3 種不同體色刺參體壁營養成分的比較研究*

湯 奎 劉小林 張 帥 劉石林 劉佳亮 范曉騰 王在照①

(1. 西北農林科技大學動物科技學院 楊凌 712100；2. 中國科學院海洋研究所 青島 266071；3. 山東東方海洋科技股份有限公司 煙臺 264003)

刺參(Apostichopus j aponicus)屬棘皮動物門(Echinodermata)、海參綱(Holothroidea)，主要分布于西太平洋北部，包括我國黃渤海域、俄羅斯東部海岸、日本和韓國沿岸等，在我國20 種的可食用海參中，以黃渤海沿海生產刺參的食用及藥用品質最高(Chen,2003; McElroy, 1990; 姜健等, 2004; 廖玉麟, 1997)。日本根據刺參的體色將刺參分為青刺參、紅刺參和黑刺參(Choe et al, 1961)。中國刺參一般為青色，而紫色刺參和白色刺參較為罕見。3 種刺參的形態差異在稚參體色發生階段即可區分，相關研究顯示，不同體色的刺參色素含量存在差異，并發現在色素早期沉積中，小眼轉錄因子(MITF)對體色調控可能發揮著重要作用(邢麗麗, 2019)。3 種刺參在環境適應性方面有所不同，青色刺參有較好的生長性狀及溫度、鹽度耐受性，可在低溫、低鹽環境中生長；紫色刺參的生長性狀與青色刺參無顯著差異，并且對于高鹽和高溫的耐受性較好；白色刺參對溫度和鹽度的耐受范圍則較窄(柏雨岑, 2016)。

刺參有較高的營養和滋補價值，其體壁富含豐富的氨基酸、脂肪酸及微量元素等營養物質，并含有酸多糖、皂苷和膠原蛋白等生物活性物質(孫偉紅等,2010; 李丹彤等, 2006)，具有抗凝血、抗腫瘤、抗病毒、促進細胞生長和血管再生的功能(Borsig et al,2007; Lian et al, 2013; Pacheco et al, 2000; Tapon et al,2000; 李甜甜等, 2014)。此外，刺參營養全面，富含豐富的脂質、維生素以及Fe、Zn 等微量元素，是一種名貴的滋補品(Sara et al, 2011; 劉小芳等, 2011;蘇秀榕等, 2003; 趙玲等, 2016)。

目前，刺參已成為我國北方重要海洋養殖經濟物種，市場需求的增加以及全球范圍內刺參資源的過度捕撈，影響了刺參產業的持續發展(常亞青等, 2006)。因此，開發優良品種，增加養殖和加工產品的多樣性，是推動刺參產業健康發展的動力，也是恢復資源、維持產業持續發展的重要途徑。

在刺參新品系的選育中，除了抗病性、抗逆性和快速生長等常規目標性狀外，體色也成為選育的重要經濟性狀(Kang et al, 2011)。本研究對青色、紫色和白色刺參的蛋白質、氨基酸以及脂肪酸含量進行了測定，旨在探究不同體色刺參的營養成分差異，為刺參新品系的開發利用提供理論依據，進而引導海參市場的科學消費。

1 材料與方法

1.1 刺參樣品采集與處理

2019 年6 月15 日，從山東東方海洋科技股份有限公司海陽分公司養殖基地采集2 齡青色刺參、紫色刺參和白色刺參樣本。其中，青色刺參平均體重為(66.37±2.67) g，紫色刺參為(71.18±3.58) g，白色刺參為(59.99±12.94) g。在冰上解剖刺參樣品分離獲得體壁組織，將刺參體壁切成小塊后，使用冷凍干燥機(Labconco P1J，美國)進行冷凍干燥，磨成粉后備用。

1.2 粗脂肪、粗蛋白和粗多糖測定

準確稱取0.2 g 的體壁凍干粉樣品加入石油醚進行抽提，抽提6 h 后，放入105℃干燥2 h 至恒重，用索氏提取法進行粗脂肪的測定。稱取0.5 g 的體壁凍干粉，在消化爐上消解后，使用凱氏定氮儀(FOSS 8400，丹麥)進行粗蛋白的測定。稱取1 g 體壁凍干粉，加入6 ml 丙酮溶液，4℃浸泡24 h，通風櫥揮干后，加入0.1 g 木瓜蛋白酶和30 ml 0.1 mol/L 的乙酸鈉緩沖液，60℃水浴24 h。冷卻后，5000 r/min 離心15 min，收集上清液，采用硫酸-苯酚法測定粗多糖。

1.3 氨基酸含量測定

每個刺參樣品稱量0.3 g 體壁凍干粉加入10 ml 6 mol/L 的HCl 中，充氮氣密封好后，在105℃下水解24 h。得到的產物在60℃水浴條件下旋轉蒸干后，用0.02 mol/L 的HCl 定容，再稀釋一定倍數后，用0.22 μm 的濾膜過濾，取1 ml 樣品用氨基酸分析儀(HITACHI L-8900，日本)分析。

1.4 脂肪酸測定

稱量0.3～0.5 g 體壁凍干粉樣品，在氯仿/甲醇溶液(V∶V=2∶1)中勻漿，靜置1 h 后，使用濾紙過濾混合物，加入4 ml 蒸餾水，3000 r/min 離心5 min，棄上清液，下層使用氮吹儀(上海極恒實業有限公司，JHD-003)吹干。甲酯化：在含有樣品的離心管中加入1 ml正己烷，加入1 ml氫氧化鉀-甲醇溶液(0.4 mol/L)，靜置30 min，加入2 ml 去離子水，靜置分層，上清液經0.22 μm 濾膜過濾后，使用氣相色譜質譜聯用儀(Thermo 1310-ISQLT，美國)分析。氣質分析條件：毛細色譜柱為WM-FFAP (30 m×0.25 mm×0.25 μm)，進樣口溫度為250℃，進樣量為10 μl，載氣流速為1 ml/min溶劑延遲5 min，離子源溫度為280℃，分析時間為43.51 min。

1.5 微量元素的測定

稱取0.5 g 干體壁凍干粉樣品溶于8 ml 硝酸中過夜，樣品經微波消解儀(Milestone Ethos A，意大利)消解后蒸干，用去離子水稀釋后，采用原子吸收光譜(HITACHI Z-2000，日本)進行分析。

1.6 數據分析

本實驗數據采用平均值±標準差(Mean±SD)進行表述，采用SPSS 20 軟件進行數據分析。顯著性分析中，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)及LSD多重比較的方法，確定組間差異顯著性(P＜0.05)。

2 結果

2.1 刺參體壁營養成分的基本組成

如表1 所示，紫色和白色刺參的粗蛋白含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)，脂肪含量三者無顯著差異(P＞0.05)，青色和紫色刺參的粗多糖含量顯著高于白色刺參(P＜0.05)。

表1 3 種體色刺參體壁營養成分的基本組成Tab.1 Nutrients composition in the body walls of three body color sea cucumbers (%)

2.2 刺參體壁氨基酸組成

3 種刺參的體壁組織均含有17 種氨基酸(表2)。不同體色刺參體壁的氨基酸比例在43.98～48.30%之間，與粗蛋白測定的結果基本保持一致。其中，青色、紫色和白色刺參的必需氨基酸含量分別為12.44%、13.70%和13.72%；半必需氨基酸分別為4.09%、4.46%和4.43%；非必需氨基酸分別為27.45%、29.85%和30.15%，紫色和白色刺參的必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸含量均高于青色刺參。在紫色刺參的7 種必需氨基酸(賴氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)中，除蛋氨酸外，其余6 種必需氨基酸含量都顯著高于青色刺參(P＜0.05)，而白色刺參有5 種必需氨基酸含量顯著高于青色刺參(苯丙氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸)(P＜0.05)。在包括丙氨酸、谷氨酸、甘氨酸、蘇氨酸和天冬氨酸在內的鮮味氨基酸總量方面，紫色和白色刺參(22.18%和22.34%)高于青色刺參(20.47%)。

表2 3 種體色刺參體壁氨基酸組成Tab.2 Amino acids composition in the body walls of three body color sea cucumbers (%)

2.3 刺參體壁脂肪酸組成

如表3 所示，在這3 種體色刺參的體壁組織中，青色刺參和白色、紫色刺參的脂肪酸含量差異較大。在多不飽和脂肪酸中，亞油酸(C18∶2)屬于人體必需脂肪酸，在紫色和白色刺參中含量均顯著高于青色刺參(P＜0.05)，在紫色和白色刺參中其占總脂肪酸的比例分別為7.06%和7.26%，而青色刺參僅為1.54%?；ㄉ南┧?C20∶4)在紫色和白色刺參中的含量(10.06%和 10.67%)也顯著高于青色刺參(6.05%)(P＜0.05)。而在青色刺參中EPA(C22∶5)含量很高，達到了10.38%，為紫色和白色刺參含量的3 倍左右；青色刺參的DHA(C22∶6)的含量也顯著高于紫色和白色刺參(P＜0.05)，是后2 種刺參含量的2.8 倍左右。亞麻酸(C18∶3)在 3 種刺參中含量均很低(1.0%左右)，花生三烯酸(C20∶3)的含量最低，為0.1%～0.4%。在單不飽和脂肪酸中，紫色和白色刺參的十八碳烯酸(C18∶1)顯著高于青色刺參(P＜0.05)，分別為14.01%、14.64%和8.06%；二十碳烯酸(C20∶1)含量在3 種刺參中也較高，其中，紫色和白色刺參(8.45%和7.97%)中顯著高于青色刺參(4.94%)(P＜0.05)；芥酸(C22∶1)含量在 3 種刺參中相對較低，但紫色和白色刺參(3.45%和 3.03%)中的含量是青色刺參的 3 倍左右(1.03%)；而棕櫚油酸(C16∶1)在青色刺參(9.67%)中含量顯著高于紫色和白色刺參(4.65%和 5.07%)(P＜0.05)。在飽和脂肪酸中，棕櫚酸(C16∶0)含量最高，在3 種刺參的含量為7.53%～8.47%，其次是硬脂酸(C18∶0)，在3 種刺參的含量為4.93%～6.81%。

2.4 礦物質元素分析

在刺參所檢測的5種礦物質中，Fe 含量最高，其中，青色和白色刺參分別達到58.46和60.24 mg/kg，紫色刺參相對較低，為23.59 mg/kg。Cr 含量也較高，3種刺參均超過10.00 mg/kg，白色刺參顯著高于青色和紫色刺參(P＜0.05)。青色刺參體壁的Mn 含量顯著高于紫色刺參和白色刺參(P＜0.05)；3種刺參的Cu 含量均較低，為0.14～0.16 mg/kg。

表3 3 種體色刺參體壁脂肪酸組成Tab.3 Fatty acid composition in the body walls of three body color sea cucumbers (%)

表4 3 種體色刺參體壁的礦物質元素分析Tab.4 Mineral composition in the body walls of three body color sea cucumbers (mg/kg)

3 討論

海參是我國最有價值的水產養殖物種之一，不僅具有較高的營養價值，還具有廣泛的藥用價值。近年來，海參的營養成分被廣泛研究，為海參的開發利用提供參考。海參具有高蛋白、低脂肪的特點(Wen et al,2010)，蛋白質和脂肪的含量決定了其營養價值。在這3 種體色的刺參中，青色刺參的蛋白含量顯著低于紫色和白色刺參(P＜0.05)，脂肪含量三者無顯著差異，青色和紫色刺參的粗多糖含量顯著高于白色刺參(P＜0.05)。與之前的研究相比，脂肪含量偏高(李丹彤等, 2006; 李忠清等, 2016)，可能是取樣時正處于刺參夏眠的前期，刺參積累脂肪，儲存能量。3 種刺參在基本組成上存在很大差異，說明可能存在不同的食療功效。

氨基酸具有重要的生理功能，除作為合成蛋白質的主要原料外，還與調控基因表達、抗氧化、調節一氧化氮的合成有關(Hou et al, 2013; Wu, 2009)。氨基酸含量充足且種類全面才能滿足機體生長發育和健康的需要，而氨基酸缺乏會導致發育受到抑制或產生疾病。在這3 種體色刺參中，均有17 種氨基酸被檢測出。氨基酸含量以白色刺參最高，紫色次之，青色刺參最低。紫色刺參與白色刺參之間相比無顯著差異，而青色刺參的氨基酸含量顯著低于紫色和白色刺參，包括苯丙氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、精氨酸、丙氨酸、胱氨酸、絲氨酸、酪氨酸和甘氨酸(P＜0.05)。必需氨基酸指動物自身不能合成，需從食物中補充的氨基酸。必需氨基酸中，紫色刺參和白色刺參的含量達到了13.70%和13.72%，均高于青色刺參的12.44%。因此，這2 種體色的刺參可以提供更多的必需氨基酸。賴氨酸是一般谷類和人乳蛋白質的第一限制氨基酸(徐善良等, 2012)，紫色刺參和白色刺參的賴氨酸含量顯著高于青色刺參，因此，對賴氨酸的補充有更好的效果。丙氨酸、精氨酸是大部分哺乳動物生長發育所必需的氨基酸，同時，精氨酸在大腦、肌肉和肝臟等人體組織中發揮著至關重要的解毒作用(Tong et al, 2004)。徐偉風(2016)研究發現，在日糧中添加精氨酸可以減輕4-硝基酚引起的大鼠肝臟損傷。本研究結果顯示，紫色和白色刺參的丙氨酸和精氨酸含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)。因此，紫色和白色刺參比普通青色刺參對肝臟可能具有更好的保護作用和食療作用。氨基酸除了具有各種生理功能外，還在食品呈味中扮演著重要角色(趙亭亭等,2018)。苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸和酪氨酸作為常見的呈味氨基酸(Fuentes et al, 2010)，青色刺參中的含量顯著低于紫色刺參和白色刺參(P＜0.05)，研究表明，紫色刺參和白色刺參在食用風味和功效方面可能更具有優勢。青色刺參在氨基酸含量上和紫色、白色刺參相比差異顯著，說明就氨基酸成分而言，紫色和白色刺參優于青色刺參。

脂肪酸在動物體內具有十分重要的功能，是維持機體穩態不可缺少的。刺參脂肪酸種類比較豐富，共檢測出26 種脂肪酸，其中，飽和脂肪酸10 種，單不飽和脂肪酸7 種，多不飽和脂肪酸9 種，三者在組成上有顯著差異。在多不飽和脂肪酸(PUFA)中，AA(C20∶4)、EPA(C20∶5)和DHA(C22∶6)含量較高。AA是類花生酸類物質的前體，具有改善視力和記憶力、調節血脂和血糖的生理功能(Attwell et al, 1993)，Wu等(2007)研究發現，日糧中添加AA可預防高脂飲食引起的早期胰島素抵抗。紫色和白色刺參的花生四烯酸含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)，因此，食用紫色和白色刺參可能會增強血管彈性、降低血液粘稠度、減少心腦血管患病的幾率。EPA和DHA屬于n-3 系列PUFA，二者可促進腦發育，還能通過降低三酰甘油，減輕炎癥來預防冠狀動脈疾病(Sissener et al, 2017)，Xiao等(2020)研究還發現，EPA和DHA可促進細胞生長，減輕脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(DON)帶來的損傷。含量較高的EPA和DHA表明青色刺參在預防冠狀動脈疾病方面有更大的潛力。亞油酸(C18∶2)和亞麻酸(C18∶3)在大多數動物體內不能合成，必須由食物供給，因此，被稱為必需脂肪酸(袁鵬, 2012)。必需脂肪酸對維持機體的功能至關重要，亞油酸在人體中可被合成γ-亞麻酸及花生四烯酸，并具有抗高血壓、抗腫瘤、改善骨密度、抗糖尿病等作用，Zhao等(2019)研究發現，亞油酸可通過調控白細胞來治療哮喘。紫色和白色刺參中亞油酸含量顯著高于青色刺參(P＜0.05)，表明紫色和白色刺參對人類可能具有更高的營養價值。

刺參富含人體內所需的微量元素，礦物元素通過與蛋白質和其他基團結合，發揮著重要的生理生化功能(劉勝男等, 2019)。Fe 一般在氧氣運輸、細胞周期生長、神經遞質和髓磷脂合成方面發揮作用，Cr 在血糖調節中發揮著重要功能，Mn 在促進骨骼發育，預防貧血方面有重要作用(Peereboom, 1985)。3 種刺參體壁均含有所檢測的5 種微量元素，其中，Fe 含量最高。青色刺參和白色刺參Fe 的含量顯著高于紫色刺參(P＜0.05)，白色刺參Cr 的含量顯著高于青色和紫色刺參(P＜0.05)，青色刺參Mn 的含量顯著高于紫色和白色刺參(P＜0.05)。Fe、Cr 和Mn 的含量差異可能是3 種刺參由Fe、Cr 和Mn 參與的代謝水平的差異所造成，也可能是3 種金屬離子在不同刺參的富集能力差異導致。

4 結論

通過對蛋白、脂肪、粗多糖、氨基酸、脂肪酸和微量元素進行分析，比較了3 種體色刺參的營養成分及含量。研究表明，紫色刺參和白色刺參的粗蛋白、亞油酸、花生四烯酸以及多種氨基酸含量顯著高于青色刺參，而青色刺參的EPA、DHA 和Mn 含量顯著高于紫色和白色刺參。表明3 種體色刺參營養成分存在較大差異，為進一步開發和利用海參資源提供了依據。