洞頭羊棲菜不同部位的營養(yǎng)成分和物化性質(zhì)分析

劉宇璇，汪芷因，林振士，李昌達(dá)，朱姚鎵，李丹*，吳嘉平

（1.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江舟山 316021）（2.洞頭海洋與漁業(yè)發(fā)展研究中心，浙江溫州 325700）

羊棲菜（Sargassum fusiforme(Harv). Setch）為褐藻門、馬尾藻屬的一種暖溫帶型經(jīng)濟(jì)海藻，藻體由假根、莖、葉、氣囊、生殖托構(gòu)成，主要分布于西北太平洋地區(qū)，在遼東、山東、浙江、福建、廣東沿海，以及日本、韓國比較常見[1]。養(yǎng)殖羊棲菜是浙江溫州市洞頭區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，2019年，我國羊棲菜總產(chǎn)量約2.7×104t，洞頭產(chǎn)羊棲菜就占了70%以上，產(chǎn)值達(dá)1.503億元[2,3]。洞頭羊棲菜幼苗從9月開始培養(yǎng)，10～11月下苗，次年4～5月完成采收。

羊棲菜在我國有著悠久的食用、藥用歷史，甚至早于海帶、紫菜，據(jù)《本草綱目》記載，羊棲菜咸能潤下，寒能泄熱引水，有消癭瘤、結(jié)核，除水腫，利小便等功效[4,5]。一直以來，洞頭羊棲菜主要出口到日本，最多時(shí)有90%。近年來隨著養(yǎng)殖面積逐年增加，以及與韓國產(chǎn)羊棲菜的競爭、日方的壓價(jià)，目前洞頭羊棲菜正在探索向國內(nèi)市場轉(zhuǎn)型[1,6]。

現(xiàn)已有較多關(guān)于整株羊棲菜營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)的研究，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及人體細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)羊棲菜具有調(diào)節(jié)腸道菌群、抗腫瘤、抗氧化以及改善Alzheimer癥狀的功能[7-9]。在羊棲菜不同部位研究方面，崔海峰[10]比較了羊棲菜上、中、下（各取了10 cm）3段的營養(yǎng)成分差異，李紅等[11]分析了羊棲菜分枝、葉、氣囊的揮發(fā)性成分，林立東等[12]分析了羊棲菜受精卵的營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)。羊棲菜氣囊、生殖托、葉口感更為柔嫩，枝干則更有嚼勁，因而在日本有長羊棲菜（由枝干組成）和芽羊棲菜（由氣囊、生殖托、葉組成）兩種銷售形式，但這些部位之間營養(yǎng)成分是否有差異未見報(bào)導(dǎo)。物化性質(zhì)方面，韓國產(chǎn)羊棲菜價(jià)格高于國產(chǎn)羊棲菜，與前者溶脹性更佳有關(guān)，溶脹、持水、持油性也影響著食品的口感和質(zhì)地[13,14]。目前，國外有較多關(guān)于海藻物化性質(zhì)的研究，而國內(nèi)較為缺乏，至于羊棲菜，僅高長顥等[14]對(duì)兩種羊棲菜氣囊、葉、莖的復(fù)水率、溶脹能力進(jìn)行了研究。

因此，本文對(duì)洞頭羊棲菜的莖、側(cè)枝、氣囊、生殖托等4個(gè)部位的營養(yǎng)成分、蛋白營養(yǎng)價(jià)值、物化性質(zhì)以及營養(yǎng)成分與物化性質(zhì)間的相關(guān)性進(jìn)行了分析，以期為消費(fèi)者在羊棲菜不同部位的膳食選擇上提供參考，為開拓國內(nèi)市場、提高產(chǎn)品附加值、延伸產(chǎn)業(yè)鏈提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料

所用羊棲菜于2020年5月14日采自浙江洞頭五嶼頭海域（27.76 °N，121.18 °E），采集時(shí)海表面溫度為20.0 ℃，羊棲菜為養(yǎng)殖品種。

1.1.2 主要試劑

濃硫酸、濃鹽酸、95%乙醇、30%過氧化氫，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；17種氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液（天冬氨酸、谷氨酸、絲氨酸、甘氨酸、組氨酸、精氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、脯氨酸、酪氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、鹽酸賴氨酸、胱氨酸溶解于0.1 mol/L鹽酸中），中國計(jì)量科學(xué)研究院。

1.2 主要儀器設(shè)備

Milli-Q超純水機(jī)，美國默克；Allegra X-30R高速冷凍離心機(jī)，美國貝克曼庫爾特；MM400冷凍混合型研磨儀，德國萊馳；SXL-1008程控箱式電爐，上海精宏；Cary-100紫外分光光度計(jì)，美國安捷倫；Kjeltec? 8400自動(dòng)蒸餾裝置，丹麥福斯；高效液相色譜儀、Shim-pack GIST C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），日本島津。

1.3 方法

1.3.1 海藻前處理

用去離子水沖洗海藻表面泥沙等雜物，并將藻體分為莖、側(cè)枝、氣囊、生殖托四個(gè)部位，葉片太少不參與成分測定，莖上的假根也不保留；分離完成，于55 ℃烘干，測定并記錄各部位干重，樣品粉碎后過40目篩，于干燥器中保存待用。

1.3.2 營養(yǎng)成分測定

灰分測定參照GB 5009.4-2016第一法；粗纖維測定參照GB/T 8310-2013。

碳水化合物測定：總糖測定參照Kumar等[15]的方法，將樣品中的糖類物質(zhì)經(jīng)2.5%的硫酸水解為游離糖后，再用苯酚-硫酸法[16]進(jìn)行測定；多糖測定根據(jù)SN/T 4260-2015，先用80%乙醇去除樣品中的單糖，再經(jīng)苯酚-硫酸法進(jìn)行測定；所選標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為葡萄糖，標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=0.1386x-0.0001（R2=0.9997）。

脂質(zhì)測定：參照Gosch等[17]、Cequier-SáNchez等[18]的方法，采用二氯甲烷-甲醇溶劑對(duì)脂質(zhì)進(jìn)行提取，提取后在真空下減壓蒸干，稱重。

蛋白質(zhì)測定：參照GB 5009.5-2016第一法，向凱氏定氮管中依次加入硫酸銅、硫酸鉀、樣品、濃硫酸，靜置過夜后，在福斯消解儀中進(jìn)行樣品消解；考慮到海藻中含有大量糖類物質(zhì)，消解時(shí)樣品易濺到定氮管壁上造成損失，先于120 ℃消解15 min，添加2 mL H2O2再消解15 min后，緩慢升溫至420 ℃，繼續(xù)消解1 h至定氮管中的液體為澄清的淺綠色，取出冷卻；后續(xù)測定操作于自動(dòng)蒸餾裝置中進(jìn)行。

氨基酸測定：參照衛(wèi)陽飛等[19]的方法，氨基酸經(jīng)PITC衍生化后進(jìn)HPLC檢測。

氨基酸評(píng)價(jià)：參照FAO/WHO提出的氨基酸評(píng)分模式、全蛋模式，計(jì)算羊棲菜氨基酸比值（RAA）、氨基酸比值系數(shù)（RC）、蛋白質(zhì)的比值系數(shù)分（SRC）以及必需氨基酸指數(shù)（EAAI）[20,21]：

式中：

S——樣品中待評(píng)價(jià)氨基酸的含量，mg/g蛋白質(zhì)；

R——FAO/WHO推薦模式或全蛋模式中相應(yīng)必需氨基酸的含量，mg/g蛋白質(zhì)；

S1～S7——7種待測必需氨基酸的含量，mg/g蛋白質(zhì)（色氨酸在酸水解中被破壞因而不參與計(jì)算）；

R1～R7——全蛋模式中對(duì)應(yīng)7種待測必需氨基酸的含量，mg/g蛋白質(zhì)。

1.3.3 物理性質(zhì)測定

溶脹能力（SC）測定：參照Chan等[22]的方法并有調(diào)整，向25 mL量筒中加入0.5 g樣品、20 mL水，攪拌均勻，于 25 ℃靜置過夜后讀取量筒中剩余水的體積。

持水能力（WHC）、持油能力（OHC）測定：參照Chan等[22]的方法并有調(diào)整，向50 mL離心管中加入0.5 g樣品、20 mL水或玉米油，攪拌均勻，于25 ℃靜置過夜后，3000 ×g離心25 min，去上清，用濾紙吸干沾在管壁的水或玉米油，計(jì)算樣品濕重。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有實(shí)驗(yàn)設(shè)置 3次平行，數(shù)據(jù)分析在 SPSS Statistics 20中進(jìn)行，顯著性差異分析采用ANOVA、Tukey檢驗(yàn)，結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)成分

莖、側(cè)枝、氣囊、生殖托占整體比例分別為0.15、0.10、0.46、0.29，整株羊棲菜的營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)按各部位所占比例加和計(jì)算。由表1可知，碳水化合物是羊棲菜干基中最主要的營養(yǎng)物，所占比重大于45%，其中大部分為粗多糖，占比超過90%，不同部位粗多糖含量差異不顯著（p＞0.05）。不同部位中灰分含量為20.4～26.86 g/100 g，其中側(cè)枝灰分最高、生殖托則最低。羊棲菜不同部位的蛋白質(zhì)、氨基酸含量均存在顯著差異（p＜0.05），生殖托在這兩種營養(yǎng)成分含量上有明顯優(yōu)勢，分別為15.64、12.01 g/100 g；其次是氣囊（12.44、10.36 g/100 g）、側(cè)枝（8.35、7.05 g/100 g），莖蛋白質(zhì)、氨基酸含量最低（6.65、6.18 g/100 g）。蛋白質(zhì)在氣囊和生殖托中分布多于粗纖維，而在莖與側(cè)枝中剛好相反。有研究表明植物粗纖維含量與嫩度呈負(fù)相關(guān)[23]，在羊棲菜的4個(gè)部位中，生殖托粗纖維含量最低（5.12 g/100 g）口感最嫩，氣囊、莖枝次之（8.76、9.22 g/100 g），側(cè)枝粗纖維含量最高（10.27 g/100 g），纖維感較明顯。

表1 羊棲菜各部位及整株的營養(yǎng)成分比較（g/100 g，干重）Table 1 Comparison of nutritional components of various parts and whole thallus (g/100 g, dry weight)

表2 羊棲菜各部位及整株的氨基酸組成（mg/g，干重）Table 2 Amino acid components of various parts and whole thallus (mg/g, dry weight)

養(yǎng)殖羊棲菜的生殖托在4月中旬萌發(fā)、5月上旬逐漸成熟，是4個(gè)部位中最晚出現(xiàn)的，其所含蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物、脂質(zhì)最高，可能跟該部位細(xì)胞分裂較多、生長相對(duì)旺盛有關(guān)，Kumar等[15]在圍氏馬尾藻的研究中發(fā)現(xiàn)類似情況：較嫩的葉片比老葉片所含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)更高；另外，其營養(yǎng)成分一部分也可能由其它部位遷移而來，崔海峰[10]的研究表明，羊棲菜中的蛋白質(zhì)、脂肪、灰分含量會(huì)隨著生殖托的出現(xiàn)開始下降；這種遷移在陸生植物中也存在[24]。

將2001～2014年間[10,25-27]洞頭產(chǎn)羊棲菜營養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)與本研究（2020整株）的進(jìn)行對(duì)比，如圖1所示，2002～2012年測出的脂肪含量（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，只能提取出樣品中游離態(tài)的脂肪（GB 5009.6-2016），而2014與本研究采用三氯甲烷/二氯甲烷-甲醇法，還提取出了樣品中的結(jié)合態(tài)脂質(zhì)，因而測定出的結(jié)果更高。此外，本研究樣品氨基酸總量（9.87 g/100 g），略低于2001、2008的值（10.97～13.07 g/100 g），可能與羊棲菜品種、生長環(huán)境、檢測方法不同有關(guān)，其余營養(yǎng)成分在文獻(xiàn)值范圍中。與其他種類海藻相比，羊棲菜生殖托蛋白質(zhì)含量高于海帶、石莼、江蘺、裙帶菜（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），有較好的營養(yǎng)價(jià)值；羊棲菜脂質(zhì)含量較高，通常來說褐藻類脂質(zhì)含量本身要高于其余種類海藻[28-32]。

2.2 羊棲菜不同部位氨基酸組成及評(píng)價(jià)

2.2.1 氨基酸組成

待測17種氨基酸在羊棲菜中均被檢出，其中必須氨基酸（EAA）有7種，非必需氨基酸（NEAA）11種。羊棲菜各部位含量最高的2種氨基酸為精氨酸和谷氨酸，排第三位的氨基酸在氣囊、生殖托、整株中均為纈氨酸，而莖為異亮氨酸，側(cè)枝為亮氨酸。莖、側(cè)枝中含量最低的為絲氨酸；氣囊、生殖托、整株則為甲硫氨酸。羊棲菜中 EAA含量較為豐富，占總氨基酸比為 40.00%～41.64%，EAA/NEAA 為 66.66%～71.34%，與已有文獻(xiàn)的研究結(jié)果相近[26,33,34]；且氣囊、生殖托、側(cè)枝的這兩項(xiàng)比值均分別高于FAO/WHO的推薦值：40%和60%，2.1中提到紫菜蛋白質(zhì)含量高于羊棲菜，但紫菜中EAA占比僅在38%左右。

2.2.2 氨基酸評(píng)價(jià)

表3 羊棲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 羊棲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

蛋白質(zhì)被人體攝入后，需要轉(zhuǎn)變?yōu)榘被岵拍鼙恢匦挛绽?，因此，攝入蛋白質(zhì)的氨基酸組成與人體所需的越一致，該蛋白質(zhì)被利用的可能性越高，營養(yǎng)價(jià)值也越高[21]。本研究根據(jù) FAO推薦的氨基酸模式計(jì)算了羊棲菜各部位、整體的RC、SRC，并根據(jù)全蛋氨基酸模式計(jì)算了RC、SRC、EAAI，共同用于羊棲菜蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的評(píng)價(jià)。RC、SRC評(píng)價(jià)體系由朱圣陶等[21]于 1988年提出，旨在評(píng)價(jià)各必需氨基酸組成是否均衡，若待評(píng)價(jià)樣品中各氨基酸的RC值越接近，表示氨基酸的均衡性較好，SRC值越大。氨基酸指數(shù)（EAAI）評(píng)價(jià)法由Oser[35]于1959年提出，旨在考慮各種必需氨基酸整體對(duì)蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的貢獻(xiàn)，參照為全蛋模式。

RC值最小的是限制性氨基酸，根據(jù)表3、表4的結(jié)果可以看出，參照不同模式計(jì)算所得的各項(xiàng)數(shù)值雖有所差異，但在兩種參照模式下，羊棲菜的限制性氨基酸均為賴氨酸，與已有文獻(xiàn)研究結(jié)果一致[10,36]；另外，各部位中蘇氨酸、纈氨酸值接近 1，說明與參照模式相應(yīng)氨基酸組成較為接近；異亮氨酸、含硫氨基酸RC值較大，表明含量相對(duì)過剩；莖、側(cè)枝中亮氨酸含量也比較合理，而氣囊、生殖托中亮氨酸則略為缺乏；羊棲菜中芳香族氨基酸以FAO為參照，RC值接近1，含量合理，而相比雞蛋含量相對(duì)缺乏。

各部位必需氨基酸指數(shù)，莖最高為100.02，側(cè)枝、氣囊、整體次之，在86～95之間，生殖托為 85.35；而紫菜必需氨基酸指數(shù)不到25[32]，相比之下羊棲菜蛋白質(zhì)質(zhì)量更好。各部位SRC值中，側(cè)枝最高為75.14，表明側(cè)枝各氨基酸組成最接近參照模式，均衡性最好。

2.3 物化性質(zhì)

4個(gè)部位中，莖與側(cè)枝溶脹能力最優(yōu)分別為12.71 mL/g、12.53 mL/g，氣囊最弱（7.89 mL/g）。在持水能力方面，莖與側(cè)枝無顯著差異（p>0.05），氣囊與生殖托無顯著差異（p>0.05），而前兩者WHC值均顯著大于后兩者（p＜0.01）；羊棲菜各部位的持油能力在1.80 g/g左右，其中氣囊與生殖托達(dá)到了顯著差異（p=0.01）。綜合來看，側(cè)枝結(jié)合水的能力最強(qiáng)，莖次之，氣囊最弱；而氣囊結(jié)合油脂的能力最強(qiáng)。

表5 羊棲菜、其它藻類及植物的SC、WHC、OHC（干重）Table 5 SC, WHC, OHC of S. fusiforme, other seaweeds and plants (dry weight)

本文所研究的羊棲菜氣囊SC值高于紅藻門的江蘺（5 mL/g）、綠藻門的石莼（0.3 mL/g），但持油性低于江蘺（3.11 g/g），而略高于石莼（1.68 g/g）[22,37]；側(cè)枝SC比同為褐藻的海帶略高（10.20 mL/g）。羊棲菜枝干的持水能力在11 g/g以上，比海帶、紫菜、裙帶菜等常見食用海藻高（5.12～10.96 g/g）[28,38]，但在Fernández-Segovia等[29]的研究中海帶、裙帶菜 WHC在11.8～13 g/g，可能與測定前的靜置時(shí)間較長有關(guān)（24 h）。一些純化的膳食纖維、商用纖維素溶脹能力在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]，總的來看，羊棲菜物化性質(zhì)較為優(yōu)良。

2.4 理化性狀相關(guān)性分析

根據(jù)表6的相關(guān)性分析可以看出，蛋白質(zhì)和粗纖維對(duì)羊棲菜物化性質(zhì)影響較大。WHC與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、粗纖維含量均有相關(guān)性；蛋白質(zhì)、脂質(zhì)含量越高，WHC反而越低；蛋白質(zhì)通常具有一定持水能力，本研究中蛋白質(zhì)與WHC呈負(fù)相關(guān)（r=-0.92，p＜0.01），與SC也呈負(fù)相關(guān)（r=-0.75，p＜0.01）；可能由于羊棲菜蛋白質(zhì)溶解性較高，在結(jié)合水上發(fā)揮的作用較小[44]；粗纖維與WHC呈正相關(guān)（r=0.70，p＜0.05），可能由于纖維具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及大量親水基團(tuán)，纖維含量越高，結(jié)合的水也就越多[30]。在持油能力方面，粗纖維也與 OHC呈正相關(guān)（r=0.61，p＜0.05），由于毛細(xì)作用，纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)除了能夠吸附水分子，也可以吸附油脂，因而有利于油脂的結(jié)合[43]。溶脹與持水能力呈正相關(guān)（r=0.93，p＜0.01），與Wong等[30]的研究結(jié)果相似。

表6 各營養(yǎng)成分與物化性質(zhì)間Pearson相關(guān)性分析Table 6 Pearson correlation coefficients between nutrients and physical properties

3 結(jié)論

3.1 羊棲菜各部位中最主要的營養(yǎng)成分均為碳水化合物，含量占干重的45.84%～50.03%；灰分次之，為20.4%～26.86%。蛋白質(zhì)含量為 6.65%～15.64%，氨基酸為6.18%～12.01%，其中必需氨基酸含量較為豐富，占總氨基酸的40.00%～41.64%；枝干氨基酸平均SRC值，分別為 67.11/74.02（FAO/全蛋），平均 EAAI為96.73；氣囊、生殖托平均SRC值為65.75/71.30（FAO/全蛋），平均EAAI為89.31；總的來說羊棲菜蛋白質(zhì)量較好。脂質(zhì)含量為5.10%～5.77%。在膳食選擇上，追求供能更多，優(yōu)選生殖托；要補(bǔ)充更多粗纖維、多糖，希望攝入熱量更低，優(yōu)選枝干。

3.2 物化性質(zhì)方面，五嶼頭羊棲菜各部位溶脹能力在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，其物化性質(zhì)整體來說較為優(yōu)良。各部位中，側(cè)枝結(jié)合水的能力較強(qiáng)，可以運(yùn)用到面包等食品的生產(chǎn)加工過程中，延緩產(chǎn)品脫水老化，改善和穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)地；而結(jié)合水能力稍弱，但持油能力較強(qiáng)的氣囊可以添加到油脂含量較豐富或?qū)θ榛饔糜幸蟮漠a(chǎn)品中；添加羊棲菜到產(chǎn)品中除了在物理層面上可以發(fā)揮作用，也能夠豐富產(chǎn)品營養(yǎng)，提高產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值。