三種大型褐藻營養(yǎng)成分分析與評價

李紅艷，李曉，王穎*，劉天紅，紀蕾，孫元芹，姜曉東

1(山東省海洋生物研究院，山東 青島，266104) 2(青島市水產(chǎn)生物品質(zhì)評價與利用工程研究中心，山東 青島，266104)

巨藻(Macrocystispyrifera)，屬褐藻門(Phaeophyta)、褐藻綱(Phaeophyceae)、海帶目(Laminariales)、巨藻科(Lessoniaceae)，是目前發(fā)現(xiàn)的體型最大的海洋藻類，生活在潮下帶，主要分布在大洋洲、北美洲太平洋沿岸和南美洲南部沿海等地[1]。巨藻具有個體大、生長快、產(chǎn)量高、價格低等特點，是提取碘、褐藻膠、甘露醇的重要原料[2]。目前對巨藻營養(yǎng)成分的分析僅見ORTIZ等[3]對智利沿海包括巨藻在內(nèi)的3種海藻的脂肪酸、氨基酸成分和維生素、類胡蘿卜素等進行的檢測分析。

海洋巨藻(Durvillaeapotatorum)，屬褐藻門(Phaeophyta)、圓子綱(Cyclosporeae)、墨角藻目(Fucales)、杜維拉科(Durvillaeaceae)，俗稱牛皮藻，主要分布于南半球寒冷溫帶的潮間帶到淺潮下帶，是近海海藻場及海底森林主要的組成部分，經(jīng)濟和生態(tài)價值較高[4]。目前對海洋巨藻的研究主要集中于吸收重金屬[5-6]、生產(chǎn)海藻肥[7-8]和多糖[9]等。在營養(yǎng)成分分析評價方面，VIRTUE等[10]對海洋巨藻脂肪酸成分進行了分析，SKRZYPCZYK等[11]對包括海洋巨藻在內(nèi)的9種海藻的基本營養(yǎng)成分和脂肪酸進行了分析，并對其食用適口性進行了評價。

邊花昆布(Eckloniaradiata)，屬褐藻門(Phaeophyta)、褐藻綱(Phaeophyceae)、海帶目(Laminariales)、翅藻科(Alariaceae)，俗稱澳洲昆布，主要分布于非洲西北部、西部大西洋沿岸、印度洋西南沿海和太平洋西南部澳大利亞、新西蘭沿海，是潮下帶巖礁上海藻森林的重要組成部分[12]。近年來對邊花昆布的研究主要集中于其生態(tài)學[13-14]、活性物質(zhì)提取及功效[9,15-17]和功能食品研制[18]等方面。在營養(yǎng)成分分析評價方面，STEWART等[19]對其海藻酸、甘露醇、海帶蛋白和褐藻糖膠的季節(jié)變化進行了研究，SKRZYPCZYK等[11]也對邊花昆布營養(yǎng)成分進行了研究。

本研究以3種大型熱帶經(jīng)濟褐藻為研究對象，對其營養(yǎng)成分和碘、褐藻膠及甘露醇(碘膠醇)含量進行分析檢測，并對其營養(yǎng)價值進行評價，為深入挖掘其在海藻化工、食品和飼料等方面的加工潛力提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巨藻，2017年10月采集自秘魯沿海，自然風干;海洋巨藻和邊花昆布，2017年11月采集自澳大利亞Beach Port，自然風干。3種藻均由聚大洋藻業(yè)集團提供，粉碎過40目篩，自封袋保存于干燥器中備用。

甲苯、石油醚、氯仿、無水乙醚、 NH4OH、鹽酸、濃H2SO4、Na2SO4、CuSO4、K2SO4、硼酸、NaOH，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

LA8080氨基酸自動分析儀，日立高新技術公司；安捷倫1100液相色譜儀、GC6890氣相色譜儀，美國安捷倫有限公司；Kjeltec 8400全自動蛋白測定儀、Soxtec 8000全自動脂肪測定儀，丹麥FOSS公司；ICE3500石墨爐原子吸收光譜、ICE3000火焰原子吸收光譜，賽默飛世爾科技有限公司；AP-50-LC液相色譜-AFS9230原子熒光光譜儀，北京吉天儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本營養(yǎng)成分的測定

水分測定采用直接干燥法(GB 5009.3—2016)；灰分測定采用高溫灰化法(GB 5009.4—2016)；粗蛋白質(zhì)測定采用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)；粗脂肪測定采用索式抽提法(GB 5009.6—2016)；碳水化合物測定采用減差法，即100-(水分+蛋白質(zhì)+脂肪+灰分)。

1.3.2 膳食纖維

不溶性膳食纖維，可溶性膳食纖維按GB 5009.88—2014測定。

1.3.3 氨基酸分析

樣品經(jīng)6 mol/L 鹽酸溶液水解，采用氨基酸分析儀測定17種氨基酸，另取樣品用5 mol/L NaOH溶液水解后，測定其色氨酸含量。

1.3.4 脂肪酸分析

按GB 5009.168—2016 內(nèi)標法測定。

1.3.5 無機元素含量測定

Cu、Ca、K和Na、Se、Zn、Fe、I測定：分別按照GB 5009.13—2017石墨爐原子吸收光譜法、GB 5009.92—2016火焰原子吸收光譜法、GB 5009.91—2017火焰原子吸收光譜法、GB 5009.93—2017熒光分光光度法、GB 5009.14—2017火焰原子吸收光譜法、GB 5009.90—2016火焰原子吸收光譜法和GB 5009.267—2016氧化還原滴定法進行測定。

無機As、甲基Hg、Pb、Cd含量的測定：分別按GB 5009.11—2014液相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜法、GB 5009.17—2014液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用法、GB 5009.12—2017石墨爐原子吸收光譜法和GB 5009.15—2014測定。

1.3.6 其他成分測定

維生素C按照GB 5009.86—2016高效液相色譜法測定；甘露醇按照《保健食品功效成分檢測方法(2011年版)》測定；海藻酸鈉參考尚德榮等[20]建立的質(zhì)量法進行測定。

1.4 營養(yǎng)價值的評價

將所測得必需氨基酸換算成每克蛋白質(zhì)中含氨基酸的質(zhì)量(mg)，與1973年聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)建議的氨基酸計分模式[21]和以雞蛋蛋白質(zhì)作為理想蛋白質(zhì)[22]進行比較，按公式(1)(2)(3)分別計算3種褐藻的氨基酸分(amino acid score，AAS)、化學分(chemical score，CS)和必需氨基酸指數(shù)(essential amino acid index，EAAI)[23]：

(1)

(2)

(3)

式中：M1,待評蛋白質(zhì)中必需氨基酸的含量，mg/g N；M0,FAO/WHO模式中蛋白質(zhì)相應必需氨基酸的含量，mg/g N；M2,雞蛋蛋白質(zhì)中相應必需氨基酸的含量，mg/g N；n,比較的氨基酸種數(shù)；a、b、c…h(huán),待評蛋白質(zhì)的氨基酸含量，mg/g N；A、B、C…H,雞蛋蛋白質(zhì)的氨基酸含量，mg/g N。

1.5 數(shù)據(jù)處理

文中數(shù)據(jù)均為3份平行樣品的檢測值，采用EXCEL 2017進行數(shù)據(jù)處理，所有數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 基本營養(yǎng)成分

由表1可知，在巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中，含量最高的是碳水化合物，占干質(zhì)量的50%(質(zhì)量分數(shù),下同)以上，其中海洋巨藻的碳水化合物含量高達70.96%；其次是灰分，占干質(zhì)量的20%以上；再次為粗蛋白，巨藻和邊花昆布的蛋白含量在12%以上，海洋巨藻的粗蛋白含量相對較低，僅為6.04%；含量最低的成分為粗脂肪，含量僅占干質(zhì)量的1%左右。

表1 三種大型褐藻基本營養(yǎng)成分與其他幾種藻類對比 單位：g/100 g

本研究中巨藻的粗蛋白和粗脂肪含量與ORTIZ等[3]報道的較為相近，粗灰分含量偏高，碳水化合物含量偏低；海洋巨藻的粗蛋白和粗脂肪含量與VANESSA等[11]的報道相近，灰分和碳水化合物含量高于后者；邊花昆布的脂肪含量與VANESSA等[11]的報道相近，粗蛋白、粗灰分和碳水化合物含量均高于后者。這些差異可能是由樣品采集時間、地點、樣品的生長階段不同和檢測方法的差異所造成的。與泡葉藻[24]、海帶[25]和全緣馬尾藻[26]相比，巨藻和邊花昆布的粗蛋白含量相對較高，海洋巨藻的粗蛋白含量相對較低；3種褐藻的粗脂肪含量均小于泡葉藻，與海帶和全緣馬尾藻含量差別不大；粗灰分含量均低于泡葉藻、海帶和馬尾藻，碳水化合物含量均高于后3者。3種大型褐藻均為高碳水化合物、低脂肪的藻類。

海洋巨藻可溶性膳食纖維質(zhì)量分數(shù)高達34.53%，遠高于巨藻和邊花昆布，賦予其良好的生理活性和營養(yǎng)價值，成為開發(fā)減肥、降血糖等功能食品和提取可溶性膳食纖維的理想原料；邊花昆布的不溶性膳食纖維質(zhì)量分數(shù)高達47.64%，可以作為良好的膳食纖維源和強化膳食纖維配方食品原料。

2.2 氨基酸組成、含量及營養(yǎng)評價

2.2.1 氨基酸組成及含量

由表2可知，3種褐藻中均檢出18種氨基酸，包括8種必需氨基酸，2種半必需氨基酸和4種呈味氨基酸。從氨基酸組成上看，3種褐藻中含量較高的是Glu和Asp，Trp和Cys的含量較低，這與ORTIZ等[3]報道較為相似。巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中的必需氨基酸分別占氨基酸總量的35.83%、37.07%和37.08%，根據(jù)FAO/WHO的標準模式，EAA/NEAA(非必需氨基酸)在60%以上，EAA/TAA(氨基酸總量)在40%左右是質(zhì)量好的蛋白質(zhì)[27]，3種海藻的EAA/TAA值接近40%，氨基酸的平衡效果較好，是較為優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)。巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中的呈味氨基酸占氨基酸總量的比例分別為40.15%、43.39%和38.37%，賦予了3種海藻濃郁的鮮味。

表2 三種大型褐藻的氨基酸組成 單位：g/100 g 干質(zhì)量

2.2.2 氨基酸營養(yǎng)評價

AAS、CS和EAAI是評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的常用指標。由表3可知，以AAS結果來看，3種褐藻中Trp評分均最低，其次為Leu，分別為第1和第2限制性氨基酸；巨藻和邊花昆布的Cys+Met評分最高，分別為131.56和177.27，海洋巨藻的Thr評分最高，為95.20。邊花昆布的Cys+Met、Thr、Lys、Tyr+Phe、Val評分均超過100分，高于FAO/WHO理想模式，可為人體提供豐富的半胱氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸和賴氨酸等；氨基酸平均得分111.95分，說明其氨基酸組成較為均衡合理；同樣地，巨藻的Cys+Met、Thr評分超過100分，可以成為補充半胱氨酸、甲硫氨酸和蘇氨酸的優(yōu)質(zhì)蛋白源。

表3 三種大型褐藻必需氨基酸組成的評價Table 3 Evaluation of essential amino acids composition of three large brown algae

由CS結果進行分析，3種褐藻的Trp評分均最低，為第1限制性氨基酸；巨藻和邊花昆布的Ile評分次低，為第2限制性氨基酸，海洋巨藻的Cys+Met評分次低，為第2限制性氨基酸。EAAI結果顯示，必需氨基酸指數(shù)邊花昆布>巨藻>海洋巨藻，邊花昆布的蛋白營養(yǎng)價值更高；邊花昆布的EAAI值高于裙帶菜孢子葉[28](60.27)、瓊枝麒麟菜[29](74.32)和羊棲菜[30](70.94)，是良好的蛋白質(zhì)來源。

考慮到色氨酸、亮氨酸和異亮氨酸為3種藻類共同的限制性氨基酸，在食用或使用其作為飼料添加劑時，應考慮搭配富含這3種氨基酸的食物，如花豆、小米、酸奶、紅肉等，或添加色氨酸、亮氨酸和異亮氨酸以調(diào)整飼料的氨基酸組成。

2.3 脂肪酸組成及含量

3種褐藻的脂肪含量均較低，僅有1%左右，但其脂肪酸組成種類豐富。海洋巨藻中的脂肪酸含量關系為飽和脂肪酸(saturated fatty acid，SFA)>多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)>單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid, MUFA)，巨藻和邊花昆布中脂肪酸含量關系為SFA>MUFA> PUFA，這與ORTIZ等[3]的研究結果PUFA>MUFA>SFA有所不同，這種差異可能是由樣品采集時間、地點，所處生長階段的不同導致的，也可能是樣品干制過程中不飽和脂肪酸發(fā)生了一定的氧化分解導致其檢測數(shù)值偏低。PUFA分別占巨藻、海洋巨藻和邊花昆布總脂肪酸含量的20.79%、28.81%、13.33%。PUFA是人體的必需脂肪酸，具有降低炎癥、保護心臟、提高認知和抗癌等多種生理活性[30]。

表4 三種大型褐藻脂肪酸組成 單位：g/100 g 干質(zhì)量

2.4 無機元素含量

3種大型褐藻中無機元素的含量差異較大。巨藻中含量最高的是K元素，其次為Na和Ca；海洋巨藻中Na元素含量最高，其次為Ca和K；邊花昆布中Ca元素含量最高，其次為Na和K。巨藻、海洋巨藻和邊花昆布中的Ca含量均較高，尤其是邊花昆布中,含量高達37.99 mg/g，遠高于泡葉藻[24]、厚葉海帶[25]和裙帶菜孢子葉[28]，是良好的補鈣食物來源。此外，3種褐藻中均含有豐富的微量元素Fe、Zn和 Se。Ca是動物不可或缺的常量元素，參與機體的許多生理活動及物質(zhì)能量代謝；Fe有促進血紅蛋白合成，運輸氧氣和緩解貧血等功能；Zn具有促進神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育完善，提高食欲和增強免疫等功能；Se則是谷胱甘肽過氧化物酶的活性中心元素，是人體生長發(fā)育所必需的元素。

海藻具有富集海水中無機元素的特性，根據(jù)GB 2762—2017《食品中污染物限量》和NY/T 1709—2011《綠色食品 藻類及其制品》的規(guī)定，藻類及其制品中Pb、無機As和甲基Hg的限量分別為1.0、1.5、0.5 mg/kg(干重)。由表5可知，海洋巨藻的無機As含量超出了標準限量，其他2種藻的重金屬含量均符合標準要求。海洋巨藻中的無機As含量超標，可能是由其生長環(huán)境中的As污染導致的，也可能是由海洋巨藻本身對重金屬較強的吸附和富集所造成[5-6]，在海洋巨藻的開發(fā)利用過程中應對此加以重視。

表5 三種大型褐藻與其他幾種藻類中無機元素含量Table 5 Inorganic elements contents in three large brown algae and some other algae

2.5 碘膠醇含量

由表6可知，海洋巨藻中，褐藻膠質(zhì)量分數(shù)高達52.20%，遠高于鼠尾藻[30]和海帶[31]，是非常理想的生產(chǎn)褐藻膠的原料，后續(xù)可加強此方面的研究。巨藻和邊花昆布中碘和甘露醇含量相對豐富，高于海洋巨藻、鼠尾藻，低于海帶；褐藻膠含量高于鼠尾藻和海帶，在海藻化工方面也有較大的應用潛力。

表6 三種大型褐藻與其他幾種海藻碘膠醇含量比較Table 6 Iodine, alginate and mannitol contents in three large brown algae and some other algae

3 結論

巨藻是一種高碳水化合物、低脂肪的大型褐藻，其粗蛋白質(zhì)量分數(shù)12.74%，18種氨基酸中EAA/TAA為35.83%，DAA/TAA高達40.15%，海藻風味濃郁，氨基酸評分93.15分，氨基酸組成較為均衡合理；脂肪酸成分含量SFA>MUFA> PUFA；灰分含量高，K、Na、Ca、Fe和Zn等無機元素含量豐富；碘膠醇含量較高，是優(yōu)質(zhì)的海藻化工原料。

海洋巨藻碳水化合物質(zhì)量分數(shù)高達70.96%，可溶性膳食纖維質(zhì)量分數(shù)高達34.53%，是開發(fā)減肥、降血糖等功能食品和提取可溶性膳食纖維的理想原料；粗蛋白質(zhì)量分數(shù)相對較低，EAA/TAA為37.07%，其氨基酸平均分71.72分，氨基酸營養(yǎng)不夠均衡；脂肪酸成分含量SFA>PUFA>MUFA；灰分含量較高，K、Na、Ca和Zn等無機元素含量豐富；褐藻膠質(zhì)量分數(shù)高達52.20%，是非常理想的褐藻膠提取原料，未來應當加強對海洋巨藻提取褐藻膠的應用研究。

邊花昆布碳水化合物質(zhì)量分數(shù)高達65.95%，不溶性膳食纖維質(zhì)量分數(shù)47.64%，可以作為良好的膳食纖維源和強化膳食纖維配方食品原料；粗蛋白質(zhì)量分數(shù)12.50%，18種氨基酸EAA/TAA為37.08%，氨基酸評分111.95分，EAAI為74.42，氨基酸組成均衡合理；脂肪酸組成SFA>MUFA> PUFA；無機元素中Ca含量突出，是良好的補鈣食物來源，K、Na、Fe、Zn和Se等元素含量也十分豐富；碘膠醇含量均較高，在海藻化工行業(yè)有較大應用潛力。