浒苔(Ulva prolifera)属于绿藻门石莼科, 是大型绿藻, 在江苏海区广泛分布, 具有明显的时空分布特征(Li et al, 2014; Huo et al, 2016)。江苏的定生浒苔主要有缘管浒苔、扁浒苔、肠浒苔等, 大量来源于紫菜筏架。浒苔是紫菜生产中的主要杂藻, 增加了紫菜的加工难度, 降低了干紫菜产品质量。越来越多的证据显示, 漂浮浒苔暴发的源头来自于江苏近岸浅滩区, 通过向北的级联放大, 达到绿潮的规模(Liu et al, 2010; Lin et al, 2011; Wang et al, 2015)。在每年的4月至7月, 在江苏海区存在较大规模的浒苔生物量, 因此对浒苔的处理与利用具有较大的生态与社会效益。

浒苔具有高效的营养盐吸收能力(Luo et al, 2011; Luo et al, 2012), 生长和繁殖能力较强(Cohen et al, 2006; Liu et al, 2010), 同时具有较强的重金属富集能力(宁劲松等, 2009), 因此不同海区的浒苔营养水平存在着较大差异(林英庭等, 2015), 应该分开而论。对浒苔的营养成分调查多来自青岛、浙江与福建沿岸海区, 调查品种有漂浮浒苔、缘管浒苔、肠浒苔与条浒苔等(徐大伦等, 2003;何清等, 2006;林英庭等, 2009;林建云等, 2011;段元慧等, 2014)。蔡子豪等(2016)对2014年江苏海区的漂浮浒苔的营养水平进行了分析, 未见对江苏紫菜筏架上定生浒苔的营养水平调查。

浒苔既可食用与药用, 也可用作饲料或肥料, 利用前景广泛。对浒苔营养成分组成的分析及其安全性评价是浒苔开发利用的前提, 为浒苔的资源化利用提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 样品收集

实验所需定生浒苔样品于2015年1—5月分别取自江苏连云港、盐城与南通紫菜筏架以及浙江宁波近岸海区; 漂浮浒苔于2015年6月取自江苏近海与青岛近岸海区; 条斑紫菜和坛紫菜于2016年取自江苏盐城海区。同一采集地分5个采样点以上采集, 并等质量混匀, 采集的海藻用消毒海水洗净后阴干, 后于60℃再干燥。干燥后的样品用粉碎机粉碎, 过60目筛, 分装于样品袋, 置于–20℃冰箱中备用。

1.2 矿物质与重金属检测

钙、钾、镁、锰、镍、锌、铅、铬、铁、铜、磷、镉含量检测参照BS EN ISO 17294-2: 2004;汞含量检测参照BS EN 13806: 2002。

1.3 一般营养成分检测

灰分含量检测参照GB5009.4-2010;蛋白质含量检测参照GB 5009.5-2010第一法; 膳食纤维含量检测参照GB 5009.88-2014;粗脂肪含量检测参照GB/T 14772-2008。

1.4 氨基酸含量检测

准确称量17种氨基酸标准品, 用水配制混合液, 使其终浓度均为0.5、1、5、10、20、50、100、200μg/mL八个标准浓度梯度。取研磨好的紫菜100mg, 加入1.6mL盐酸过夜放置, 12000r/min离心5min取上清液100μL, 加入900μL甲醇稀释10倍, 取稀释过的溶液50μL, 加入浓度为1μg/mL的丙氨酸-d4同位素内标100μL, 涡旋混匀, 瞬离, 低于45℃挥干, 加入浓盐酸︰正丁醇(1︰3) 60μL, 混匀后瞬离(把盖上液滴甩下), 65℃恒温放置15min衍生化, 瞬离后低于45℃挥干, 加入80%乙腈水100μL复溶, 混匀直接进样分析。

色谱条件:色谱柱: ACQU ITY UPLC® BEH C18色谱柱(2.1×100mm, 1.7μm, 美国Waters公司), 进样量5μL, 柱温40℃, 流动相A含0.1%甲酸和0.1%七氟丁酸的乙腈, 流动相B含0.1%甲酸水, 流速0.2mL/min; 梯度洗脱程序如下: 0—1min, 5% A; 1.5—2min, 5%—20% A; 2—7min, 20%—30% A; 7—8.5min, 30%—98% A; 8.5—10.5min, 98% A; 10.5—11min, 5%—98% A; 11—12.5min, 5% A。MS条件:电喷雾电离(ESI)源, 正离子电离模式。离子源电压3200V, 溶剂温度380℃, 锥孔电压20V。采用多重反应监测(MRM)进行扫描。

1.5 营养品质评价

采用Simca(瑞典, UMETRICS)软件和SPSS 22.0 (美国, IBM)软件对所有样品的基础营养成分进行卡方检验与主成分分析。

参照2007年世界卫生组织建议的成人必需氨基酸模式(World Health Organization, Food and Agriculture Organization of the United Nations, United Nations University, 2007), 并根据如下公式计算氨基酸比值系数(ratio coefficient of amino acid, RC) (FAO, 1970)。

其中, 比值较低者为限制性氨基酸, RC就是该种蛋白质的氨基酸比值。

2 结果与分析 2.1 江苏海区浒苔中基础营养组分与含量

通过对江苏海区浒苔及其对照的基础营养调查可以发现(表 2):江苏的定生与漂浮浒苔中的蛋白质含量占到干重的26.3%—31.6%, 接近于该海区坛紫菜中的蛋白水平(33.1%), 显著高于浙江定生浒苔与青岛漂浮浒苔; 江苏南部(盐城与南通)的定生浒苔中灰分含量较高, 达到干重的20.0%—34.9%, 连云港浒苔的灰分含量只有14.0%—14.4%;青岛漂浮浒苔的膳食纤维含量最高, 达到干重的48.6%, 江苏海区浒苔的膳食纤维含量均低于条斑紫菜(33.3%), 除了El-5, 浒苔粗脂肪含量均高于紫菜。通过以上结果显示, 江苏海区浒苔具有蛋白含量高, 膳食纤维含量低的特点, 相对营养水平较高。

分析本研究各样本间在营养组分含量上的差异, 根据营养组分数据的离散性采用卡方检验, 结果显示各样品间没有显著差异, 因此进而采用主成分分析法分析。对所有样品的基础营养组分进行数据均一化处理后, 进行主成分分析, 提取前两个主成分, 第一主成分方差贡献率为40.31%, 第二主成分方差贡献率达到22.21%。Bartlett球形检验统计量的Sig < 0.01, 因此, 各营养组分之间存在着显著的相关性, 适用于主成分分析。根据主成分得分图可以发现(见图 1), 江苏浒苔全部位于第二主成分的负轴, 与其他样品明显区分开, 同时, 两种紫菜全部聚在第一与第二主成分的正轴, 浙江定生浒苔与青岛漂浮浒苔聚在图 1的左半轴。表明浒苔的营养水平具有显著的地区特性, 且紫菜与浒苔的各个营养富集水平有着较大的差别。综合荷载图, 进一步说明膳食纤维含量是区分不同海区浒苔的主要依据; 江苏浒苔相较其他海区, 铁离子与铜离子的含量比较大; 相比于浒苔, 条斑紫菜在蛋白含量, 磷、锌离子的吸收水平上明显高于浒苔, 钙离子与镁离子的吸收水平低于浒苔。

2.2 江苏海区浒苔中氨基酸组成与含量

对样品中的17种氨基酸进行定性定量分析, 由表 3可以发现, 江苏浒苔的总氨基酸含量在21.72%—26.85%之间, 高于其他海区。江苏浒苔的必需氨基酸与氨基酸总量之比(EAA/TAA)为40.66%— 53.63%, 必需氨基酸与非必需氨基酸的百分比为68.51%—115.66%, 均超过Food and Agriculture Organization / World Health Organization (FAO/WTO)推荐的理想模式(EAA/TAA≥40%, EAA/NEAA≥60%)的指标要求, 是较好的食物蛋白源。此外, 浒苔中的四种呈味氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸)含量达到氨基酸总量的33.56%—42.91%, 与紫菜相仿, 说明浒苔具有较好的呈味特性, 可用于制作风味调味料、风味食品等。

利用化学测定法根据2007年WHO/FAO/UNU推荐的成人必需氨基酸需求量, 评估了各个样品中的必需氨基酸(见表 4), 可以发现, 江苏浒苔的第一限制氨基酸为甲硫氨酸。

2.3 江苏海区浒苔重金属安全评价

对样品中的4种重金属含量进行检测分析, 并比对四个限量标准(见表 5), 可以发现江苏浒苔样品中的铅含量均超过《食品安全国家标准食品中污染物限量》GB2762-2017中的限定值, 最高达到3.75mg/kg, 说明江苏浒苔受到了较为严重的铅污染。浒苔与坛紫菜中铬的含量均超过《绿色食品藻类及其制品》NY/T 1709-2009的限定值。除了青岛漂浮样, 所有样品中镉的含量均超过《绿色食品藻类及其制品》NY/T 1709-2009的限定值。此外, 连云港定生浒苔和紫菜样品中的镉含量还超过了《饲料卫生标准》GB 13078-2017。所有样品均符合《生物有机肥》NY884- 2012的重金属限量要求。

3 讨论

通过不同地区和种类海藻之间的比较, 总结了江苏海区定生浒苔和漂浮浒苔共有的营养学特性。由于江苏定生浒苔具有多个品种聚集生长的特点, 且各个品种之间难以直接区分, 因此采样时将其视为一个整体, 对研究该海区定生浒苔群体具有一定代表性。

结果表明, 采用主成分分析法可以将江苏浒苔和其他海区浒苔明显区分开, 江苏浒苔具有高蛋白、低膳食纤维的特点。江苏定生浒苔的蛋白含量占到干重的26.3%—31.6%, 低于同一海区条斑紫菜, 略低于坛紫菜的33.1%, 与同海区的漂浮浒苔较为一致(蔡子豪等, 2016)。江苏浒苔的蛋白含量与该海区较为丰富的无机氮源直接相关(Luo et al, 2012;李俭平等, 2010;张晓昱等, 2017;矫新明等, 2017)。青岛漂浮浒苔干物质中蛋白含量只有11.0%, 膳食纤维含量高达48.6%, 相较连云港漂浮浒苔, 含氮量降低, 含碳量增加, 反映了浒苔在向北输运过程中生物量急剧增长(Liu et al, 2010; Wang et al, 2015)。

通过主成分分析法还可以发现, 浒苔的钙、镁离子含量相对高于紫菜, 且江苏浒苔中铁、铜离子的含量比较大, 说明矿物质元素含量受到海区和物种的一定影响(林建云等, 2011;林英庭等, 2015)。浒苔中的磷含量低于紫菜, 且条斑紫菜高于坛紫菜, 意味着条斑紫菜从水体中转移磷的能力高于浒苔。本研究条斑紫菜的磷含量略低于陆勤勤等(2016)的报道。

江苏浒苔的氨基酸种类齐全, 必需氨基酸与氨基酸总量之比以及必需氨基酸与非必需氨基酸之比均满足FAO/WTO推荐的理想模式, 是较为优质的氨基酸来源。并且呈味氨基酸含量达到氨基酸总量的33.6%—42.9%, 与紫菜中的含量相仿, 具有较高的呈味特性。江苏浒苔的第一限制氨基酸为甲硫氨酸, 而蔡子豪等(2016)以AAS法评价南黄海漂浮浒苔的限制氨基酸为甲硫氨酸+半胱氨酸或异亮氨酸, 以CS法评价时均为甲硫氨酸+半胱氨酸, 表明了不同的评价方法限制氨基酸具有一定的差异。

浒苔富集重金属的能力与浒苔种类、生长季节以及海区有关(陶平等, 2001)。江苏海区浒苔中铅离子含量严重超标, 福建近海的浒苔同样如此, 且含量最高达到10.22mg/kg (林建云等, 2011;杨欢等, 2013)。本研究与其他报道一致认为, 青岛沿岸的浒苔中铅含量符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》GB2762-2017的限量要求(林英庭等, 2009;廖梅杰等, 2011)。江苏浒苔中的铬含量均超过《绿色食品藻类及其制品》NY/T 1709-2009的限定值, 最高达到14mg/kg。因此, 重金属含量的超标成为江苏浒苔开发的瓶颈之一, 需要引起高度重视。

浒苔由于含有丰富的多糖、矿物质元素、氨基酸等营养成分, 在农业、食品、工业、医药等多个行业具有广泛的应用前景(单俊伟等, 2016)。江苏是浒苔资源量巨大的省份, 既包括筏架设施上的定生浒苔, 也包括漂浮浒苔。由于具有短时间大量增长的特点, 对资源的开发与处理带来较大压力。目前对于漂浮浒苔仍以应急打捞为主, 定生浒苔一般采取回收筏架设施的方式处理, 仍然以“治”为主, 这与浒苔的利用价值尚未达到一定的门槛有关。如能够进一步挖掘江苏浒苔的利用价值, 特别是食品价值, 克服开发利用瓶颈, 推动浒苔加工的产业化, 将促进定生浒苔和绿潮的预防和治理, 带来巨大的经济与生态效益。

4 结论

本研究比较了不同海区浒苔及其与紫菜的营养学特性, 利用主成分分析法可以将江苏浒苔与其他浒苔和紫菜明显区分开, 说明江苏浒苔的营养具有区域一致性。江苏浒苔中的蛋白质含量占到干重的26.3%—31.6%, 江苏浒苔的膳食纤维含量均低于条斑紫菜(33.3%), 粗脂肪含量占干重的0.6%—1.6%。浒苔中钙、镁含量高于紫菜, 磷含量低于紫菜。必需氨基酸含量组成均符合FAO/WTO推荐的理想模式, 第一和第二限制氨基酸为组氨酸或甲硫氨酸, 呈味氨基酸含量达到氨基酸总量的33.6%—42.9%, 说明江苏浒苔具有较好的呈味特性。江苏浒苔的铅、铬离子含量均超过《绿色食品藻类及其制品》NY/T 1709-2009的限定值, 成为制约浒苔开发利用的瓶颈之一。