陳美珍，徐景燕，潘群文，高小燕

(汕頭大學(xué)理學(xué)院生物系，廣東 汕頭 515063)

末水殘次壇紫菜的營養(yǎng)成分及多糖組成分析

陳美珍，徐景燕，潘群文，高小燕

(汕頭大學(xué)理學(xué)院生物系，廣東 汕頭 515063)

為有效利用殘次(即末水)壇紫菜資源，采用化學(xué)和光譜分析等方法對殘次壇紫菜的主要營養(yǎng)成分及多糖組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明：與盛產(chǎn)的三水壇紫菜比較，殘次壇紫菜粗蛋白(35.30%)、粗脂肪(0.51%)和粗纖維(5.11%)的含量明顯增加，而總糖(34.57%)和多糖(20.67%)含量均顯著減少，灰分(10.37%)含量變化不大，礦物元素K/Na值為6.3；殘次壇紫菜熱水提取多糖為單一組分(分子質(zhì)量28.54kD)，其主要由半乳糖(83.12%)、3,6-內(nèi)醚半乳糖(15.71%)和硫酸基(10.61%)組成。殘次壇紫菜是一種高蛋白、高膳食纖維、低脂肪、低熱能天然營養(yǎng)保健食品。

殘次壇紫菜；營養(yǎng)成分；多糖組成

壇紫菜(Porphyra haitanensis)屬紅藻門(Rhodophyta)紅毛菜科(Bangiacease)紫菜屬(Porphyra)，是我國大規(guī)模養(yǎng)殖的重要經(jīng)濟(jì)海藻之一，主要產(chǎn)于我國南方沿海如福建、廣東、浙江等地。壇紫菜是高膳食纖維、高蛋白、低脂肪、低熱量的堿性食品，有極高的食用價(jià)值。其多糖具有多種生理活性[1-2]，可加工成高附加值的功能性食品。壇紫菜的化學(xué)組成是隨生長期而變化[3-4]。一般紫菜分4次采收，即俗話說的頭水、二水、三水(產(chǎn)量最大)、四水，四水以下的越往后口感越差因而較少食用。由于末水(通常是六水)壇紫菜色澤差、口感粗糙、售價(jià)很低、獲利少，菜農(nóng)常放棄對其采收，導(dǎo)致其腐爛在海里污染環(huán)境。據(jù)調(diào)查，在壇紫菜生產(chǎn)中，末水壇紫菜(以下統(tǒng)稱“殘次壇紫菜”)約占紫菜總產(chǎn)量的10%以上。為此，本實(shí)驗(yàn)對殘次壇紫菜的主要營養(yǎng)成分和多糖組成進(jìn)行分析和評價(jià)，以期為殘次壇紫菜的高值化利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

殘次壇紫菜和三水壇紫菜由廣東汕頭市南澳縣金山農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供。紫菜原料均除盡砂雜，用水洗凈后于60℃條件下烘干，粉碎過40目篩，密閉保存?zhèn)溆茫褂脮r(shí)在105℃條件干燥至質(zhì)量恒定。

苯酚、半乳糖、果糖標(biāo)準(zhǔn)品，石油醚(沸程30～60℃)等分析用試劑均為分析純；DEAE-52纖維素 廣州威佳科技有限公司；Sephadex-G150葡聚糖凝膠 瑞典Pharmacia公司。

5417R臺式高速冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf公司；SOLAAR MKII系列-M6型火焰/石墨爐一體化全自動原子吸收光譜儀 美國熱電公司；1035型蛋白質(zhì)自動分析儀 瑞典TecaTor公司；2100型、UV-2100型分光光度計(jì) 龍尼柯(上海)儀器有限公司；EYEL4 N-1100型系列旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海愛朗儀器有限公司；Magna 750傅里葉變換紅外光譜儀 美國Nicolet公司；400MHz核磁共振波譜儀 瑞士Brucker Biospin公司。

1.2 方法

1.2.1 成分測定

1.2.1.1 常規(guī)營養(yǎng)成分

蛋白質(zhì)：微量凱氏定氮法；粗脂肪：索氏提取法；粗纖維：中性洗滌劑法；灰分：高溫灼燒稱量法；水分：常壓干燥質(zhì)量損失法；氨基酸組成：樣品經(jīng)6mol/L HCl溶液水解后，蛋白質(zhì)自動分析儀測定；主要礦物元素：營養(yǎng)元素測定除鈣采用滴定法(參考AOAC 968.31—1968《Calcium in Canned Vegetables Titrimetric Method》外，其他元素用原子吸收光譜儀測定；砷：GB/T 5009.11—2003《氫化物原子熒光光譜法》；鉛：GB/T 5009.12—2010《原子吸收石墨爐法》；鎘：GB/T 5009.15—2003《石墨爐原子吸收光譜法》；汞：GB/T 5009.17—2003《原子熒光光譜分析法》；鉻：GB/T 5009.123—2003《原子吸收石墨爐法》。其中，砷和汞用雙道原子熒光分光光度計(jì)測定。

1.2.1.2 糖含量

總糖含量：采用苯酚-硫酸法[5]，以半乳糖為標(biāo)準(zhǔn)品(用0.9的系數(shù)校正)；還原糖含量：采用二硝基水楊酸(3,5-dinitrosalicylic acid，DNS)法[5]測定。

多糖含量＝總糖含量－還原糖含量。

1.2.2 多糖分析

1.2.2.1 多糖的提取

稱取殘次壇紫菜，以料液比1:50(g/mL)的比例加入80%乙醇溶液回流2h，3000r/min離心l5min，棄上清液，殘?jiān)?0%熱乙醇溶液(50℃)洗滌3次，水浴揮盡乙醇，加入蒸餾水，沸水浴提取5h，3000r/min離心l5min，取上清液。上清液真空濃縮，Sevag法棄除蛋白質(zhì)，流水透析48h，蒸餾水浸泡透析24h，真空濃縮至原體積的1/3，加入3倍體積的95%乙醇，充分?jǐn)嚢瑁?℃放置過夜，7000r/min離心10min，收集醇沉物，真空冷凍干燥即得灰白色多糖樣品。

1.2.2.2 多糖的分離純化

采用DEAE-52層析柱分離，多糖用蒸餾水充分溶解，上樣量100mg，上樣體積4mL。先用蒸餾水洗脫20管，再用3mol/L NaCl溶液梯度洗脫，苯酚-硫酸法跟蹤檢測繪制洗脫曲線。

將上述分離得到的洗脫組分過Sephadex G-150層析柱純化，用0.1mol/L NaCl溶液洗脫，苯酚-硫酸法跟蹤檢測繪制洗脫曲線。

1.2.2.3 紫外光譜分析

用紫外光譜掃描儀對多糖的單一洗脫組分在200～400nm波長間進(jìn)行掃描，測定其紫外吸收光譜。

1.2.2.4 化學(xué)組成分析

半乳糖和3,6-內(nèi)醚-半乳糖含量測定按文獻(xiàn)[6]的方法，分別以半乳糖和果糖為標(biāo)準(zhǔn)品；硫酸根含量測定采用硫酸鋇比濁法[7]。

1.2.2.5 多糖分子質(zhì)量測定

采用凝膠過濾層析法測定多糖分子質(zhì)量[8]。取3mg Dextran blue 2000溶于3mL的蒸餾水中，加入到SephadexG-150層析柱中，并用0.1mol/L NaCl溶液洗脫，部分收集，每管1mL，用苯酚-濃硫酸法檢測，測得外水體積V0。在相同條件下測定已知分子質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖(T-10、T-40、T-70、T-500)的洗脫體積Ve，根據(jù)Kav＝(Ve－Vo)÷(Vt－Vo)對相應(yīng)的分子質(zhì)量對數(shù)值制作分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)曲線。

復(fù)溶多糖樣品，同前處理，測定其洗脫體積Ve，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出分子質(zhì)量。

1.2.2.6 紅外光譜分析

用紅外光譜儀、KBr壓片，在400～4000cm-1之間掃描。

1.2.2.7 二維核磁共振分析

取少量多糖樣品，溶于D2O中，配制其飽和溶液，400MHz核磁共振儀掃描，測定溫度為室溫，以二甲基亞砜為內(nèi)標(biāo)(化學(xué)位移為39.6)。

表1 殘次壇紫菜和三水壇紫菜的基本營養(yǎng)成分Table 1 Basic nutrients in low-value P. haitanensis and P. haitanensis at the third harvest g/100g(以干質(zhì)量計(jì))

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)營養(yǎng)成分分析

由表1可見，與三水壇紫菜比較，殘次壇紫菜的蛋白質(zhì)、脂肪和粗纖維含量顯著增加，水分和總糖、多糖含量明顯下降，而灰分含量變化不大。這種變化趨勢與陳人弼[9]報(bào)道的結(jié)果基本一致?？梢婋S著生長期的延長，藻體消耗糖類而積累蛋白，使殘次壇紫菜蛋白質(zhì)含量高達(dá)35.30%。盡管壇紫菜多糖含量隨著生長期而下降，但殘次壇紫菜仍含有20.67%的多糖。分析結(jié)果表明，殘次壇紫菜蛋白質(zhì)含量遠(yuǎn)高于其他經(jīng)濟(jì)海藻，可作為一種良好的食物蛋白源供人類食用或作為飼料。殘次壇紫菜也是活性多糖的有效來源，值得研究和開發(fā)利用。

2.2 氨基酸組成分析

表 2 殘次壇紫菜的氨基酸組成Table 2 Amino acid composition of low-value P. haitanensis g/100g(以干質(zhì)量計(jì))

從表2可知，殘次壇紫菜含有16種以上氨基酸，其中必需氨基酸(essential amino acid，EAA)種類齊全，EAA總量為12g/100g，占氨基酸總量(total amino acid，TAA)的33.99%，與非必需氨基酸(nonessential amino acids，NEAA)的比值為52.84%。據(jù)FAO/WHO推薦，質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)EAA/TAA為40%左右，EAA/NEAA在60%以上[10]，可見，殘次壇紫菜蛋白質(zhì)質(zhì)量較好。殘次壇紫菜中呈味氨基酸——亮氨酸、谷氨酸、天門冬氨酸、丙氨酸等含量都高于三水壇紫菜，呈味氨基酸占氨基酸總量的40%，因此殘次壇紫菜具有比三水壇紫菜更濃郁的海藻鮮美風(fēng)味，可加工成海鮮調(diào)味品。

2.3 礦物元素含量分析

表3 殘次壇紫菜礦物質(zhì)元素含量Table 3 Mineral elements in low-value P. haitanensismg/kg

由表3可知，殘次壇紫菜的K、Mg和Ca等常量元素含量豐富，微量元素Fe、Zn、Cu等的含量也較高，是堿性元素的良好來源。由表1、3可知，殘次壇紫菜的灰分含量為10.3 7%，雖然低于龍須菜(28.77%)[11]，但其K的含量卻高達(dá)29g/kg，接近龍須菜(10.97g/kg)的3倍，而Na的含量比龍須菜少，K/Na值為6.3，這種高鉀低鈉結(jié)構(gòu)對高血壓、高血脂癥患者特別有益。

殘次壇紫菜重金屬Pb、Hg、As的含量分別是1.06、0.02、2.84mg/kg，根據(jù)DB 35/669—2006《壇紫菜干品地方標(biāo)準(zhǔn)》壇紫菜干品標(biāo)準(zhǔn)中限量元素指標(biāo)(mg/kg)：鉛≤1.0；汞≤0.5；砷(無機(jī)砷)≤2.0，可見，殘次壇紫菜的Hg含量符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，而As和Pb則略有超標(biāo)。因此，將殘次壇紫菜加工成食品時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)棄除As和Pb。

2.4 多糖組成結(jié)構(gòu)分析

2.4.1 多糖的分離

圖1 多糖樣品經(jīng)DEAE-52柱層析的洗脫曲線圖Fig.1 Elution profile of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis on DEAE-52 column

從圖1可見，殘次壇紫菜多糖只存在一個(gè)明顯吸收峰，由NaCl溶液洗脫的組分。這與呂燕等[8]及Zhang等[12]從正品壇紫菜多糖中可分離出兩種以上多糖組分相比，存在較大差別，說明壇紫菜多糖組成結(jié)構(gòu)是隨著剪收期的增加而發(fā)生變化。

2.4.2 多糖的純化

圖2 多糖樣品經(jīng)Sephadex G-150柱層析的洗脫曲線圖Fig.2 Elution profile of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis on Sephadex G-150 column

圖2只有單一對稱洗脫峰，說明殘次壇紫菜多糖是單一組分。收集洗脫峰處洗脫液，透析后進(jìn)行真空冷凍干燥得單組分多糖。

2.4.3 多糖的純度鑒定

圖3 多糖組分紫外光譜圖Fig.3 UV absorption spectrum of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis

由圖3可見，多糖在260nm和280nm處沒有核酸和蛋白質(zhì)特征吸收峰，表明該多糖組分中不含核酸和蛋白質(zhì)。

2.4.4 多糖化學(xué)組成分析和分子質(zhì)量

經(jīng)測定，多糖中半乳糖、3,6-內(nèi)醚半乳糖、硫酸根的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為(83.12±0.41)%、(15.71±0.27)%、(10.61±0.70)%，分子質(zhì)量為28.54kD。與紀(jì)明侯等[13]、穆凱峰等[14]和呂燕等[8]對南方(福建、湛江市)壇紫菜多糖的化學(xué)組成分析結(jié)果比較，殘存壇紫菜多糖含有較多的3,6-內(nèi)醚半乳糖，而硫酸基的含量相近，多糖分子小了很多。

2.4.5 多糖的紅外光譜分析

從圖4可見，在3400cm-1附近有－OH的強(qiáng)寬峰，在2900cm-1附近有C－H 強(qiáng)吸收峰，在1072cm-1有CO的吸收峰，這些是多糖類化合物的特征吸收峰；此外，在931cm-1有代表3,6-內(nèi)醚半乳糖的吸收峰；820cm-1附近有吸收峰代表α-D-半乳糖的存在；在1248cm-1及820cm-1附近有吸收峰分別是S＝O和C－O－S伸縮振動吸收峰，表明含有硫酸根，硫酸根的位置為C6；在771cm-1處有吸收峰，可能是α-吡喃環(huán)對稱伸縮振動[15-16]。但圖4曲線中無文獻(xiàn)[8,14]所報(bào)道的壇紫菜多糖的紅外光譜曲線都在893cm-1附近存在著代表β-D-半乳糖的吸收峰，表明殘次壇紫菜多糖可能不存在β-D-半乳糖。

圖4 殘次壇紫菜多糖的紅外光譜圖Fig.4 Infrared absorption spectrum of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis

圖5 殘次壇紫菜多糖的2D-NMR圖譜Fig.5 2D-NMR analysis of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis

2.4.6 多糖2D-NMR分析從圖5可見，H信號化學(xué)位移有5以下，表明殘次壇紫菜多糖中存在β型吡喃糖，也有不少H信號在5.0～5.5之間，表明多糖中還有α型吡喃糖。一般C信號化學(xué)位移在95～101之間為α型，101～105之間為β型，由圖5分析可知多糖中同時(shí)存在α型和β型吡喃糖[17]，在L-半乳糖上3,6-內(nèi)醚化。對多糖進(jìn)行13C信號歸屬[18-19]，發(fā)現(xiàn)在D-半乳糖的C6位和L-半乳糖的C2位有甲基化發(fā)生，在D-半乳糖的C4位和L-半乳糖的C6位存在硫酸基，這與紅外光譜分析基本一致。但其構(gòu)型和糖苷鍵連接方式等還需結(jié)合甲基化分析、高碘酸氧化和Smith降解等方法進(jìn)一步研究。

3 討 論

3.1 從三水到殘次壇紫菜，主要營養(yǎng)成分蛋白質(zhì)、脂肪和粗纖維含量增加，總糖和多糖含量顯著降低，灰分變化不大，證實(shí)了壇紫菜的化學(xué)組成是隨生長期而發(fā)生變化。

3.2 殘次壇紫菜蛋白質(zhì)含量高，脂肪含量很少，膳食纖維占較大比例，灰分中鉀、鎂含量高，鈉相對較少。其蛋白質(zhì)必需氨基酸種類齊全，比例較均衡，且富含呈味氨基酸。因此殘次壇紫菜有很高的利用價(jià)值，可加工成高蛋白低熱量營養(yǎng)保健食品或海鮮營養(yǎng)調(diào)味品等。若將其廢去，是對食物資源的極大浪費(fèi)。

3.3 已報(bào)道的南方壇紫菜多糖是多組分多糖，主要由β-(1→3)-D-半乳糖與α-(1→4)-3,6-內(nèi)醚-L-半乳糖連接的瓊二糖重復(fù)單位組成的瓊膠糖[4,14]。本研究從殘次壇紫菜熱水提取的多糖中只分離出單個(gè)組分，其紅外光譜圖中無β-D-半乳糖特征吸收峰，且多糖分子組成和大小也有較大差別[8,14]。這說明壇紫菜多糖組成結(jié)構(gòu)受生長期和環(huán)境條件等因素的影響，由此推測殘次壇紫菜多糖可能存在獨(dú)特的生物學(xué)活性。

3.4 殘次壇紫菜富含20.67%的多糖，其較小的多糖分子易被細(xì)胞吸收發(fā)揮其生理活性。紫菜多糖具有增強(qiáng)免疫力、抗腫瘤、抗衰老、抗凝血、抗血栓、降血脂等多種生理活性[1]，因此，殘次壇紫菜多糖潛在著生理活性，具有較好的研究與開發(fā)利用價(jià)值。

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Analysis of Nutritional Composition and Polysaccharide Composition in Low-valuePorphyra haitanensis

CHEN Mei-zhen，XU Jing-yan，PAN Qun-wen，GAO Xiao-yan
(Department of Biology, College of Science, Shantou University, Shantou 515063, China)

Porphyra haitanensisis an important food resource containing abundant dietary fiber, protein, active substances and trace elements essential for the human body.P. haitanensisis always be harvested for several times during its life cycle.P.haitanensisat the sixth harvest is known as low-valueP. haitanensisdue to inferior sensory quality, poor palatability and low commercial value. Here, the main nutritional composition and polysaccharide composition of low-valueP. haitanensiswere analyzed by chemical methods and spectroscopic methods. Compared with high-yieldP. haitanensisat the third harvest, lowvalueP. haitanensisshowed a remarkable increase in the contents of crude protein (35.30%), crude fat (0.51%) and crude fiber(5.11%), a dramatic decrease in the contents of total sugar (34.57%) and polysaccharides (20.67%), a similar ash content(10.37%) and a K/Na ratio of 6.3. Hot-water polysaccharide extract from low-valueP. haitanensisconsisted of a single component with a 28.54 kD molecular weight, which was mainly constituted by galactose (83.12%), 3,6- anhydrogalactose (15.71%) and sulfate group (10.61%). In summary, the results obtained show that low-valueP. haitanensisis a high-protein, high-natural dietary fiber, low-fat, low-calory nourishing healthcare food resource.

low-valuePorphyra haitanensi；nutritional components；polysaccharide

S946.2

A

1002-6630(2011)20-0230-05

2011-07-13

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2009B020312012；2010B020201015)

陳美珍(1956—)，女，教授，研究方向?yàn)樘烊换钚晕镔|(zhì)及其開發(fā)。E-mail：chenmz@stu.edu.cn