皺紋盤鮑腹足營養成分分析

丁建姿,姚艷艷,常麗榮,*,倪 甜,劉建玲,李長青

(1.威海長青海洋科技股份有限公司,國家海產貝類工程技術研究中心,山東榮成 264300;2.尋山集團有限公司,山東榮成 264300)

鮑是一種原始海洋貝類,單殼軟體動物,營養價值高,味道鮮美[1]。全世界已命名的鮑魚有216種,分布在我國沿海地區的鮑有7種,以北部渤海灣的皺紋盤鮑和南部沿海的雜色鮑最為多見。近年來,由于人們生活水平的提高,物質需求日漸豐富,對鮑的需求量也不斷加大。養殖量從2003年的不足1萬噸快速增長到2018年的將近17萬噸,現如今產量占世界總產值的86%以上[2],預計2020年市場規模將超過266億元。目前對于鮑的研究除了主要集中在養殖、加工方面[3-5],研究者也開始逐漸關注鮑自身營養價值的研究[6-7]。劉先進等[8]對鮑營養成分進行分析研究,表明鮑是一種蛋白質含量高、脂肪含量少,具有高營養價值的海產品。王姣等[9]從鮑內臟中提取多糖,研究發現該多糖具有良好的去除體外自由基的能力。其他學者也逐漸開始對鮑內臟酶、內臟多肽、內臟糖蛋白等營養成分進行分析研究[10-12]。王瑩等[13]對鮑體內的微量元素含量進行了研究分析,結果表明鮑體內微量元素含量豐富。對于鮑的營養成分研究,大部分學者研究的樣本個體比較單一,對南方越冬和北方生長的同一品系不同年齡段的鮑營養成分研究未見相關報道。

本研究以南方越冬鮑和北方鮑不同品系,不同養殖年齡段的皺紋盤鮑為研究對象,對鮑的常規營養成分以及金屬元素含量進行了綜合分析,意在通過營養成分和金屬元素含量兩方面全面評價其營養價值,并探究個體之間存在的差異,也為鮑的開發研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

選用皺紋盤鮑 品系分別命名為愛蓮灣原種鮑、長島野生鮑和生產鮑3種,年齡段包括1齡和2齡，所有樣品均來自威海長青海洋科技股份有限公司,一部分鮑為南方越冬養殖鮑,越冬時間為11月～4月,5月初越冬后回到北方的樣品,一部分鮑為北方養殖鮑,5月初從海上采集。研究樣本分別為愛蓮灣原種鮑1齡北(1齡北:北方養殖1齡鮑)、愛蓮灣原種鮑1齡南(1齡南:南方越冬養殖1齡鮑)、長島野生鮑1齡北、長島野生鮑1齡南、生產鮑1齡北、生產鮑1齡南、愛蓮灣原種鮑2齡北(2齡北:北方養殖2齡鮑)、愛蓮灣原種鮑2齡南(2齡南:南方越冬養殖2齡鮑)、生產鮑2齡北、生產鮑2齡南;硫酸、硝酸、高氯酸、鹽酸、氯化銫、氧化鑭、鐵氰化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硼氫化鉀、硫脲 均為優級純,國藥化學試劑有限公司;氯化鈉基準試劑、氯化鉀基準試劑、抗壞血酸、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、0.1 mol/L HCl標準滴定液、重鉻酸鉀、乙酸鎂、石油醚、苯酚、無水乙醇 均為分析純,國藥化學試劑有限公司。鉛、鉻、鎘、汞、砷、硒、銅、鋅、錳標準溶液(1000 μg/mL) 國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

FA1004天平 上海精密科學儀器有限公司;GZS-1.0真空冷凍干燥機 沈陽北冰洋食品工程有限公司;SXL-1008馬弗爐 上海精宏實驗設備有限公司;HYP-320消化爐 上海雙旭電子有限公司;UV2800SPC紫外分光光度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;DK-S24型電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司;PF51原子熒光光譜儀 京普析通用儀器;TAS-990原子吸收分光光度計(石墨爐) 北京普析通用儀器。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品預處理 將新鮮鮑去除內臟,腹足清洗干凈并切碎,在-40 ℃條件下冷凍2 h后放入冷凍干燥機中干燥、取出磨粉過60目篩,放入干燥器中備用。

1.2.2 常規營養成分測定 灰分測定采用GB 5009.4-2016,灼燒法;脂肪測定采用GB 5009.6-2016,索氏抽提法;蛋白質的測定采用GB 5009.5-2016,凱氏定氮法;總糖的測定采用GB/T 9695.31-2018,苯酚-硫酸法。

1.2.3 金屬元素含量測定

1.2.3.1 各元素的檢測標準及標準曲線 根據給定的標準,對樣品進行消解處理,消解完成后定容至一定體積,待測。各金屬元素檢測標準為:鉛,GB 5009.12-2017;鎘,GB 5009.15-2014;鉻,GB 5009.123-2014;汞,GB 5009.17-2014;砷,GB 5009.11-2014;硒,GB 5009.93-2017;銅,GB 5009.13-2017;鋅,GB 5009.14-2017;錳,GB 5009.242-2017;鉀、鈉:GB 5009.91-2017;鈣,GB 5009.92-2017;鎂,GB 5009.241-2017。將各元素標準溶液稀釋配制成一定濃度梯度,利用相應儀器測定各自的吸光度,吸光度與濃度成正比,繪制出相應的標準曲線,標準曲線方程的線性相關性R2≥0.995。

1.2.3.2 各元素儀器檢出限 金屬鉛、鎘、鉻采用石墨爐原子吸收法測定,鉀、鈣、鈉、鎂、銅、鋅、錳采用火焰原子吸收法測定,汞、砷、硒采用氫化物發生原子熒光法測定。在各元素儀器設定最佳參數的情況下,連續測定樣品空白值12次,得到各元素在最佳實驗條件下的檢出限,如公式(1)所示,

式(1)

式中:L:各元素在儀器最佳條件下的檢出限;Sb:12次連續測定樣品空白的標準偏差;S:標準曲線的斜率。

1.2.3.3 各元素加標回收率 本實驗采用加標回收的方法來驗證實驗的準確度,在進行樣品的消解過程中隨機取一個樣品,分成四份,其中一份正常測量,另外三份分別加入樣品本底值0.5倍、1倍、2倍的標準溶液,然后進行測量,測量結果采用公式(2)表示

式(2)

注:P:加標回收率;m0:加標量;m1:樣品本底值;m2:加標后測定值。

1.3 數據處理

用統計軟件SPSS 20.0對采集的數據進行處理,常規營養成分數據采用單因素方差分析法(ANOVE,Tukey檢驗)進行顯著性檢驗,若方差齊性則采用Duncan進行單因素多重比較分析,若方差不齊性,則采用Tamhane’s T2(M)進行單因素多重比較分析。對常規營養成分和8種有益金屬元素(K、Ca、Na、Mg、Cu、Zn、Mn和Se)數據進行主成分分析[14-15]。主成分分析的目的是通過降維作用將多個因子變量轉化成少數綜合性變量,利用少數的指標來反映整體的信息。因此將常規營養成分含量和有益金屬元素進行主成分分析,可以得出占主要作用的主成分,綜合營養成分和有益金屬元素的角度對鮑魚腹足營養成分進行評價。

2 結果分析

2.1 常規營養成分含量分析

表1為10種南方越冬鮑和北方鮑的不同品系、不同年齡段常規營養成分含量表。從表1可知不同鮑樣本蛋白質含量在60.80%～72.45%之間,生產鮑1齡北與愛蓮灣原種鮑1齡北、長島野生鮑1齡南與生產鮑2齡北、生產鮑2齡南與生產鮑1齡南蛋白質含量無顯著性差異,愛蓮灣原種鮑2齡南與愛蓮灣原種鮑1齡南、生產鮑1齡南蛋白質含量無顯著性差異,其余鮑樣本之間蛋白質含量差異顯著(P<0.05)。1齡鮑蛋白質的含量要高于2齡鮑,北方鮑蛋白質的含量高于南方越冬鮑。本實驗鮑均是剛越冬后的樣本,北方冬季溫度低,鮑需要經過4～5個月的越冬期,在越冬的過程中,機體會發生抗寒的應激反應。蛋白質是構成鮑機體的基本結構物質,在抗寒的過程中蛋白含量會有一定的提升[16],因此北方鮑蛋白含量明顯高于南方越冬鮑。鮑個體之間抗寒性也會存在差異,1齡鮑本身就比2齡鮑個體小,1齡鮑在抗寒的過程中可能需要消耗的能量比2齡鮑大,因此1齡鮑存儲蛋白含量可能比2齡鮑高。

表1 鮑腹足常規營養成分含量Table 1 General nutritional components content of abalone meat

從表1可知不同鮑樣本總糖含量在5.09%～23.88%之間,生產鮑2齡南與愛蓮灣原種鮑2齡南、生產鮑1齡南與愛蓮灣原種鮑1齡南、生產鮑2齡北與長島野生鮑1齡南、生產鮑2齡北與愛蓮灣原種鮑2齡北總糖含量無顯著性差異,其余鮑樣本之間總糖含量差異顯著(P<0.05)。北方鮑總糖含量(5.09%～19.63%)明顯低于南方越冬鮑總糖含量(20.15%～23.88%),1齡鮑總糖含量低于2齡鮑。糖類物質是生命活動的主要供能物質,總糖作為能源物質,為鮑的生存提供能量[17]。在抗寒過程中,鮑生命體主要是先消耗糖類,再消耗其他能源物質。因此在越冬過程中,北方鮑消耗更多糖類,北方鮑總糖含量明顯低于南方鮑。從個體差異上看,1齡鮑個頭明顯比2齡鮑要小,1齡鮑在抗寒的過程中可能需要消耗的糖類比2齡鮑大,因此1齡鮑總糖含量低于2齡鮑。

表1數據可知,不同鮑樣本脂肪含量在1.52%～3.74%之間。愛蓮灣原種鮑1齡北與生產鮑2齡北、長島野生鮑1齡南與生產鮑1齡南、愛蓮灣原種鮑1齡南與生產鮑1齡南脂肪含量無顯著性差異,愛蓮灣原種鮑1齡南與愛蓮灣原種鮑2齡北、生產鮑2齡南脂肪含量無顯著性差異,其余鮑樣本之間脂肪含量差異顯著(P<0.05)。北方鮑脂肪含量高于南方越冬鮑,因為北方冬季水溫低于南方,抗寒過程導致其體內需要儲存脂肪。當其他能量不足時,脂肪會轉化成甘油和脂肪酸等物質,為機體提供能量[18],因此北方鮑脂肪含量高。

表1數據可知,灰分含量在6.27%～7.63%之間。愛蓮灣原種鮑1齡北與長島野生鮑1齡北、生產鮑2齡南與愛蓮灣原種鮑1齡南灰分含量無顯著性差異,生產鮑2齡北與生產鮑1齡北、愛蓮灣原種鮑2齡北,愛蓮灣原種鮑2齡南與愛蓮灣原種鮑2齡北、生產鮑1齡南、長島野生鮑1齡南灰分含量無顯著性差異,其余鮑樣本之間脂肪含量差異顯著(P<0.05)。北方鮑灰分含量大于南方越冬鮑。

2.2 金屬元素測定儀器檢出限、定量限和加標回收率

2.2.1 儀器檢出限、定量限 在各元素儀器設定最佳參數條件下,測定各金屬元素的標準曲線,并連續測定12次樣品空白,得到各元素的儀器檢出限和定量限。結果如表2所示,得到各金屬元素的標準曲線方程,結果表明各金屬元素在一定濃度范圍內線性關系良好(r>0.995)。并且根據得出的檢出限和定量限值即可判定后期金屬測定是否檢出以及測定的準確性。

表2 各金屬元素儀器相關參數Table 2 Equipment relevant parameters of each metal element

2.2.2 加標回收率 隨機抽取一份樣品,分成四份,一份測量本底值,另外三份分別加入樣品本底值0.5、1、2倍的標準溶液,樣品經消解處理,測定各金屬元素含量并測定加標回收率。每種金屬元素測定標準曲線時,不同濃度標準溶液連續測定6次,得到相對標準偏差(RSD)即精密度。加標量、加標回收率以及精密度測定結果如表3所示。根據GB/T 27404-2008《實驗室質量控制規范-食品理化檢測》相關規定驗證加標回收率是否符合標準。被測組分的加標回收率均在85%～105%之間,根據標準可知加標回收率均滿足要求,可以使用壓力消解罐消解預處理和所選測定儀器該來測定該13種元素含量。

表3 各金屬元素加標回收率以及精密度Table 3 Standard recovery rate and precision of each element

續表

2.3 金屬元素含量分析

三種不同品系、兩個年齡段的南方越冬鮑和北方鮑的13種常量和微量元素含量如表4所示。從表中可以看出鮑魚腹足中微量元素種類豐富,含量最多的是鈉、鉀兩種常量元素,其中鈣、鎂、銅、鋅、錳、硒是人體所必須的有益微量元素,含量豐富。鈣鋅是人體生長發育必不可少的微量元素,銅、錳參與多種酶的合成與作用,硒具有提高人體免疫功能和抗氧化功能[19-20]。鉛、鉻、鎘、汞、砷屬于有害重金屬元素,從表4可以看出,該5種金屬含量極少,且汞、砷的測定數值為總汞和總砷,對人體有害的是無機汞和無機砷,其含量值符合食品安全國家標準GB 2762-2017《食品中污染物限量》。結果說明南北方不同海域養殖的鮑均未受到重金屬污染。

表4 鮑腹足常量和微量元素含量(mg/100 g)Table 4 Contents of major and trace elements in abalone meat(mg/100 g)

2.4 鮑營養價值主成分分析

主成分分析的目的是通過降維作用將多個因子變量轉化成少數綜合性變量,利用少數的指標來反映整體的信息。因此將常規營養成分含量和有益金屬元素進行主成分分析,可以得出占主要作用的主成分,綜合營養成分和有益金屬元素的角度對鮑魚腹足營養成分進行評價。

2.4.1 提取主成分 以10個不同品系、年齡段鮑腹足作為樣本單元,對其4個常規營養成分和8種有益金屬元素進行主成分分析。由于營養成分含量與金屬元素含量是不同的量綱,常量元素和微量元素之間含量差異大,屬于不同的量級,因此在做主成分分析之前需要對數據進行標準化處理[21]。標準化處理方式即每一個變量值與平均值之差除以標準差,標準化結果如表5所示。

表5 數據標準化值Table 5 Standardized value of data

主成分分析結果如表6所示,從表6中可以看出前3個主成分的特征值大于1(一般認為提取的主成分特征值要大于1,主成分才有效[22]),其中第一主成分的方差貢獻率為49.032%,第二主成分方差貢獻率為22.536%,第三主成分方差貢獻率為11.174%,前3個主成分累積方差貢獻率為80.742%。上述結果說明前3個主成分可以有效的反應原始變量的絕大部分信息(一般認為累積方差貢獻率>80%,即可反應整體的絕大多數信息[23])。因此通過主成分分析提取前3個主成分代替之前的常規營養成分和有益金屬元素的信息,達到降維目的,從而綜合評價鮑營養價值。

表6 主成分分析特征值和方差貢獻率Table 6 Characteristic value and variance contribution rate of the principal component analysis

表7為10個鮑腹足樣本常規營養成分和有益金屬元素的主成分載荷矩陣,該表反映了主成分對初始因子的影響程度[24],正數值(負數值)越大說明該指標對主成分影響越大且為正影響(負影響)。從表7可知,蛋白質、脂肪、灰分、Na和Mg在第1主成分有較高的正相關負載荷,總糖在第1主成分有較高的負相關負載荷。結果說明當第1主成分較大時,蛋白質、脂肪、灰分、Na和Mg含量高,總糖含量低;Ca、Cu在第2主成分有較高的負載荷,說明第2主成分基本反映了兩者的信息;Mn在第3主成分有較高的負載荷,說明第3主成分基本反映了Mn的信息。上述結果表明4種常規營養成分主要取決于第1主成分,第2、3主成分主要反映了微量元素指標。

表7 初始因子載荷系數矩陣Table 7 Loading coefficient matrix of initial factor

2.4.2 主成分綜合性分析 根據各主成分載荷矩陣和特征值計算[25]得出各主成分元素函數表達式,結果如下:

F1=-0.0383Z蛋白質-0.4011Z總糖+0.3282Z脂肪+0.3405Z灰分-0.1727ZK+0.0445ZCa+0.3319ZNa+0.3830ZMg-0.0173ZCu+0.3014ZZn+0.0734ZMn+0.2886ZSe

F2=0.0446Z蛋白質-0.0739Z總糖-0.2211Z脂肪+0.0733Z灰分-0.4319ZK+0.5472ZCa+0.0344ZNa+0.0943ZMg+0.5689ZCu-0.1752ZZn+0.0331ZMn-0.2943ZSe

F3=0.1122Z蛋白質-0.0207Z總糖-0.0164Z脂肪-0.2253Z灰分-0.0466ZK+0.2443ZCa+0.1657ZNa-0.1157ZMg-0.2124ZCu-0.3738ZZn+0.7674ZMn+0.2426ZSe

Fn:第n主成分(n=1、2、3);Zm:鮑腹足樣品常規營養成分、金屬元素標準化后的含量。

將各主成分的方差貢獻率占3個主成分的累積方差貢獻率的比值作為權重進行加權匯總,得出主成分綜合模型為:

F:綜合模型;γn:第n個主成分的方差貢獻率(n=1、2、3);Fn:第n個主成分函數(n=1、2、3)。

根據主成分綜合模型公式可以得出10種鮑腹足樣本常規營養成分和8種有益金屬元素含量的綜合得分及排序情況,結果如表8所示。從營養成分和有益金屬元素角度評價鮑營養價值,可以得出北方鮑比南方越冬鮑有優勢,1齡鮑優勢大于2齡鮑,1齡鮑中優勢鮑是北方愛蓮灣原種鮑1齡北,2齡鮑中優勢鮑是北方愛蓮灣原種鮑2齡北。綜上所述,北方養殖的愛蓮灣原種鮑品系營養價值更高,更有優勢。

表8 綜合得分及排序Table 8 The comprehensive score and sort

3 結論

不同鮑之間營養成分存在一定差異。北方鮑蛋白質、脂肪、灰分含量高于南方越冬鮑,總糖含量低于南方越冬鮑。鮑中微量金屬元素含量豐富,有害金屬元素含量少,符合國家相關標準。對4種常規營養成分和8種有益金屬元素進行主成分分析,共提取出3個主成分,累積方差貢獻率為80.742%,綜合得分排名前3的為愛蓮灣原種鮑1齡北、長島野生鮑1齡北和生產鮑1齡北。從常規營養成分和有益金屬元素角度分析,北方鮑比南方越冬鮑有優勢,1齡鮑比2齡鮑優勢。1齡鮑和2齡鮑中皆是愛蓮灣原種鮑,營養價值高、優勢明顯。