外源銅脅迫下茅尾海南美白對蝦營養(yǎng)成分變化分析

林俊良， 張亞麗， 李素霞

(欽州學院資源與環(huán)境學院，廣西欽州 535011)

人們對食品品質要求日益提高，對蝦作為欽州四大海產(chǎn)之一，其食品安全與營養(yǎng)成分倍受社會各界關注。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，是一個半封閉海灣。該海域屬南亞熱帶海洋性氣候，年均氣溫約為22.1 ℃，水溫可保持在17 ℃以上，為對蝦的養(yǎng)殖提供優(yōu)良的天然環(huán)境。其對蝦以肉質鮮美、營養(yǎng)豐富而著名。而近年來隨著欽州市的養(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茅尾海的海洋環(huán)境造成污染，給對蝦養(yǎng)殖也帶來威脅；此外在對蝦養(yǎng)殖過程中，通過向對蝦塘潑灑CuSO4·5H2O(五水硫酸銅)溶液進行殺菌滅藻。蝦農(nóng)由于缺乏專業(yè)知識，不能適當合理地使用CuSO4·5H2O溶液，無形中加劇外源銅對對蝦養(yǎng)殖的風險。銅在生物體新陳代謝中起著舉足輕重的作用，銅離子較強的氧化還原電勢和配位共價的能力，使其成為細胞內(nèi)多種蛋白質和酶的重要成分；但高濃度的銅離子會改變生物體細胞環(huán)境的氧化還原狀態(tài)，難降解的特點使其對生物體的生存帶來危害。加上對蝦通過食物鏈的放大作用，將在短期內(nèi)對重金屬的富集傳遞給消費者，對消費者的健康造成危害。

南美白對蝦又稱凡納濱對蝦，與中國對蝦、斑節(jié)對蝦被譽為養(yǎng)殖產(chǎn)量最高的三大優(yōu)良蝦種。南美白對蝦具有對環(huán)境的適應性強、成長速度快、抗病能力強、對營養(yǎng)需求低、抗鹽性強(0%～6%)等特點。南美白對蝦主要由海水和淡水養(yǎng)殖，研究中發(fā)現(xiàn)，海水養(yǎng)殖對蝦感官評價總體得分高于淡水養(yǎng)殖，在鮮味、甜味方面海水養(yǎng)殖對蝦優(yōu)于淡水養(yǎng)殖，灰分也相對較高[1]。茅尾海南美白對蝦的養(yǎng)殖特點是主要在咸淡水區(qū)域養(yǎng)殖，江河水與海水交匯處特殊的水流運動、氣候特點及養(yǎng)殖環(huán)境使其口感與營養(yǎng)成分具有自身的特色。在目前關于對蝦的研究中，發(fā)現(xiàn)在飼料中添加銅，對南美白對蝦生長、體內(nèi)銅含量、生理機能等均有不同程度的影響。飼料中適當添加微量元素可以提高凡納濱對蝦生長率[2]，隨飼料銅水平的增加，增質量率、飼料效率、特定增長率先升高后降低[3]，添加不同水平的硫酸銅，不僅對南美白對蝦生長影響顯著，而且能影響對蝦的免疫能力，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)時間的延長而顯著增加[5-6]。低濃度的銅有助于對蝦的生長[7]。相同濃度有機銅離子的生物利用率優(yōu)于無機銅[8]。王維娜等研究表明，在水環(huán)境中添加重金屬元素對對蝦的影響表現(xiàn)為，水環(huán)境中外加低濃度的Cu2+(24 μg/L)時可提高日本沼蝦攝食率，高濃度時可降低其攝食率[9]。為進一步比較分析水環(huán)境和飼料中重金屬對南美白對蝦的影響，分別在飼料與海水中添加鉛(Pb)，喂養(yǎng)任一濃度飼料時，海水中Pb濃度為0.001 5、0.008 0、0.046 6 mg/L 時凡納濱對蝦肌肉、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間越早[10]。養(yǎng)殖水域中某重金屬達到一定濃度時，水域中的重金屬與投放飼料中該重金屬在凡納濱對蝦體內(nèi)產(chǎn)生疊加效應；而當水域中該重金屬未達到一定濃度時，在飼料中重金屬含量的不同并不能對對蝦體內(nèi)重金屬含量的累積起關鍵作用。現(xiàn)有研究中，南美白對蝦對外源重金屬的吸附積累研究成果較豐富，但外源Cu對其氨基酸等營養(yǎng)成分影響的研究較少。本研究選取茅尾海對蝦養(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 試驗用水與試劑

供試用水為實驗室制備的純水，試劑為CuSO4·5H2O、海鹽。

1.2 試驗樣品與器材

供試樣品為茅尾海南美白對蝦，器材為4個中型泡沫箱、8孔增氧機、取暖燈。對蝦樣品各項指標見表1。

表1 茅尾海南美白對蝦營養(yǎng)成分

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

1.3 試驗設計

試驗于2016年11月進行，選取欽江與茅尾海交匯處的某南美白對蝦養(yǎng)殖基地。在鹽度配制方面，相關研究認為，鹽度高低對南美白對蝦的存活、生長及營養(yǎng)成分均有不同程度的影響。中等鹽度(2%、1.8%)時，南美白對蝦生長最好，存活率最高[11-12]。茅尾海對蝦養(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3個平行樣。溫度保持在(28±1) ℃、充氧6 h后，保持充氧通風狀態(tài)，每箱放入體長約為20 cm的南美白對蝦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 ℃烘至恒質量，封口袋封裝、待檢。

1.4 試驗方法

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

1.5 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)以“平均值±標準誤”表示，相關圖表均用Excel制作。

2 結果與分析

2.1 南美白對蝦體內(nèi)Cu的積累變化

在本試驗中，通過改變對蝦養(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)過試驗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的對蝦烘干樣品。

表2 不同濃度下對蝦體內(nèi)銅累積情況

在外源銅脅迫下，南美白對蝦體內(nèi)銅含量變化情況見圖1。從表2、圖2可以看出，所設置外源Cu的濃度中，當外源Cu的濃度為0.1 mg/L時，對蝦體內(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)，對蝦體內(nèi)的累積率表現(xiàn)平穩(wěn)上升的趨勢，當濃度為0.25 mg/L時，累積率為99.21%；濃度為0.50 mg/L時，累積率為99.50%，說明對蝦體內(nèi)Cu的累積率會隨著外源Cu濃度的提高呈上升趨勢。在不同Cu濃度梯度 (0.00、0.10、0.25、0.50 mg/L)下，茅尾海南美白對蝦體內(nèi)銅累積率差異梯度為162.73%、0.50%、0.29%，說明外源Cu環(huán)境濃度為 0.10 mg/L 接近對蝦體內(nèi)Cu吸收的臨界值。

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

2.2 Cu脅迫下南美白對蝦氨基酸營養(yǎng)成分的變化

重金屬污染在一定程度上影響著動植物體內(nèi)營養(yǎng)成分、生理性能。研究發(fā)現(xiàn)，在不同外源Cu濃度脅迫下，茅尾海對蝦氨基酸營養(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。表3中，在0.5%鹽水中飼養(yǎng)3 d的對蝦樣與鮮樣相比，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，說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、0.66百分點和1.23、0.98、0.18百分點。從下降的數(shù)據(jù)分析，Cu濃度為0.10 mg/L時，對蝦氨基酸活躍性降低最快，在設置的濃度梯度中，氨基酸活躍性降低程度呈先快后慢的特點(圖3)。

表3 不同外源Cu濃度下對蝦體內(nèi)各種氨基酸含量變化情況

2.3 外源Cu脅迫下南美白對蝦其他營養(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，是衡量海鮮鮮度的重要指標[13-14]。海水可在一定程度上提高對蝦的肌苷酸含量，這是海水與淡水養(yǎng)殖的對蝦口感存在差異的主要因素之一[1]，說明對蝦中的肌苷酸與養(yǎng)殖水域的鹽度有關系。在試驗中，發(fā)現(xiàn)茅尾海南美白對蝦肌苷酸含量隨外源Cu濃度的提高呈下降趨勢，詳見表4；經(jīng)過相關性分析，肌苷酸與外源Cu濃度相關系數(shù)為-0.88，呈高負相關關系(表5)，表明外源Cu環(huán)境對對蝦鮮味影響較大。但在對蝦肌苷酸的增減方面，鹽度與外源Cu濃度的貢獻值沒有作進一步試驗分析。

表4 不同濃度Cu脅迫下對蝦的其他營養(yǎng)成分變化情況

灰分是反映食物無機成分總量的一項指標。測定灰分可以判斷食品受污染的程度[15]。從試驗分析數(shù)據(jù)可以看出，灰分與外源Cu呈負相關關系，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分別呈高度負相關、中度負相關和微負相關關系，受外源Cu影響程度： P>肌苷酸>灰分>Fe>Ca，說明在外源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相互間的相關性均表現(xiàn)為正相關關系，說明隨著外部Cu環(huán)境的改變，對蝦體內(nèi)肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P變化具有相對的一致性。受外部Cu環(huán)境的影響，肌苷酸與灰分的相關系數(shù)最高，為0.91，表明食物受污染越嚴重，鮮味越差。

表5 肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P、外源Cu濃度的相關性

研究發(fā)現(xiàn)，肌苷酸、Ca、P在外源Cu濃度為0.10 mg/L時，變化率表現(xiàn)出相對的一致性。推測在該外源Cu濃度下，對蝦肌苷酸、Ca、P的理化反應具有一定的一致性與相關性；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，說明在此濃度下，肌苷酸、Ca、P的理化反應比在其他設定的濃度下強烈；另外，說明該濃度下肌苷酸、Ca、P營養(yǎng)成分流失最快。灰分在試驗設定的幾個濃度中，變化速率起伏不大，理化反應程度相對一致。Fe在外源Cu濃度為0.10、0.25、0.50 mg/L 3個設定濃度中，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，變化速率在試驗中最高，這有可能是由于淡鹽水對蝦體內(nèi)Fe凈化作用使其流失程度比其他設定外源Cu濃度下理化反應而流失的要大。

3 結論

(1)對蝦的生長受到外源Cu濃度變化的影響，特別是體內(nèi)Cu的累積。當外源Cu濃度為0～0.1 mg/L時，對蝦體內(nèi)Cu的累積率呈直線上升的特點；當外源Cu濃度為 0.10 mg/L～0.50 mg/L 時，呈飽和緩慢上升的特點。(2)隨著外源Cu濃度的提高，對蝦體內(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、脯氨酸等營養(yǎng)成分的活躍性受到抑制。當?shù)}水的環(huán)境下，氨基酸流失率較低；當外源Cu濃度為 0.10 mg/L時，對蝦氨基酸活躍性降低最快。(3)在外源Cu脅迫下，對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，對南美白對蝦氨基酸等營養(yǎng)成分的影響。本試驗中發(fā)現(xiàn)，外源Cu濃度在0～0.10 mg/L時，南美白對蝦體內(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。在今后的試驗中，考慮增加0～0.10 mg/L間的濃度梯度，提高試驗數(shù)據(jù)的連貫性。(2)本試驗中通過改變外源Cu濃度，測試對蝦體內(nèi)相關營養(yǎng)成分的變化。今后可測試不同外源脅迫條件下，對蝦體內(nèi)氨基酸等營養(yǎng)成分的變化情況。(3)養(yǎng)殖水域的鹽度與外源Cu濃度對對蝦的肌苷酸含量都有影響，但兩者的貢獻率分別是多少并沒有進行探討，此外，在其他重金屬脅迫條件下，對肌苷酸產(chǎn)生的影響還須進一步研究。