3 種不同體色刺參體壁營(yíng)養(yǎng)成分的比較研究*

湯 奎 劉小林 張 帥 劉石林 劉佳亮 范曉騰 王在照①

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 楊凌 712100；2. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 青島 266071；3. 山東東方海洋科技股份有限公司 煙臺(tái) 264003)

刺參(Apostichopus j aponicus)屬棘皮動(dòng)物門(Echinodermata)、海參綱(Holothroidea)，主要分布于西太平洋北部，包括我國(guó)黃渤海域、俄羅斯東部海岸、日本和韓國(guó)沿岸等，在我國(guó)20 種的可食用海參中，以黃渤海沿海生產(chǎn)刺參的食用及藥用品質(zhì)最高(Chen,2003; McElroy, 1990; 姜健等, 2004; 廖玉麟, 1997)。日本根據(jù)刺參的體色將刺參分為青刺參、紅刺參和黑刺參(Choe et al, 1961)。中國(guó)刺參一般為青色，而紫色刺參和白色刺參較為罕見(jiàn)。3 種刺參的形態(tài)差異在稚參體色發(fā)生階段即可區(qū)分，相關(guān)研究顯示，不同體色的刺參色素含量存在差異，并發(fā)現(xiàn)在色素早期沉積中，小眼轉(zhuǎn)錄因子(MITF)對(duì)體色調(diào)控可能發(fā)揮著重要作用(邢麗麗, 2019)。3 種刺參在環(huán)境適應(yīng)性方面有所不同，青色刺參有較好的生長(zhǎng)性狀及溫度、鹽度耐受性，可在低溫、低鹽環(huán)境中生長(zhǎng)；紫色刺參的生長(zhǎng)性狀與青色刺參無(wú)顯著差異，并且對(duì)于高鹽和高溫的耐受性較好；白色刺參對(duì)溫度和鹽度的耐受范圍則較窄(柏雨岑, 2016)。

刺參有較高的營(yíng)養(yǎng)和滋補(bǔ)價(jià)值，其體壁富含豐富的氨基酸、脂肪酸及微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并含有酸多糖、皂苷和膠原蛋白等生物活性物質(zhì)(孫偉紅等,2010; 李丹彤等, 2006)，具有抗凝血、抗腫瘤、抗病毒、促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和血管再生的功能(Borsig et al,2007; Lian et al, 2013; Pacheco et al, 2000; Tapon et al,2000; 李甜甜等, 2014)。此外，刺參營(yíng)養(yǎng)全面，富含豐富的脂質(zhì)、維生素以及Fe、Zn 等微量元素，是一種名貴的滋補(bǔ)品(Sara et al, 2011; 劉小芳等, 2011;蘇秀榕等, 2003; 趙玲等, 2016)。

目前，刺參已成為我國(guó)北方重要海洋養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)物種，市場(chǎng)需求的增加以及全球范圍內(nèi)刺參資源的過(guò)度捕撈，影響了刺參產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展(常亞青等, 2006)。因此，開(kāi)發(fā)優(yōu)良品種，增加養(yǎng)殖和加工產(chǎn)品的多樣性，是推動(dòng)刺參產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的動(dòng)力，也是恢復(fù)資源、維持產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

在刺參新品系的選育中，除了抗病性、抗逆性和快速生長(zhǎng)等常規(guī)目標(biāo)性狀外，體色也成為選育的重要經(jīng)濟(jì)性狀(Kang et al, 2011)。本研究對(duì)青色、紫色和白色刺參的蛋白質(zhì)、氨基酸以及脂肪酸含量進(jìn)行了測(cè)定，旨在探究不同體色刺參的營(yíng)養(yǎng)成分差異，為刺參新品系的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)，進(jìn)而引導(dǎo)海參市場(chǎng)的科學(xué)消費(fèi)。

1 材料與方法

1.1 刺參樣品采集與處理

2019 年6 月15 日，從山東東方海洋科技股份有限公司海陽(yáng)分公司養(yǎng)殖基地采集2 齡青色刺參、紫色刺參和白色刺參樣本。其中，青色刺參平均體重為(66.37±2.67) g，紫色刺參為(71.18±3.58) g，白色刺參為(59.99±12.94) g。在冰上解剖刺參樣品分離獲得體壁組織，將刺參體壁切成小塊后，使用冷凍干燥機(jī)(Labconco P1J，美國(guó))進(jìn)行冷凍干燥，磨成粉后備用。

1.2 粗脂肪、粗蛋白和粗多糖測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.2 g 的體壁凍干粉樣品加入石油醚進(jìn)行抽提，抽提6 h 后，放入105℃干燥2 h 至恒重，用索氏提取法進(jìn)行粗脂肪的測(cè)定。稱取0.5 g 的體壁凍干粉，在消化爐上消解后，使用凱氏定氮儀(FOSS 8400，丹麥)進(jìn)行粗蛋白的測(cè)定。稱取1 g 體壁凍干粉，加入6 ml 丙酮溶液，4℃浸泡24 h，通風(fēng)櫥揮干后，加入0.1 g 木瓜蛋白酶和30 ml 0.1 mol/L 的乙酸鈉緩沖液，60℃水浴24 h。冷卻后，5000 r/min 離心15 min，收集上清液，采用硫酸-苯酚法測(cè)定粗多糖。

1.3 氨基酸含量測(cè)定

每個(gè)刺參樣品稱量0.3 g 體壁凍干粉加入10 ml 6 mol/L 的HCl 中，充氮?dú)饷芊夂煤螅?05℃下水解24 h。得到的產(chǎn)物在60℃水浴條件下旋轉(zhuǎn)蒸干后，用0.02 mol/L 的HCl 定容，再稀釋一定倍數(shù)后，用0.22 μm 的濾膜過(guò)濾，取1 ml 樣品用氨基酸分析儀(HITACHI L-8900，日本)分析。

1.4 脂肪酸測(cè)定

稱量0.3～0.5 g 體壁凍干粉樣品，在氯仿/甲醇溶液(V∶V=2∶1)中勻漿，靜置1 h 后，使用濾紙過(guò)濾混合物，加入4 ml 蒸餾水，3000 r/min 離心5 min，棄上清液，下層使用氮吹儀(上海極恒實(shí)業(yè)有限公司，JHD-003)吹干。甲酯化：在含有樣品的離心管中加入1 ml正己烷，加入1 ml氫氧化鉀-甲醇溶液(0.4 mol/L)，靜置30 min，加入2 ml 去離子水，靜置分層，上清液經(jīng)0.22 μm 濾膜過(guò)濾后，使用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(Thermo 1310-ISQLT，美國(guó))分析。氣質(zhì)分析條件：毛細(xì)色譜柱為WM-FFAP (30 m×0.25 mm×0.25 μm)，進(jìn)樣口溫度為250℃，進(jìn)樣量為10 μl，載氣流速為1 ml/min溶劑延遲5 min，離子源溫度為280℃，分析時(shí)間為43.51 min。

1.5 微量元素的測(cè)定

稱取0.5 g 干體壁凍干粉樣品溶于8 ml 硝酸中過(guò)夜，樣品經(jīng)微波消解儀(Milestone Ethos A，意大利)消解后蒸干，用去離子水稀釋后，采用原子吸收光譜(HITACHI Z-2000，日本)進(jìn)行分析。

1.6 數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean±SD)進(jìn)行表述，采用SPSS 20 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。顯著性分析中，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)及LSD多重比較的方法，確定組間差異顯著性(P＜0.05)。

2 結(jié)果

2.1 刺參體壁營(yíng)養(yǎng)成分的基本組成

如表1 所示，紫色和白色刺參的粗蛋白含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)，脂肪含量三者無(wú)顯著差異(P＞0.05)，青色和紫色刺參的粗多糖含量顯著高于白色刺參(P＜0.05)。

表1 3 種體色刺參體壁營(yíng)養(yǎng)成分的基本組成Tab.1 Nutrients composition in the body walls of three body color sea cucumbers (%)

2.2 刺參體壁氨基酸組成

3 種刺參的體壁組織均含有17 種氨基酸(表2)。不同體色刺參體壁的氨基酸比例在43.98～48.30%之間，與粗蛋白測(cè)定的結(jié)果基本保持一致。其中，青色、紫色和白色刺參的必需氨基酸含量分別為12.44%、13.70%和13.72%；半必需氨基酸分別為4.09%、4.46%和4.43%；非必需氨基酸分別為27.45%、29.85%和30.15%，紫色和白色刺參的必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸含量均高于青色刺參。在紫色刺參的7 種必需氨基酸(賴氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)中，除蛋氨酸外，其余6 種必需氨基酸含量都顯著高于青色刺參(P＜0.05)，而白色刺參有5 種必需氨基酸含量顯著高于青色刺參(苯丙氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)(P＜0.05)。在包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸在內(nèi)的鮮味氨基酸總量方面，紫色和白色刺參(22.18%和22.34%)高于青色刺參(20.47%)。

表2 3 種體色刺參體壁氨基酸組成Tab.2 Amino acids composition in the body walls of three body color sea cucumbers (%)

2.3 刺參體壁脂肪酸組成

如表3 所示，在這3 種體色刺參的體壁組織中，青色刺參和白色、紫色刺參的脂肪酸含量差異較大。在多不飽和脂肪酸中，亞油酸(C18∶2)屬于人體必需脂肪酸，在紫色和白色刺參中含量均顯著高于青色刺參(P＜0.05)，在紫色和白色刺參中其占總脂肪酸的比例分別為7.06%和7.26%，而青色刺參僅為1.54%。花生四烯酸(C20∶4)在紫色和白色刺參中的含量(10.06%和 10.67%)也顯著高于青色刺參(6.05%)(P＜0.05)。而在青色刺參中EPA(C22∶5)含量很高，達(dá)到了10.38%，為紫色和白色刺參含量的3 倍左右；青色刺參的DHA(C22∶6)的含量也顯著高于紫色和白色刺參(P＜0.05)，是后2 種刺參含量的2.8 倍左右。亞麻酸(C18∶3)在 3 種刺參中含量均很低(1.0%左右)，花生三烯酸(C20∶3)的含量最低，為0.1%～0.4%。在單不飽和脂肪酸中，紫色和白色刺參的十八碳烯酸(C18∶1)顯著高于青色刺參(P＜0.05)，分別為14.01%、14.64%和8.06%；二十碳烯酸(C20∶1)含量在3 種刺參中也較高，其中，紫色和白色刺參(8.45%和7.97%)中顯著高于青色刺參(4.94%)(P＜0.05)；芥酸(C22∶1)含量在 3 種刺參中相對(duì)較低，但紫色和白色刺參(3.45%和 3.03%)中的含量是青色刺參的 3 倍左右(1.03%)；而棕櫚油酸(C16∶1)在青色刺參(9.67%)中含量顯著高于紫色和白色刺參(4.65%和 5.07%)(P＜0.05)。在飽和脂肪酸中，棕櫚酸(C16∶0)含量最高，在3 種刺參的含量為7.53%～8.47%，其次是硬脂酸(C18∶0)，在3 種刺參的含量為4.93%～6.81%。

2.4 礦物質(zhì)元素分析

在刺參所檢測(cè)的5種礦物質(zhì)中，F(xiàn)e 含量最高，其中，青色和白色刺參分別達(dá)到58.46和60.24 mg/kg，紫色刺參相對(duì)較低，為23.59 mg/kg。Cr 含量也較高，3種刺參均超過(guò)10.00 mg/kg，白色刺參顯著高于青色和紫色刺參(P＜0.05)。青色刺參體壁的Mn 含量顯著高于紫色刺參和白色刺參(P＜0.05)；3種刺參的Cu 含量均較低，為0.14～0.16 mg/kg。

表3 3 種體色刺參體壁脂肪酸組成Tab.3 Fatty acid composition in the body walls of three body color sea cucumbers (%)

表4 3 種體色刺參體壁的礦物質(zhì)元素分析Tab.4 Mineral composition in the body walls of three body color sea cucumbers (mg/kg)

3 討論

海參是我國(guó)最有價(jià)值的水產(chǎn)養(yǎng)殖物種之一，不僅具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，還具有廣泛的藥用價(jià)值。近年來(lái)，海參的營(yíng)養(yǎng)成分被廣泛研究，為海參的開(kāi)發(fā)利用提供參考。海參具有高蛋白、低脂肪的特點(diǎn)(Wen et al,2010)，蛋白質(zhì)和脂肪的含量決定了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在這3 種體色的刺參中，青色刺參的蛋白含量顯著低于紫色和白色刺參(P＜0.05)，脂肪含量三者無(wú)顯著差異，青色和紫色刺參的粗多糖含量顯著高于白色刺參(P＜0.05)。與之前的研究相比，脂肪含量偏高(李丹彤等, 2006; 李忠清等, 2016)，可能是取樣時(shí)正處于刺參夏眠的前期，刺參積累脂肪，儲(chǔ)存能量。3 種刺參在基本組成上存在很大差異，說(shuō)明可能存在不同的食療功效。

氨基酸具有重要的生理功能，除作為合成蛋白質(zhì)的主要原料外，還與調(diào)控基因表達(dá)、抗氧化、調(diào)節(jié)一氧化氮的合成有關(guān)(Hou et al, 2013; Wu, 2009)。氨基酸含量充足且種類全面才能滿足機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育和健康的需要，而氨基酸缺乏會(huì)導(dǎo)致發(fā)育受到抑制或產(chǎn)生疾病。在這3 種體色刺參中，均有17 種氨基酸被檢測(cè)出。氨基酸含量以白色刺參最高，紫色次之，青色刺參最低。紫色刺參與白色刺參之間相比無(wú)顯著差異，而青色刺參的氨基酸含量顯著低于紫色和白色刺參，包括苯丙氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、丙氨酸、胱氨酸、絲氨酸、酪氨酸和甘氨酸(P＜0.05)。必需氨基酸指動(dòng)物自身不能合成，需從食物中補(bǔ)充的氨基酸。必需氨基酸中，紫色刺參和白色刺參的含量達(dá)到了13.70%和13.72%，均高于青色刺參的12.44%。因此，這2 種體色的刺參可以提供更多的必需氨基酸。賴氨酸是一般谷類和人乳蛋白質(zhì)的第一限制氨基酸(徐善良等, 2012)，紫色刺參和白色刺參的賴氨酸含量顯著高于青色刺參，因此，對(duì)賴氨酸的補(bǔ)充有更好的效果。丙氨酸、精氨酸是大部分哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的氨基酸，同時(shí)，精氨酸在大腦、肌肉和肝臟等人體組織中發(fā)揮著至關(guān)重要的解毒作用(Tong et al, 2004)。徐偉風(fēng)(2016)研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加精氨酸可以減輕4-硝基酚引起的大鼠肝臟損傷。本研究結(jié)果顯示，紫色和白色刺參的丙氨酸和精氨酸含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)。因此，紫色和白色刺參比普通青色刺參對(duì)肝臟可能具有更好的保護(hù)作用和食療作用。氨基酸除了具有各種生理功能外，還在食品呈味中扮演著重要角色(趙亭亭等,2018)。苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸作為常見(jiàn)的呈味氨基酸(Fuentes et al, 2010)，青色刺參中的含量顯著低于紫色刺參和白色刺參(P＜0.05)，研究表明，紫色刺參和白色刺參在食用風(fēng)味和功效方面可能更具有優(yōu)勢(shì)。青色刺參在氨基酸含量上和紫色、白色刺參相比差異顯著，說(shuō)明就氨基酸成分而言，紫色和白色刺參優(yōu)于青色刺參。

脂肪酸在動(dòng)物體內(nèi)具有十分重要的功能，是維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)不可缺少的。刺參脂肪酸種類比較豐富，共檢測(cè)出26 種脂肪酸，其中，飽和脂肪酸10 種，單不飽和脂肪酸7 種，多不飽和脂肪酸9 種，三者在組成上有顯著差異。在多不飽和脂肪酸(PUFA)中，AA(C20∶4)、EPA(C20∶5)和DHA(C22∶6)含量較高。AA是類花生酸類物質(zhì)的前體，具有改善視力和記憶力、調(diào)節(jié)血脂和血糖的生理功能(Attwell et al, 1993)，Wu等(2007)研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加AA可預(yù)防高脂飲食引起的早期胰島素抵抗。紫色和白色刺參的花生四烯酸含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)，因此，食用紫色和白色刺參可能會(huì)增強(qiáng)血管彈性、降低血液粘稠度、減少心腦血管患病的幾率。EPA和DHA屬于n-3 系列PUFA，二者可促進(jìn)腦發(fā)育，還能通過(guò)降低三酰甘油，減輕炎癥來(lái)預(yù)防冠狀動(dòng)脈疾病(Sissener et al, 2017)，Xiao等(2020)研究還發(fā)現(xiàn)，EPA和DHA可促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)，減輕脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)帶來(lái)的損傷。含量較高的EPA和DHA表明青色刺參在預(yù)防冠狀動(dòng)脈疾病方面有更大的潛力。亞油酸(C18∶2)和亞麻酸(C18∶3)在大多數(shù)動(dòng)物體內(nèi)不能合成，必須由食物供給，因此，被稱為必需脂肪酸(袁鵬, 2012)。必需脂肪酸對(duì)維持機(jī)體的功能至關(guān)重要，亞油酸在人體中可被合成γ-亞麻酸及花生四烯酸，并具有抗高血壓、抗腫瘤、改善骨密度、抗糖尿病等作用，Zhao等(2019)研究發(fā)現(xiàn)，亞油酸可通過(guò)調(diào)控白細(xì)胞來(lái)治療哮喘。紫色和白色刺參中亞油酸含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)，表明紫色和白色刺參對(duì)人類可能具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

刺參富含人體內(nèi)所需的微量元素，礦物元素通過(guò)與蛋白質(zhì)和其他基團(tuán)結(jié)合，發(fā)揮著重要的生理生化功能(劉勝男等, 2019)。Fe 一般在氧氣運(yùn)輸、細(xì)胞周期生長(zhǎng)、神經(jīng)遞質(zhì)和髓磷脂合成方面發(fā)揮作用，Cr 在血糖調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要功能，Mn 在促進(jìn)骨骼發(fā)育，預(yù)防貧血方面有重要作用(Peereboom, 1985)。3 種刺參體壁均含有所檢測(cè)的5 種微量元素，其中，F(xiàn)e 含量最高。青色刺參和白色刺參Fe 的含量顯著高于紫色刺參(P＜0.05)，白色刺參Cr 的含量顯著高于青色和紫色刺參(P＜0.05)，青色刺參Mn 的含量顯著高于紫色和白色刺參(P＜0.05)。Fe、Cr 和Mn 的含量差異可能是3 種刺參由Fe、Cr 和Mn 參與的代謝水平的差異所造成，也可能是3 種金屬離子在不同刺參的富集能力差異導(dǎo)致。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)蛋白、脂肪、粗多糖、氨基酸、脂肪酸和微量元素進(jìn)行分析，比較了3 種體色刺參的營(yíng)養(yǎng)成分及含量。研究表明，紫色刺參和白色刺參的粗蛋白、亞油酸、花生四烯酸以及多種氨基酸含量顯著高于青色刺參，而青色刺參的EPA、DHA 和Mn 含量顯著高于紫色和白色刺參。表明3 種體色刺參營(yíng)養(yǎng)成分存在較大差異，為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用海參資源提供了依據(jù)。