仿刺参副产物营养成分分析与综合评价

王扬铎，苏永昌，王晓燕，施文正，刘智禹*

(1.上海海洋大学食品学院，上海 202206；2.福建省水产研究所，福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室，福建 厦门 361013)

仿刺参(Apostichopusjaponicus)又名日本刺参、海鼠，属棘皮动物门(Echinodermata)、海参纲(Holothuroidea)、楯手目(Aspidochirota)、刺参科(Stichopodidae)、仿刺参属(Apostichopus)的无脊椎动物，主要分布于俄罗斯、朝鲜、日本、老挝及中国等北太平洋地区沿岸海域，其中在中国，主要分布于辽宁、河北、山东半岛、江苏、福建等地[1]。作为消费市场上最为主流的食用海参，仿刺参主要食用部位为体壁，其肉质韧厚而软糯，所含营养成分丰富，具有低糖、低脂、低胆固醇、高蛋白质，且含有多糖、多肽、皂苷等活性物质以及钙、镁盐和多种无机元素等特点。同时仿刺参也具有抗氧化、抗凝血、抗癌、降血压、降血糖和抗衰老等作用，并被用于制造功能性食品、药品、护肤品等[2]。

仿刺参内脏中存在大量的自溶酶，在捕捞后由于环境突然改变或离开海水较长时间等情况，自溶酶会使其体壁融化而失去弹性及形状，最终变成流体状的胶体[3]，因此捕捞后的仿刺参需及时剔除内脏等副产物并进行盐渍或干制，即为市面上销售的半干或全干刺参[4]。但目前仿刺参加工副产物并未得到很好地利用，多数被直接丢弃或用作畜牧饲料，这不仅污染海洋环境，也浪费海参资源，因此有必要对仿刺参加工副产物进行有效合理利用，以提高仿刺参资源应用附加值。关于仿刺参的营养成分与功能活性的分析研究主要集中在体壁，而属于副产物的仿刺参肠与花(卵)的研究还尚处于起步阶段。在对副产物营养成分的研究中，张建等[5]对真空冷冻干燥后仿刺参的精与卵的营养成分进行差异分析，但未明确所采集的对象是否处于性成熟期，也未对其进行系统性的综合评价；袁文鹏等[6]对仿刺参体壁、肠、呼吸树的营养成分进行探究，对各部位的营养成分、脂肪酸及氨基酸含量进行比较，结果表明仿刺参肠、呼吸树具有较高的营养价值，但缺少对无机元素等人体必需的营养物质的检测分析，有关刺参性腺等典型副产物的论述也相对缺失。因此基于仿刺参加工副产物的高值化利用，本文以仿刺参典型加工副产物--仿刺参肠及花为研究对象，对其总蛋白质、总脂肪、总糖、氨基酸、脂肪酸、无机元素等营养成分含量进行分析评价，并与仿刺参体壁作比较分析，验证其副产物的高利用价值，同时分析潜在的药效价值，旨在为综合利用开发仿刺参资源、提高产业附加值提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原料试剂

仿刺参购自福建省宁德市霞浦县，其肠、花和体壁均被处理分拣并全程通过冷链运输至实验室，以保证品质；雌性仿刺参处于性成熟期。对原料进行真空冷冻干燥处理，粉碎后进行低温储藏，以进行各项指标检测。

浓盐酸、甲醇、硼酸、氢氧化钠等生化试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；高效凯氏定氮催化剂片，北京金元兴科科技有限公司。

1.1.2 仪器设备

BSA224S分析天平，德国赛多利斯；BGZ-240电热鼓风干燥箱，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；Alpha2-4LDplus真空冷冻干燥机，德国Christ公司；Kjeltec 8400凯氏定氮仪，丹麦FOSS 公司；SX2-P箱式马弗炉，上海一恒科技有限公司；L-8800型氨基酸自动分析仪，日本日立公司；GC-6890型气相色谱仪，美国安捷伦公司；ST16R型高速冷冻离心机，美国Thermo Sorvall公司；AA 6200型原子吸收光谱分析仪，日本岛津公司。

1.2 营养成分测定及评价方法

1.2.1 常量营养成分检测

冷冻仿刺参肠(Sea cucumber intestine，S1)、仿刺参花(Sea cucumber ovum，S2)、仿刺参体壁(Sea cucumber body wall，S3)经真空冷冻干燥处理，研磨成粉状物后，按照国标方法进行营养成分的检测。粗蛋白质测定：参照GB 5009.5-2016第一法 凯式定氮法(Kjeltec 8400凯氏定氮仪)；粗脂肪测定：参照GB 5009.6-2016第二法 酸水解法(分析天平、电热鼓风干燥箱)；总糖的测定：参照GB 5009.8-2016第二法 酸水解-莱茵-埃农氏法(酸式滴定管)；灰分的测定：参照GB 5009.4-2016第一法 高温灰化法(SX2-P箱式马弗炉)；水分的测定：参照GB 5009.3-2016第一法 直接干燥法(电热恒温干燥箱)。

1.2.2 氨基酸组成测定

共检测18种人体所需氨基酸。依据GB 5009.124-2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》的方法，采用L-8800型氨基酸自动分析仪对标准中所包含的16种酸水解氨基酸的组成与含量进行测定；标准外的2种氨基酸(胱氨酸和色氨酸)组成与含量的检测分别采用甲酸氧化法和碱水解法。

1.2.3 氨基酸营养评价方法

依据FAO/WHO所公示的氨基酸评分标准模式(%，干重)进行两种副产物的氨基酸评分(Amino acid score，AAS)；同时与全鸡蛋蛋白质的氨基酸标准模式(%，干重)进行化学评分(Chemical score，CS)，并通过计算人体必需氨基酸指数(Essential amino acid index，EAAI)[7]对仿刺参肠和花的氨基酸营养价值进行评价，分析仿刺参不同部位间的蛋白质营养价值差异。

(1)

(2)

(3)

式(3)中：t为必需氨基酸种类个数；aai为样品必需氨基酸含量(i=1……t)，mg/g；AAi为全鸡蛋蛋白质必需氨基酸含量(i=1……t)，mg/g。

1.2.4 脂肪酸组成测定

依据GB 5009.168-2016第一法 内标法，将冻干样品原料水解，提取脂肪，经皂化甲酯化处理，取上清液，即为试样溶液，将其注入GC-6890型气相色谱仪，以对副产物脂肪酸进行组分及含量的测定及分析。

1.2.5 无机元素含量检测

依据GB 5009.268-2016 第一法中所述的电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)以及第二法电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)，对仿刺参副产物中所含的钠、镁、钾、钙、磷等宏量元素及铁、硒、锰、铜、锌等微量元素进行组分及含量的检测。

2 结果与分析

2.1 常量营养成分分析

仿刺参肠、花与体壁的常量营养成分含量对比见表1。仿刺参肠和花的粗蛋白质、粗脂肪及灰分的含量分别为68.85%、13.53%、9.96%和58.18%、12.24%、19.01%；仿刺参花的总糖含量为2.36%，高于体壁(1.19%)，而肠中未检出。粗蛋白质含量中，仿刺参肠>仿刺参花>仿刺参体壁(47.18%)。仿刺参肠与花的粗脂肪含量相近，均高于体壁(5.60%)；灰分含量均低于体壁(42.02%)，推测是因由体壁中含有小骨片以及各种盐类的富集造成的。结果表明，与仿刺参体壁相比，仿刺参肠和花均具有更高粗蛋白质、粗脂肪含量及更低灰分含量的营养成分组成。虽然副产物食用性较低，但其却有不输于体壁的营养利用价值，比如粗脂肪中的不饱和脂肪酸可作为重要的膳食脂肪酸来源；因高粗蛋白质而被用于开发为低聚肽等功能活性物质等。

表1 仿刺参肠、花、体壁(干重)营养成分比较Tab.1 Comparison of nutrient composition of A.japonicus among intestine，ovum and body wall dry weight，%

2.2 氨基酸组分分析

氨基酸的数量、种类和各种类组成比例等差异决定了其所构成蛋白质的营养价值。仿刺参肠和花的氨基酸组成及含量如表2所示。仿刺参肠、花均被检出18种人体所需的常见氨基酸，氨基酸总量(Total amino acids，TAA)分别为68.15%、51.38%，其中谷氨酸(Glu)与天门冬氨酸(Asp)的含量均为最高，分别为9.45%、6.93%和8.33%、4.65%；而色氨酸(Trp)与胱氨酸(Cys)的含量均为最低，分别为0.74%、0.91%和0.45%、0.73%。这与Li M等[8]研究的莆田养殖仿刺参体壁的组成相似。

表2 仿刺参肠、花(干重)的氨基酸组成及含量Tab.2 Amino acid composition and content of A.japonicus intestine and ovum dry weight，%

仿刺参肠、花的必需氨基酸(Essential amino acid，EAA)含量分别为26.89%、19.54%，高于大连[9]、莆田[8]等产地仿刺参体壁的EAA含量(12.03%～17.61%)。参照FAO/WHO的理想蛋白质模式，氨基酸组成必需氨基酸与非必需氨基酸(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总量(WEAA/WTAA)40%左右时，仿刺参的品质较好。仿刺参肠、花的WEAA/WNEAA分别为65.17%、61.37%，WEAA/WTAA分别为39.46%、38.03%，均符合理想蛋白质模式，说明其蛋白质属于质量较好的理想型蛋白质来源。

从风味角度分析，仿刺参肠、花的呈味氨基酸(Flavor amino acid，FAA)占比氨基酸总量(WFAA/WTAA)分别为45.78%、46.92%，其中Glu和Asp含量均为最高，并都是呈鲜味的氨基酸；含量相对较高的Gly、Ala为呈甜味的特征氨基酸[10]，这为其膳食风味奠定了一定的基础。从药效角度分析，仿刺参肠、花的Asp、Glu、Gly、Met、Leu、Tyr、Phe、Lys、Arg等药效氨基酸(Medicial amino acid，MAA)含量占比氨基酸总量(WMAA/WTAA)分别为64.61%、65.03%，其中Glu不仅参与蛋白质、嘧啶及嘌呤等化合物的合成，同时在肌肉量的保护及神经功能的改善、婴儿的大脑及其他器官的发育中起到关键作用[11]；Asp可通过向心肌输送电解质，改善心肌收缩功能，可调节人体血压，并在冠状动脉循环障碍缺少O2时，降低O2消耗量，从而起到保护心肌的作用，同时还具有消除疲劳、保护肝脏的作用[12]。

仿刺参肠和花的8种疏水性氨基酸(Hydrophobic amino acids，HAA)占比氨基酸总量(WHAA/WTAA)分别为36.88%、35.60%。在蛋白质结构中，HAA因疏水的相互作用而使其在蛋白质的三级结构上起构成和保持作用，同时在相互作用的蛋白酶与基质、抗原与抗体等具有非共价键的分子结合方面起到重要的作用，例如对人体血压控制及水盐代谢具有重要作用的血管紧张素转换酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)可与蛋白质肽链末端的C-或N-末端的疏水性氨基酸结合，从而竞争性抑制ACE的活性，起到调节血压的作用。在仿刺参肠和花中占比HAA含量最多的Leu对ACE活性具有显著的抑制作用，具有开发为食源性降压肽的潜力。Lee S Y等[13]研究发现，具有较高ACE抑制活性的小分子肽含有疏水性残基Leu，其中包括鸡胸肌的四肽KPLL、牛肌肉蛋白的六肽VLAQYK和大豆蛋白的三肽DLP；Liu C等[14]通过对榛子来源的小分子肽AVKVL、TLVGR和YLVR与ACE酶的活性口袋进行分子对接，论述了其分子间的作用及抑制方式，结果表明小分子肽在N-末端或C-末端的活性位点均具有疏水性氨基酸Leu，对ACE的活性产生显著性抑制。综上所述，仿刺参肠、花在营养学与生物医学的实际应用中均具有不低于体壁的研究价值，在开发保健品药品上具有较高的潜力。

2.3 氨基酸营养品质评价

从食品营养学层面看，进行氨基酸构成与营养价值评价需要对AAS和CS两个重要指标进行计算。将表2的数据单位换算为每克氮所含氨基酸毫克数，将待测EAA与FAO/WHO评分标准的氨基酸含量和全鸡蛋蛋白质中相同氨基酸含量相比，计算仿刺参肠和花的AAS和CS值，并对EAAI进行计算。由表3可知，仿刺参肠的EAA含量为3 057 mg/g，高于FAO/WHO所规定的蛋白质标准2 250 mg/g，略低于全鸡蛋蛋白质标准3 066 mg/g，AAS和EAA值均大于1，CS大于0.68；仿刺参花的EAA含量为2 211 mg/g，略低于FAO/WHO的蛋白质标准，并低于全鸡蛋蛋白质标准。食物蛋白质的AAS值越接近1，则人体所需要的程度越高，其氨基酸构成比例也越合理，而AAS中，仿刺参肠和花的Phe+Tyr、Thr、Lys均大于1，其余均小于但接近于1，其中仿刺参肠的Phe+Tyr含量最高，其次为Lys，两者分别是AAS标准的1.65倍、1.53倍；仿刺参花中Lys在AAS和CS的评分值均为最高，分别是AAS标准的1.24倍、0.95倍。Lys被称作“生长性氨基酸”，在体蛋白的合成中发挥重要的作用[15]，也是谷类蛋白及人乳蛋白的第一限制氨基酸，因此对于以谷物膳食为主的群体或作为优质催乳食品来说，食用仿刺参副产物产品可弥补Lys的不足，作为搭配食品可提高蛋白质利用，保持营养平衡。

表3 仿刺参肠、花中必需氨基酸组成评价Tab.3 Evaluation of essential amino acid composition of A.japonicus intestines and ovum mg/g N

由表3还可发现，以AAS为指标时，仿刺参肠和花的第一限制氨基酸分别为Leu、Trp，第二限制氨基酸分别为Val、Leu。而以CS为指标时，仿刺参肠和花的第一限制氨基酸分别为Met+Cys、Trp，第二限制氨基酸分别为Trp、Met+Cys。由此可推断出，仿刺参肠中主要缺乏Leu和Met+Cys，仿刺参花中主要缺乏Trp。EAAI反映了EAA与标准蛋白质的相近程度，数值接近100的程度与氨基酸组成相似程度呈正比，程度越高，其整体的营养价值也越高，而仿刺参肠和花的EAAI值分别为94.85和67.73，仿刺参肠与标准蛋白质中氨基酸组成比例更接近。综上所述，仿刺参肠蛋白质中氨基酸具有更为合理的比例以及较高的营养价值。

2.4 主要脂肪酸组成

仿刺参肠和花的脂肪酸组成及含量丰富，如表4所示。仿刺参肠含有20种脂肪酸，总量为5.11%，包括饱和脂肪酸(Saturated fatty acid，SFA)7种，总量为0.987%；单不饱和脂肪酸(Monounsaturated fatty acid，MUFA)5种，总量为1.59%；多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid，PUFA)8种，总量为2.54%；不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acid，UFA)含量占脂肪酸总量的比例为80.82%。仿刺参花中含有18种脂肪酸，总量为5.66%，脂肪酸总量高于仿刺参肠，包括6种SFA，总量为1.09%；5种MUFA，总量为2.17%；7种PUFA，总量为2.40%；UFA占脂肪酸总量的80.74%。仿刺参肠和花中各类脂肪酸的含量关系均为PUFA>MUFA>SFA。PUFA因可以控制血脂和结合不益健康的胆固醇而具有保护血管、避免动脉硬化的作用，可减少心脑血管疾病的发生[16]；仿刺参肠中含量最多的为EPA，且其含量在仿刺参花中也相对较多，仿刺参肠和花中EPA+DHA的含量分别为36.02%和17.99%，而研究表明[17]，EPA、DHA具有抗凝血、降血压、降血脂、提高免疫力、抗肿瘤等重要的活性功能。因此，从脂肪组成来说，仿刺参肠和花脂肪酸含量丰富，对人体具有重要生理与保健功能的多不饱和脂肪酸占比较高，在活性功能物质制备及应用方面具有一定的优势。

表4 仿刺参肠、花(干重)中主要脂肪酸组成Tab.4 Main fatty acid composition of A.japonicus intestine and ovum dry weight，%

2.5 无机元素含量

对仿刺参肠和花的无机元素进行测定，结果见表5。仿刺参肠和花的无机元素含量均比较丰富，均包括5种宏量元素和5种微量元素。宏量元素中钠的含量在仿刺参肠和花中均最高，分别为1.34×104、4.86×104mg/kg。微量元素中铁含量最高，分别为1.06×103、139.00 mg/kg；锌次之，分别为85.20、82.80 mg/kg，这与刘胜男等[18]对暗色等刺参(Isostichopusfuscus)体壁的研究结果类似。宏量元素钠对人体电解质平衡的维持、代谢水平的提升以及神经肌肉的兴奋性有着至关重要的作用[19]，而微量元素铁是负责人体造血功能必不可少的元素之一[20]。因此，在无机元素方面，仿刺参肠和花的高钠、高铁作为人体不能自动合成但必不可少的元素，可为人体正常生理活动提供重要的支撑。

表5 仿刺参肠、花(干重)中无机元素含量Tab.5 Inorganic element content of A.japonicus intestine and ovum dry weight，mg/kg

3 结论

综合分析研究结果可知，与仿刺参体壁相比，仿刺参肠、花均具有更高粗蛋白质、粗脂肪含量及更低灰分、总糖含量，其中粗蛋白质含量最高且均占总含量的一半以上，具有与体壁相似的营养组成成分。仿刺参肠和花的氨基酸种类丰富，各组分平衡效果好，满足FAO/WHO理想蛋白质模式，FAA、MAA和HAA含量均较高；AAS与CA值均较高，EAAI也符合标准，是高营养价值的理想型优质蛋白质，在生物医学与营养学领域均具有不低于体壁的研究价值，在开发保健品药品上具有较高的潜力。仿刺参肠与花的不饱和脂肪酸占比脂肪酸总量均在80%以上，其中EPA+DHA的含量占比较高，有益于人体健康。仿刺参肠和花均被检出5种宏量元素和5种微量元素，其中宏量元素钠与微量元素铁分别最高。仿刺参肠与花作为加工副产物，不仅具有与体壁相似的营养组成和不低于体壁的营养价值，同时可能具有降血压、降血糖等功能活性及药效价值，因此其开发利用前景广阔。后续可对仿刺参副产物中的生物活性物质(如低聚肽等)的纯化分离制备、功能活性开发进行深入研究。