外源銅脅迫下茅尾海南美白對(duì)蝦營(yíng)養(yǎng)成分變化分析

林俊良， 張亞麗， 李素霞

(欽州學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，廣西欽州 535011)

人們對(duì)食品品質(zhì)要求日益提高，對(duì)蝦作為欽州四大海產(chǎn)之一，其食品安全與營(yíng)養(yǎng)成分倍受社會(huì)各界關(guān)注。茅尾海位于廣西欽州灣海域南部，面積約為134 km2，海岸線綿延曲折，水深浪靜，呈倒口袋狀，口窄內(nèi)寬，是一個(gè)半封閉海灣。該海域?qū)倌蟻啛釒ШＱ笮詺夂?，年均氣溫約為22.1 ℃，水溫可保持在17 ℃以上，為對(duì)蝦的養(yǎng)殖提供優(yōu)良的天然環(huán)境。其對(duì)蝦以肉質(zhì)鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富而著名。而近年來(lái)隨著欽州市的養(yǎng)殖、工業(yè)、生活、采礦等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其排污水順著茅嶺江、欽江從北面匯入茅尾海，不僅在一定程度上對(duì)茅尾海的海洋環(huán)境造成污染，給對(duì)蝦養(yǎng)殖也帶來(lái)威脅；此外在對(duì)蝦養(yǎng)殖過(guò)程中，通過(guò)向?qū)ξr塘潑灑CuSO4·5H2O(五水硫酸銅)溶液進(jìn)行殺菌滅藻。蝦農(nóng)由于缺乏專業(yè)知識(shí)，不能適當(dāng)合理地使用CuSO4·5H2O溶液，無(wú)形中加劇外源銅對(duì)對(duì)蝦養(yǎng)殖的風(fēng)險(xiǎn)。銅在生物體新陳代謝中起著舉足輕重的作用，銅離子較強(qiáng)的氧化還原電勢(shì)和配位共價(jià)的能力，使其成為細(xì)胞內(nèi)多種蛋白質(zhì)和酶的重要成分；但高濃度的銅離子會(huì)改變生物體細(xì)胞環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，難降解的特點(diǎn)使其對(duì)生物體的生存帶來(lái)危害。加上對(duì)蝦通過(guò)食物鏈的放大作用，將在短期內(nèi)對(duì)重金屬的富集傳遞給消費(fèi)者，對(duì)消費(fèi)者的健康造成危害。

南美白對(duì)蝦又稱凡納濱對(duì)蝦，與中國(guó)對(duì)蝦、斑節(jié)對(duì)蝦被譽(yù)為養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的三大優(yōu)良蝦種。南美白對(duì)蝦具有對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)、成長(zhǎng)速度快、抗病能力強(qiáng)、對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求低、抗鹽性強(qiáng)(0%～6%)等特點(diǎn)。南美白對(duì)蝦主要由海水和淡水養(yǎng)殖，研究中發(fā)現(xiàn)，海水養(yǎng)殖對(duì)蝦感官評(píng)價(jià)總體得分高于淡水養(yǎng)殖，在鮮味、甜味方面海水養(yǎng)殖對(duì)蝦優(yōu)于淡水養(yǎng)殖，灰分也相對(duì)較高[1]。茅尾海南美白對(duì)蝦的養(yǎng)殖特點(diǎn)是主要在咸淡水區(qū)域養(yǎng)殖，江河水與海水交匯處特殊的水流運(yùn)動(dòng)、氣候特點(diǎn)及養(yǎng)殖環(huán)境使其口感與營(yíng)養(yǎng)成分具有自身的特色。在目前關(guān)于對(duì)蝦的研究中，發(fā)現(xiàn)在飼料中添加銅，對(duì)南美白對(duì)蝦生長(zhǎng)、體內(nèi)銅含量、生理機(jī)能等均有不同程度的影響。飼料中適當(dāng)添加微量元素可以提高凡納濱對(duì)蝦生長(zhǎng)率[2]，隨飼料銅水平的增加，增質(zhì)量率、飼料效率、特定增長(zhǎng)率先升高后降低[3]，添加不同水平的硫酸銅，不僅對(duì)南美白對(duì)蝦生長(zhǎng)影響顯著，而且能影響對(duì)蝦的免疫能力，且銅最主要積累在肝胰臟[4]。蝦肝胰臟中銅含量隨硫酸銅、蛋氨酸銅添加濃度的提高及喂養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著增加[5-6]。低濃度的銅有助于對(duì)蝦的生長(zhǎng)[7]。相同濃度有機(jī)銅離子的生物利用率優(yōu)于無(wú)機(jī)銅[8]。王維娜等研究表明，在水環(huán)境中添加重金屬元素對(duì)對(duì)蝦的影響表現(xiàn)為，水環(huán)境中外加低濃度的Cu2+(24 μg/L)時(shí)可提高日本沼蝦攝食率，高濃度時(shí)可降低其攝食率[9]。為進(jìn)一步比較分析水環(huán)境和飼料中重金屬對(duì)南美白對(duì)蝦的影響，分別在飼料與海水中添加鉛(Pb)，喂養(yǎng)任一濃度飼料時(shí)，海水中Pb濃度為0.001 5、0.008 0、0.046 6 mg/L 時(shí)凡納濱對(duì)蝦肌肉、外骨骼和肝胰腺組織中Pb含量均小于限量值0.5 mg/kg；而在Pb濃度為0.230 2 mg/L的海水中，南美白對(duì)蝦各組織中Pb的累積量隨著投喂飼料濃度的增大而高于限量值的時(shí)間越早[10]。養(yǎng)殖水域中某重金屬達(dá)到一定濃度時(shí)，水域中的重金屬與投放飼料中該重金屬在凡納濱對(duì)蝦體內(nèi)產(chǎn)生疊加效應(yīng)；而當(dāng)水域中該重金屬未達(dá)到一定濃度時(shí)，在飼料中重金屬含量的不同并不能對(duì)對(duì)蝦體內(nèi)重金屬含量的累積起關(guān)鍵作用。現(xiàn)有研究中，南美白對(duì)蝦對(duì)外源重金屬的吸附積累研究成果較豐富，但外源Cu對(duì)其氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分影響的研究較少。本研究選取茅尾海對(duì)蝦養(yǎng)殖區(qū)為研究區(qū)域，以重金屬Cu為變化因子，初步探討其不同濃度下對(duì)蝦體內(nèi)氨基酸、灰分、鐵(Fe)、鈣(Ca)等成分的變化情況。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水與試劑

供試用水為實(shí)驗(yàn)室制備的純水，試劑為CuSO4·5H2O、海鹽。

1.2 試驗(yàn)樣品與器材

供試樣品為茅尾海南美白對(duì)蝦，器材為4個(gè)中型泡沫箱、8孔增氧機(jī)、取暖燈。對(duì)蝦樣品各項(xiàng)指標(biāo)見表1。

表1 茅尾海南美白對(duì)蝦營(yíng)養(yǎng)成分

注：樣品A為沒有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)直接剝殼去頭去尾的鮮蝦烘干樣(同批鮮蝦中隨機(jī)抽取4組，每組8尾)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年11月進(jìn)行，選取欽江與茅尾海交匯處的某南美白對(duì)蝦養(yǎng)殖基地。在鹽度配制方面，相關(guān)研究認(rèn)為，鹽度高低對(duì)南美白對(duì)蝦的存活、生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)成分均有不同程度的影響。中等鹽度(2%、1.8%)時(shí)，南美白對(duì)蝦生長(zhǎng)最好，存活率最高[11-12]。茅尾海對(duì)蝦養(yǎng)殖區(qū)位于欽江、茅嶺江與茅尾海交匯處，為還原模擬茅尾海咸淡水養(yǎng)殖環(huán)境，配制4組濃度為0.5%的鹽水，用于配制A0、A1、A2、A34組濃度分別為0、0.10、0.25、0.50 mg/L的Cu2+溶液，每組設(shè)3個(gè)平行樣。溫度保持在(28±1) ℃、充氧6 h后，保持充氧通風(fēng)狀態(tài)，每箱放入體長(zhǎng)約為20 cm的南美白對(duì)蝦35尾，養(yǎng)殖3 d后取出，剝殼去頭去尾，立即放入烘干箱，恒溫105 ℃烘至恒質(zhì)量，封口袋封裝、待檢。

1.4 試驗(yàn)方法

用高效液相色譜法分析南美白對(duì)蝦的氨基酸、肌苷酸含量；利用電子耦合等離子光譜法分析重金屬銅、鈣、鐵與無(wú)機(jī)元素磷(P)含量。用灰化劑灰化法測(cè)灰分。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示，相關(guān)圖表均用Excel制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 南美白對(duì)蝦體內(nèi)Cu的積累變化

在本試驗(yàn)中，通過(guò)改變對(duì)蝦養(yǎng)殖溶液環(huán)境中Cu的濃度，觀察其體內(nèi)Cu的積累情況。表2中，樣品A為沒有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)直接剝殼去頭去尾的鮮蝦烘干樣，A0組為0.5%鹽水養(yǎng)殖3 d的對(duì)蝦樣品，A1組為0.1 mg/L CuSO4·5H2O與0.5%鹽水混合溶液養(yǎng)殖3 d的對(duì)蝦烘干樣品，A2組為0.25 mg/L CuSO4·5H2O與0.5%鹽水混合溶液養(yǎng)殖3 d的對(duì)蝦烘干樣品，A3組為0.5 mg/L CuSO4·5H2O與0.5%鹽水混合溶液養(yǎng)殖3 d的對(duì)蝦烘干樣品。

表2 不同濃度下對(duì)蝦體內(nèi)銅累積情況

在外源銅脅迫下，南美白對(duì)蝦體內(nèi)銅含量變化情況見圖1。從表2、圖2可以看出，所設(shè)置外源Cu的濃度中，當(dāng)外源Cu的濃度為0.1 mg/L時(shí)，對(duì)蝦體內(nèi)Cu的富集累積率上升最快，為98.71%；而隨著外源Cu濃度的增加 (>0.1 mg/L)，對(duì)蝦體內(nèi)的累積率表現(xiàn)平穩(wěn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)濃度為0.25 mg/L時(shí)，累積率為99.21%；濃度為0.50 mg/L時(shí)，累積率為99.50%，說(shuō)明對(duì)蝦體內(nèi)Cu的累積率會(huì)隨著外源Cu濃度的提高呈上升趨勢(shì)。在不同Cu濃度梯度 (0.00、0.10、0.25、0.50 mg/L)下，茅尾海南美白對(duì)蝦體內(nèi)銅累積率差異梯度為162.73%、0.50%、0.29%，說(shuō)明外源Cu環(huán)境濃度為 0.10 mg/L 接近對(duì)蝦體內(nèi)Cu吸收的臨界值。

此外，在純鹽水中養(yǎng)殖對(duì)蝦體內(nèi)Cu含量比其體內(nèi)原有Cu含量要低64.02%，說(shuō)明日常生活中可以通過(guò)淡鹽水的漂洗去除對(duì)蝦體內(nèi)重金屬Cu的含量，進(jìn)而達(dá)到一定清潔蝦體內(nèi)污染的作用。

2.2 Cu脅迫下南美白對(duì)蝦氨基酸營(yíng)養(yǎng)成分的變化

重金屬污染在一定程度上影響著動(dòng)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分、生理性能。研究發(fā)現(xiàn)，在不同外源Cu濃度脅迫下，茅尾海對(duì)蝦氨基酸營(yíng)養(yǎng)成分也受到不同程度的影響。從表3可以看出，從氨基酸含量變化的平均值看，各氨基酸的活躍程度有所變化，絲氨酸、谷氨酸隨著外源Cu濃度的提高，活躍性稍有增加；天門冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等營(yíng)養(yǎng)成分的活躍性受到抑制。其次，非必需氨基酸、必需氨基酸含量隨著外源Cu濃度的提高總體呈下降的趨勢(shì)。表3中，在0.5%鹽水中飼養(yǎng)3 d的對(duì)蝦樣與鮮樣相比，氨基酸活躍程度略有下降但變化不大，非必需氨基酸、必需氨基酸分別下降了0.32、0.07百分點(diǎn)，說(shuō)明氨基酸在淡鹽水環(huán)境下，流失率較低；隨著外源Cu濃度提高到0.10、0.25、0.50 mg/L，非必需氨基酸和必需氨基酸含量分別比上一濃度處理下降3.20、0.02、0.66百分點(diǎn)和1.23、0.98、0.18百分點(diǎn)。從下降的數(shù)據(jù)分析，Cu濃度為0.10 mg/L時(shí)，對(duì)蝦氨基酸活躍性降低最快，在設(shè)置的濃度梯度中，氨基酸活躍性降低程度呈先快后慢的特點(diǎn)(圖3)。

表3 不同外源Cu濃度下對(duì)蝦體內(nèi)各種氨基酸含量變化情況

2.3 外源Cu脅迫下南美白對(duì)蝦其他營(yíng)養(yǎng)成分變化情況

研究證明，肌苷酸是影響肉類鮮味性的重要指標(biāo)，是衡量海鮮鮮度的重要指標(biāo)[13-14]。海水可在一定程度上提高對(duì)蝦的肌苷酸含量，這是海水與淡水養(yǎng)殖的對(duì)蝦口感存在差異的主要因素之一[1]，說(shuō)明對(duì)蝦中的肌苷酸與養(yǎng)殖水域的鹽度有關(guān)系。在試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)茅尾海南美白對(duì)蝦肌苷酸含量隨外源Cu濃度的提高呈下降趨勢(shì)，詳見表4；經(jīng)過(guò)相關(guān)性分析，肌苷酸與外源Cu濃度相關(guān)系數(shù)為-0.88，呈高負(fù)相關(guān)關(guān)系(表5)，表明外源Cu環(huán)境對(duì)對(duì)蝦鮮味影響較大。但在對(duì)蝦肌苷酸的增減方面，鹽度與外源Cu濃度的貢獻(xiàn)值沒有作進(jìn)一步試驗(yàn)分析。

表4 不同濃度Cu脅迫下對(duì)蝦的其他營(yíng)養(yǎng)成分變化情況

灰分是反映食物無(wú)機(jī)成分總量的一項(xiàng)指標(biāo)。測(cè)定灰分可以判斷食品受污染的程度[15]。從試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)可以看出，灰分與外源Cu呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與外部環(huán)境受污染程度表現(xiàn)一致。而Fe和Ca、P作為人體重要的微量元素和常量元素與外源Cu分別呈高度負(fù)相關(guān)、中度負(fù)相關(guān)和微負(fù)相關(guān)關(guān)系，受外源Cu影響程度： P>肌苷酸>灰分>Fe>Ca，說(shuō)明在外源Cu濃度脅迫下，P流失的可能性最大。在外源Cu濃度脅迫下，肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P相互間的相關(guān)性均表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明隨著外部Cu環(huán)境的改變，對(duì)蝦體內(nèi)肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P變化具有相對(duì)的一致性。受外部Cu環(huán)境的影響，肌苷酸與灰分的相關(guān)系數(shù)最高，為0.91，表明食物受污染越嚴(yán)重，鮮味越差。

表5 肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P、外源Cu濃度的相關(guān)性

研究發(fā)現(xiàn)，肌苷酸、Ca、P在外源Cu濃度為0.10 mg/L時(shí)，變化率表現(xiàn)出相對(duì)的一致性。推測(cè)在該外源Cu濃度下，對(duì)蝦肌苷酸、Ca、P的理化反應(yīng)具有一定的一致性與相關(guān)性；其次，比0.25、0.50 mg/L的濃度環(huán)境下下降速率快，詳見圖4，說(shuō)明在此濃度下，肌苷酸、Ca、P的理化反應(yīng)比在其他設(shè)定的濃度下強(qiáng)烈；另外，說(shuō)明該濃度下肌苷酸、Ca、P營(yíng)養(yǎng)成分流失最快?；曳衷谠囼?yàn)設(shè)定的幾個(gè)濃度中，變化速率起伏不大，理化反應(yīng)程度相對(duì)一致。Fe在外源Cu濃度為0.10、0.25、0.50 mg/L 3個(gè)設(shè)定濃度中，變化速率隨濃度的增大而提高；但在外源Cu濃度為0 mg/L時(shí)，變化速率在試驗(yàn)中最高，這有可能是由于淡鹽水對(duì)蝦體內(nèi)Fe凈化作用使其流失程度比其他設(shè)定外源Cu濃度下理化反應(yīng)而流失的要大。

3 結(jié)論

(1)對(duì)蝦的生長(zhǎng)受到外源Cu濃度變化的影響，特別是體內(nèi)Cu的累積。當(dāng)外源Cu濃度為0～0.1 mg/L時(shí)，對(duì)蝦體內(nèi)Cu的累積率呈直線上升的特點(diǎn)；當(dāng)外源Cu濃度為 0.10 mg/L～0.50 mg/L 時(shí)，呈飽和緩慢上升的特點(diǎn)。(2)隨著外源Cu濃度的提高，對(duì)蝦體內(nèi)氨基酸總量表現(xiàn)為總體下降的特征。不同的氨基酸表現(xiàn)的特征也有所不同，其中絲氨酸、谷氨酸的活躍性隨著外源Cu濃度的提高稍有增加；天門冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等營(yíng)養(yǎng)成分的活躍性受到抑制。當(dāng)?shù)}水的環(huán)境下，氨基酸流失率較低；當(dāng)外源Cu濃度為 0.10 mg/L時(shí)，對(duì)蝦氨基酸活躍性降低最快。(3)在外源Cu脅迫下，對(duì)蝦肌苷酸含量與灰分、Fe、Ca、P含量受外部環(huán)境影響程度為P>肌苷酸>灰分>Fe>Ca。

4 討論

(1)現(xiàn)有研究中鮮有探討在外源重金屬脅迫下，對(duì)南美白對(duì)蝦氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分的影響。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，外源Cu濃度在0～0.10 mg/L時(shí)，南美白對(duì)蝦體內(nèi)Cu累積率、氨基酸活躍性、肌苷酸、Ca和P的變化特征最明顯。在今后的試驗(yàn)中，考慮增加0～0.10 mg/L間的濃度梯度，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的連貫性。(2)本試驗(yàn)中通過(guò)改變外源Cu濃度，測(cè)試對(duì)蝦體內(nèi)相關(guān)營(yíng)養(yǎng)成分的變化。今后可測(cè)試不同外源脅迫條件下，對(duì)蝦體內(nèi)氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分的變化情況。(3)養(yǎng)殖水域的鹽度與外源Cu濃度對(duì)對(duì)蝦的肌苷酸含量都有影響，但兩者的貢獻(xiàn)率分別是多少并沒有進(jìn)行探討，此外，在其他重金屬脅迫條件下，對(duì)肌苷酸產(chǎn)生的影響還須進(jìn)一步研究。