之，为20.4%～26.86%。蛋白质含量为 6.65%～15.64%，氨基酸为6.18%～12.01%，其中必需氨基酸含量较为丰富，占总氨基酸的40.00%～41.64%；枝干氨基酸平均SRC值，分别为 67.11/74.02（FAO/全蛋），平均 EAAI为96.73；气囊、生殖托平均SRC值为65.75/71.30（FAO/全蛋），平均EAAI为89.31；总的来说羊栖菜蛋白质量较好。脂质含量为5.10%～5.77%。在膳食选择上，追求供能更多，优选生殖托；要补充更多粗纤维、多糖，希望摄入热量更低，优选枝干。

3.2 物化性质方面，五屿头羊栖菜各部位溶胀能力在7.18～10.32 mL/g，持水性在8.19～11.96 g/g，持油性在1.78～1.98 g/g，其物化性质整体来说较为优良。各部位中，侧枝结合水的能力较强，可以运用到面包等食品的生产加工过程中，延缓产品脱水老化，改善和稳定产品质地；而结合水能力稍弱，但持油能力较强的气囊可以添加到油脂含量较丰富或对乳化作用有要求的产品中；添加羊栖菜到产品中除了在物理层面上可以发挥作用，也能够丰富产品营养，提高产品营养价值。