池塘循环水养殖5种品系南美白对虾肌肉营养成分分析与评价

马 林， 姜巨峰， 吴会民， 白晓慧， 刘肖莲， 蔡 超， 薛洋洋， 张振国， 李春艳

(1天津市水产研究所，天津 300221； 2天津通洋农业科技有限公司，天津 300270)

南美白对虾(Penaeusvannamei) 又名凡纳滨对虾、白脚虾，具有适应盐度范围广、生长速度快、肉质鲜美等特点，是世界养殖产量最高的三大优良虾种之一[1]。经过不断养殖驯化，天津南美白对虾养殖面积从2000年的6.67 hm2发展到目前的2万hm2(含套养)以上，年产值约23.2亿元[2]。南美白对虾养殖业成为推动天津渔业经济快速增长、渔民收入大幅度增加的支柱性产业。

池塘循环水养殖是一种高产、高效、环保的养殖模式。该模式在养殖池塘中配备射流式深水增氧机增加底层水体含氧量，配合水车式增氧机和涌浪机使养殖池形成富氧流水环境，为养殖动物提供良好的生存环境。养殖用水通过中央排污系统经循环系统净化处理后流回池塘，实现了有效收集废物和养殖尾水零排放的目的。

营养成分是虾类种质评价的重要指标之一，也是虾类资源开发和遗传改良的重要依据。研究显示，不同规格和盐度条件[3]、不同养殖环境和模式[1,4]下的南美白对虾肌肉营养成分和品质存在差异。天津位于环渤海湾的中心，水质呈现高pH、高盐碱度和高离子系数等特点[5-6]。关于使用池塘循环水养殖条件下南美白对虾的肌肉营养成分研究较少，并且同一养殖条件下不同品系的南美白对虾营养成分对比分析更少。本研究通过对滨海型盐碱水域5种品系的南美白对虾肌肉营养成分做一系统分析和比较，以期更全面地了解该虾在池塘循环水养殖条件下的营养价值情况，为南美白对虾的健康养殖以及优良品种推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 循环水系统及配套设施

试验用循环水系统位于天津市通洋水产养殖有限公司内，由养殖池、循环池和控制房组成。养殖池规格为2 268 m2(4亩)/个，池高2.5～3 m，水深2～2.5 m，池形是圆角方形池，池底呈锅底形，出水口设于池中央底部，连接中央排污系统。养殖池内铺设HDPE养殖专用塑胶布膜，进行水土隔离。每个养殖池配备水车式增氧机(2HF)2台，射流式深水增氧机两台，涌浪机1台，投饲机2台。循环系统与养殖池连接，由固液分离机(1台)、轴流泵(1台)、蛋白分离机(2台)、生物滤床(2套)、紫外线杀菌系统(1套)串联组成，对养殖用水进行净化消毒。

1.2 试验材料

试验用南美白对虾样品于2017年8月中旬从天津市通洋水产养殖有限公司循环水养殖池塘随机采集。试验选取的5种品系(品系A、品系B、品系C、品系D和品系E)自2017年5月中旬放苗，采用相同的养殖条件，养殖池塘盐度5～6，养殖期间DO保持在5 mg/L以上，pH8～9，透明度20～30 cm，氨氮质量浓度和亚硝酸氮质量浓度分别控制在1 mg/L和0.1 mg/L以下。投喂相同的全价配合饲料，养殖周期约3个月。每个品系各取30尾，测量体长、体质量，并计算含肉率和肥满度(表1)。

含肉率及肥满度的测定：对虾体长、体质量测定后，用蒸馏水清洗虾体，用洁净无菌纱布擦干，人工去除虾头、虾壳、附肢等非肌肉部分，得到的肌肉部分用拧干水的湿纱布吸干水后，用电子天平称重，每个品系的肌肉各自混合均匀后置于-80 ℃超低温冰箱保存备用。含肉率及肥满度的计算公式如下：

H=(W1/W)×100%

(1)

式中：H—含肉率；W1—肌肉质量，g；W—体质量，g。

K=(W/L3)×100

(2)

式中：K—肥满度，g/cm3；W—体质量，g；L—体长，cm。

1.3 营养成分测定

基本营养成分测定方法：粗蛋白采用凯氏定氮法[7]；粗脂肪采用索氏抽提法[8]；水分采用直接干燥法[9]；灰分采用食品中总灰分的测定方法[10]。氨基酸成分测定采用盐酸水解法(胱氨酸和色氨酸除外)[11]：用6 mol/L盐酸(HCl)水解样品，使用日立L-8900氨基酸分析仪测定16种氨基酸质量分数；再取肌肉样品以4.2 mol/L氢氧化钠(NaOH)溶液水解后同机检测色氨酸质量分数；以过甲酸氧化法处理样品，同机测定其胱氨酸质量分数。脂肪酸成分测定通过使用日本岛津GC-2010气相色谱仪采取水解提取-气相色谱法[12]。矿物质测定：磷元素测定采用钼蓝分光光度法[13]；硒元素测定采用氢化物原子荧光光谱法测定[14]；其他矿物元素采用电感耦合等离子体发射光谱法[15]。

1.4 营养价值评定

将所测必需氨基酸换算成1g蛋白质中含氨基酸的 mg数，与联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)建议的氨基酸评分标准模式[16]与中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所提出的鸡蛋蛋白模式[17]进行比较，按照以下公式计算氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)和必需氨基酸指数(EAAI)：

(3)

(4)

(5)

式中：M—试验样品的氨基酸含量，mg/g；A(FAO/WHO)—FAO/WHO评分模式下该氨基酸的含量，mg/g；AEgg—全鸡蛋蛋白质中该氨基酸的含量，mg/g；n—比较的氨基酸数；A、B、…、H—样品蛋白质的各种必需氨基酸含量，mg/g；AE、BE、 …、HE为全鸡蛋蛋白质中对应的必须氨基酸含量，mg/g。

支/芳值(E/TN)为支链氨基酸与芳香族氨基酸的比值，按照以下公式计算：

(6)

式中：A(Val+Leu+Ile)为缬氨酸、亮氨酸与异亮氨酸的含量之和，mg/g，A(Phe+Tyr)为苯丙氨酸与酪氨酸的含量之和，mg/g。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel2007统计分析，应用函数AVERAGE计算平均值，函数STDEV计算标准差。数据以平均值±标准差(Mean±SD)表示。

2 结果

2.1 含肉率及肥满度

从表1可以看出，品系E的体长和体质量最大，品系D的体长和体质量规格最小；含肉率方面，品系D的含肉率最高，品系C的最低；肥满度方面，品系E的肥满度最大，品系C肥满度最小。

2.2 一般营养成分

从表2可以看出，品系A的蛋白质含量最高(20.27%)，是最低的品系D(18.31%)的1.11倍；脂肪含量最高的仍是品系A，品系E的次之，品系D的最低；品系D的水分含量最高(79.43%)，其次为品系C，品系B的最低；灰分含量方面，5种品系相差不多，品系D(1.18%)低于其它品系。总体而言，5种品系南美白对虾主要营养成分含量相差不大，都属于高蛋白、低脂肪型。

表1 5种品系南美白对虾的含肉率及肥满度(湿重)

表2 5种品系南美白对虾肌肉中常规营养成分(湿重)

2.3 氨基酸组成分析

从表3可以看出，5种品系南美白对虾肌肉中共检测出18种氨基酸，包括8种必须氨基酸(EAA)、2种半必需氨基酸和8种非必需氨基酸(NEAA)。从总氨基酸(∑TAA)看，5种品系中，品系A的质量分数最高(85.94%)。在必需氨基酸中，品系A总质量分数最高(30.45%)，占其氨基酸总量的35.43%；品系B这两项指标分别为27.65%和35.35%。在呈味氨基酸的比较中，5种品系的含量从高到低依次是品系A(37.68%)>品系D(36.66%)>品系E(34.73%)>品系C(34.67%)>品系B(33.92%)，分别占总氨基酸的43.84%、44.34%、43.03%、43.81%和43.37%。从氨基酸组成来看，对虾肌肉中谷氨酸(Glu)质量分数最高，分别占14.38%、13.21%、13.13%、13.67%及13.26%，其次为天冬氨酸(Asp)和精氨酸(Arg)，色氨酸(Trp)质量分数最低，分别为0.78%、0.82%、0.80%、0.75%和0.69%。

2.4 营养价值评价

将表3中的数据换算成每克蛋白质中含氨基酸的毫克数，与FAO/WHO建议的氨基酸标准评分模式和全鸡蛋蛋白质的氨基酸模式进行比较，计算出5种品系的AAS值、CS值和必须氨基酸指数(EAAI)，结果见表4。根据AAS值和CS值显示，5种品系均是赖氨酸含量最高。以AAS值进行评价，第一限制性氨基酸，除品系E为色氨酸外，其他4种品系均为缬氨酸；在第二限制性氨基酸中，品系A为色氨酸，品系E为缬氨酸，其他3种品系均为苏氨酸。以CS值进行评价，品系A、品系D与品系E的第一限制性氨基酸均为色氨酸，第二限制性氨基酸均为“甲硫氨酸+半胱氨酸”；品系B和品系C的第一限制性氨基酸均为“甲硫氨酸+半胱氨酸”，第二限制性氨基酸均为色氨酸。在EAAI指数比较中，必须氨基酸指数从高到低依次为品系A(71.54)>品系E(71.10)>品系D(70.00)>品系C(69.31)>品系B(69.17)。支链氨基酸与芳香族氨基酸的比值(支/芳值)，品系D的最高(2.40)，其次为品系C(2.34)，最低的为品系B(2.27)，5种品系均属于较高比值。

表3 5种品系南美白对虾肌肉氨基酸组成及含量(干重)

注：“▲”表示必需氨基酸，“△”表示呈味氨基酸，“*”表示非必需氨基酸

表4 AAS、CS、EAAI、E/TN比较

2.5 脂肪酸组成

在5种品系南美白对虾中共检测出16种脂肪酸，包括7种饱和脂肪酸，2种单不饱和脂肪酸和7种多不饱和脂肪酸，其组成及质量分数见表5。在饱和脂肪酸(SFA)中，品系A检测出7种，品系B和品系E各检测出6种，品系C和品系D各有4种，其中含量最高的均为棕榈酸(C16:0)，其次为硬脂酸(C18:0)。在不饱和脂肪酸中，共检测出2种单不饱和脂肪酸(MUFA)和7种多不饱和脂肪酸(PUFA)。质量分数最高的均为亚油酸(C18:2)，品系B的含量最高(18.89%)。在EPA+DHA质量分数比较中，所有品系均超过23%，品系B的含量最高(30.32%)，品系C的最低(23.09%)。

表5 5种品系南美白对虾肌肉脂肪酸组成及含量(湿重)

2.6 矿物元素的组成和含量

从表6可以看出，5种品系南美白对虾肌肉中含有丰富的矿物元素，包含常量元素钾、钠、钙、镁、磷和微量元素铜、锌、铁、锰、硒。前者对比中，品系A所含钾元素和磷元素高于其他元素；品系B的钠元素含量最高；品系C的钙元素含量和品系B的镁元素含量最高；品系D的各种常量元素含量最低。在微量元素中，品系D的铜元素和铁元素含量最高，其中铁元素含量是品系C的近2倍。品系B的锌元素含量最高，是品系E含量的1.14倍。

表6 5种品系南美白对虾肌肉中常量与微量元素含量(湿重)

3 讨论

3.1 一般营养成分比较分析

南美白对虾的肌肉是主要食用部位，其粗蛋白和粗脂肪的含量是肌肉营养价值的重要评价指标[4]。在本研究中，5种品系南美白对虾的蛋白质含量均在20%左右，略低于青岛地区(22.76%)[18]、广西盐度为6.6的咸淡水养殖(21.57%)和淡水养殖(20.76%)南美白对虾的蛋白质含量[1]；与深圳地区池塘养殖的南美白对虾粗蛋白含量18.95%[4]和渤海湾黄骅附近海域捕捞的南美白对虾蛋白质含量(18.71%)[19]结果相近。而在脂肪含量的比较中，本研究中五种品系对虾的脂肪含量高于广西咸淡水养殖对虾脂肪含量(0.29%)[1]，低于其他地区的养殖对虾。在本研究的5种品系之间，品系A的蛋白质和脂肪含量最高，但各品系之间差异并不明显。总之，经池塘循环水系统养殖的各品系南美白对虾均属于高蛋白、低脂肪食物，符合现代营养学要求。

3.2 氨基酸比较分析

氨基酸的含量和组成，尤其是必需氨基酸的含量和构成比例是评价食物蛋白质营养价值的重要指标[20]。根据FAO/WHO提出的蛋白质中必需氨基酸(EAA)/总氨基酸(TAA)的比值在40%左右，EAA/非必需氨基酸(NEAA)达到60%以上属于优质蛋白质[21]。本研究中5种品系南美白对虾肌肉氨基酸EAA/TAA均在35%左右，EAA/NEAA均高于65%，结构符合FAO/WHO的标准要求，氨基酸组成平衡，属于优质蛋白质。从氨基酸的组成特点来看，必需氨基酸中以赖氨酸的含量最高，5种品系对虾的赖氨酸含量均高于FAO/WHO评分模式和鸡蛋蛋白质中赖氨酸含量，品系A的赖氨酸含量最高(7.00%)，分别是氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS)的1.41倍和1.08倍。赖氨酸在人体新陈代谢中起着至关重要的作用[20,22]。赖氨酸在谷类中比较缺乏，Kim等[23]指出，经常食用南美白对虾可弥补植物性蛋白源中赖氨酸的不足。

研究发现动物蛋白质的鲜美程度取决于呈味氨基酸的组成和含量[1,9-10]。其中，天冬氨酸和谷氨酸是鲜味的特征性氨基酸，丙氨酸和甘氨酸是甘味的特征性氨基酸，丝氨酸和脯氨酸也与甘味有关[20]。谷氨酸作为鲜味氨基酸不仅鲜味最强，而且还在脑组织生化和肠黏膜生长代谢中参与抗氧化剂谷胱甘肽等多种生理活性物质的合成[24]。本研究中的5种品系南美白对虾肌肉中均富含呈味氨基酸，其中谷氨酸和天冬氨酸的含量较高。从呈味氨基酸与总氨基酸的比值(DAA/TAA)来看，品系D的最高(44.34%)，其它品系均超过43%。因此，5种品系对虾肌肉中氨基酸含量丰富、种类齐全、比例均衡。品系D和品系A最具鲜味，但各品系之间差异不大。

3.3 营养品质评价

根据氨基酸特别是人体必需氨基酸的含量和组成，可对该食物蛋白质的质量进行评价。氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS)反映出被测蛋白质中所缺乏的必需氨基酸程度，分值最小的为第一限制性氨基酸[7-8]。根据AAS评分，5种品系对虾的第一、第二限制性氨基酸评分均大于0.8；根据CS评分，各品系第一、第二限制性氨基酸评分均大于0.5，反映出各品系必需氨基酸含量均比较丰富。

支链氨基酸包括缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸，此3种必需氨基酸约占人体骨骼肌蛋白质必须氨基酸的35%，是促进身体正常生长、调节血糖、修复组织、提供能量的重要氨基酸，其氧化供能约占氨基酸供能总量的60%。在进行剧烈体力活动时，缬氨酸可以为肌肉提供额外的能量产生葡萄糖，防止肌肉衰弱[20]。芳香族氨基酸为苯丙氨酸与酪氨酸的总量，是生物肾上腺素和甲状腺素的前体物质[25,26]。在本研究中，5种品系对虾支/芳值(E/TN)比值为2.27～2.40，较为接近正常人和哺乳动物的支/芳值(3～3.5)，可以作为优质保健食品。

3.4 脂肪酸比较分析

脂肪是机体的主要能量来源之一，同时也是细胞膜结构和功能的重要物质基础[20]。不饱和脂肪酸对人体的生长发育、降低血脂、防止心血管疾病具有极为重要的作用[27]。特别是单不饱和脂肪酸(MUFA)，能够正向调节血脂代谢，降低低密度蛋白胆固醇(LDL)的氧化敏感性，从而保护血管内皮和降低血液高凝状态[28]。本研究中品系B单不饱和脂肪酸含量最高(14.29%)，品系C含量最低(11.69%)，其他品系均高于12%。

在对虾肌肉中，多不饱和脂肪酸(PUFA)是脂肪酸的重要组成部分，含量最为丰富[29]。高含量的PUFA可以使肌肉脂肪在加热过程中产生香味，提高风味度[30]。本研究中，5种品系PUFA含量均高于Sriket等[29]研究的南美白对虾PUFA含量(42.2%～44.4%)。其中，品系BPUFA含量最高，达到57.35%。PUFA中，亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸无法在人体和动物体内合成，只能从食物中获取，而且亚麻酸具有降血脂、降血压、降胆固醇的功能[19]。本研究中，品系B的亚油酸含量最高(18.89%)，亚麻酸含量最高的为品系E(4.36%)，品系D的花生四烯酸含量最高(6.50%)。

PUFA中的EPA和DHA被称为人和动物生长发育的必须脂肪酸，对人体细胞膜功能和基因表达具有重要作用[30]。其主要存在于鱼虾类脂肪内，由食物链的富集作用在体内积聚[20,30]。大量研究表明，食用富含DHA和EPA的食物可促进儿童智力发育，同时对老年人心脑血管疾病以及对抗老年痴呆都具有一定疗效[4,19,31]。在本研究中，DHA/EPA比值，除品系A外均高于Sriket等[29]研究南美白对虾DHA/EPA比值(1.05)。品系BDHA+EPA含量最高(30.32%)，其次为品系E(26.90%)，这表明食用这2种品系南美白对虾在保健功能上相对较好。

3.5 常量及微量元素的比较分析

矿物质是人体必须的七大营养元素之一，是构成机体组织和维持机体正常新陈代谢所必需的各种元素(除碳、氢、氧、氮等主要以有机物形式存在的以外)的总称[32]。在常量元素中，5种品系均为钾元素含量最高，其后依次为磷、钠、镁、钙含量。微量元素中，各品系含量高的为锌、铁和铜元素。本研究中的5种品系铁元素含量均值(5.46 mg/kg)均高于张高静等[19]研究的南美白对虾(3.14 mg/kg)。与其他水产品相比较，高于斑石鲷的铁元素含量(2.8 mg/kg)[22]、刺参体壁铁元素含量(2.11 mg/kg)[33]和紫海胆黄的铁元素含量(4.4 mg/kg)[34]。特别是品系D，其铁元素含量(7.62 mg/kg)和铜元素含量(4.05 mg/kg)为5种品系中最高，而且其锌含量也处于中上游水平，为15.61 mg/kg。研究表明，锌和铜元素参与众多酶活性中心的构成，对核酸、蛋白质合成及免疫过程都具有直接或间接的作用[20]。铜元素可恢复嗜中性白细胞的数量；锌元素则对嗜中性白细胞的杀菌能力起决定性作用，而且还能诱导B细胞分泌免疫球蛋白，从而起到抑菌作用[35]。近年来品系D在北方养殖成功率达到80%及以上，表现出较好的抗病力和抗逆性，可能与该品系的铁、铜、锌元素的含量较高相关。

3.6 池塘循环水系统与传统养殖模式比较

池塘循环水系统养殖较传统池塘养殖是一种健康的养殖模式。在传统养殖模式中，换水的耗水量很大，对水资源浪费很严重[36]，而如果不能及时换水，当残饵和排泄物在在养殖水体中超过8～12 h时，水质的恶化速度会迅速加快[37]。养殖动物长期处于负面环境时会处于应激状态，需要大量能量维持生理代谢平衡，同时免疫力下降，生长速度减慢[38]。相较于传统池塘养殖，循环水养殖模式使用循环水可减少排泄物在水中积累和水资源浪费。而且在尾水处理的问题上，该模式可定期收集残饵粪便，对养殖用水进行消毒、杀菌，经处理后的水重回池塘，实现了尾水零排放，保护生态环境[36,39]。研究表明，在使用池塘循环水养殖大口黑鲈时，每天的工作量相较传统池塘养殖减少了一半，达到节约人力的效果[40]。

4 结论

通过对5种品系(品系A、品系B、品系C、品系D和品系E)南美白对虾营养成分的研究，可以看出经池塘循环水系统养殖的对虾肌肉中蛋白质含量较高，脂肪含量较低，氨基酸组成平衡，EPA、DHA和矿物元素含量丰富，营养价值高。5种品系间相比，品系A、品系B、品系D和品系E的含肉率、肥满度、氨基酸组成及含量均高于品系C，营养价值更高。池塘循环水系统养殖南美白对虾是一种健康的养殖模式，能够更好的保护环境，可以推广使用。

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