刺枝紫菜(Pyropia acanthophora)(中文名为中国科学院海洋研究所王旭雷副研究员建议名)是一种沿海地区常见的大型红藻,分类学中划归为红藻门(Rhodophyta)、红毛菜纲(Bangiophyceae)、红毛菜目(Bangiales)、红毛菜科(Bangiaceae)、紫菜属[1](Pyropia),最先在巴西发现并命名[2],近年来有分类学家将皱紫菜(Pyropia crispate)和Pyropia yamadae都归为刺枝紫菜的同物异名[3-5]。刺枝紫菜多生长在暖温带及亚热带区域,广泛分布于太平洋沿岸地区,是常见的野生紫菜种类之一[3],目前中国发现有刺枝紫菜的地区主要在广东、海南、福建及台湾省沿海,常生长于潮间带风浪较大的岩石和人工礁石上。紫菜鲜甜美味,含有极高的营养物质,且具有一定的保健、药用功效和可观经济价值[6]。在海南,野生刺枝紫菜的生长季节为每年的10月到次年的3月份,其中12月～1月份为生长旺季。目前对刺枝紫菜的研究主要集中在不同环境因子对丝状体及叶状体生长与生理的影响方面[7-8],关于营养成分的研究报导较少。海洋藻类营养成分会因不同的生长期、地区与养殖方式的不同受到影响[6,9-10]。KAVALE等[11]测定了印度不同区域Py.acanthophora的营养成分,表明不同区域刺枝紫菜的营养成分差异较大。刺枝紫菜的营养成分虽有报道[11-12],但关于海南产刺枝紫菜营养成分的报道未见。海南文昌野生刺枝紫菜资源丰富,味道鲜甜,价格昂贵,在当地颇受欢迎,为探究海南当地刺枝紫菜的营养和开发利用价值,本研究测定了刺枝紫菜与条斑紫菜中的基本营养成分、脂肪酸和氨基酸组成及含量,结合联合国粮农组织与世界卫生组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations/World Health Organization,FAO/WHO)推荐的人体理想蛋白质摄入含量及全鸡蛋蛋白质氨基酸评分模式,全面系统地比较分析与评价刺枝紫菜和条斑紫菜的营养价值,为刺枝紫菜的研究、开发与利用提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料
刺枝紫菜叶状体采自海南文昌铜鼓岭,用灭菌海水清洗干净后自然阴干,后保存在-20 ℃冰箱中备用;条斑紫菜干品,购自江苏省连云港嘉保食品科技有限公司。
1.2 仪器与设备
GCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪;海尔冰箱;Soxtec 2050全自动脂肪测定仪;Kjeltec 2300蛋白质自动分析仪;3-550A高温马弗炉;7900电感耦合等离子体质谱;L8900氨基酸自动分析仪等。
1.3 实验方法
1.3.1 基本营养成分测定
根据中国人民共和国国家卫生部植物类食品中酸碱消煮法(GB 5009.3—2016)测定粗纤维含量;根据食品国家安全标准中食品中水分的测定第一法(GB 5009.91—2017)直接干燥法、预包装食品营养标签通则(GB 28050—2011)、灼烧法(GB 5009.4—2016)、凯氏定氮法(GB 5009.5—2016)、索氏抽提法(GB 5009.6—2016)分别测定刺枝紫菜和条斑紫菜中的含水量、总碳水化合物含量和能量、灰分含量、蛋白质含量与脂肪含量[10]。
1.3.2 脂肪酸组成及含量测定
测定脂肪酸时根据食品安全国家标准(GB 5009.124—2016)中的内标法(GB 5009.168—2016)测定脂肪酸含量[13]。
1.3.3 氨基酸组成、含量测定及评价
根据食品安全国家标准(GB 5009.124—2016)中酸水解法[14]测定氨基酸含量。同时根据FAO/WHO人体理想的蛋白质摄入的氨基酸标准评定方式[15]与全鸡蛋蛋白质氨基酸评定方式[16],对刺枝紫菜和条斑紫菜必需氨基酸进行氨基酸评分(amino acid score,AAS)、化学评分(chemical score,CS)与必需氨基酸指数(essential amino acid index,EAAI)的评价[6,17-18]。计算如公式(1)～公式(4)所示[19]:
(1)
(2)
(3)
(4)
式中:a为被测紫菜蛋白质中某必需氨基酸含量,mg/g;A为FAO/WHO氨基酸标准模式规定的氨基酸含量,mg/g;S为全鸡蛋蛋白质氨基酸评分模式中对应的氨基酸含量,mg/g。
1.4 数据处理
采用Excel 2019对研究相关数据开展了统计学分析,结果以平行样品的平均数±标准差形式展示(保留2位小数),使用DPS 14.5对实验数据进行单因素方差分析,检验平行样品间的显著水平。
2 结果与分析
2.1 刺枝紫菜基本营养成分组成与比较分析
表1为刺枝紫菜、条斑紫菜、坛紫菜、琼枝麒麟菜和海带等几种常见大型食用海藻的基本营养成分表。其中,刺枝紫菜中总碳水化合物含量最高,达到了55.90%,比条斑紫菜、坛紫菜和海带高,低于琼枝麒麟菜。刺枝紫菜的蛋白质含量为21.70%,低于条斑紫菜和坛紫菜,远高于琼枝麒麟菜和海带,分别是后两者的5.82倍、2.17倍。在这5种大型可食用海藻中,刺枝紫菜中的脂肪、粗纤维和能量最低,分别为0.20%、2.70%与1 319.00 kJ/100 g,脂肪含量比琼枝麒麟菜还低,只有条斑紫菜的33.33%,坛紫菜的41.6%,海带的11.76%。刺枝紫菜的灰分含量为12.20%,高于条斑紫菜、坛紫菜和琼枝麒麟菜,仅为海带的34.86%。结果表明,海南野生刺枝紫菜基本营养含量低于人工养殖的条斑紫菜和坛紫菜,这可能是因为刺枝紫菜未经人工选育且野外生长环境较差,多生长在海岸线沿岸风浪较大的光秃岩石上[3],而养殖的条斑紫菜和坛紫菜种苗均来源于经过多代人工选育培育出来的优良品种且在营养丰富的开阔海域养殖[22-23]。刺枝紫菜与上述几种主要养殖海藻相比,蛋白质含量较高,脂肪、纤维及能量均较低,具有很好的养殖开发价值。
表1 刺枝紫菜与其他几种藻类基本营养成分
Table 1 Basic nutrients of P.acanthophora and other algae
种类蛋白质/%脂肪/%灰分/%能量/(kJ/100 g)粗纤维/%总碳水化合物/%水分/%刺枝紫菜21.70±0.290.20±0.0012.20±0.001 319.002.70±0.0355.90±0.2710.04±0.05条斑紫菜46.20±0.240.60±0.028.60±0.021 476.003.50±0.0839.30±0.185.34±0.03坛紫菜[9-10,20]40.960.488.90—5.4947.4011.70琼枝麒麟菜[17]3.730.2510.631 379.605.0273.3612.03海带[21]10.001.7035.001 432.027.0043.922.38
注:—表示无数据(下同)。
2.2 刺枝紫菜和条斑紫菜脂肪酸组成分析与评价
刺枝紫菜中共测定到20种脂肪酸,脂肪酸含量为5.66%。其中测定到的饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)共6种,含量为3.20%;单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)共有5种,含量为0.99%;多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fattyacid,PUFA)共有9种,含量是1.47%。条斑紫菜中共检测出来了19种脂肪酸,含量为4.95%。其中有4种饱和脂肪酸,质量分数为1.53%,为刺枝紫菜的47.81%;5种单不饱和脂肪酸,质量分数为0.32%,为刺枝紫菜的32.19%;10种多不饱和脂肪酸,含量是刺枝紫菜的2.11倍。刺枝紫菜的脂肪酸总量高于条斑紫菜,其中主要是饱和脂肪酸含量和单不饱和脂肪酸含量较高,多不饱和脂肪酸含量低于条斑紫菜。KAVALE等[11]发现刺枝紫菜体内多不饱和脂肪酸含量受环境影响较大,植物体内不饱和脂肪酸含量较高有利于其抵抗寒冷[24]。野生刺枝紫菜和条斑紫菜生长环境差别较大,野生刺枝紫菜生长于热带地区,温度较高,而条斑紫菜生活在温带地区,冬季温度较低,这可能是造成其体内脂肪酸含量差异的原因。刺枝紫菜饱和脂肪酸含量相对较高,占总脂肪酸的56.53%,占比高于条斑紫菜(30.93%)、坛紫菜[10](34.93%)和琼枝麒麟菜[17](41.98%),不饱和脂肪酸总量比较低,占总脂肪酸含量43.48%,占比远远低于条斑紫菜(69.07%)和坛紫菜[10](65.07%)(表2)。
表2 刺枝紫菜与条斑紫菜脂肪酸种类与含量
Table 2 Types and mass fractions of fatty acids of Py.acanthophora and Py.yezoensis
脂肪酸种类脂肪酸含量/%刺枝紫菜条斑紫菜辛酸C4:00.029±0.000—癸酸C10:00.055±0.001—豆蒄酸C14:00.345±0.0040.007±0.000十五碳酸C15:00.006±0.0000.005±0.000棕榈酸C16:02.420±0.0361.350±0.006棕榈一烯酸C16:10.036±0.001—硬脂酸C18:00.342±0.0060.172±0.002反-9-十八碳一稀酸C18:1n9t—0.004±0.000顺-9-十八碳一稀酸C18:1n9c0.822±0.0140.107±0.001C18:2n6c0.151±0.0030.079±0.001C18:3n60.012±0.0000.014±0.000花生一稀酸C20:10.039±0.0010.137±0.002C18:3n30.046±0.001—花生二稀酸C20:20.018±0.0010.068±0.001C20:3n60.090±0.0020.092±0.001芥酸C22:10.095±0.0020.065±0.000C20:3n3—0.004±0.000C20:4n60.097±0.0020.051±0.001C20:5n31.060±0.0262.790±0.037C24:1—0.007±0.000十四碳以下脂肪酸0.084±0.001—油酸C18:10.822±0.0120.111±0.001亚油酸C18:20.151±0.0020.079±0.001亚麻酸C18:30.058±0.0010.014±0.468单不饱和脂肪酸0.9910.319多不饱和脂肪酸1.4703.100不饱和脂肪酸2.4613.419饱和脂肪酸3.2001.530脂肪酸5.6614.949
刺枝紫菜饱和脂肪酸中棕榈酸(C16:0)含量最多,占饱和脂肪酸总量的75.62%,其次为豆蒄酸(C14:0)、硬脂酸(C18:0)。条斑紫菜饱和脂肪酸含量中棕榈酸最多,含量少于刺枝紫菜,但是其在饱和脂肪酸中的占比(88.23%)高于刺枝紫菜。在人体中,棕榈酸是母乳的重要脂肪酸组成,研究表明其有利于促进人体对脂肪酸的吸收、改善肠道健康,同时利于排出人体中的不溶性钙灶[25]。刺枝紫菜和条斑紫菜单不饱和脂肪酸中,油酸(C18:1)和C18:1n9c含量较多,刺枝紫菜中这2种脂肪酸的含量分别为条斑紫菜的7.4倍、7.7倍。单不饱和脂肪酸常用做食品和药品的添加剂,可以起到保护心脏、降低血糖含量、降低胆固醇含量、稳定血脂和缓解记忆力消退等作用[26]。刺枝紫菜与条斑紫菜多不饱和脂肪酸中均以C20:5n3(eicosapntemacnioc acid,EPA)为主,还含有亚油酸、C20:4n6[二十碳四烯酸(arachidonic acid,ARA)]等,刺枝紫菜EPA含量相对条斑紫菜较少,仅为后者的37.99%,亚油酸和ARA含量则分别为后者的1.90倍、1.92倍。多不饱和脂肪酸中含有多种人体必需脂肪酸,能参与人体多方面的生理作用,影响大脑、眼睛、神经等组织的生长发育,被广泛应用于医学和食品等领域[27]。刺枝紫菜中含量丰富的EPA对人体具有抗炎、抗氧化、预防肿瘤血管生长、减轻动脉粥样硬化、调控脂肪等作用[28-29],ARA显著影响着婴儿大脑、神经发育[30-31]。
2.3 刺枝紫菜和其他几种藻类氨基酸组成与评价
如表3所示,刺枝紫菜、条斑紫菜中都测定到了16种氨基酸,氨基酸总量(total amino acids,TAA)分别为20.00%、41.10%,含有人体必需氨基酸(essential amino acid,EAA)均为7种,EAA总量分别为7.59%、14.90%。刺枝紫菜中共有6种呈味氨基酸(delicious amino acids,DAA),DAA含量为10.10%,低于人工养殖的条斑紫菜和坛紫菜,但是高于琼枝麒麟菜与海带,占TAA含量的50.50%,占比低于条斑紫菜,高于坛紫菜、琼枝麒麟菜和海带。且其中的鲜味氨基酸谷氨酸、门冬氨酸,甜味氨基酸丙氨酸、甘氨酸与丝氨酸含量排名均靠前,故刺枝紫菜具有优良的食用口感[32],非必需氨基酸(nonessential amino acid,NEAA)总量为12.41%,EAA/NEAA值为61.16%,比琼枝麒麟菜略低,高于其他3种藻类,且符合FAO/WHO规定的氨基酸模式标准[6](EAA/NEAA>0.60)。刺枝紫菜氨基酸总量仅为条斑紫菜和坛紫菜中氨基酸总量的48.66%、58.63%,但却是琼枝麒麟菜和海带的5.71倍、3.21倍,其中必需氨基酸总量占氨基酸总量的比值,刺枝紫菜(37.95%)仅低于琼枝麒麟菜(39.69%),高于其他3种藻类。条斑紫菜呈味氨基酸总量21.67%,占氨基酸总量的52.73%,条斑紫菜非必需氨基酸含量为26.20%,EAA/NEAA的比值为56.87%,比值略低于刺枝紫菜,不符合FAO/WHO规定的氨基酸模式标准。
表3 刺枝紫菜与其他几种藻类氨基酸组成及含量
Table 3 Composition and content of amino acids in Py.acanthophora and other algae
指标刺枝紫菜条斑紫菜坛紫菜琼枝麒麟菜海带酪氨酸Tyr0.65±0.011.25±0.011.020.110.21精氨酸Arg/%1.28±0.012.63±0.022.150.220.22门冬氨酸ASPD/%1.76±0.013.54±0.043.780.410.32赖氨酸LysE/%1.42±0.022.62±0.032.290.160.24丝氨酸SerD/%1.14±0.012.05±0.031.950.220.39谷氨酸GluD/%2.64±0.065.76±0.044.230.460.94甘氨酸GlyD/%1.32±0.012.69±0.012.210.230.41蛋氨酸MetE/%0.12±0.030.38±0.050.170.060.18亮氨酸LeuE/%1.73±0.013.38±0.032.720.300.39苯丙氨酸PheE/%0.84±0.011.72±0.021.470.210.35苏氨酸ThrE/%1.25±0.012.36±0.021.930.210.99脯氨酸ProD/%1.03±0.021.89±0.011.430.190.18丙氨酸AlaD/%2.21±0.015.74±0.044.110.250.82缬氨酸ValE/%1.37±0.012.73±0.012.350.240.31异亮氨酸IleE/%0.86±0.001.71±0.001.380.180.26组氨酸His/%0.33±0.010.65±0.310.470.210.03色氨酸Trp/%——0.450.24—TAA/%20.0041.1034.113.506.24EAA/%7.5914.9012.761.392.05NEAA/%12.4126.2021.352.114.19DAA/%10.1021.6716.281.763.06DAA/TAA/%50.5052.7347.7350.2949.04EAA/TAA/%37.9536.2537.4139.6932.85EAA/NEAA/%61.1656.8759.7765.8059.67
注:E代表必需氨基酸;D代表呈味氨基酸(下同)。
刺枝紫菜中质量分数最高的氨基酸是谷氨酸(2.64%),丙氨酸次之,然后依次为门冬氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甘氨酸、缬氨酸、精氨酸等,含量最低的是组氨酸(0.33%)。排名靠前的谷氨酸、丙氨酸、门冬氨酸与甘氨酸,都是经典呈味氨基酸代表,其中谷氨酸具有极强的鲜味,是最出色的天然鲜味物质,而丙氨酸与甘氨酸则为甜味氨基酸代表[33],这使得刺枝紫菜口感极佳。条斑紫菜中质量分数最高的氨基酸亦是谷氨酸(5.76%),其次为丙氨酸、门冬氨酸、亮氨酸、缬氨酸等,含量最少的是蛋氨酸(0.38%)。刺枝紫菜氨基酸组成、种类与含量排序上和条斑紫菜相似,氨基酸总量低于条斑紫菜,但刺枝紫菜的氨基酸组成结构更加合理,EAA/TAA与EAA/NEAA比值仅低于琼枝麒麟菜,均高于条斑紫菜、坛紫菜与海带,故刺枝紫菜更加符合FAO/WHO推荐的理想蛋白质标准,可作为人体理想的蛋白质食物来源。
表4是依据FAO/WHO推荐的人体理想蛋白质摄入量中必需氨基酸标准和中国预防医学科学院提供的全鸡蛋蛋白质必需氨基酸评分标准分别计算的AAS、CS与EAAI,结果用来评价刺枝紫菜、条斑紫菜的氨基酸营养价值[17,34]。由表4可知,通过AAS和CS分析均表明刺枝紫菜与条斑紫菜的第一限制氨基酸为异亮氨酸。刺枝紫菜AAS评分为99.08～158.00,CS评分为73.39～122.56,EAAI指数为91.43;条斑紫菜AAS评分为92.53～235.00,CS评分为68.54～144.30,EAAI指数为89.46,结果表明刺枝紫菜必需氨基酸除亮氨酸外,其他氨基酸AAS评分均高于100,符合FAO/WHO推荐的理想蛋白食品[35],CS评分除异亮氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸外,其他评分均高于90,接近全鸡蛋蛋白质的营养价值。刺枝紫菜AAS评分、CS评分与EAAI指数除蛋氨酸+胱氨酸外,其他均高于条斑紫菜,此外刺枝紫菜EAAI指数(91.43)高于同为红藻门的条斑紫菜(89.46)、琼枝麒麟菜[17](74.32)、舌状蜈蚣藻[36](74.74),褐藻门的羊栖菜[37](70.94),综上表明,刺枝紫菜的氨基酸组成更加丰富合理,且营养价值较高。
表4 刺枝紫菜与条斑紫菜必需氨基酸的比较与评价
Table 4 Comparison and evaluation of essential amino acids in Py.acanthophora and Py.yezoensis
必需氨基酸FAO/WHO模式/(mg/g)全鸡蛋模式/(mg/g)刺枝紫菜条斑紫菜必需氨基酸含量/(mg/g)AASCS必需氨基酸含量/(mg/g)AASCS赖氨酸LysE55.0070.0065.44118.9893.4856.71103.11∗∗81.01蛋氨酸MetE+胱氨酸Cys35.0057.0055.30158.0097.0282.25235.00144.30亮氨酸LeuE70.0086.0079.72113.89∗∗92.7073.16104.5185.07苯丙氨酸PheE+酪氨酸Tyr60.0093.0068.66114.4473.83∗∗64.29107.1469.12∗∗苏氨酸ThrE40.0047.0057.60144.01122.5651.08127.71108.69缬氨酸ValE50.0066.0063.13126.2795.6659.09118.1889.53异亮氨酸IleE40.0054.0039.6399.08∗73.39∗37.0192.53∗68.54∗EAAI91.4389.46
注:*表示为第一限制性氨基酸;**表示第二限制性氨基酸。
3 结论
本实验对海南文昌野生刺枝紫菜营养价值进行了较为系统、全面的比较分析与评价,测定了刺枝紫菜的基本营养成分,通过与条斑紫菜、坛紫菜、琼枝麒麟菜和海带等几种常见养殖海藻相比,发现了刺枝紫菜蛋白质含量较高,脂肪、纤维及能量均较低,具有很好的养殖开发价值。刺枝紫菜脂肪酸组成丰富,含有脂肪酸种类多达20种,其中不乏在人体中发挥重要作用的饱和脂肪酸棕榈酸(C16:0),单不饱和脂肪酸油酸(C18:1)、C18:1n9c与多不饱和脂肪酸C20:5n3(EPA)、亚油酸与C20:4n6(ARA)等。刺枝紫菜氨基酸组成丰富,呈味氨基酸含量较高,各氨基酸占比适当,结构合理(EAA/NEAA>0.60),氨基酸营养价值高,刺枝紫菜AAS评分为99.08～158.00,CS评分为73.39～122.56,EAAI指数为91.43,符合FAO/WHO推荐的理想蛋白食品来源,接近全鸡蛋蛋白质组成。综上,刺枝紫菜是一种由高含量蛋白、氨基酸与丰富脂肪酸组成的营养价值高、低脂肪、低纤维和低能量的优质海藻食品,具有很高的营养价值、开发利用价值及商业前景。
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