外源銅脅迫下茅尾海南美白對蝦營養成分變化分析

林俊良， 張亞麗， 李素霞

(欽州學院資源與環境學院，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之一，其食品安全與營養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，為對蝦的養殖提供優良的天然環境。其對蝦以肉質鮮美、營養豐富而著名。而近年來隨著欽州市的養殖、工業、生活、采礦等產業的發展，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境造成污染，給對蝦養殖也帶來威脅；此外在對蝦養殖過程中，通過向對蝦塘潑灑CuSO4·5H2O(五水硫酸銅)溶液進行殺菌滅藻。蝦農由于缺乏專業知識，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境的氧化還原狀態，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、斑節對蝦被譽為養殖產量最高的三大優良蝦種。南美白對蝦具有對環境的適應性強、成長速度快、抗病能力強、對營養需求低、抗鹽性強(0%～6%)等特點。南美白對蝦主要由海水和淡水養殖，研究中發現，海水養殖對蝦感官評價總體得分高于淡水養殖，在鮮味、甜味方面海水養殖對蝦優于淡水養殖，灰分也相對較高[1]。茅尾海南美白對蝦的養殖特點是主要在咸淡水區域養殖，江河水與海水交匯處特殊的水流運動、氣候特點及養殖環境使其口感與營養成分具有自身的特色。在目前關于對蝦的研究中，發現在飼料中添加銅，對南美白對蝦生長、體內銅含量、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于無機銅[8]。王維娜等研究表明，在水環境中添加重金屬元素對對蝦的影響表現為，水環境中外加低濃度的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產生疊加效應；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重金屬含量的累積起關鍵作用?，F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對其氨基酸等營養成分影響的研究較少。本研究選取茅尾海對蝦養殖區為研究區域，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成分

注：樣品A為沒有經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]。茅尾海對蝦養殖區位于欽江、茅嶺江與茅尾海交匯處，為還原模擬茅尾海咸淡水養殖環境，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，每箱放入體長約為20 cm的南美白對蝦35尾，養殖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 統計分析

數據以“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Cu的積累變化

在本試驗中，通過改變對蝦養殖溶液環境中Cu的濃度，觀察其體內Cu的積累情況。表2中，樣品A為沒有經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%鹽水混合溶液養殖3 d的對蝦烘干樣品。

表2 不同濃度下對蝦體內銅累積情況

在外源銅脅迫下，南美白對蝦體內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)，對蝦體內的累積率表現平穩上升的趨勢，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銅累積率差異梯度為162.73%、0.50%、0.29%，說明外源Cu環境濃度為 0.10 mg/L 接近對蝦體內Cu吸收的臨界值。

此外，在純鹽水中養殖對蝦體內Cu含量比其體內原有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重金屬Cu的含量，進而達到一定清潔蝦體內污染的作用。

2.2 Cu脅迫下南美白對蝦氨基酸營養成分的變化

重金屬污染在一定程度上影響著動植物體內營養成分、生理性能。研究發現，在不同外源Cu濃度脅迫下，茅尾海對蝦氨基酸營養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。從下降的數據分析，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殖水域的鹽度有關系。在試驗中，發現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；經過相關性分析，肌苷酸與外源Cu濃度相關系數為-0.88，呈高負相關關系(表5)，表明外源Cu環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]。從試驗分析數據可以看出，灰分與外源Cu呈負相關關系，與外部環境受污染程度表現一致。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為正相關關系，說明隨著外部Cu環境的改變，對蝦體內肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P變化具有相對的一致性。受外部Cu環境的影響，肌苷酸與灰分的相關系數最高，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

研究發現，肌苷酸、Ca、P在外源Cu濃度為0.10 mg/L時，變化率表現出相對的一致性。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營養成分流失最快?；曳衷谠囼炘O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Cu的累積。當外源Cu濃度為0～0.1 mg/L時，對蝦體內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，對蝦體內氨基酸總量表現為總體下降的特征。不同的氨基酸表現的特征也有所不同，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、脯氨酸等營養成分的活躍性受到抑制。當淡鹽水的環境下，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含量受外部環境影響程度為P>肌苷酸>灰分>Fe>Ca。

4 討論

(1)現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成分的影響。本試驗中發現，外源Cu濃度在0～0.10 mg/L時，南美白對蝦體內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，提高試驗數據的連貫性。(2)本試驗中通過改變外源Cu濃度，測試對蝦體內相關營養成分的變化。今后可測試不同外源脅迫條件下，對蝦體內氨基酸等營養成分的變化情況。(3)養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，對肌苷酸產生的影響還須進一步研究。