2. 青岛市大型海藻工程技术研究中心,山东青岛 266104
2. Macroalgae Engineering Technology Centre of Qingdao, Qingdao, Shandong, 266104, China
【研究意义】鼠尾藻(Sargassum thunbergii)[1-2]、海黍子(Sargassum muticum)及铜藻(Sargassum horneri)等是一类具有较高经济价值的褐藻新资源,它们不仅是藻胶工业的优质原料,也是制备医药、食品、饲料、有机肥等的优质原料。该类褐藻在我国近海分布广泛,是海藻场及海底森林的主要组成部分。大部分的马尾藻一般不直接食用,但可以广泛用于饲料、藻胶和医药行业。海藻中含有丰富的维生素,如脂溶性维生素A、D的前体,维生素E、K,水溶性维生素B1、B2、B3、B12以及维生素C等。褐藻胶是褐藻细胞间质多糖的主要成分,具有高分子阴离子化合物的特性,是维持褐藻生命活动所必须的基础物质,其主要成分为多聚甘露糖醛酸(M)和多聚古罗糖醛酸(G)所构成的高分子化合物,它主要用作食品、纺织、橡胶、医药等工业的助剂。褐藻中岩藻聚糖硫酸酯具有抗凝血、降血脂、抗肿瘤、抗病毒、增强机体免疫机制等多种生理活性,在工业、农业、环保、轻工、食品、医疗等领域有重要的应用价值。褐藻中的岩藻黄素属于类胡萝卜素类的化合物,对光不稳定,易被氧化,具有优越的抗氧化作用和抗肥胖、抗肿瘤、调节血糖含量和清除自由基等活性。褐藻多酚是海藻体内的化学防御物质,分子量从几百到几十万,具有多种化学及生物活性:络合金属离子;抑制淀粉酶、酯酶、抗血纤维蛋白溶酶活性;抑制微生物生长;抑制附生藻类生长;抑制植食动物摄食;凝集血红细胞[3]。在高度不饱和脂肪酸的抗氧化实验中发现,褐藻多酚比目前常用的抗氧化剂BHT的抗氧化活性高2.5倍[4]。【前人研究进展】目前已有报道研究大连海黍子[5]、海南马尾藻[6]、广东亨氏马尾藻[7]、浙江一种马尾藻(羊栖菜)[8]的基本营养成分,如氨基酸、微量元素、维生素等,但有关马尾藻中褐藻胶、岩藻黄素、褐藻多酚这些活性成分分析资料较少。【本研究切入点】每种马尾藻的营养组成有着较大的差异,因此本研究采集山东荣成自然资源量较大的3种马尾藻,对其主要营养组成及功能活性成分物质进行测定及分析。【拟解决的关键问题】扩大马尾藻这一大型经济藻类的应用范围,提高其开发利用价值,为充分开发利用海藻资源提供一定的科学理论参考。
1 材料与方法 1.1 海藻的采集与处理2015年6月采集荣成俚岛湾海洋科技有限公司潮间带生长的鼠尾藻,潮下带生长的海黍子,以及筏架上漂浮生长的铜藻。所有采集的海藻用过滤海水洗刷后,60℃烘干,装入自封袋中,置于冰箱中冷冻保存。
1.2 方法 1.2.1 一般组分的含量测定粗蛋白的含量测定采用经典的凯氏定氮法;粗脂肪的含量测定采用索氏抽提法;粗纤维的含量测定采用重量法;灰分的测定采用560℃煅烧法;不溶性膳食纤维的含量测定采用国家标准GB 12394-90。
1.2.2 氨基酸含量测定海藻样品用2 mL 5 mol/L盐酸110℃水解24 h后过滤,所得滤液用真空泵40℃抽干;再用pH值5.5的磷酸缓冲液稀释到一定体积,摇匀,取一定量的水解样品用氨基酸自动分析仪进行测定。
1.2.3 微量元素以及维生素含量测定微量元素含量的测定:海藻样品用HNO3-HClO4混酸消解至无色透明,用双蒸水定容至一定体积,备用。用原子吸收光谱仪测定微量元素Cu、Fe、Zn的含量,用荧光分光光度法测定元素Se的含量(海洋监测规范生物体分析GB 17378.6-1998)。
维生素B1的含量采用国家标准GB/T 5009.84-2003测定,维生素B2的含量采用国家标准GB/T 14701-2002 测定。
1.2.4 海藻多糖的含量测定褐藻胶的含量测定参考文献[9]中所使用的醋酸钙法。褐藻淀粉和硫酸多糖的含量测定采用硫酸苯酚法,所用提取方法如下:取10 g海藻干粉,加20 mL甲醇脱色3次后,用80℃热水提取2 h;5 000×g离心后,收集上清液旋转浓缩;然后加入10 mL 50%(V/V)乙醇,离心收集沉淀,即为褐藻淀粉;上清液中再加入10 mL 80%(V/V)乙醇沉淀,收集沉淀物,为硫酸多糖。
1.2.5 其他生物活性物质的含量测定(1)甘露醇
采用硫代硫酸钠滴定法:海藻用蒸馏水浸泡24 h,将提取液浓缩沉淀,置于碘瓶中,加入3.2 g/L高碘酸钠溶液及硫酸溶液(水∶浓硫酸=1∶20,V/V),50℃水浴加热15 min,放冷。加入16.5%(W/V)碘化钾液,放置5 min,用0.1 mol/L硫代硫酸钠滴定液滴定,至近终点时,加入1%(W/V)淀粉溶液1.0 mL使溶液呈蓝色,再继续滴定至蓝色消失。每1.0 mL硫代硫酸钠滴定液(0.1 mol/L)相当于1.821 8 mg甘露醇。
(2)岩藻黄素
准确称取1.05 g马尾藻干粉,用20 mL甲醇在60℃的条件下避光静置,浸提2次,每次1 h。浸提液冷冻离心后留取上清液并转入分液漏斗中,缓慢加入正己烷,充分震荡,放置分层,保留上层溶液;再用正己烷对下层甲醇水溶液进行萃取,直至不能再从下层中萃取出黄素物质为止,最后舍掉下层,合并所得的上层溶液。在岩藻黄素特定吸收波长450 nm下测吸光度值,按下式算出岩藻黄素含量:
岩藻黄素(mg/g)=(A455×n×1 000)/(A1 cm1%×M×100),
式中:A455为样品在445 nm处的吸光值;n为稀释倍数;A1 cm1%为在1 cm光程长的比色皿中1 g/L岩藻黄素的理论吸收值,即1 600;M为样品重量,g。
(3)褐藻多酚
准确称取2 g干样品,加50 mL蒸馏水,于121℃条件下提取15 min。提取液 3 000 r/min离心20 min,用蒸馏水将上清液定容至50 mL得到热水提取的褐藻多酚溶液。然后加入3倍体积的95%(V/V)乙醇溶液进行沉淀,静置10 min后进行离心,旋转蒸发出上清液中的乙醇,浓缩液加蒸馏水定容至50 mL,得到褐藻多酚溶液。取1 mL褐藻多酚溶液置于15 mL试管中,加水稀释至7 mL,混合均匀,加入1 mL Folin-Denis试剂摇匀,3 min后加入2 mL饱和碳酸钠溶液,充分混合,3 h后于710 nm测定吸光值。用1%(W/V)间苯三酚标准液按上述方法做出标准曲线,样品测得的710 nm处吸光值代入标准曲线公式中即可求得褐藻多酚含量。
Folin-Denis试剂为磷酸钨铝复合物:将20 g钨酸钠,80 g磷钼酸钠,50 mL (85%,V/V) 磷酸溶液及750 mL水混合,加热回流2 h,冷却后加水定容至1 L。
2 结果与分析 2.1 3种马尾藻的一般组成含量已报道的海藻中蛋白质含量一般在20%以下[10],从表 1可以看出,本试验中3种海藻的粗蛋白含量为14.1%~19.1%,高于海带(6.4%)[10];其中,鼠尾藻与海黍子中粗蛋白含量比较高,与羊栖菜(15.3%)及裙带菜(17.2%)的粗蛋白含量[8]接近,而铜藻中粗蛋白含量在3种海藻中最低。另外,鼠尾藻与海黍子的粗纤维含量相对低于铜藻;3种海藻的脂肪含量都比较低。总体上来说,海黍子与鼠尾藻的基本营养成分组成比较接近。
粗纤维仅包含部分纤维素、半纤维素、木质素及少量含氮化合物,而膳食纤维包含纤维素、半纤维素、戊聚糖、木质素、果胶、树胶等,因此膳食纤维比粗纤维更能客观、准确地反映食物的可利用率。鼠尾藻、铜藻的不溶性膳食纤维含量比较高,可作为强化纤维配方食品的添加剂。另外,受实验条件限制,我们只测定3种海藻中维生素B1、B2的含量,结果显示3种海藻中维生素B2的含量较高(表 1)。
2.2 蛋白质的氨基酸组成及含量由表 2可知,马尾藻含有17种氨基酸,缺少色氨酸。鼠尾藻、海黍子、铜藻氨基酸总量分别是16.5 g/100 g、15.4 g/100 g、16.95 g/100 g,必需氨基酸含量分别是5.27 g/100 g、5.70 g/100 g、5.30 g/100 g;必需氨基酸占总氨基酸量的比例分别为31.9%,37.0%,31.3%。WHO推荐的理想蛋白质模式是必需氨基酸占总氨基酸的40%左右,海黍子的氨基酸组成比较接近这一要求。
海藻中含有海水中所有的无机元素,其中K、Na、Mg、Ca、Cl含量很高,是无机元素的宝库,这些无机元素在人体内参与生命过程,起着非常重要的作用。海藻有将海水中元素浓缩的能力,比如铁在海水中含量一般为0.01 mg/kg,而本试验所测得的3种马尾藻铁含量为110~426 mg/kg。从表 3可以看出,3种海藻的微量元素含量比较丰富,特别是铁的含量远高于海带(39 mg/kg)[11],但低于报道的亨氏马尾藻(500 mg/kg);硒的含量比亨氏马尾藻高(30 μg/kg)[7]。
褐藻多糖主要分为细胞间质多糖及细胞内贮藏多糖,褐藻间质多糖包括褐藻胶及硫酸多糖,细胞内贮藏多糖多为淀粉类物质。
本试验海藻中褐藻胶含量为12.4%~26.2%,其中鼠尾藻的褐藻胶含量最高,鼠尾藻及铜藻中的褐藻胶含量与海带褐藻胶含量(24.5%)[11]接近(表 4)。从马尾藻提取的褐藻胶与从海带中提取的褐藻胶在分子量、凝胶强度等特征上有很大的差异,用途不尽相同,目前从马尾藻提取的褐藻胶在市场上比较紧缺。褐藻淀粉是褐藻细胞内储存多糖,在所测3种马尾藻中,其含量都很低(表 4)。
比较发现,铜藻的岩藻聚糖硫酸酯含量最高,其次是海黍子,鼠尾藻含量最低。从岩藻聚糖硫酸酯的单糖组成(表 5)中可以看出,海黍子和铜藻中的岩藻糖含量最高,达到27%以上,而鼠尾藻中的岩藻糖含量比较低;鼠尾藻中甘露糖含量最高。同时,海藻岩藻聚糖硫酸酯中还含有微量的葡萄糖醛酸、氨基葡萄糖、鼠李糖、葡萄糖和木糖。
从表 6可以看出,铜藻中岩藻黄素含量比较高,达到0.74 mg/g,比文献中报道的海带岩藻黄素(0.556 mg/g)高,比裙带菜岩藻黄素(1.21 mg/g)低。鼠尾藻及海黍子的褐藻多酚含量比较高。3种海藻的甘露醇含量接近,均比海带的甘露醇含量(7%以上)[12]低。
鼠尾藻及铜藻的褐藻胶、岩藻黄素及不溶性膳食纤维含量高。海黍子氨基酸组成比较接近WHO推荐的理想蛋白质模式,可作为强化纤维配方食品的添加剂;海黍子中褐藻多酚及岩藻糖含量较高,是功能活性成分优良的海藻,可作为功能活性成分提取的原料,广泛应用于医药上。
[1] |
丁刚, 吴海一, 辛美丽, 等. 水动力条件对鼠尾藻幼苗生长的影响[J]. 广西科学院学报, 2015, 31(4): 233-238. DING G, WU H Y, XIN M L, et al. effects of hydrodynamic conditions on growth of Sargassum thunbergii seeding and content chlorophyll-a[J]. Journal of Guangxi Academy of Sciences, 2015, 31(4): 233-238. |
[2] |
刘玮, 丁刚, 吴海一, 等. 鼠尾藻群体的有性生殖力影响因素研究[J]. 广西科学院学报, 2015, 31(4): 239-242. LIU W, DING G, WU H Y, et al. Fertility analysis of Sargassum thunbergii population[J]. Journal of Guangxi Academy of Sciences, 2015, 31(4): 239-242. |
[3] |
范晓, 严小军. 海藻化学研究与展望[J]. 海洋科学, 1996(2): 24-25. FAN X, YAN X J. Research aspects of marine algal chemistry[J]. Marine Science, 1996(2): 24-25. |
[4] |
YAN X, LI X, ZHOU C, et al. Prevention of fish oil rancidity by phlorotannins from Sargassum kjellmanianum[J]. J Appl Phycol, 1996, 8(3): 201-203. DOI:10.1007/BF02184972 |
[5] |
陶平, 贺风伟. 大连沿海3种大型速生海藻的营养组成分析[J]. 中国水产科学, 2001, 7(4): 60-63. TAO P, HE F W. An analysis of nutrient components in 3 kinds of quickly-growing big seaweeds along Dalian coastal waters[J]. Journal of Fishery Sciences of China, 2001, 7(4): 60-63. |
[6] |
罗先群, 王新广, 杨振斌. 马尾藻的营养成分测定及多糖的提取[J]. 化学与生物工程, 2007, 24(4): 64-66. LUO X Q, WANG X G, YANG Z B. Determination of nutritive composition and extraction of polysaccharides in Sargassum[J]. Chemistry & Bioengineering, 2007, 24(4): 64-66. |
[7] |
谌素华, 王维民, 刘辉, 等. 亨氏马尾藻化学成分分析及其营养学评价[J]. 食品研究与开发, 2010, 31(5): 154-156. CHEN S H, WANG W M, LIU H, et al. Chemical constituents in Sargassum henslowianum and its nutrition evaluation[J]. Food Research and Development, 2010, 31(5): 154-156. |
[8] |
戴志远, 洪泳平, 张燕平, 等. 羊栖菜的营养成分分析与评价[J]. 水产学报, 2002, 26(4): 382-384. DAI Z Y, HONG Y P, ZHANG Y P, et al. Evaluation on nutritional components of Sargassum fusiforme[J]. Journal of Fisheries of China, 2002, 26(4): 382-384. |
[9] |
尚德荣, 宁劲松, 赵艳芳, 等. 海带中褐藻胶含量测定方法的建立[J]. 食品安全与检测, 2011, 36(8): 252-254. SHANG D R, NING J S, ZHAO Y F, et al. Establishment of the determination on kelp alginate[J]. Food Science and Technology, 2011, 36(8): 252-254. |
[10] |
沈月新. 水产食品学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2001: 130-131. SHEN Y X. Aquatic Bromatology[M]. Beijing: hina Agriculture Publishing House, 2001: 130-131. |
[11] |
曾呈奎, 陆宝仁. 墨角藻目[M]. 北京: 科学出版社, 1983: 212-213. ZENG C K, LU B R. Fucaceae[M]. Beijing: Science Publishing House, 1983: 212-213. |
[12] |
盛晓风, 赵艳芳, 尚德荣, 等. 海带不同生长时期营养成分和主要元素差异比较[J]. 食品科技, 2011, 36(12): 66-68. SHENG X F, ZHAO Y F, SHANG D R, et al. Differences in the major nutrition constituents and major elements in the kelp of different growing stages[J]. Food Science and Technology, 2011, 36(12): 66-68. |