2种不同碳酸盐碱度养殖的凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)肌肉营养组成及游离氨基酸组成分析

黄艳青,杨 絮,周 凯,陆建学,孙 真,么宗利,高鹏程,来琦芳

(中国水产科学研究院东海水产研究所,农业农村部低洼盐碱地水产养殖重点实验室,上海 200090)

中国是盐碱地大国,有9 867×104hm2盐碱地资源,另外还有约4 600×104hm2的低洼盐碱水域[1]。如何有效开发利用这些高盐水体,是关乎当地民生的重要问题,充分开展盐碱水养殖是加强盐碱水域资源开发利用的有效途径之一,不仅可以提升盐碱地区土地资源开发和利用率,还可显著提高经济效益。凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)又名南美白对虾,属于广盐性虾类[2-3],对盐碱水环境有一定的耐受性[4-5],是能够在盐碱地水体中养殖的主要水产动物之一,近年来在盐碱水域中的养殖发展迅速。

目前,虽然盐碱水养殖凡纳滨对虾取得一定成功,但盐碱水养殖凡纳滨对虾的品质也成为消费者关注的焦点。有报道[6]指出,西北硫酸盐型盐碱水养殖的凡纳滨对虾与海水养殖凡纳滨对虾一样,均是具有高蛋白、低脂肪的优质虾类,其肌肉中含有丰富的人体必需氨基酸和矿物质元素,呈味氨基酸含量高,味道鲜美,营养丰富。

目前,碳酸盐水养殖的凡纳滨对虾养殖和品质研究还不够深入,对不同碳酸盐碱度养殖水体中凡纳滨对虾的生长及基因响应策略等方面的研究已有相关报道[7],但尚未见不同碳酸盐碱度养殖水体中凡纳滨对虾营养品质方面的报道。本研究对不同碳酸盐碱度水体中养殖42 d后凡纳滨对虾肌肉中基本营养成分与肌肉中游离氨基酸进行了测定和比较分析,探究不同碳酸盐碱度对凡纳滨对虾肌肉基本营养成分和游离氨基酸组成的影响,为盐碱水养殖凡纳滨对虾特色品牌打造及今后凡纳滨对虾耐盐碱选育工作提供筛选依据,有利于推动凡纳滨对虾盐碱水养殖业的健康发展。

1 材料与方法

1.1 实验动物

实验所用凡纳滨对虾取自通威股份有限公司2020年5月培育的G10代育种群体,具体分组和操作同王旭江等[7]。碳酸盐碱度养殖实验于2020年8月开始,挑选活力相对较好、规格相对一致的凡纳滨对虾96 尾,起始平均体长为(7.2±0.5)cm,体质量为(4.7±0.6)g。设置低碱对照组(low saline-alkali water, LSW,碳酸盐碱度为3 mmol·L-1,盐度为6,pH 为8.1)和高碱实验组(high saline-alkali water, HSW,碳酸盐碱度为10 mmol·L-1,盐度为6,pH 为8.8),每组设置3 个平行组(每个平行组设置16 尾虾),每个平行组单独放置在50 cm×50 cm×50 cm 网箱中养殖。HSW 组养殖用水通过添加相应的碳酸钠和碳酸氢钠配制而成。为保证实验组盐碱水碳酸盐碱度和pH 稳定,每隔24 h 换水50%。经过42 d 的养殖后取样,LSW组和HSW组的每个平行组各取5尾虾[体长为(9.8±0.8)cm,体质量为(9.6±0.9)g],整虾冷冻保存备用。

1.2 仪器设备与试剂

FOSS TM 2200型半自动凯氏定氮仪,瑞典福斯FOSS公司;CF16RXII高速冷冻离心机,日本日立HITACH集团日立工机株式会社;GZX-9240MBE 电热恒温鼓风干燥箱,江苏常州诺基仪器有限公司;Thermo 马弗炉,球兴科仪国际贸易(上海)有限公司;Soxtec 2050 型索氏抽提仪,瑞典福斯公司;S-433D型氨基酸自动分析仪,德国SYKAM(赛卡姆)公司。

碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸、硫酸铜(CuSO4·5H2O)、硫酸钾、浓硫酸、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、95%乙醇等均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司。

1.3 检测方法

1.3.1 基本营养成分测定

水分含量采用 GB/T 5009.3-2016[8]中的直接干燥法测定;灰分的测定采用GB/T 5009.4—2016[9]中的高温灰化法测定;粗蛋白的测定采用GB/T 5009.5—2016[10]中的凯氏定氮法测定;粗脂肪的测定采用 GB /T 5009.6—2016[11]中的索氏抽提法测定。

1.3.2 游离氨基酸测定

肌肉提取液采用80%乙醇提取法[12],方法略有修改。取研碎的肌肉10 g,加入20 mL纯水,匀浆。80 ℃水浴加热1 h。4 450 rpm离心20 min,沉淀物用10 mL去离子水洗涤3次,收集合并所有上清物质,定容至50 mL。加入225 mL 95%的乙醇,静置过夜后,4 450 rpm离心20 min,沉淀物用50 mL 80%的乙醇分别洗涤3次,4 450 rpm离心,收集合并所有上清物质。旋转蒸发去除乙醇,去离子水洗涤、转移浓缩物质,定容至50 mL,-20℃保存备用。肌肉浸提液不经酸碱水解,经0.22 μm滤膜过滤后直接上全自动氨基酸分析仪进行测定(GB/T5009.124—2016[13]),取样量可视样品中游离氨基酸含量高低而定,待测液单种氨基酸浓度<1 μg·mL-1为宜。

1.4 数据分析方法

试验中所有数据用平均值±方差(mean±SD)来表示。采用t检验比较,P<0.05表示统计学上差异显著。

2 结果与分析

2.1 凡纳滨对虾肌肉中基本营养成分测定

水产动物的营养组成是评价水产动物品质的重要指标[14],可食组织的常规营养成分(水分、粗蛋白、粗脂肪和灰分)是评价水产动物营养价值的重要指标[15]。肌肉是凡纳滨对虾的主要食用部分,其粗灰分、粗脂肪及粗蛋白质含量不仅反映了凡纳滨对虾的营养组成,还对其品质评价起着重要作用[6]。

LSW 组和HSW 组凡纳滨对虾肌肉中基本营养成分含量测定结果见表1。由表1可知,在不同碱度下饲养42 d后,凡纳滨对虾肌肉中基本营养成分无显著性差异,说明养殖水环境中碳酸盐碱度为3 ～ 10 mmol·L-1区间对凡纳滨对虾肌肉基本营养成分无影响。

表1 2种碱度养殖凡纳滨对虾肌肉中基本营养成分含量Tab.1 Comparison of basic nutrition in muscle of L. vannamei cultured in two alkalinities (%, wet mass)

2.2 凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中常见氨基酸组成分析

凡纳滨对虾肌肉中氨基酸的组成和含量决定虾肉营养价值和呈味特性[16],水体盐度会影响凡纳滨对虾肌肉中氨基酸含量[17]。采用氨基酸测定仪对2组凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸(free amino acids, FAA)组成进行分析,检测到18种常见氨基酸(表2)。LSW组和HSW组凡纳滨对虾肌肉中18种常规游离氨基酸总量(total free amino acids,∑TFAA,湿重)分别为(24.485±0.187)μg ·g-1和(39.648±0.057)μg ·g-1,后者是前者的1.62倍,可见在高碳酸盐碱度(10 mmol·L-1)水体里养殖的凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸总量较低碳酸盐碱度(3 mmol·L-1)水体里养殖的凡纳滨对虾显著增加(P<0.05)。凡纳滨对虾肌肉中水解氨基酸含量最高的前3位氨基酸种类是谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸[6],与凡纳滨对虾肌肉水解氨基酸组成不同,本研究中,2组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中含量最高的前3种氨基酸分别是甘氨酸、精氨酸和脯氨酸,LSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸含量由高到低前5位依次为:甘氨酸、精氨酸、脯氨酸、丙氨酸和赖氨酸,分别占肌肉18种游离氨基酸总量的30.01%、24.86%、22.60%、6.91%和2.27%。而HSW组凡纳滨对虾游离氨基酸含量由高到低前5位依次为:甘氨酸、精氨酸、脯氨酸、赖氨酸和丙氨酸,分别占肌肉18种游离氨基酸总量的23.65%、21.17%、9.05%、8.61%和7.47%。LSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中色氨酸含量最低,而HSW组游离氨基酸中含量最低的是胱氨酸。

表2 2种碱水养殖凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸组成和含量Tab.2 Composition and contents of amino acids in muscle of L. vannamei cultured in two alkalinities

从表2可知,2组凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸组成模式差异显著。值得注意的是,除了脯氨酸外,HSW组凡纳滨对虾肌肉中其余游离氨基酸含量均数倍于LSW组的对应值,提示凡纳滨对虾可能是通过增加肌肉中游离氨基酸含量(脯氨酸除外)来应对较高碱度(10 mmol·L-1)的压力。

梁萌青等[18]的研究指出,当盐度在0、15和30变化时,甘氨酸、谷氨酸、丙氨酸及精氨酸是凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸的主要成分。吕敏[19]将凡纳滨对虾短时间(5 min)内暂养于不同盐度的水体,发现凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中脯氨酸、甘氨酸和精氨酸含量最丰富,甘氨酸含量最高,含量最少的是半胱氨酸,且随着盐度的变化,各种氨基酸含量都发生一定的改变。本研究中,甘氨酸、精氨酸和脯氨酸是LSW组和HSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中含量最高的3种氨基酸,但与梁萌青等[18]的研究结果不同的是,LSW组和HSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中谷氨酸含量很低。由于梁萌青等[18]采用的是三氯乙酸法制备的肌肉浸提液,吕敏[19]采用的是磺基水杨酸法制作肌肉浸提液,而本研究采用的是更温和的80%乙醇法制备的肌肉浸提液,因此,这种凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸含量差异很可能与凡纳滨对虾肌肉浸提液制备方法有关。

有研究指出,游离氨基酸的代谢在海水无脊椎动物渗透压调节方面起重要作用[20],有关环境盐度对对虾游离氨基酸组成及含量的影响已有相关报道[18, 20-21]。肌肉中游离氨基酸能参与机体渗透压调节,尤其是丙氨酸和甘氨酸[22-23],脯氨酸也起着相对重要的作用[20]。DALLA VIA[20]对凡纳滨对虾(整虾)游离氨基酸检测后发现,不论盐度增加还是降低,甘氨酸、脯氨酸、精氨酸、丝氨酸、苏氨酸及丙氨酸是凡纳滨对虾(整虾)渗透压调节的主要贡献者。吕敏[19]认为,随着盐度增加,凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸增加是机体对环境的适应性调节,凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸调节不仅与盐度有关,还与盐度骤变的速度有关,也充分证明凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸在虾体适宜生长盐度中有渗透压调节功能。本研究中发现,高碱度组的凡纳滨对虾肌肉中氨基酸含量与低碱度组的差异大,推测肌肉中游离氨基酸(尤其是甘氨酸、精氨酸和丙氨酸)在凡纳滨对虾体内渗透压调节中起重要作用。

脯氨酸已被证明在许多种甲壳动物渗透压调节方面起重要作用[23],但梁萌青等[18]发现,在实验设定的3个盐度(0、15和30)中,脯氨酸占凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸总量不足2%,认为其在凡纳滨对虾渗透压的调节方面没有起直接作用。一般认为,在盐度波动情况下,含量增加的游离氨基酸被认为参与了凡纳滨对虾渗透调节过程。从表2可以看出,HSW组脯氨酸含量[(3.590±0.055)μg ·g-1]反而较LSW组[(5.533±0.117)μg ·g-1]显著下降,其在游离氨基酸总量中的百分比更是从22.60%下降为9.05%,可见,本实验条件下,脯氨酸在碳酸盐碱度渗透调节方面没有直接起作用,与梁萌青等[18]的研究结果吻合。未来可设定更宽碳酸盐碱度的范围,并且同时对肌肉和血浆中游离氨基酸含量进行比对分析,以进一步确认参与凡纳滨对虾肌肉中对碳酸盐碱度调节的游离氨基酸种类。

2.3 凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸中常见氨基酸营养价值分析

必需氨基酸(essential amino acids,EAA,包括苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸和色氨酸)利于人体吸收利用,其含量越高,营养价值越高。HSW组必需氨基酸总量为(11.322±0.147)μg ·g-1,在游离氨基酸总量中所占的百分比为28.56%,较LSW组[(2.426±0.038)μg ·g-1,9.91%]均极显著升高。其中,LSW组必需氨基酸中赖氨酸和缬氨酸含量最高,而HSW组赖氨酸与亮氨酸的含量最高。人体必需氨基酸多数呈强烈苦味[24],通过苦味抑制剂来降低苦味,或可有助于提高人体摄入水平。

半必需氨基酸(semi-essential amino acids, SEAA)包括组氨酸和精氨酸。HSW组半必需氨基酸总量为(8.865±0.009)μg ·g-1,显著高于LSW组[(6.414±0.065)μg ·g-1],但其在游离氨基酸总量中百分比较稳定,分别是22.36%和26.20%。LSW组和HSW组精氨酸含量都极高,分别占各自游离氨基酸总量的24.86%和21.17%。天然精氨酸以L型存在,是一种苦味氨基酸,但并不是苦味的贡献者,有增加呈味复杂性和提高鲜度的作用[25]。精氨酸能够赋予海鲜一个适宜的整体风味[26],王曜和陈舜胜[27]研究指出,精氨酸对克氏原螯虾(Procambarusclarkii)虾肉呈味贡献显著。还有研究指出,精氨酸与扇贝(Patinopectenyessoensis)、雪蟹(Chinopecetesopilio)、短颈文蛤(Ruditapesphilippinarum)等海产品的特征风味有关[28]。陈德慰等[29]的报道指出,精氨酸对文蛤(Meretrixmeretrix)和波纹巴非蛤(Paratapesundulatus)这2种贝肉的呈味有贡献作用。精氨酸不仅能够提升海产品及其酶解液的鲜度,并增加呈味复杂性,还可参与肌酸的合成,在能量代谢中起重要作用[30]。虽然精氨酸是带苦味特征的氨基酸,但其可以抑制异亮氨酸、苯丙氨酸等苦味氨基酸的苦味[31]。LSW组和HSW组精氨酸含量超过游离氨基酸总量的20%,说明其对碱水养殖下凡纳滨对虾肌肉的呈味贡献大。

非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA)主要包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸及酪氨酸、丝氨酸、脯氨酸和胱氨酸。HSW组凡纳滨对虾肌肉中NEAA总量[(19.486±0.087)μg ·g-1]虽然显著高于LSW组[(15.646±0.141)μg ·g-1],但因其游离氨基酸总量[(39.648±0.057)μg ·g-1]较LSW组[(24.485±0.187)μg ·g-1]增加幅度更大,故其NEAA在游离氨基酸总量中百分比反而从63.90%下降到49.15%。从表2可以看出,甘氨酸是凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中含量最高的氨基酸种类,同时甘氨酸也是非必需氨基酸的重要组成部分。

2.4 凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸中呈鲜味游离氨基酸分析

游离氨基酸是食品中的鲜味成分和营养元素,参与蛋白质的合成,对食品的风味和营养都发挥着很大作用[32]。鲜味是一种复杂的综合味感,鲜味强度在很大程度上也影响了消费者对于水产品的选择。一般意义上把天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸这6种能呈现出特殊鲜味的氨基酸称为呈味氨基酸[6],呈味氨基酸含量在一定程度上决定了水产品的口味[33]。而天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸是能够呈现水产品最独特鲜味的特征氨基酸[34-35],凡纳滨对虾味道鲜美的程度由肌肉中鲜味氨基酸的组成和含量来决定[36]。消费者普遍认为,海水养殖凡纳滨对虾比淡水养殖的品质和口味更佳,研究者们对海水、淡水以及不同盐度养殖的凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸组成分析后也证明,凡纳滨对虾在海水环境中鲜味氨基酸含量更丰富[19,21]。丙氨酸是重要的甜味氨基酸,与谷氨酸等鲜味物质相互作用具有提鲜效果[37]。甘氨酸本身具有爽快的甜味,除了本身提供的清香甜味以外,还能减少苦味,从食物中去除不良的口味[38],一般认为甘氨酸对风味的作用次于谷氨酸。甘氨酸和丙氨酸对蟹、虾等水产品的风味有重要贡献[26,39]。

LSW组和HSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中6种呈味氨基酸的总含量分别为(9.927±0.091)μg ·g-1和(17.017±0.130)μg ·g-1,其在游离氨基酸总量中的百分比分别为40.54%和42.92%。鲜味氨基酸除能产生鲜味外,还能增强食品滋味的持续性、复杂性、厚度以及食品的特征风味和甜味[41]。LSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中,呈鲜味氨基酸(天冬氨酸和谷氨酸)含量占游离氨基酸总量的(1.03±0.03)%,占6种呈味氨基酸总量的(2.54±0.09)%;呈甘味氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)含量占游离氨基酸总量的(37.16±0.54)%,占6种呈味氨基酸总量的(91.18±0.22)%;与甘味有关的脯氨酸和丝氨酸含量占游离氨基酸总量的(23.89±0.32)%,占6种呈味氨基酸总量的(58.64±1.45)%。而HSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中,呈鲜味氨基酸含量占游离氨基酸总量的(3.22±0.03)%,占6种呈味氨基酸总量的(7.50±0.14)%;呈甘味氨基酸含量占游离氨基酸总量的(31.12±0.41)%,占6种呈味氨基酸总量的(72.51±0.32)%;与甘味有关的脯氨酸和丝氨酸含量占游离氨基酸总量的(10.57±0.14)%,占6种呈味氨基酸总量的(24.63±0.56)%。由此可见,高比例呈甘味氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)是碱水养殖凡纳滨对虾肌肉甘甜味的主要来源。

谷氨酸和甘氨酸被认为是免疫氨基酸[41],LSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中,谷氨酸和甘氨酸含量占游离氨基酸总量的(31.29±0.59)%,占6种呈味氨基酸总量的(76.79±0.74)%。HSW组中,谷氨酸和甘氨酸含量占游离氨基酸总量的(26.04±0.29)%,占6种呈味氨基酸总量的(60.67±0.15)%。以上数据提示,LSW组和HSW组凡纳滨对虾肌肉品质风味各有特点,均很鲜美,且具有很高含量的免疫氨基酸,对人类具有很高的保健效果。

2.5 凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸F值分析

F值(Fischer ratio)是支链氨基酸(branched chain amino acids,BCAA, 包括缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸)与芳香族氨基酸(aromatic amino acids,AAA,包括酪氨酸和苯丙氨酸)总量的比值,可作为评价蛋白营养价值的指标之一[42],且支芳比(F值)越大其生理功能[43]越好。HSW组凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中,BCAA 和AAA 含量都较LSW组高(表2),但是由于AAA含量增加更多,故其F值从2.085下降到1.351。

3 结论

凡纳滨对虾在碳酸盐碱度为3 mmol·L-1和10 mmol·L-1的水体中饲养42 d,其肌肉的基本营养成分(水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪)无显著影响。甘氨酸、精氨酸和脯氨酸是碱水养殖中凡纳滨对虾肌肉游离氨基酸中含量最丰富的氨基酸种类。游离氨基酸中高比例甘味氨基酸(甘氨酸和丙氨酸)是碳酸盐碱水养殖的凡纳滨对虾肌肉甘甜味的主要来源。水体中碳酸盐碱度增加主要影响凡纳滨对虾肌肉中游离氨基酸的含量和组成,说明凡纳滨对虾可以通过调节肌肉中游离氨基酸含量和组成来应对环境中高碱度的渗透压力,也说明水体中碳酸盐碱度也因此对凡纳滨对虾肌肉风味品质有较大影响。未来应设置更多的水体中碳酸盐碱度,全面开展碳酸盐碱度对凡纳滨对虾肌肉以及血浆中游离氨基酸含量的影响,更充分地揭示水体中碳酸盐碱度对凡纳滨对虾肌肉风味品质的影响及凡纳滨对虾应对碳酸盐碱度压力的调节策略,为碳酸盐型盐碱水凡纳滨对虾养殖业的健康发展提供基础参考。