仿刺參副產(chǎn)物營養(yǎng)成分分析與綜合評價

王揚鐸，蘇永昌，王曉燕，施文正，劉智禹*

(1.上海海洋大學食品學院，上海 202206；2.福建省水產(chǎn)研究所，福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點實驗室，福建 廈門 361013)

仿刺參(Apostichopusjaponicus)又名日本刺參、海鼠，屬棘皮動物門(Echinodermata)、海參綱(Holothuroidea)、楯手目(Aspidochirota)、刺參科(Stichopodidae)、仿刺參屬(Apostichopus)的無脊椎動物，主要分布于俄羅斯、朝鮮、日本、老撾及中國等北太平洋地區(qū)沿岸海域，其中在中國，主要分布于遼寧、河北、山東半島、江蘇、福建等地[1]。作為消費市場上最為主流的食用海參，仿刺參主要食用部位為體壁，其肉質韌厚而軟糯，所含營養(yǎng)成分豐富，具有低糖、低脂、低膽固醇、高蛋白質，且含有多糖、多肽、皂苷等活性物質以及鈣、鎂鹽和多種無機元素等特點。同時仿刺參也具有抗氧化、抗凝血、抗癌、降血壓、降血糖和抗衰老等作用，并被用于制造功能性食品、藥品、護膚品等[2]。

仿刺參內臟中存在大量的自溶酶，在捕撈后由于環(huán)境突然改變或離開海水較長時間等情況，自溶酶會使其體壁融化而失去彈性及形狀，最終變成流體狀的膠體[3]，因此捕撈后的仿刺參需及時剔除內臟等副產(chǎn)物并進行鹽漬或干制，即為市面上銷售的半干或全干刺參[4]。但目前仿刺參加工副產(chǎn)物并未得到很好地利用，多數(shù)被直接丟棄或用作畜牧飼料，這不僅污染海洋環(huán)境，也浪費海參資源，因此有必要對仿刺參加工副產(chǎn)物進行有效合理利用，以提高仿刺參資源應用附加值。關于仿刺參的營養(yǎng)成分與功能活性的分析研究主要集中在體壁，而屬于副產(chǎn)物的仿刺參腸與花(卵)的研究還尚處于起步階段。在對副產(chǎn)物營養(yǎng)成分的研究中，張建等[5]對真空冷凍干燥后仿刺參的精與卵的營養(yǎng)成分進行差異分析，但未明確所采集的對象是否處于性成熟期，也未對其進行系統(tǒng)性的綜合評價；袁文鵬等[6]對仿刺參體壁、腸、呼吸樹的營養(yǎng)成分進行探究，對各部位的營養(yǎng)成分、脂肪酸及氨基酸含量進行比較，結果表明仿刺參腸、呼吸樹具有較高的營養(yǎng)價值，但缺少對無機元素等人體必需的營養(yǎng)物質的檢測分析，有關刺參性腺等典型副產(chǎn)物的論述也相對缺失。因此基于仿刺參加工副產(chǎn)物的高值化利用，本文以仿刺參典型加工副產(chǎn)物--仿刺參腸及花為研究對象，對其總蛋白質、總脂肪、總糖、氨基酸、脂肪酸、無機元素等營養(yǎng)成分含量進行分析評價，并與仿刺參體壁作比較分析，驗證其副產(chǎn)物的高利用價值，同時分析潛在的藥效價值，旨在為綜合利用開發(fā)仿刺參資源、提高產(chǎn)業(yè)附加值提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料試劑

仿刺參購自福建省寧德市霞浦縣，其腸、花和體壁均被處理分揀并全程通過冷鏈運輸至實驗室，以保證品質；雌性仿刺參處于性成熟期。對原料進行真空冷凍干燥處理，粉碎后進行低溫儲藏，以進行各項指標檢測。

濃鹽酸、甲醇、硼酸、氫氧化鈉等生化試劑均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；高效凱氏定氮催化劑片，北京金元興科科技有限公司。

1.1.2 儀器設備

BSA224S分析天平，德國賽多利斯；BGZ-240電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；Alpha2-4LDplus真空冷凍干燥機，德國Christ公司；Kjeltec 8400凱氏定氮儀，丹麥FOSS 公司；SX2-P箱式馬弗爐，上海一恒科技有限公司；L-8800型氨基酸自動分析儀，日本日立公司；GC-6890型氣相色譜儀，美國安捷倫公司；ST16R型高速冷凍離心機，美國Thermo Sorvall公司；AA 6200型原子吸收光譜分析儀，日本島津公司。

1.2 營養(yǎng)成分測定及評價方法

1.2.1 常量營養(yǎng)成分檢測

冷凍仿刺參腸(Sea cucumber intestine，S1)、仿刺參花(Sea cucumber ovum，S2)、仿刺參體壁(Sea cucumber body wall，S3)經(jīng)真空冷凍干燥處理，研磨成粉狀物后，按照國標方法進行營養(yǎng)成分的檢測。粗蛋白質測定：參照GB 5009.5-2016第一法 凱式定氮法(Kjeltec 8400凱氏定氮儀)；粗脂肪測定：參照GB 5009.6-2016第二法 酸水解法(分析天平、電熱鼓風干燥箱)；總糖的測定：參照GB 5009.8-2016第二法 酸水解-萊茵-埃農(nóng)氏法(酸式滴定管)；灰分的測定：參照GB 5009.4-2016第一法 高溫灰化法(SX2-P箱式馬弗爐)；水分的測定：參照GB 5009.3-2016第一法 直接干燥法(電熱恒溫干燥箱)。

1.2.2 氨基酸組成測定

共檢測18種人體所需氨基酸。依據(jù)GB 5009.124-2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》的方法，采用L-8800型氨基酸自動分析儀對標準中所包含的16種酸水解氨基酸的組成與含量進行測定；標準外的2種氨基酸(胱氨酸和色氨酸)組成與含量的檢測分別采用甲酸氧化法和堿水解法。

1.2.3 氨基酸營養(yǎng)評價方法

依據(jù)FAO/WHO所公示的氨基酸評分標準模式(%，干重)進行兩種副產(chǎn)物的氨基酸評分(Amino acid score，AAS)；同時與全雞蛋蛋白質的氨基酸標準模式(%，干重)進行化學評分(Chemical score，CS)，并通過計算人體必需氨基酸指數(shù)(Essential amino acid index，EAAI)[7]對仿刺參腸和花的氨基酸營養(yǎng)價值進行評價，分析仿刺參不同部位間的蛋白質營養(yǎng)價值差異。

(1)

(2)

(3)

式(3)中：t為必需氨基酸種類個數(shù)；aai為樣品必需氨基酸含量(i=1……t)，mg/g；AAi為全雞蛋蛋白質必需氨基酸含量(i=1……t)，mg/g。

1.2.4 脂肪酸組成測定

依據(jù)GB 5009.168-2016第一法 內標法，將凍干樣品原料水解，提取脂肪，經(jīng)皂化甲酯化處理，取上清液，即為試樣溶液，將其注入GC-6890型氣相色譜儀，以對副產(chǎn)物脂肪酸進行組分及含量的測定及分析。

1.2.5 無機元素含量檢測

依據(jù)GB 5009.268-2016 第一法中所述的電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)以及第二法電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)，對仿刺參副產(chǎn)物中所含的鈉、鎂、鉀、鈣、磷等宏量元素及鐵、硒、錳、銅、鋅等微量元素進行組分及含量的檢測。

2 結果與分析

2.1 常量營養(yǎng)成分分析

仿刺參腸、花與體壁的常量營養(yǎng)成分含量對比見表1。仿刺參腸和花的粗蛋白質、粗脂肪及灰分的含量分別為68.85%、13.53%、9.96%和58.18%、12.24%、19.01%；仿刺參花的總糖含量為2.36%，高于體壁(1.19%)，而腸中未檢出。粗蛋白質含量中，仿刺參腸>仿刺參花>仿刺參體壁(47.18%)。仿刺參腸與花的粗脂肪含量相近，均高于體壁(5.60%)；灰分含量均低于體壁(42.02%)，推測是因由體壁中含有小骨片以及各種鹽類的富集造成的。結果表明，與仿刺參體壁相比，仿刺參腸和花均具有更高粗蛋白質、粗脂肪含量及更低灰分含量的營養(yǎng)成分組成。雖然副產(chǎn)物食用性較低，但其卻有不輸于體壁的營養(yǎng)利用價值，比如粗脂肪中的不飽和脂肪酸可作為重要的膳食脂肪酸來源；因高粗蛋白質而被用于開發(fā)為低聚肽等功能活性物質等。

表1 仿刺參腸、花、體壁(干重)營養(yǎng)成分比較Tab.1 Comparison of nutrient composition of A.japonicus among intestine，ovum and body wall dry weight，%

2.2 氨基酸組分分析

氨基酸的數(shù)量、種類和各種類組成比例等差異決定了其所構成蛋白質的營養(yǎng)價值。仿刺參腸和花的氨基酸組成及含量如表2所示。仿刺參腸、花均被檢出18種人體所需的常見氨基酸，氨基酸總量(Total amino acids，TAA)分別為68.15%、51.38%，其中谷氨酸(Glu)與天門冬氨酸(Asp)的含量均為最高，分別為9.45%、6.93%和8.33%、4.65%；而色氨酸(Trp)與胱氨酸(Cys)的含量均為最低，分別為0.74%、0.91%和0.45%、0.73%。這與Li M等[8]研究的莆田養(yǎng)殖仿刺參體壁的組成相似。

表2 仿刺參腸、花(干重)的氨基酸組成及含量Tab.2 Amino acid composition and content of A.japonicus intestine and ovum dry weight，%

仿刺參腸、花的必需氨基酸(Essential amino acid，EAA)含量分別為26.89%、19.54%，高于大連[9]、莆田[8]等產(chǎn)地仿刺參體壁的EAA含量(12.03%～17.61%)。參照FAO/WHO的理想蛋白質模式，氨基酸組成必需氨基酸與非必需氨基酸(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總量(WEAA/WTAA)40%左右時，仿刺參的品質較好。仿刺參腸、花的WEAA/WNEAA分別為65.17%、61.37%，WEAA/WTAA分別為39.46%、38.03%，均符合理想蛋白質模式，說明其蛋白質屬于質量較好的理想型蛋白質來源。

從風味角度分析，仿刺參腸、花的呈味氨基酸(Flavor amino acid，F(xiàn)AA)占比氨基酸總量(WFAA/WTAA)分別為45.78%、46.92%，其中Glu和Asp含量均為最高，并都是呈鮮味的氨基酸；含量相對較高的Gly、Ala為呈甜味的特征氨基酸[10]，這為其膳食風味奠定了一定的基礎。從藥效角度分析，仿刺參腸、花的Asp、Glu、Gly、Met、Leu、Tyr、Phe、Lys、Arg等藥效氨基酸(Medicial amino acid，MAA)含量占比氨基酸總量(WMAA/WTAA)分別為64.61%、65.03%，其中Glu不僅參與蛋白質、嘧啶及嘌呤等化合物的合成，同時在肌肉量的保護及神經(jīng)功能的改善、嬰兒的大腦及其他器官的發(fā)育中起到關鍵作用[11]；Asp可通過向心肌輸送電解質，改善心肌收縮功能，可調節(jié)人體血壓，并在冠狀動脈循環(huán)障礙缺少O2時，降低O2消耗量，從而起到保護心肌的作用，同時還具有消除疲勞、保護肝臟的作用[12]。

仿刺參腸和花的8種疏水性氨基酸(Hydrophobic amino acids，HAA)占比氨基酸總量(WHAA/WTAA)分別為36.88%、35.60%。在蛋白質結構中，HAA因疏水的相互作用而使其在蛋白質的三級結構上起構成和保持作用，同時在相互作用的蛋白酶與基質、抗原與抗體等具有非共價鍵的分子結合方面起到重要的作用，例如對人體血壓控制及水鹽代謝具有重要作用的血管緊張素轉換酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)可與蛋白質肽鏈末端的C-或N-末端的疏水性氨基酸結合，從而競爭性抑制ACE的活性，起到調節(jié)血壓的作用。在仿刺參腸和花中占比HAA含量最多的Leu對ACE活性具有顯著的抑制作用，具有開發(fā)為食源性降壓肽的潛力。Lee S Y等[13]研究發(fā)現(xiàn)，具有較高ACE抑制活性的小分子肽含有疏水性殘基Leu，其中包括雞胸肌的四肽KPLL、牛肌肉蛋白的六肽VLAQYK和大豆蛋白的三肽DLP；Liu C等[14]通過對榛子來源的小分子肽AVKVL、TLVGR和YLVR與ACE酶的活性口袋進行分子對接，論述了其分子間的作用及抑制方式，結果表明小分子肽在N-末端或C-末端的活性位點均具有疏水性氨基酸Leu，對ACE的活性產(chǎn)生顯著性抑制。綜上所述，仿刺參腸、花在營養(yǎng)學與生物醫(yī)學的實際應用中均具有不低于體壁的研究價值，在開發(fā)保健品藥品上具有較高的潛力。

2.3 氨基酸營養(yǎng)品質評價

從食品營養(yǎng)學層面看，進行氨基酸構成與營養(yǎng)價值評價需要對AAS和CS兩個重要指標進行計算。將表2的數(shù)據(jù)單位換算為每克氮所含氨基酸毫克數(shù)，將待測EAA與FAO/WHO評分標準的氨基酸含量和全雞蛋蛋白質中相同氨基酸含量相比，計算仿刺參腸和花的AAS和CS值，并對EAAI進行計算。由表3可知，仿刺參腸的EAA含量為3 057 mg/g，高于FAO/WHO所規(guī)定的蛋白質標準2 250 mg/g，略低于全雞蛋蛋白質標準3 066 mg/g，AAS和EAA值均大于1，CS大于0.68；仿刺參花的EAA含量為2 211 mg/g，略低于FAO/WHO的蛋白質標準，并低于全雞蛋蛋白質標準。食物蛋白質的AAS值越接近1，則人體所需要的程度越高，其氨基酸構成比例也越合理，而AAS中，仿刺參腸和花的Phe+Tyr、Thr、Lys均大于1，其余均小于但接近于1，其中仿刺參腸的Phe+Tyr含量最高，其次為Lys，兩者分別是AAS標準的1.65倍、1.53倍；仿刺參花中Lys在AAS和CS的評分值均為最高，分別是AAS標準的1.24倍、0.95倍。Lys被稱作“生長性氨基酸”，在體蛋白的合成中發(fā)揮重要的作用[15]，也是谷類蛋白及人乳蛋白的第一限制氨基酸，因此對于以谷物膳食為主的群體或作為優(yōu)質催乳食品來說，食用仿刺參副產(chǎn)物產(chǎn)品可彌補Lys的不足，作為搭配食品可提高蛋白質利用，保持營養(yǎng)平衡。

表3 仿刺參腸、花中必需氨基酸組成評價Tab.3 Evaluation of essential amino acid composition of A.japonicus intestines and ovum mg/g N

由表3還可發(fā)現(xiàn)，以AAS為指標時，仿刺參腸和花的第一限制氨基酸分別為Leu、Trp，第二限制氨基酸分別為Val、Leu。而以CS為指標時，仿刺參腸和花的第一限制氨基酸分別為Met+Cys、Trp，第二限制氨基酸分別為Trp、Met+Cys。由此可推斷出，仿刺參腸中主要缺乏Leu和Met+Cys，仿刺參花中主要缺乏Trp。EAAI反映了EAA與標準蛋白質的相近程度，數(shù)值接近100的程度與氨基酸組成相似程度呈正比，程度越高，其整體的營養(yǎng)價值也越高，而仿刺參腸和花的EAAI值分別為94.85和67.73，仿刺參腸與標準蛋白質中氨基酸組成比例更接近。綜上所述，仿刺參腸蛋白質中氨基酸具有更為合理的比例以及較高的營養(yǎng)價值。

2.4 主要脂肪酸組成

仿刺參腸和花的脂肪酸組成及含量豐富，如表4所示。仿刺參腸含有20種脂肪酸，總量為5.11%，包括飽和脂肪酸(Saturated fatty acid，SFA)7種，總量為0.987%；單不飽和脂肪酸(Monounsaturated fatty acid，MUFA)5種，總量為1.59%；多不飽和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid，PUFA)8種，總量為2.54%；不飽和脂肪酸(Unsaturated fatty acid，UFA)含量占脂肪酸總量的比例為80.82%。仿刺參花中含有18種脂肪酸，總量為5.66%，脂肪酸總量高于仿刺參腸，包括6種SFA，總量為1.09%；5種MUFA，總量為2.17%；7種PUFA，總量為2.40%；UFA占脂肪酸總量的80.74%。仿刺參腸和花中各類脂肪酸的含量關系均為PUFA>MUFA>SFA。PUFA因可以控制血脂和結合不益健康的膽固醇而具有保護血管、避免動脈硬化的作用，可減少心腦血管疾病的發(fā)生[16]；仿刺參腸中含量最多的為EPA，且其含量在仿刺參花中也相對較多，仿刺參腸和花中EPA+DHA的含量分別為36.02%和17.99%，而研究表明[17]，EPA、DHA具有抗凝血、降血壓、降血脂、提高免疫力、抗腫瘤等重要的活性功能。因此，從脂肪組成來說，仿刺參腸和花脂肪酸含量豐富，對人體具有重要生理與保健功能的多不飽和脂肪酸占比較高，在活性功能物質制備及應用方面具有一定的優(yōu)勢。

表4 仿刺參腸、花(干重)中主要脂肪酸組成Tab.4 Main fatty acid composition of A.japonicus intestine and ovum dry weight，%

2.5 無機元素含量

對仿刺參腸和花的無機元素進行測定，結果見表5。仿刺參腸和花的無機元素含量均比較豐富，均包括5種宏量元素和5種微量元素。宏量元素中鈉的含量在仿刺參腸和花中均最高，分別為1.34×104、4.86×104mg/kg。微量元素中鐵含量最高，分別為1.06×103、139.00 mg/kg；鋅次之，分別為85.20、82.80 mg/kg，這與劉勝男等[18]對暗色等刺參(Isostichopusfuscus)體壁的研究結果類似。宏量元素鈉對人體電解質平衡的維持、代謝水平的提升以及神經(jīng)肌肉的興奮性有著至關重要的作用[19]，而微量元素鐵是負責人體造血功能必不可少的元素之一[20]。因此，在無機元素方面，仿刺參腸和花的高鈉、高鐵作為人體不能自動合成但必不可少的元素，可為人體正常生理活動提供重要的支撐。

表5 仿刺參腸、花(干重)中無機元素含量Tab.5 Inorganic element content of A.japonicus intestine and ovum dry weight，mg/kg

3 結論

綜合分析研究結果可知，與仿刺參體壁相比，仿刺參腸、花均具有更高粗蛋白質、粗脂肪含量及更低灰分、總糖含量，其中粗蛋白質含量最高且均占總含量的一半以上，具有與體壁相似的營養(yǎng)組成成分。仿刺參腸和花的氨基酸種類豐富，各組分平衡效果好，滿足FAO/WHO理想蛋白質模式，F(xiàn)AA、MAA和HAA含量均較高；AAS與CA值均較高，EAAI也符合標準，是高營養(yǎng)價值的理想型優(yōu)質蛋白質，在生物醫(yī)學與營養(yǎng)學領域均具有不低于體壁的研究價值，在開發(fā)保健品藥品上具有較高的潛力。仿刺參腸與花的不飽和脂肪酸占比脂肪酸總量均在80%以上，其中EPA+DHA的含量占比較高，有益于人體健康。仿刺參腸和花均被檢出5種宏量元素和5種微量元素，其中宏量元素鈉與微量元素鐵分別最高。仿刺參腸與花作為加工副產(chǎn)物，不僅具有與體壁相似的營養(yǎng)組成和不低于體壁的營養(yǎng)價值，同時可能具有降血壓、降血糖等功能活性及藥效價值，因此其開發(fā)利用前景廣闊。后續(xù)可對仿刺參副產(chǎn)物中的生物活性物質(如低聚肽等)的純化分離制備、功能活性開發(fā)進行深入研究。