6種鱘魚魚皮營養(yǎng)評價與組織學分析

陳澤凡，劉天紅，韓貴新，高瑞昌，王 穎，徐 鵬，白 帆，汪金林，趙元暉

( 1.中國海洋大學 食品科學與工程學院，山東 青島 266003； 2.山東省海洋科學研究院，山東 青島 266104； 3.江蘇大學 食品與生物工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013； 4.衢州鱘龍水產(chǎn)食品科技開發(fā)有限公司，浙江 衢州 324002 )

鱘魚屬硬骨魚綱輻鰭亞綱軟骨硬鱗總目鱘形目[1]，是現(xiàn)存歷史最久遠的魚類之一，有著“水中活化石”的稱號[2]。全世界現(xiàn)有鱘魚27種，全部收錄在《世界自然保護聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄》中，其中有16種鱘魚極度瀕危[3]。鱘魚主要生活在北半球的溫帶水域，部分品種的鱘魚如中華鱘(Acipensersinensis)、俄羅斯鱘(A.gueldenstaedti)和歐洲鰉(Husohuso)在海水和微咸水中生長并性成熟，但遷徙到淡水產(chǎn)卵，而另一些品種的鱘魚如西伯利亞鱘(A.baerii)和達氏鰉(H.dauricus)整個生命周期都生活在淡水中[4]。在中國，鱘魚分布于新疆額爾齊斯河、布倫托海和博斯騰湖，黑龍江，松花江，烏蘇里江和長江等流域[5]。

隨著鱘魚養(yǎng)殖技術(shù)的愈發(fā)成熟和市場需求的不斷增長，我國鱘魚養(yǎng)殖行業(yè)先后突破了西伯利亞鱘、史氏鱘(A.schrenckii)、俄羅斯鱘、達氏鰉、歐洲鰉和大型雜交鱘(達氏鰉♀×史氏鱘♂)等近10種鱘魚的全人工繁殖技術(shù)[6]，產(chǎn)量已遠超其他國家。根據(jù)《2020中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》[7]以及《中國鱘魚產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》[8]數(shù)據(jù)顯示，2019年中國鱘魚總產(chǎn)量達102 042 t，超過全球鱘魚總產(chǎn)量的80%。而鱘魚魚皮作為鱘魚加工產(chǎn)業(yè)的重要副產(chǎn)物，大多用于制作皮革以及漁用飼料[9]。已有研究表明，鱘魚魚皮富含的膠原蛋白具有較好的醫(yī)學及保健價值[10]。Lin等[11]采用SDS-PAGE、紅外光譜及圓二色譜等方法鑒定鱘魚魚皮膠原蛋白為Ⅰ型膠原蛋白；Maryam等[12]研究了鱘魚魚皮膠原蛋白的多孔和不規(guī)則微觀結(jié)構(gòu)以及生物相容性，表明鱘魚魚皮具有用作生物材料的潛力；Liang等[13]發(fā)現(xiàn)，鱘魚魚皮明膠薄膜具有良好的抗氧化性和抗紫外線能力；Nikoo等[10]研究了鱘魚魚皮明膠水解物對于未漂洗魚糜的抗氧化及冷凍保護作用。鱘魚魚皮的廣泛研究與應(yīng)用提高了鱘魚綜合利用率，拓寬了鱘魚魚皮的加工渠道與思路，對鱘魚魚皮的精深加工及鱘魚產(chǎn)業(yè)的發(fā)展意義重大。

不同品種的鱘魚魚皮所含的營養(yǎng)成分和理化性質(zhì)存在差異，這極大影響了不同品種鱘魚魚皮的應(yīng)用范圍和價值。由于缺乏對不同品種鱘魚魚皮營養(yǎng)價值的研究，鱘魚產(chǎn)業(yè)難以精準開發(fā)出高附加值、高營養(yǎng)價值的鱘魚魚皮產(chǎn)品?；谏鲜鰡栴}，筆者對我國鱘魚養(yǎng)殖業(yè)常見的6種鱘魚[西伯利亞鱘、俄羅斯鱘、達氏鰉、歐洲鰉、大型雜交鱘(達氏鰉♀×史氏鱘♂)和小型雜交鱘(西伯利亞鱘♀×史氏鱘♂)]魚皮的營養(yǎng)成分進行系統(tǒng)分析及評價，并對其組織學特性進行顯微觀察和比較，從而為鱘魚魚皮的精深加工及應(yīng)用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗對象：選取不同品種的鱘魚各6尾，用于試驗的測定。西伯利亞鱘，雌性，體質(zhì)量(8.43±0.53) kg； 俄羅斯鱘，雌性，體質(zhì)量(36.03±1.18) kg；達氏鰉，雌性，體質(zhì)量(82.77±1.68) kg；歐洲鰉，雌性，體質(zhì)量(100.60±1.63) kg；大型雜交鱘(達氏鰉♀×史氏鱘♂)，雌性，體質(zhì)量(55.73±1.74) kg。以上鱘魚均取自衢州鱘龍水產(chǎn)食品科技開發(fā)有限公司。小型雜交鱘(西伯利亞鱘♀×史氏鱘♂)，雄性，體質(zhì)量(1.84±0.19) kg，購于青島市城陽區(qū)水產(chǎn)市場。

試驗試劑：濃硫酸、濃鹽酸、二甲苯(國藥集團化學試劑有限公司)；甲醇、二氯甲烷和正己烷(美國Merck公司)；BF3甲醇溶液、脂肪酸標樣、BHT(美國Sigma公司)；硝酸(德國CNW公司)；羥脯氨酸(HYP)含量檢測試劑盒(北京索萊寶科技有限公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

FOSS 8400全自動凱氏定氮儀(福斯分析儀器公司)；SXT-06索氏提取器(上海洪紀儀器設(shè)備有限公司)；SX2-2.5-12n高溫爐(上海宜亨技術(shù)有限公司)；MULTISKAN GO酶標儀(美國ThermoFisher SCIENTIFIC)；L-8800型氨基酸自動分析儀(日本HITACHI)；DB-FFAP毛細管色譜柱、7890A氣相色譜儀、7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國Agilent)；Nikon Eclipse E100正置光學顯微鏡(日本Nikon)。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

剝下西伯利亞鱘、俄羅斯鱘、達氏鰉、歐洲鰉和大型雜交鱘的魚皮并去除皮下組織和骨板，冰鮮運至實驗室。為降低不同部位產(chǎn)生的影響，選用背骨板與側(cè)骨板間的魚皮(圖1)，用大量純凈水分別清洗3次，剪成1 cm×1 cm碎塊，-20 ℃冷凍備用。小型雜交鱘充氧2 h內(nèi)活體運輸至試驗室，室溫下，敲擊至暈，選取相同部位的魚皮，處理同上。分別將部分樣品于105 ℃烘干后粉碎并混合均勻，常溫干燥下存放備用。

圖1 鱘魚魚皮樣品選取示意Fig.1 Selection of sturgeon skin samples

1.3.2 基本營養(yǎng)成分測定

水分含量采用GB 5009.3—2016[14]直接干燥法測定；灰分含量采用GB 5009.4—2016[15]高溫灰化法測定；粗蛋白質(zhì)含量采用GB 5009.5—2016[16]自動凱氏定氮儀法測定；粗脂肪含量采用GB/T 5009.6—2016[17]酸水解索氏抽提法測定。

1.3.3 膠原蛋白含量測定

取定量魚皮濕樣放入安瓿瓶中，封口后加入2 mL 6 mol/L鹽酸，于110 ℃徹底消化，過0.22 μm濾膜，取1 mL濾液用10 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6～8，蒸餾水定容至4 mL，取上清液，參照試劑盒方法于560 nm測定樣品中的羥脯氨酸含量，乘相應(yīng)的系數(shù)計算鱘魚魚皮中的膠原蛋白的含量(膠原蛋白含量=羥脯氨酸含量×11.1)[18]。

1.3.4 氨基酸組成測定

參考GB 5009.124—2016[19]，使用自動氨基酸分析儀測定樣品中氨基酸的含量和組成。

1.3.5 脂肪酸組成測定

采用GB 5009.168—2016[20]氣相質(zhì)譜法測定脂肪酸含量。

1.3.6 礦物質(zhì)含量測定

礦物質(zhì)含量采用GB 5009.268—2016[21]ICP-MS微波消解法測定。

1.3.7 氨基酸營養(yǎng)評價

根據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織建議的氨基酸評分標準模式及全雞蛋蛋白質(zhì)的化學評分基準[22]，計算氨基酸評分(AAS)、化學評分(CS)及必需氨基酸指數(shù)(EAAI)。

(1)

(2)

(3)

式中，wa為樣品氨基酸含量(%)，wFAO/WHO為聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織建議的氨基酸含量(%)，wE為全雞蛋蛋白質(zhì)氨基酸含量(%)，n為比較的必需氨基酸數(shù)，A～H為樣品蛋白質(zhì)必需氨基酸含量(%)，AE～HE為全雞蛋蛋白質(zhì)氨基酸含量(%)。

1.3.8 組織學分析

將樣品制成石蠟切片后，蘇木精—伊紅染色以觀察鱘魚魚皮組織結(jié)構(gòu)和細胞類型，AB-PAS染色以鑒定黏多糖成分，Masson三色染色以確定鱘魚魚皮組織和細胞的組成。采用光學顯微鏡觀察樣品，比較組織學特性差異。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS分析數(shù)據(jù)，P<0.05為差異顯著，結(jié)果表示為平均值±標準差，采用Origin作圖。

2 結(jié) 果

2.1 鱘魚魚皮樣品

不同鱘魚魚皮表面有著大小不均的不規(guī)則鱗片(圖2)，西伯利亞鱘和俄羅斯鱘魚皮上均附著細小的星狀骨板[23]，達氏鰉、歐洲鰉及大型雜交鱘魚皮上有較多細粒分布，而小型雜交鱘魚皮表面相對光滑。

圖2 鱘魚魚皮樣品Fig.2 Sturgeon skin samples

2.2 基本營養(yǎng)成分和膠原蛋白含量

6種常見人工養(yǎng)殖鱘魚魚皮的水分、粗蛋白、粗脂肪以及粗灰分含量的測定結(jié)果見表1，膠原蛋白含量見表2。其中，西伯利亞鱘、俄羅斯鱘、歐洲鰉、大型雜交鱘和小型雜交鱘魚皮的水分差異不顯著(P>0.05)。6種鱘魚魚皮的粗蛋白和膠原蛋白含量差異顯著(P<0.05)。歐洲鰉的粗蛋白含量最高，其次是達氏鰉和大型雜交鱘；達氏鰉的膠原蛋白含量最高，其次是大型雜交鱘和歐洲鰉。這3種鱘魚魚皮的膠原蛋白含量均顯著高于西伯利亞鱘、小型雜交鱘和俄羅斯鱘(P<0.05)。而粗脂肪的含量，歐洲鰉最高，其次是達氏鰉和小型雜交鱘，它們均顯著高于大型雜交鱘和俄羅斯鱘(P<0.05)。粗灰分的含量，小型雜交鱘魚皮粗灰分含量顯著高于其他鱘魚(P<0.05)，西伯利亞鱘、達氏鰉和大型雜交鱘之間差異不顯著(P>0.05)，歐洲鰉最低。

表1 6種鱘魚魚皮的基本營養(yǎng)成分量 %

表2 6種鱘魚魚皮的膠原蛋白含量 %

2.3 氨基酸組成及營養(yǎng)評價

6種鱘魚皮均檢測出17種氨基酸，包括7種必需氨基酸和10種非必需氨基酸，其中甘氨酸含量最高(14.44%～16.12%)，其次是脯氨酸(7.13%～8.06%)、谷氨酸(6.28%～7.01%)、丙氨酸(6.07%～6.71%)及天冬氨酸(4.14%～4.51%)(表3)。

表3 6種鱘魚魚皮的氨基酸組成(干基) %

從氨基酸評分結(jié)果看，6種鱘魚魚皮的必需氨基酸指數(shù)為27.85～31.66，低于聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織和全雞蛋蛋白標準，不屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。達氏鰉魚皮的氨基酸評分、化學評分和必需氨基酸指數(shù)相對較高，其次是小型雜交鱘，歐洲鰉最低。此外，從氨基酸評分上可知，亮氨酸是6種鱘魚魚皮的第一限制性氨基酸；從化學評分上可知，異亮氨酸是6種鱘魚皮的第一限制性氨基酸。上述結(jié)果說明，亮氨酸和異亮氨酸在鱘魚皮中相對欠缺(表4)。

表4 6種鱘魚魚皮的必需氨基酸組成評價(干基) %

2.4 脂肪酸組成分析

6種鱘魚皮脂肪酸由C14～C22脂肪酸組成。其中飽和脂肪酸有7種，占比為29.92%～33.32%，以棕櫚酸(20.91%～26.00%)、硬脂酸(3.19%～6.11%)及肉豆蔻酸(1.58%～2.74%)為主；單不飽和脂肪酸含量較高，占31.26%～48.39%，包括油酸(26.65%～39.74%)、棕櫚油酸(2.51%～5.20%)、巨頭鯨魚酸(1.31%～3.07%)和芥酸(0.12%～0.37%)；多不飽和脂肪酸有10種，占比為18.58%～38.61%，亞油酸(12.98%～23.46%)含量最高，二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸分別占總脂肪酸的1.10%～4.50%和1.23%～2.42%。小型雜交鱘魚皮二十二碳六烯酸含量和達氏鰉魚皮二十二碳五烯酸含量顯著高于其他品種鱘魚(P<0.05)。達氏鰉和歐洲鰉魚皮的飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸總量均顯著高于其他4種鱘魚(P<0.05)，這與其較高的脂肪含量相對應(yīng)(表5)。

表5 6種鱘魚魚皮的脂肪酸組成(干基) μg/g

2.5 礦物質(zhì)含量分析

鱘魚魚皮中礦物質(zhì)元素種類豐富，并且不同品種的鈣、鈉、鉀等元素含量均存在顯著性差異(P<0.05)。從常量元素上看，6種鱘魚魚皮的鈣元素含量非常豐富(2121.71～18 101.08 mg/kg)，俄羅斯鱘魚皮(18 101.08 mg/kg)最高。在微量元素中，鱘魚魚皮的鋅元素(34.33～178.14 mg/kg)和鐵元素(43.24～128.11 mg/kg)含量較高，并且含有硼、鉻、錳、鈷和硒等對人體健康至關(guān)重要的微量元素。其中俄羅斯鱘魚皮鍶(18.33 mg/kg)、錳(6.68 mg/kg)、銅(3.70 mg/kg)和硼(1.26 mg/kg)元素，歐洲鰉魚皮鋅(178.14 mg/kg)和硒(0.70 mg/kg)元素，達氏鰉魚皮鐵(128.11 mg/kg)、鉻(7.71 mg/kg)和鎳(7.34 mg/kg)元素均明顯高于其他鱘魚的同種元素。個別鱘魚魚皮含有如鋁、鎘、鋇和鉛等有毒元素(表6)。

表6 6種鱘魚魚皮的礦物質(zhì)含量(干基) mg/kg

2.6 組織學特性分析

鱘魚魚皮組織由表皮層和真皮層組成(圖3)。鱘魚魚皮的最外層是表皮層，它由多層不規(guī)則的片狀多邊形細胞緊密排列而成，能夠緩解機械性損傷并抵御有害物質(zhì)入侵，具有重要的保護功能[24]。不同種鱘魚表皮厚度和結(jié)構(gòu)存在差異，其中：西伯利亞鱘和小型雜交鱘表皮層細胞排列相對疏松，存在明顯的空隙；俄羅斯鱘、達氏鰉和歐洲鰉表皮相對較厚。此外表皮層中還分布較多呈酸性的黏液和黏液細胞，經(jīng)AB-PAS染色呈淺藍色。鱘魚魚皮的真皮層緊貼表皮層下方，是鱘魚魚皮的主要部分，具有大量膠原纖維成束分布，按平行走向呈人字形編織成網(wǎng)狀[25]，經(jīng)蘇木精—伊紅染色呈粉紅色。通過Masson染色，能夠清晰地觀察到6種鱘魚魚皮膠原纖維束的編織差異。由于對陰離子染料分子的滲透性不同，真皮層膠原纖維呈藍紫色，肌纖維胞質(zhì)呈深紅色[26]。西伯利亞鱘、俄羅斯鱘和小型雜交鱘魚皮的膠原纖維束相對細小疏松；而達氏鰉、歐洲鰉及大型雜交鱘魚皮的膠原纖維束粗大且交織緊密，具有較高的機械強度和延伸性。

圖3 6種鱘魚魚皮組織學特性Fig.3 Histological characteristics in skin of six varieties of sturgeon

3 討 論

3.1 基本營養(yǎng)成分

與其他魚類相比，鱘魚魚皮粗蛋白含量(32.27%～37.21%)與紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)[30]魚皮(35.07%)、吉富羅非魚(Oreochromisniloticus)[31]魚皮(33.14%)相近，高于黃(Lophiuslitulon)[32]魚皮(28.70%)、虹鱒(Oncorhynchusmykiss)[33]魚皮(28.10%)、褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)[34]魚皮(24.37%)、刺鲃(Spinibarbuscaldwelli)[35]魚皮(23.80%)、七帶石斑魚(Epinephelusseptemfasciatus)[36]魚皮(19.60%)等；粗脂肪含量(0.77%～1.49%)高于黃[32]魚皮(0.37%)，低于虹鱒[33]魚皮(8.80%)和吉富羅非魚[31]魚皮(1.56%)；水分含量(61.22%～64.43%)與虹鱒[33]魚皮(62.30%)相近，低于七帶石斑魚[36]魚皮(74.10%)、紅鰭東方鲀[30]魚皮(67.21%)和吉富羅非魚[31]魚皮(65.01%)；此外粗灰分含量(0.78%～2.03%)與吉富羅非魚[31]魚皮(1.17%)和虹鱒[33]魚皮(1.13%)相近。鱘魚魚皮蛋白質(zhì)含量豐富，膠原蛋白占比較高，可作為良好的蛋白質(zhì)來源。

3.2 氨基酸組成

3.3 脂肪酸組成

在本試驗中，6種鱘魚魚皮均富含脂肪酸，其中肉豆蔻酸和棕櫚酸能夠降低血清膽固醇含量，二十二碳六烯酸和二十二碳五烯酸有助于改善心腦血管疾病[41-42]。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織推薦n-6/n-3多不飽和脂肪酸的比值為5.0～10.0，國際脂類學會和中國營養(yǎng)學會均為4.0～6.0，歐盟食品科學委員會為4.0～4.5，日本為4.0[43]。相關(guān)研究表明高含量n-6多不飽和脂肪酸或高n-6/n-3多不飽和脂肪酸的比值將促進炎癥的產(chǎn)生，從而引發(fā)很多疾病[44]。而較高含量n-3多不飽和脂肪酸或較低n-6/n-3多不飽和脂肪酸的比值則有助于抑制促炎細胞因子的產(chǎn)生，有利于人體健康[45]。6種鱘魚魚皮脂肪酸組成n-6/n-3多不飽和脂肪酸的比值均低于4.0，其中歐洲鰉最高(3.62)，大型雜交鱘最低(2.39)。鱘魚魚皮，特別是大型雜交鱘魚皮具有較好的n-6/n-3多不飽和脂肪酸比例。

3.4 礦物質(zhì)含量

不同鱘魚魚皮具有不同含量的礦物質(zhì)元素，在本試驗中，6種鱘魚魚皮均含有豐富的礦物質(zhì)元素，種類多樣，其中俄羅斯鱘魚皮中鈣和鉀元素、西伯利亞鱘魚皮中鈉元素、歐洲鰉魚皮中鋅元素和達氏鰉魚皮中鐵元素在6種鱘魚魚皮中最高。鈣是鱘魚魚皮上附著鱗片和骨板的重要組成成分，并且對于維持魚皮濕潤和彈性及促進黏液細胞的再生有著重要作用；較高含量的鈉、鉀及鎂元素有利于維持魚皮組織形態(tài)和正常代謝。此外，鱘魚魚皮中的鋅元素有助于促進人體腦神經(jīng)的發(fā)育與完善，鐵元素能參與血紅蛋白和多種酶的合成[46]。楊霞[47]研究發(fā)現(xiàn)，驢皮膠的補血效果好與其具有較高的鋅、鐵元素相關(guān)，而對于魚皮礦物質(zhì)的應(yīng)用還有待進一步研究。

3.5 組織學特性

本試驗結(jié)果顯示，鱘魚魚皮的膠原纖維束較細且編織較疏松，不具有毛、毛囊和汗腺等皮膚附屬器。膠原蛋白作為皮膚組織的重要組成部分，其含量、膠原纖維束的粗細和排列緊密程度及交聯(lián)程度均會影響皮膚的彈性及穩(wěn)定性[48]。相比西伯利亞鱘、俄羅斯鱘和小型雜交鱘魚皮細小疏松的膠原纖維束，達氏鰉、歐洲鰉及大型雜交鱘魚皮粗大且交織緊密的膠原纖維束可能與其較長的魚齡和較大的體積相關(guān)，這也賦予其更高的彈性及穩(wěn)定性，在工業(yè)生產(chǎn)上更適用于提取膠原蛋白、明膠以及制作皮具等。

4 結(jié) 論

筆者對比分析了產(chǎn)業(yè)化中常見6種鱘魚魚皮的基本營養(yǎng)成分、氨基酸組成、脂肪酸組成、礦物質(zhì)元素含量和組織學特性等，為鱘魚魚皮的精準開發(fā)利用提供了理論基礎(chǔ)。從整體上看，6種鱘魚魚皮均具有豐富的膠原蛋白、呈味氨基酸、脂肪酸和礦物質(zhì)。不同鱘魚魚皮在營養(yǎng)成分含量及組織構(gòu)造上存在差異性，在6種鱘魚魚皮中，由于歐洲鰉和達氏鰉魚皮膠原纖維束緊密粗大，膠原蛋白和不飽和脂肪酸含量較高，具有較好的應(yīng)用前景。鱘魚魚皮營養(yǎng)豐富、味道鮮美，在食品藥品等方面的應(yīng)用上前景廣闊，有針對性地對不同品種的鱘魚魚皮進行精細加工能夠更好地提高鱘魚魚皮的利用價值。