外源铜胁迫下茅尾海南美白对虾营养成分变化分析

林俊良， 张亚丽， 李素霞

(钦州学院资源与环境学院，广西钦州 535011)

人们对食品品质要求日益提高，对虾作为钦州四大海产之一，其食品安全与营养成分倍受社会各界关注。茅尾海位于广西钦州湾海域南部，面积约为134 km2，海岸线绵延曲折，水深浪静，呈倒口袋状，口窄内宽，是一个半封闭海湾。该海域属南亚热带海洋性气候，年均气温约为22.1 ℃，水温可保持在17 ℃以上，为对虾的养殖提供优良的天然环境。其对虾以肉质鲜美、营养丰富而著名。而近年来随着钦州市的养殖、工业、生活、采矿等产业的发展，其排污水顺着茅岭江、钦江从北面汇入茅尾海，不仅在一定程度上对茅尾海的海洋环境造成污染，给对虾养殖也带来威胁；此外在对虾养殖过程中，通过向对虾塘泼洒CuSO4·5H2O(五水硫酸铜)溶液进行杀菌灭藻。虾农由于缺乏专业知识，不能适当合理地使用CuSO4·5H2O溶液，无形中加剧外源铜对对虾养殖的风险。铜在生物体新陈代谢中起着举足轻重的作用，铜离子较强的氧化还原电势和配位共价的能力，使其成为细胞内多种蛋白质和酶的重要成分；但高浓度的铜离子会改变生物体细胞环境的氧化还原状态，难降解的特点使其对生物体的生存带来危害。加上对虾通过食物链的放大作用，将在短期内对重金属的富集传递给消费者，对消费者的健康造成危害。

南美白对虾又称凡纳滨对虾，与中国对虾、斑节对虾被誉为养殖产量最高的三大优良虾种。南美白对虾具有对环境的适应性强、成长速度快、抗病能力强、对营养需求低、抗盐性强(0%～6%)等特点。南美白对虾主要由海水和淡水养殖，研究中发现，海水养殖对虾感官评价总体得分高于淡水养殖，在鲜味、甜味方面海水养殖对虾优于淡水养殖，灰分也相对较高[1]。茅尾海南美白对虾的养殖特点是主要在咸淡水区域养殖，江河水与海水交汇处特殊的水流运动、气候特点及养殖环境使其口感与营养成分具有自身的特色。在目前关于对虾的研究中，发现在饲料中添加铜，对南美白对虾生长、体内铜含量、生理机能等均有不同程度的影响。饲料中适当添加微量元素可以提高凡纳滨对虾生长率[2]，随饲料铜水平的增加，增质量率、饲料效率、特定增长率先升高后降低[3]，添加不同水平的硫酸铜，不仅对南美白对虾生长影响显著，而且能影响对虾的免疫能力，且铜最主要积累在肝胰脏[4]。虾肝胰脏中铜含量随硫酸铜、蛋氨酸铜添加浓度的提高及喂养时间的延长而显著增加[5-6]。低浓度的铜有助于对虾的生长[7]。相同浓度有机铜离子的生物利用率优于无机铜[8]。王维娜等研究表明，在水环境中添加重金属元素对对虾的影响表现为，水环境中外加低浓度的Cu2+(24 μg/L)时可提高日本沼虾摄食率，高浓度时可降低其摄食率[9]。为进一步比较分析水环境和饲料中重金属对南美白对虾的影响，分别在饲料与海水中添加铅(Pb)，喂养任一浓度饲料时，海水中Pb浓度为0.001 5、0.008 0、0.046 6 mg/L 时凡纳滨对虾肌肉、外骨骼和肝胰腺组织中Pb含量均小于限量值0.5 mg/kg；而在Pb浓度为0.230 2 mg/L的海水中，南美白对虾各组织中Pb的累积量随着投喂饲料浓度的增大而高于限量值的时间越早[10]。养殖水域中某重金属达到一定浓度时，水域中的重金属与投放饲料中该重金属在凡纳滨对虾体内产生叠加效应；而当水域中该重金属未达到一定浓度时，在饲料中重金属含量的不同并不能对对虾体内重金属含量的累积起关键作用。现有研究中，南美白对虾对外源重金属的吸附积累研究成果较丰富，但外源Cu对其氨基酸等营养成分影响的研究较少。本研究选取茅尾海对虾养殖区为研究区域，以重金属Cu为变化因子，初步探讨其不同浓度下对虾体内氨基酸、灰分、铁(Fe)、钙(Ca)等成分的变化情况。

1 材料与方法

1.1 试验用水与试剂

供试用水为实验室制备的纯水，试剂为CuSO4·5H2O、海盐。

1.2 试验样品与器材

供试样品为茅尾海南美白对虾，器材为4个中型泡沫箱、8孔增氧机、取暖灯。对虾样品各项指标见表1。

表1 茅尾海南美白对虾营养成分

注：样品A为没有经过试验直接剥壳去头去尾的鲜虾烘干样(同批鲜虾中随机抽取4组，每组8尾)。

1.3 试验设计

试验于2016年11月进行，选取钦江与茅尾海交汇处的某南美白对虾养殖基地。在盐度配制方面，相关研究认为，盐度高低对南美白对虾的存活、生长及营养成分均有不同程度的影响。中等盐度(2%、1.8%)时，南美白对虾生长最好，存活率最高[11-12]。茅尾海对虾养殖区位于钦江、茅岭江与茅尾海交汇处，为还原模拟茅尾海咸淡水养殖环境，配制4组浓度为0.5%的盐水，用于配制A0、A1、A2、A34组浓度分别为0、0.10、0.25、0.50 mg/L的Cu2+溶液，每组设3个平行样。温度保持在(28±1) ℃、充氧6 h后，保持充氧通风状态，每箱放入体长约为20 cm的南美白对虾35尾，养殖3 d后取出，剥壳去头去尾，立即放入烘干箱，恒温105 ℃烘至恒质量，封口袋封装、待检。

1.4 试验方法

用高效液相色谱法分析南美白对虾的氨基酸、肌苷酸含量；利用电子耦合等离子光谱法分析重金属铜、钙、铁与无机元素磷(P)含量。用灰化剂灰化法测灰分。

1.5 统计分析

数据以“平均值±标准误”表示，相关图表均用Excel制作。

2 结果与分析

2.1 南美白对虾体内Cu的积累变化

在本试验中，通过改变对虾养殖溶液环境中Cu的浓度，观察其体内Cu的积累情况。表2中，样品A为没有经过试验直接剥壳去头去尾的鲜虾烘干样，A0组为0.5%盐水养殖3 d的对虾样品，A1组为0.1 mg/L CuSO4·5H2O与0.5%盐水混合溶液养殖3 d的对虾烘干样品，A2组为0.25 mg/L CuSO4·5H2O与0.5%盐水混合溶液养殖3 d的对虾烘干样品，A3组为0.5 mg/L CuSO4·5H2O与0.5%盐水混合溶液养殖3 d的对虾烘干样品。

表2 不同浓度下对虾体内铜累积情况

在外源铜胁迫下，南美白对虾体内铜含量变化情况见图1。从表2、图2可以看出，所设置外源Cu的浓度中，当外源Cu的浓度为0.1 mg/L时，对虾体内Cu的富集累积率上升最快，为98.71%；而随着外源Cu浓度的增加 (>0.1 mg/L)，对虾体内的累积率表现平稳上升的趋势，当浓度为0.25 mg/L时，累积率为99.21%；浓度为0.50 mg/L时，累积率为99.50%，说明对虾体内Cu的累积率会随着外源Cu浓度的提高呈上升趋势。在不同Cu浓度梯度 (0.00、0.10、0.25、0.50 mg/L)下，茅尾海南美白对虾体内铜累积率差异梯度为162.73%、0.50%、0.29%，说明外源Cu环境浓度为 0.10 mg/L 接近对虾体内Cu吸收的临界值。

此外，在纯盐水中养殖对虾体内Cu含量比其体内原有Cu含量要低64.02%，说明日常生活中可以通过淡盐水的漂洗去除对虾体内重金属Cu的含量，进而达到一定清洁虾体内污染的作用。

2.2 Cu胁迫下南美白对虾氨基酸营养成分的变化

重金属污染在一定程度上影响着动植物体内营养成分、生理性能。研究发现，在不同外源Cu浓度胁迫下，茅尾海对虾氨基酸营养成分也受到不同程度的影响。从表3可以看出，从氨基酸含量变化的平均值看，各氨基酸的活跃程度有所变化，丝氨酸、谷氨酸随着外源Cu浓度的提高，活跃性稍有增加；天门冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等营养成分的活跃性受到抑制。其次，非必需氨基酸、必需氨基酸含量随着外源Cu浓度的提高总体呈下降的趋势。表3中，在0.5%盐水中饲养3 d的对虾样与鲜样相比，氨基酸活跃程度略有下降但变化不大，非必需氨基酸、必需氨基酸分别下降了0.32、0.07百分点，说明氨基酸在淡盐水环境下，流失率较低；随着外源Cu浓度提高到0.10、0.25、0.50 mg/L，非必需氨基酸和必需氨基酸含量分别比上一浓度处理下降3.20、0.02、0.66百分点和1.23、0.98、0.18百分点。从下降的数据分析，Cu浓度为0.10 mg/L时，对虾氨基酸活跃性降低最快，在设置的浓度梯度中，氨基酸活跃性降低程度呈先快后慢的特点(图3)。

表3 不同外源Cu浓度下对虾体内各种氨基酸含量变化情况

2.3 外源Cu胁迫下南美白对虾其他营养成分变化情况

研究证明，肌苷酸是影响肉类鲜味性的重要指标，是衡量海鲜鲜度的重要指标[13-14]。海水可在一定程度上提高对虾的肌苷酸含量，这是海水与淡水养殖的对虾口感存在差异的主要因素之一[1]，说明对虾中的肌苷酸与养殖水域的盐度有关系。在试验中，发现茅尾海南美白对虾肌苷酸含量随外源Cu浓度的提高呈下降趋势，详见表4；经过相关性分析，肌苷酸与外源Cu浓度相关系数为-0.88，呈高负相关关系(表5)，表明外源Cu环境对对虾鲜味影响较大。但在对虾肌苷酸的增减方面，盐度与外源Cu浓度的贡献值没有作进一步试验分析。

表4 不同浓度Cu胁迫下对虾的其他营养成分变化情况

灰分是反映食物无机成分总量的一项指标。测定灰分可以判断食品受污染的程度[15]。从试验分析数据可以看出，灰分与外源Cu呈负相关关系，与外部环境受污染程度表现一致。而Fe和Ca、P作为人体重要的微量元素和常量元素与外源Cu分别呈高度负相关、中度负相关和微负相关关系，受外源Cu影响程度： P>肌苷酸>灰分>Fe>Ca，说明在外源Cu浓度胁迫下，P流失的可能性最大。在外源Cu浓度胁迫下，肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P相互间的相关性均表现为正相关关系，说明随着外部Cu环境的改变，对虾体内肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P变化具有相对的一致性。受外部Cu环境的影响，肌苷酸与灰分的相关系数最高，为0.91，表明食物受污染越严重，鲜味越差。

表5 肌苷酸、灰分、Fe、Ca、P、外源Cu浓度的相关性

研究发现，肌苷酸、Ca、P在外源Cu浓度为0.10 mg/L时，变化率表现出相对的一致性。推测在该外源Cu浓度下，对虾肌苷酸、Ca、P的理化反应具有一定的一致性与相关性；其次，比0.25、0.50 mg/L的浓度环境下下降速率快，详见图4，说明在此浓度下，肌苷酸、Ca、P的理化反应比在其他设定的浓度下强烈；另外，说明该浓度下肌苷酸、Ca、P营养成分流失最快。灰分在试验设定的几个浓度中，变化速率起伏不大，理化反应程度相对一致。Fe在外源Cu浓度为0.10、0.25、0.50 mg/L 3个设定浓度中，变化速率随浓度的增大而提高；但在外源Cu浓度为0 mg/L时，变化速率在试验中最高，这有可能是由于淡盐水对虾体内Fe净化作用使其流失程度比其他设定外源Cu浓度下理化反应而流失的要大。

3 结论

(1)对虾的生长受到外源Cu浓度变化的影响，特别是体内Cu的累积。当外源Cu浓度为0～0.1 mg/L时，对虾体内Cu的累积率呈直线上升的特点；当外源Cu浓度为 0.10 mg/L～0.50 mg/L 时，呈饱和缓慢上升的特点。(2)随着外源Cu浓度的提高，对虾体内氨基酸总量表现为总体下降的特征。不同的氨基酸表现的特征也有所不同，其中丝氨酸、谷氨酸的活跃性随着外源Cu浓度的提高稍有增加；天门冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等营养成分的活跃性受到抑制。当淡盐水的环境下，氨基酸流失率较低；当外源Cu浓度为 0.10 mg/L时，对虾氨基酸活跃性降低最快。(3)在外源Cu胁迫下，对虾肌苷酸含量与灰分、Fe、Ca、P含量受外部环境影响程度为P>肌苷酸>灰分>Fe>Ca。

4 讨论

(1)现有研究中鲜有探讨在外源重金属胁迫下，对南美白对虾氨基酸等营养成分的影响。本试验中发现，外源Cu浓度在0～0.10 mg/L时，南美白对虾体内Cu累积率、氨基酸活跃性、肌苷酸、Ca和P的变化特征最明显。在今后的试验中，考虑增加0～0.10 mg/L间的浓度梯度，提高试验数据的连贯性。(2)本试验中通过改变外源Cu浓度，测试对虾体内相关营养成分的变化。今后可测试不同外源胁迫条件下，对虾体内氨基酸等营养成分的变化情况。(3)养殖水域的盐度与外源Cu浓度对对虾的肌苷酸含量都有影响，但两者的贡献率分别是多少并没有进行探讨，此外，在其他重金属胁迫条件下，对肌苷酸产生的影响还须进一步研究。