石莼(Ulva lactuca L.)營養(yǎng)成分及多糖組成分析

林 月,沈照鵬,宗雯雯,崔 欣,江曉路,,*

(1.中國海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島 266003; 2.中國海洋大學(xué)醫(yī)藥學(xué)院,山東青島 266003; 3.青島海洋生物醫(yī)藥研究院,山東青島 266000)

石莼(UlvalactucaL.),亦稱海白菜、海青菜等,屬于綠藻門,石莼目,石莼科,石莼屬,廣泛分布于西太平洋沿海地區(qū),是我國海邊常見的一種海藻[1-2]。石莼在我國沿海地區(qū)有著悠久的食藥用歷史,具有良好的營養(yǎng)保健功能,《本草拾遺》、《中華本草》等古籍中均有將石莼入藥的記載[3]?，F(xiàn)如今,陸地資源的日益短缺,藍(lán)色糧倉的建設(shè)越來越受到人們的關(guān)注和重視。隨著“大健康”產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,人們向海洋要健康、向海洋要食品的呼聲越來越高。開發(fā)利用海洋豐富的海藻資源,不僅可以滿足國民營養(yǎng)需求,改善國民膳食結(jié)構(gòu),同時也是國家糧食安全戰(zhàn)略和海洋強(qiáng)國建設(shè)不可缺少的一環(huán)。石莼作為海藻資源中十分豐富的一種,其野生生物量超過50萬噸,但相比于褐藻、紅藻,基礎(chǔ)研究薄弱,利用水平不高,亟待進(jìn)一步開發(fā)。

目前,國內(nèi)外對于石莼屬綠藻的應(yīng)用研究主要集中在食用或飼料方面[4-5],在水產(chǎn)養(yǎng)殖[6-7]、廢水處理[8-9]方面也有相關(guān)的報道;對于其活性研究,則主要集中在石莼多糖的抗氧化、抗凝血、抗病毒、降血糖等作用上。現(xiàn)階段,石莼作為一種食藥用均佳的海藻,市面上關(guān)于石莼的食品卻并不多見。為豐富石莼的基礎(chǔ)研究,擴(kuò)展其消費市場,本文對石莼的基本營養(yǎng)成分、氨基酸組成及含量、礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了測定。同時,區(qū)別于一般有關(guān)營養(yǎng)成分測定的文獻(xiàn),本文還對石莼中的重要活性物質(zhì)石莼多糖進(jìn)行了單糖組成與結(jié)構(gòu)分析,以期為石莼資源的開發(fā)利用和石莼多糖的深入研究提供科學(xué)依據(jù),對提升石莼資源的附加值，促進(jìn)海洋食品的精深加工具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

石莼(干粉) 青島海萊美生物科技有限公司;硫酸、氫氧化鉀、石油醚、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、鹽酸、苯酚、硝酸、高氯酸、三氟乙酸、乳糖、1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)、二氯甲烷 國產(chǎn)分析純;溴化鉀、甲醇、乙腈 市售，色譜純。

722N型分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司;HWS-24型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;電熱恒溫干燥箱 上海精宏儀器設(shè)備有限公司;渦旋混合器 德國IKA集團(tuán);SX2-4-10N箱式電阻爐 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;凱氏定氮儀 上海沛鷗分析儀器有限公司;L-8900型全自動氨基酸分析儀 日本日立公司;Agilent 1260型高效液相色譜儀 美國安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 基本營養(yǎng)成分測定 按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,其中蛋白質(zhì)測定采用凱氏定氮法[10];粗纖維測定采用酸堿水解法[11];脂肪測定采用索氏抽提法[12];灰分測定采用灼燒法[13]。碳水化合物測定采用減差法[14]。

1.2.2 氨基酸組成測定及評價

1.2.2.1 氨基酸測定 按照GB/T 5009.124-2016[15]進(jìn)行測定,稱取一定質(zhì)量的石莼樣品于水解管中,加入6 mol/L的鹽酸溶液10 mL,充氮封口后,于110 ℃電熱箱中水解22 h。水解后的樣品經(jīng)減壓干燥、檸檬酸鈉緩沖液重溶后,作為待測液,使用氨基酸自動分析儀參照說明書測定其中的氨基酸種類與含量。

1.2.2.2 氨基酸評價 根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization,FAO)和世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)在1973年建議的氨基酸評分模式對石莼氨基酸組成及含量進(jìn)行營養(yǎng)評價[16]。氨基酸評分(amino acid score,AAS)計算公式如下:

ASS=待評氨基酸的含量/(FAO/WHO評分標(biāo)準(zhǔn)模式中同種氨基酸的含量)

1.2.3 礦質(zhì)元素分析 參考楊衛(wèi)民[17]中方法并做稍許改動,準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品于消化管中,加入7 mL混酸(硝酸∶高氯酸=4∶1),封口放置過夜。用石墨消解儀消化至澄清近干,然后使用超純水定容至10 mL作為待測液,采用原子吸收分光光度計進(jìn)行礦質(zhì)元素含量測定;碘含量測定根據(jù)GB 5009.267-2016[18]進(jìn)行測定,采用氧化還原滴定法。

1.2.4 多糖組成分析

1.2.4.1 石莼多糖的提取 石莼干粉經(jīng)石油醚、乙醇脫脂脫色、干燥過篩后作為本次實驗原料。采用孫煜煊[19]熱水提取法。取石莼粉按照料液比1∶50加入蒸餾水,煮沸提取石莼多糖。1 h后,冷卻離心,取上清并旋蒸濃縮。向濃縮液中加入無水乙醇至乙醇終濃度為75%,離心,沉淀冷凍干燥后即為石莼多糖樣品。

1.2.4.2 紅外光譜分析 采用溴化鉀壓片法測定,取干燥后的多糖樣品與溴化鉀研磨混勻壓片,通過Nexus 70紅外光譜儀進(jìn)行掃描。掃描波數(shù)為4000～500 cm-1,掃描次數(shù)32次。

1.2.4.3 單糖組成分析 參照宗雯雯等[20]中方法,具體步驟為:a.酸解。稱取石莼多糖樣品6.0 mg于安瓿瓶中,加入2 mol/L三氟乙酸2 mL,充氮封管,于95 ℃下酸解6 h。反應(yīng)結(jié)束后,旋蒸揮干試劑,再加入3 mL甲醇旋蒸揮干,重復(fù)多次以盡量去除三氟乙酸殘留,最后將蒸干后的固體用超純水溶解并調(diào)至中性,定容至3 mL備用。b.衍生。將酸解后樣品與乳糖內(nèi)標(biāo)9∶1混合后,吸取200 μL于試管中,加入420 μL 0.3 mol/L氫氧化鈉溶液、420 μL PMP衍生試劑,80 ℃水浴60 min。反應(yīng)結(jié)束后,加入420 μL 0.3 mol/L鹽酸溶液中和。c.萃取。向衍生后的溶液中加入1 mL二氯甲烷,充分振蕩,離心,吸棄下層液體,重復(fù)3次以徹底將PMP除凈。最后,取上層溶液過膜后作為待測液。使用Agilent 1260高效液相色譜儀進(jìn)行單糖組成測定。

色譜條件:色譜柱為Agilent Eclipse XDB-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm,);流動相為17%乙腈-83% 50 mmol/L 磷酸鹽緩沖液(pH6.9);流速1.0 mL/min;檢測波長245 nm;柱溫25 ℃;進(jìn)樣量:10 μL。

1.3 數(shù)據(jù)處理

成分測定實驗均重復(fù)三次,實驗結(jié)果采用平均值方式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 基本營養(yǎng)成分含量

對石莼基本營養(yǎng)成分測定結(jié)果見表1,同時表中列出了其他文獻(xiàn)中測定的一些藻類營養(yǎng)成分作為對比。結(jié)果表明,石莼中蛋白質(zhì)占藻體干重的22.03%,較湛江海域的石莼高;脂肪含量占1.11%,與湛江海域相比無明顯差異,但高于大連海域石莼;碳水化合物含量中等,為38.00%,低于大連海域石莼;石莼中粗纖維含量為8.77%,明顯低于湛江海域,但高于大連海域;灰分含量為30.09%,低于湛江海域,但與大連海域相比無明顯差異。本文樣品產(chǎn)自山東青島沿海,與Lei等[21]、陶平等[22]測定的廣東湛江和遼寧大連石莼的各項營養(yǎng)成分相比,含量差距較大,說明石莼的營養(yǎng)成分含量與地域有很大關(guān)系。

表1 石莼(n=3)與其他幾種藻類基本營養(yǎng)成分含量比較Table 1 Comparison of basic nutrient contents between Ulva Lactuca L.(n=3)and several other algaes

另外,石莼蛋白質(zhì)含量與紫菜(紅藻)無顯著性差異,但明顯高于海帶(褐藻)中蛋白質(zhì)含量,灰分含量明顯高于紫菜,但較海帶低。脂肪和粗纖維含量也較為豐富。樓喬明等[25]研究發(fā)現(xiàn),石莼脂肪中不飽和脂肪酸含量較高,十八碳三烯酸、十六碳四烯酸和十八碳四烯酸三種主要多不飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的45.14%,可以起到降血壓、降血脂的作用。而粗纖維作為膳食纖維的一部分,具有促進(jìn)腸道蠕動、通便、防治結(jié)腸癌等藥理功能[26]。可見,石莼是一種高蛋白低熱量的食品,可以作為海洋植物蛋白的良好來源,具有較高的食用和藥用價值。

2.2 氨基酸組成分析及評價

石莼中氨基酸種類及含量見表2。除色氨酸在濃鹽酸水解過程中被分解而未能被測定外,在石莼中共檢測到17種氨基酸,總氨基酸(TAA)含量為16.91 g/100 g(干重),其中必需氨基酸(EAA)含量在5.90 g/100 g(干重),必需氨基酸(EAA)占總氨基酸(TAA)的34.91%,必需氨基酸(EAA)與非必需氨基酸(NEAA)的比值為0.54。1973年聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)推薦的理想蛋白質(zhì)模式認(rèn)為,質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)氨基酸組成EAA/TAA應(yīng)在40%左右,EAA/NEAA應(yīng)在0.6以上。由此可見,石莼的蛋白質(zhì)氨基酸組成基本接近這一模式的要求,是較為理想的蛋白質(zhì)氨基酸組成。

氨基酸不僅能夠提供人體必需的營養(yǎng)物質(zhì),其對于食物所呈現(xiàn)的不同風(fēng)味也有重要的貢獻(xiàn)。一般意義上,谷氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸這6種能呈現(xiàn)出特殊鮮味的氨基酸被稱為呈味氨基酸。呈味氨基酸是海藻重要的風(fēng)味物質(zhì)。在石莼所含呈味氨基酸中,與鮮味有關(guān)的氨基酸(Glu、Asp)的含量占總呈味氨基酸的52.90%,是其風(fēng)味的主要來源,其次為呈甜味氨基酸(Gly、Ala),占25.88%。總呈味氨基酸含量為10.20 g/100 g(干重),占總氨基酸含量的60.34%。這一結(jié)果,高于廣東[19](50.04%)與遼寧[20](50.60%)沿海所產(chǎn)石莼。在其他具有良好風(fēng)味的海藻中,紫菜呈味氨基酸含量在1.02～2.59 g/100 g(干重),占總氨基酸含量的47.53%～66.88%,以甜味氨基酸為主要組成[27];海帶中呈味氨基酸含量在3.24～4.78 g/100 g(干重),占總氨基酸含量的58.01%～71.13%,以鮮味氨基酸為主要組成[23]。因此,青島沿海所產(chǎn)石莼,呈味氨基酸含量高,說明其具有比其他海藻更為濃厚的鮮味?？梢岳檬粷庥舻暮Ｔ艴r味加工食品、調(diào)味料等具有獨特風(fēng)味的海藻食品,實現(xiàn)石莼的高值化利用。

根據(jù)FAO/WHO推薦的氨基酸模式對氨基酸進(jìn)行評價,結(jié)果見表3。所有必需氨基酸中評分最低的氨基酸即第一限制氨基酸。由表3可知,石莼氨基酸評分為51,第一限制氨基酸為胱氨酸與蛋氨酸(含硫氨基酸),這是大多數(shù)非谷類植物蛋白質(zhì)的第一限制氨基酸。蛋白質(zhì)的氨基酸評分越接近100,說明其越接近人體的營養(yǎng)需求。經(jīng)查,海藻氨基酸評分普遍不高,姚海芹等[23]算得海帶氨基酸評分為44;周峙苗等[28]算得龍須菜氨基酸評分為47。石莼在海藻中得分較高,但相比于標(biāo)準(zhǔn)氨基酸模式而言,仍然差距較遠(yuǎn)。說明其氨基酸營養(yǎng)不夠均衡,需要通過與其他食物的搭配膳食來達(dá)到氨基酸的互補(bǔ)。

表3 石莼中必需氨基酸與氨基酸標(biāo)準(zhǔn)模式的比較Table 3 Comparison of essential amino acids and provisional pattern of amino acid in Ulva lactuca L.

2.3 礦質(zhì)元素含量

對石莼主要礦質(zhì)元素含量測定結(jié)果見表4。各元素的含量與廣東湛江和遼寧大連石莼的數(shù)據(jù)有明顯差異,說明石莼生長海域環(huán)境會對其礦質(zhì)元素的含量產(chǎn)生影響。常量元素中,石莼鉀含量明顯低于海帶和紫菜,鈣含量與海帶無明顯差異,但明顯高于紫菜。鎂含量也明顯高于海帶和紫菜,為紫菜中的23倍,因此石莼是鎂元素的豐富來源。微量元素中,石莼對鐵元素的富集能力特別強(qiáng),明顯高于海帶和紫菜,是鐵元素的良好來源。石莼中銅、鋅、錳、鉻和碘等微量元素含量也十分豐富,明顯高于大多數(shù)陸生植物[29-31]。礦質(zhì)元素在人體中發(fā)揮著重要作用,如鎂能夠維持心肌正常的生理功能,對于許多酶系統(tǒng)的活性發(fā)揮極為重要[32];鈣在人體的肌肉、神經(jīng)、骨骼等組織中廣泛存在,對于體內(nèi)的多種酶有激活作用[33];鐵能夠參與血紅蛋白、細(xì)胞色素以及各種酶的合成,起到補(bǔ)血與提高免疫力的作用[34]。由以上結(jié)果可知,石莼中含有豐富的人體必需的常量元素與微量元素,尤其是鎂、鈣、鐵等,可以作為人體良好的礦物質(zhì)補(bǔ)充源。

表4 石莼中礦質(zhì)元素含量(n=3,mg/g)Table 4 Mineral element content in Ulva lactuca L.(n=3,mg/g)

2.4 多糖組成分析

2.4.1 紅外光譜分析 紅外光譜是研究糖類不可或缺的工具,根據(jù)光譜圖中吸收峰的位置、強(qiáng)度等可以對多糖分子中原子或官能團(tuán)的振動情況進(jìn)行初步的分析。對石莼多糖進(jìn)行紅外光譜掃描,結(jié)果如圖1所示。在3438.57 cm-1處的吸收峰是糖類分子間或分子內(nèi)H-O伸縮振動所引起,在2932.22 cm-1處的吸收峰是糖類C-H的伸縮振動,這是多糖類化合物的特征峰。1640.31 cm-1左右為羰基的C=O伸縮振動的吸收峰,1426.89 cm-1為羧基的C-O伸縮振動吸收峰,1054.23 cm-1為羧基的O-H變角振動吸收峰,此三個吸收峰為糖醛酸的特征吸收峰[35];1259.52和843.44 cm-1左右的吸收峰為硫酸基的特征吸收峰,其中1259.52 cm-1左右為S=O伸縮振動的吸收峰,843.44 cm-1左右為C-O-S的伸縮振動的吸收峰,說明石莼多糖中含有硫酸基。

圖1 石莼多糖的紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrum of Ulva lactuca L.

2.4.2 單糖組成分析 利用PMP柱前衍生高效液相色譜法測定石莼多糖的單糖組成情況。此方法操作簡便,靈敏度高,分離效果好,可以對石莼多糖中的單糖進(jìn)行有效的定性、定量測定。石莼多糖的色譜圖與單糖混合標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖對照見圖2。由圖2可見,各單糖衍生物的峰得到了較好的分離,參照標(biāo)準(zhǔn)品圖譜,石莼多糖的單糖組成包括古洛糖醛酸、甘露糖醛酸、甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖6種。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)品及石莼多糖高效液相色譜圖Fig.2 High performance liquid chromatogram of standard and polysaccharide from Ulva lactuca L.注:a:石莼多糖；b:標(biāo)準(zhǔn)品。

根據(jù)表5中分析和計算,石莼多糖中古洛糖醛酸、甘露糖醛酸、甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖之間的摩爾比為0.12∶0.15∶0.06∶2.96∶1.55∶1.70。其中,鼠李糖是石莼多糖的主要組成單糖,相對含量為45.23%;其次是木糖和葡萄糖,相對含量相近,分別為26.04%和23.73%;此外,石莼多糖中還含有少量的甘露糖醛酸、古洛糖醛酸和甘露糖。

表5 石莼多糖的單糖組成分析Table 5 Monosaccharide composition analysis of polysaccharides from Ulva lactuca L.

3 結(jié)論

對石莼中各營養(yǎng)成分進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)石莼中含有豐富的海洋植物蛋白,占藻體干重的22.03%,遠(yuǎn)高于海帶中蛋白質(zhì)含量。其余營養(yǎng)成分與含量分別為碳水化合物38.00%、脂肪1.11%、粗纖維8.77%、灰分30.09%。石莼中氨基酸種類齊全,比例適宜,必需氨基酸占總氨基酸的34.91%,較為接近理想蛋白質(zhì)模式。Mg、Ca、K、Fe等礦質(zhì)元素含量豐富,Zn、Cr、Cu、Mn、I等微量元素含量也明顯高于大多數(shù)陸生植物。對石莼中的重要活性物質(zhì)多糖進(jìn)行組成與結(jié)構(gòu)分析,發(fā)現(xiàn)石莼多糖是一類含有糖醛酸與硫酸基的多糖。其單糖組成為古洛糖醛酸、甘露糖醛酸、甘露糖、鼠李糖、葡萄糖、木糖6種,其中鼠李糖占45.23%,是主要的組成單糖。