養(yǎng)殖多肋藻生長期營養(yǎng)成分測定與分析

曹增梅，王偉偉，曲艷艷，陳書秀，王 娜

( 山東東方海洋科技股份有限公司，國家海藻與海參工程技術研究中心，山東省海藻遺傳育種與栽培技術重點實驗室，山東 煙臺 264003 )

多肋藻(Costariacostata)是一種新興經濟海藻，屬海帶目、海帶科、多肋藻屬，為自然分布于太平洋北部沿岸潮間帶或潮下帶淺海區(qū)的一年生大型褐藻。該藻體長度可達到2 m以上，寬約30 cm，葉面泡皺與肋條突出，并在泡皺間出現(xiàn)無規(guī)則排列的孔洞[1-3]，是一種具有較高經濟價值的海藻，富含多種人體必需的微量元素，營養(yǎng)價值高，口感好，味道鮮美，為海藻中的營養(yǎng)佳品。

近年來，對多肋藻的研究不斷增多，除了多肋藻的人工栽培、生理生態(tài)學研究外[1-3]，多肋藻多酚、類胡蘿卜素、甾醇類、蛋白質等活性物質研究也引起學者廣泛關注，尤其是褐藻糖膠的分子結構及其活性研究更是熱點[4-5]。研究表明，海區(qū)環(huán)境、生長季節(jié)等因素對褐藻的營養(yǎng)活性成分影響明顯[4,6-7]，但對多肋藻色素含量，尤其是不同生長時期的色素含量報道較少，對褐藻糖膠的研究也多集中在藻體成熟期，因此，加強藻類生長期營養(yǎng)成分的跟蹤測定不僅便于了解其營養(yǎng)成分的變化特點，還有利于對多肋藻營養(yǎng)進行全面準確的評價和加工利用。

山東榮成地區(qū)的多肋藻先經過室內育苗，10月中旬下海暫養(yǎng)，12月中上旬藻體長至約20 cm時進行分苗。分苗之后至翌年3月為藻體迅速生長期，4月上旬藻體平均長度達到2 m，寬32 cm。4月下旬至5月中旬藻體顏色進一步加深，厚度增加。5月中旬至6月中旬為多肋藻繁殖期[3]，之后藻體衰老腐爛。筆者對山東榮成楮島灣海域3—6月養(yǎng)殖多肋藻的基本組分、色素和褐藻糖膠等營養(yǎng)成分進行測定與分析，旨在為多肋藻的全面開發(fā)利用提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

養(yǎng)殖多肋藻2017年3—6月采集于山東省榮成市寧津鎮(zhèn)楮島灣海域。樣品采集日期為3月24日、4月27日、5月20日、6月15日。樣品經曬干、粉碎、過100目篩待用。

葉綠素a、巖藻黃素、β-胡蘿卜素標準品均購自美國Sigma公司，巖藻糖、半乳糖、甘露糖、氨基葡萄糖、木糖、葡萄糖、鼠李糖和葡萄糖醛酸單糖標準品購自中國食品藥品檢定研究院，其他試劑均為國產分析純或色譜純。

自動定氮儀(KND-DI，上海新嘉電子有限公司)；高效液相色譜儀(1260Infinity，美國安捷倫公司)；色譜柱[ZORBAX Eclipse AAA (4.6 mm × 150 mm)C-18色譜柱，美國安捷倫公司]；紫外分光光度計(UV-2600，日本島津公司)。

1.2 方法

1.2.1 基本營養(yǎng)成分測定

褐藻膠的測定采用質量法[8]；甘露醇的測定采用高碘酸氧化法[9]；碘含量的測定采用SC/T 3010—2001(海帶碘含量的測定)中灰化法；灰分含量的測定采用GB 5009.4—2010(食品安全國家標準食品中灰分的測定)；粗蛋白的測定采用凱氏定氮法，方法參照GB/T 5009.5—2010(食品中蛋白質的測定)。

1.2.2 色素含量的測定

稱取約50 mg海藻粉末，加入1∶1(體積比)甲醇與丙酮混合液10 mL，4 ℃浸提過夜。提取液經0.22 μm濾膜過濾待用。色素測定方法參考文獻[10]。

1.2.3 褐藻糖膠的分析

褐藻糖膠的提取：采用熱水提取、乙醇分級沉淀的方法[11]提取褐藻糖膠粗品。得到的褐藻糖膠粗品于40 ℃烘干至恒定質量，稱量并計算粗提率。計算公式如下：

粗提率/%=m1/m2×100%

式中，m1為褐藻糖膠粗品質量，m2為藻粉質量。

褐藻糖膠的多糖與硫酸基含量測定：多肋藻褐藻糖膠中多糖含量的定量測定參考文獻[12]。將單糖標準品及糖醛酸標準品配成質量濃度為1 mg/mL的混合標準儲備液待用。稱取10 mg褐藻糖膠粗品用2 mL 4 mol/L三氟乙酸于110 ℃酸解2 h

后，經4 mol/L NaOH中和，定容至5 mL待用。取上述水解后的樣品溶液或單糖、糖醛酸混合標準溶液經過1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(PMP)衍生，氯仿萃取后，樣品過0.22 μm濾膜，HPLC分析。硫酸基含量的測定采用硫酸鋇比濁法[13]。多糖及硫酸基占藻粉的百分含量、單糖摩爾百分含量計算方法如下：

多糖含量/%=m1/m2×ρ

硫酸基含量/%=m3/m2×ρ

單糖摩爾百分含量/%=(m4/m5)/m6×100%

式中，m1為單糖質量總和；m2為褐藻糖膠粗品質量；m3為硫酸基質量；m4為單糖質量；m5為單糖摩爾質量；m6為各單糖摩爾含量之和；ρ為粗提率。

2 結果與分析

2.1 基本營養(yǎng)成分分析

多肋藻基本營養(yǎng)成分的生長期變化見表1。多肋藻的物質組成以褐藻膠、灰分為主，其次是甘露醇和粗蛋白。灰分和粗蛋白的含量最大值出現(xiàn)在3月，分別為30.44%、11.43%，二者含量變化均隨生長呈降低趨勢。值得注意的是多肋藻的碘含量較低，6月最高為0.03%，4、5月僅為0.01%，明顯低于其他海帶目海藻中碘含量(0.2%～0.3%)[9]。甘露醇的含量為15.42%～16.64%，褐藻膠含量最大值出現(xiàn)在6月，為27.86%，最低值出現(xiàn)在5月，為25.95%，二者含量在3—6月生長期內無明顯變化。

2.2 色素含量分析

采用反相高效液相色譜法測定了多肋藻藻粉中葉綠素a、巖藻黃素、β-胡蘿卜素的含量變化(圖1)。葉綠素a和巖藻黃素的含量隨著生長明顯降低。其中，葉綠素a含量的月份差異更為顯著，其含量由3月的330.30 μg/g降至6月的15.05 μg/g，僅為3月的4.56%；巖藻黃素的含量由3月的159.93 μg/g降至6月的42.07 μg/g，為3月的26.31%。β-胡蘿卜素的含量最大值出現(xiàn)在4月(8.88 μg/g)，3、5月含量變化不明顯，6月含量迅速降至1.72 μg/g。

表1 多肋藻生長期基本營養(yǎng)成分含量變化 %

圖1 多肋藻生長期色素含量變化

2.3 褐藻糖膠粗提率、硫酸基及其單糖組成分析

多肋藻中褐藻糖膠的粗提率、多糖含量、硫酸基含量見圖2。褐藻糖膠的粗提率達到藻粉干質量的3.75%～4.68%，從4月明顯增長，最大值出現(xiàn)在6月，但與4、5月無明顯差異。多糖含量變化與粗提率變化基本一致，6月最高(占藻粉干質量的1.29%)。硫酸基含量的最大值出現(xiàn)在5月，為0.95%。多糖含量、硫酸基含量在3—6月的含量變化不明顯。褐藻糖膠(多糖+硫酸基)含量達到藻粉干質量的1.79%～2.10%，其中5—6月的含量高于3—4月，但各月間無明顯差異。

通過對褐藻糖膠粗品的酸解、與標準品進行比對，高效液相色譜法定量分析發(fā)現(xiàn)多糖由8種單糖組成(圖3)，按照出峰時間依次為甘露糖、氨基葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、木糖、巖藻糖。多糖中各單糖3—6月的摩爾百分含量(表2)表明，巖藻糖在整個生長期內含量最高(40.11%～59.89%)，3—6月呈增長趨勢，其中4—6月均明顯高于3月。其次為半乳糖，其摩爾百分含量為22.54%～34.73%，其變化趨勢與巖藻糖相反，3—6月呈線性降低趨勢，與之相對應的巖藻糖與半乳糖的比值由3月的1∶0.87降至6月的1∶0.38。巖藻糖和半乳糖的摩爾百分含量之和為74.84%～82.43%，其余6種單糖的含量較低，僅占多糖含量的17.58%～25.1%，鼠李糖含量最低，僅為0.16%～0.58%。除木糖在生長期沒有明顯的變化外，其余單糖的變化明顯：甘露糖在5—6月增長明顯；鼠李糖3—5月含量穩(wěn)定，6月增加2～3倍；氨基葡萄糖3—5月摩爾百分含量為7.05%～8.72%，而6月僅為1.90%；葡萄糖和葡萄糖醛酸含量在生長期內變化很大，其中葡萄糖3月最高(6.59%)、6月最低(1.79%)，葡萄糖醛酸最低為2.84%(4月)、最高達到5.39%(6月)。

圖2 多肋藻生長期褐藻糖膠粗提率、多糖與硫酸基含量變化

圖3 單糖色譜圖

表2 多肋藻生長期褐藻糖膠單糖摩爾百分含量變化 %

3 討 論

3.1 海藻基本營養(yǎng)成分比較

海藻具有低脂肪、高蛋白、高膳食纖維、礦物質和微量元素豐富的營養(yǎng)特點，擁有重要的營養(yǎng)價值和藥用價值。影響海藻中營養(yǎng)成分含量的因素有水溫、營養(yǎng)鹽、光照、季節(jié)變化、生長區(qū)域等。本研究表明多肋藻營養(yǎng)豐富，但受生長季節(jié)的影響明顯。

對多肋藻和其他褐藻的營養(yǎng)成分含量進行了比較(表3)。從灰分上看，多肋藻灰分含量為23.29%～30.44%，且含量隨生長期呈下降趨勢，與文獻報道多肋藻29.25%～38.19%[15]兩者之間灰分含量略有差別，含量變化趨勢相同。與其他褐藻相比，多肋藻灰分含量低于Laminariacichorioides(27.5%～53.6%)[16]和圍氏馬尾藻(Sargassumwightii，25.0%)[14]。多肋藻甘露醇含量為15.42%～16.64%，略高于厚葉海帶(Kjellmaniellacrassifolia)[17]和大連黃官1號海帶(Saccharinajaponica)[18]，三者之間甘露醇含量差別不明顯。從粗蛋白的含量來看，多肋藻粗蛋白含量為7.44%～11.43%且隨生長呈降低趨勢，與文獻報道的多肋藻(9.77%～18.15%)[15]相比略低，低于圍氏馬尾藻(14.82%)[14]。多肋藻的碘含量比較低，僅為0.01%～0.03%，低于厚葉海帶[17]、黃官1號海帶[18]和糖海帶(S.latissima)[19]。

表3 不同褐藻的營養(yǎng)成分比較 %

多肋藻褐藻膠含量為25.95%～27.86%，與文獻報道的22.49%～29.13%[15]和厚葉海帶26.1%[17]含量相差無幾，高于大連黃官1號海帶(10.2%)[18]，屬于高褐藻膠含量的藻類。褐藻膠是由甘露糖醛酸和古羅糖醛酸以C1-4鍵混合連接起來的直鏈多糖，甘露糖醛酸/古羅糖醛酸值是褐藻膠的重要品質參數。筆者發(fā)現(xiàn)，多肋藻的甘露糖醛酸/古羅糖醛酸值為2.22，與海帶(2.10)相近，高于海蒿子(Sargassumconfusum)(1.00)和裙帶菜(Undariapinnatifida)(1.28)，約為萱藻(Scytosiphonlomentaria)(0.61)的4倍[20]。相對于褐藻膠在生長期的無明顯波動，其甘露糖醛酸/古羅糖醛酸值卻隨生長呈降低趨勢[15]，與海帶甘露糖醛酸/古羅糖醛酸值的變化一致[20]。多肋藻較高的甘露糖醛酸/古羅糖醛酸值表明，多肋藻褐藻膠凝膠強度低、持水性好、彈性好，因此多肋藻適用于對彈性要求高、持水性要求好的工業(yè)領域以及要求高甘露糖醛酸含量的醫(yī)藥、食品等領域，具有良好的應用前景。

3.2 海藻色素分析

海藻含有豐富的色素，除葉綠素外，還含有豐富的類胡蘿卜素。巖藻黃素是褐藻類胡蘿卜素的主要組成成分，有著強抗氧活化性，既是天然色素，又是天然抗氧化劑，有著重要開發(fā)價值[21-22]。多肋藻葉綠素a的含量在3—6月隨生長降低明顯(15.15～330.30 μg/g)，除3月為330.30 μg/g外，多肋藻葉綠素a的含量低于海帶(178 μg/g)[23]。與葉綠素a含量變化趨勢相同，巖藻黃素的含量在3—6月隨生長降低明顯(42.07～159.93 μg/g)，與Wu等[15]報道的變化趨勢一致。與其他褐藻相比(表4)，多肋藻巖藻黃素含量明顯低于糖海帶(319～737 μg/g)[19]、海帶(204.5～559.2 μg/g)[24]、圍氏馬尾藻(220.4～680.4 μg/g)[24]，高于海帶(30 μg/g)[25]。在整個生長期，色素含量的變化比較明顯，分析可能的原因，一是生長季節(jié)對此有明顯影響，尤其是葉綠素a和巖藻黃素，這可能與多肋藻生長過程中有機物迅速積累，藻體變厚導致單位質量的藻粉中色素含量相對減少有關。二是多肋藻色素含量相對較低(表4)，尤其是生長后期。除海藻本身含量差異以及生長季節(jié)的影響外，干燥方法、溫度、干燥時間對色素含量影響顯著[19,26-28]。有研究表明，曬干處理的海藻色素含量顯著低于其他干燥方式的海藻色素含量，與新鮮海帶和鹽漬海帶相比，曬干海帶色素含量僅為新鮮海帶色素含量的16.39%、鹽漬海帶色素含量的28.83%[23]。本試驗采用自然曬干的方法對樣品進行干燥處理，可能是導致多肋藻色素含量低的原因之一。另外，葉綠素與巖藻黃素含量的變化會造成藻類外觀顏色的變化，相比較而言，葉綠素易受熱、光、氧等條件影響而降解[29]，本試驗也發(fā)現(xiàn)葉綠素的降低速率高于巖藻黃素。

3.3 海藻褐藻糖膠單糖組成分析

褐藻糖膠是一種水溶性的、結合有硫酸基團的活性多糖，其中巖藻糖是主要的構成成分，除此之外還含有半乳糖、木糖、甘露糖等中性單糖，具有廣泛的生物學活性。海藻褐藻糖膠的單糖比較分析(表5)表明，除氨基葡萄糖、葡萄糖醛酸在多肋藻個別樣品[30-31]中未檢出，多肋藻的單糖種類比海帶[32]、裙帶菜[33]豐富。多肋藻單糖組成以巖藻糖為主，其摩爾百分含量除3月為40.11%外，4—6月含量均>50%，巖藻糖含量豐富。除巖藻糖外，半乳糖含量也較高，摩爾百分含量在18.11%～34.73%。其余單糖含量較低，其總量僅為17.58%～25.1%與已有的報道[29,31]相近。而海帶與裙帶菜則以巖藻糖(46.97%，36.9%)和甘露糖(19.60%，21.9%)為主，海帶中半乳糖與葡萄糖醛酸含量比較豐富，而裙帶菜中半乳糖(10.2%)、葡萄糖(15.7%)與木糖(15.3%)比較豐富[32-33]。值得注意的是，褐藻糖膠會因為藻類的來源不同而在化學組成、結構、分子量等方面有所差別，即使相同的藻類因生長環(huán)境、營養(yǎng)狀況、采集時間等因素的不同，使得褐藻糖膠的含量和單糖之間的比例有所不同[34-35]。此外，提取方法以及粗提后超濾、EDTA、酸處理等操作會給海藻褐藻糖膠完整性與活性造成影響[36]。

表4 不同褐藻色素含量比較分析 μg/g

表5 不同海藻褐藻糖膠中單糖組成比較 %

4 結 論

通過對山東榮成海區(qū)養(yǎng)殖多肋藻營養(yǎng)成分的測定與分析，發(fā)現(xiàn)生長季節(jié)對多肋藻的營養(yǎng)成分有著顯著影響，其甘露醇、褐藻膠含量高，且生長期內含量穩(wěn)定，適用于工業(yè)開發(fā)。多肋藻含有巖藻黃素、β-胡蘿卜素、褐藻糖膠等豐富的活性物質，是優(yōu)良的食用、藥用海藻。研究發(fā)現(xiàn)，5—6月多肋藻褐藻糖膠含量增長明顯，在藻體狀態(tài)較好的情況下，適當延遲收獲能促進多肋藻活性物質累積。