不同生长阶段墨瑞鳕脂肪酸组成及主成分分析

罗 钦 李冬梅 黄敏敏 饶秋华 刘 洋 翁伯琦潘 葳 罗土炎

(1福建省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所/福建省农产品质量安全重点实验室,福建 福州 350003;2 福建师范大学协和学院文化贸易研究中心/跨境电商研究中心,福建 福州 350117;3 福建省农业科学院农业生态研究所,福建 福州 350013)

墨瑞鳕(Maccullochella peelii peelii)是原产于南半球澳大利亚Murray-Darling 流域的一种鱼类[1],其肉质细嫩鲜美,富含氨基酸、二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA) 及二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)等营养物质,具有较高的经济、营养和食用价值,在澳大利亚素有“国宝鱼”之美称[2]。墨瑞鳕可作为EPA 与DHA 等功能性脂肪酸的重要膳食来源,具有即食食品、休闲食品等开发利用潜力[3],已成为我国新兴的一个优质高值淡水养殖品种,1999年我国台湾引入养殖[1,4],随后在我国浙江省、广东省、山东省、福建省等地区陆续引入养殖。鱼体化学组成是在鱼体生长发育过程中饲料经消化、吸收并在鱼体内经过转化、合成和储存的结果,其含量不仅可以反映鱼体生长发育和代谢情况,也可以反映鱼体对于来自于饲料的营养素需求量的差异。了解不同生长阶段鱼体的化学组成,对墨瑞鳕不同生长阶段所需饲料的开发研究、改善墨瑞鳕专用饲料配方和开发利用墨瑞鳕资源等具有重要意义[5]。

目前已有关于墨瑞鳕肌肉中脂肪酸组成的研究报道,主要集中在鱼卵与鱼苗中脂肪酸的组成分析。Anderson 等[6]和宋理平等[7]分别报道了墨瑞鳕鱼卵、鱼苗中脂肪酸组成;Desilva 等[8]报道了饲养不同蛋白能量比的饲料对平均体重为12 g的墨瑞鳕鱼苗脂肪酸组成的影响;Turchini 等[9]报道了鲑鱼内脏提取物替代鱼油的饲料对平均体重为25.35 g的墨瑞鳕鱼苗的脂肪酸组成的影响;Francis 等[10-11]报道了不同脂肪源替代鱼油的饲料对平均体重为6.45 g和14 g的墨瑞鳕鱼苗脂肪酸组成的影响;Turchini 等[12]和Francis等[13]报道了植物油替代鱼油的饲料对平均体重为20 g和7.47 g的墨瑞鳕鱼苗脂肪酸组成的影响;Senadgeera 等[14]报道了不同亚麻酸与亚油酸比例的饲料对平均体重为16.0 g的墨瑞鳕鱼苗脂肪酸组成的影响。在水产品中主成分分析的研究主要集中在脂肪酸相关性分析、氨基酸评价、质量评价、繁殖能力评价等方面,庄海旗等[15]对6种鳀科鱼的脂肪酸组成进行相关性分析和聚类分析,将6种鳀科鱼分成3 组;任敬等[16]利用主成分分析对7种常见食用鱼的17种氨基酸进行综合评价;李忠义等[17]利用主成分分析对黄海6种饵料鱼类的碳氮比、脂肪含量、蛋白质含量、碳含量及非水分含量5个指标进行质量排序;程先友等[18]利用主成分分析对凹目白鲑体长、体重、卵巢重、成熟系数、绝对怀卵量和相对怀卵量6 项指标进行繁殖力的综合评价。但鲜见关于不同生长阶段墨瑞鳕肌肉中脂肪酸组成及主成分分析的报道。本研究采用甲酯化衍生和气相色谱技术[19],对墨瑞鳕幼鱼、成鱼和亲鱼肌肉脂肪酸组成进行比较分析,并进行差异比较和主成分分析,结合前期对不同生长阶段墨瑞鳕肌肉中氨基酸组成的研究[20],从营养学角度对不同生长阶段墨瑞鳕的营养需求进行分析,旨在为墨瑞鳕的营养价值研究、综合开发利用提供理论依据[21],加快墨瑞鳕的产业化发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

墨瑞鳕取自浙江省乐清市某养殖公司,采用水泥池养殖,投喂相应规格的人工配合饲料。试验鱼体质健壮、体表完好无伤。雌性亲鱼3 尾(8.02±0.35 kg)、成鱼3 尾(604.35±19.41 g)、幼鱼12 尾(20.52±9.88 g)。

乙醚、石油醚、苯(均为分析纯),福州福杰化学试剂有限公司;95%乙醇(分析纯),上海振兴化工二厂;氢氧化钠、氯化钠和氢氧化钾(均为分析纯),西陇化工股份有限公司;甲醇(色谱纯),上海优试化工有限公司;三氟化硼(分析纯)、硫酸氢钠(分析纯),福建药典实验科技有限公司;混合脂肪酸甲酯标准品,美国SUPELCO公司。

1.2 主要仪器与设备

GC-2010 气相色谱仪(配氢火焰离子检测器),日本岛津公司;BCD-521WDPW 冰箱,青岛海尔集团;DS-1 组织粉碎机,杭州三永德仪器仪表有限公司;AL-204分析天平,梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司;RE-2000A 旋转蒸发仪,上海科升仪器有限公司;HHW420 恒温水浴箱,上海助蓝仪器科技有限公司。

1.3 试验方法

每份试验鱼分别经去头、去尾、去皮、去内脏等简单处理,取鱼体背部两侧肌肉,使用组织粉碎机粉碎,制成3个试验混合样品,于-18℃冷冻保存。

试样经解冻后加入5 mL 石油醚苯(1 ∶1,v ∶v),经提取其中的脂肪后,加入0.5 mL 2 mol·L-1氢氧化钠-甲醇溶液,在碱性条件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,再加入10 mL 饱和氯化钠摇匀、静置分层、取上清液后,经毛细管柱气相色谱分析,采用面积归一化法定量测定脂肪酸的百分含量。

色谱条件:空气流速400 mL·min-1、氢气流速40 mL·min-1、色谱柱柱流量1 mL·min-1、尾吹载气流速30 mL·min-1、检测器温度250℃、气化温度250℃、色谱柱温度80～230℃、分流比50 ∶1、载气流速1 mL·min-1。

1.4 数据处理

脂肪酸结果采用Microsoft Excel 2007 软件进行分析并以平均值±标准差表示,饲料与鱼体肌肉的脂肪酸采用Microsoft Excel 2007 软件进行相关性分析,脂肪酸组成采用SPSS 17.0 软件的单因素方差分析方法进行显著性分析,主成分分析采用SPSS 17.0 软件的降维技术进行因子分析。

2 结果与分析

2.1 不同生长阶段墨瑞鳕肌肉及饲料的脂肪含量、脂肪酸组成和相关性分析

由表1可知,不同生长阶段墨瑞鳕肌肉及饲料中脂肪酸种类相似,然而墨瑞鳕鱼苗处于快速生长期,成鱼处于富营养期,亲鱼处于繁殖期,不同生长阶段墨瑞鳕肌肉中脂肪含量不一样,不同生长阶段墨瑞鳕饲料中的脂肪含量也不一样。墨瑞鳕肌肉及饲料中脂肪酸的相关性均较高,其中以成鱼最高,为0.931 86,幼鱼次之,为0.733 69,亲鱼最低,为0.649 39,其值均大于相关系数检验临界值0.641 14,说明3种不同生长阶段墨瑞鳕肌肉及饲料中的脂肪酸含量均呈显著正相关,这与Yang 等[22]的研究结果相一致。

表1 不同生长阶段墨瑞鳕肌肉及饲料的脂肪酸组成和相关性分析Table1 Correlation analysis of fatty acid composition in muscle and feed of Murray cod at different growth stages/%

2.2 不同生长阶段墨瑞鳕肌肉的脂肪酸组成分析

由表2可知,墨瑞鳕幼鱼脂肪酸组成中棕榈酸含量最高,DHA次之;成鱼脂肪酸组成中棕榈酸含量最高,油酸次之;亲鱼脂肪酸组成中油酸含量最高,棕榈酸次之,说明墨瑞鳕在3个生长阶段的棕榈酸含量均较高。墨瑞鳕不同生长阶段肉豆蔻酸、花生一烯酸、花生四烯酸、EPA和DHA的含量从高到低依次为幼鱼＞成鱼＞亲鱼;幼鱼的肉豆蔻酸、花生一烯酸、花生四烯酸、EPA和DHA含量分别是亲鱼的1.21、1.75、2.67、1.33和2.90倍。墨瑞鳕不同生长阶段棕榈油酸、油酸、亚油酸和n3 亚麻酸的含量从高到低依次为亲鱼＞成鱼＞幼鱼,亲鱼的棕榈油酸、油酸、亚油酸和n3 亚麻酸含量分别是幼鱼的1.55、1.35、2.89和2.33倍。墨瑞鳕在不同生长阶段棕榈酸、硬脂酸和花生酸的含量随着鱼体生长呈先下降后上升的趋势;而n6 亚麻酸和二十碳二烯酸的含量则随着鱼体生长呈先上升后下降的趋势。

墨瑞鳕在不同生长阶段高不饱和脂肪酸(high unsaturated fatty acids,HUFA)总量和(n3)系多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA)总量从高到低依次为幼鱼＞成鱼＞亲鱼,幼鱼的HUFA 总量和(n3)系PUFA 总量分别是亲鱼的2.43和2.07倍。墨瑞鳕在不同生长阶段单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)总量、不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acid,UFA)总量和(n9)系PUFA 总量从高到低依次为亲鱼＞成鱼＞幼鱼,亲鱼的MUFA 总量、UFA 总量和(n9)系PUFA 总量分别是幼鱼的1.34、1.15和1.29倍。墨瑞鳕不同生长阶段的饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)总量随着鱼体生长呈先下降后上升的趋势;而PUFA 总量、必需脂肪酸(essential fatty acid,EFA)总量和(n6)系PUFA 总量随着鱼体生长呈先上升后下降的趋势。

墨瑞鳕在不同生长阶段∑(n6)PUFA/∑(n3)PUFA 从高到低依次为亲鱼＞成鱼＞幼鱼,随着鱼体生长呈上升趋势;∑PUFA/∑SFA和∑UFA/∑SFA 随着鱼体生长呈先上升后下降的趋势;墨瑞鳕在不同生长阶段∑PUFA/∑MUFA 从高到低依次为幼鱼=成鱼＞亲鱼,幼鱼的∑PUFA/∑MUFA是亲鱼的1.27倍。

表2 不同生长阶段墨瑞鳕肌肉中脂肪酸种类及含量Table2 Fatty acid compositions and contents of Murray cod muscle at different growth stages/%

墨瑞鳕不同生长阶段脂肪酸含量大部分存在显著差异,尤其是幼鱼与成鱼的脂肪酸含量除二十碳三烯酸外均存在显著差异。

2.3 不同生长阶段墨瑞鳕脂肪酸组成的相关性分析

由表3可知,肉豆蔻酸与花生一烯酸、花生四烯酸、EPA、DHA 呈强正相关(当相关系数r=0.98～1.00时为强正相关,下同),与油酸、n3 亚麻酸呈强负相关(当相关系数r=-0.98～-1.00时为强负相关,下同);花生一烯酸与硬脂酸、花生四烯酸、EPA、DHA 呈强正相关,与亚油酸、n3 亚麻酸呈强负相关;花生四烯酸与EPA、DHA 呈强正相关,与油酸、亚油酸、n3 亚麻酸呈强负相关;EPA 与DHA 呈强正相关,与亚油酸、n3 亚麻酸呈强负相关;DHA 与亚油酸、n3 亚麻酸呈强负相关;棕榈酸与n6 亚麻酸呈强负相关;硬脂酸与EPA、DHA 呈强正相关,与亚油酸呈强负相关;油酸与n3 亚麻酸呈强正相关。呈强正相关意味着当某一物质含量发生变化时,其他相关物质的含量也发生相同方向的变化,反之呈强负相关的物质则产生相反方向的变化。

表3 不同生长阶段墨瑞鳕脂肪酸的相关系数矩阵Table3 Correlation matrix of fatty acids in Murray cod of different growth stages

通过SPSS 17.0 对所有脂肪酸原始数据进行主成分分析,得到特征值、主成分方差贡献率、累计贡献率(表4)和相关系数矩阵(表5)。由表4可知,特征值大于1.000,累积贡献率达100.000%的主成分有2个,说明前2个主成分包含的信息可以反映大部分信息,第一主成分(PC1)贡献率为78.163%,第二主成分(PC2)贡献率为21.837%。由表5可知,肉豆蔻酸、花生一烯酸、花生四烯酸、EPA和DHA 等5种脂肪酸载荷系数均大于0.99,这5种脂肪酸是墨瑞鳕的主要特征脂肪酸。且这5种主要特征脂肪酸之间均互呈强正相关(表3)。

3 讨论

不同生长阶段的墨瑞鳕脂肪酸含量有各个阶段的特点。油酸作为重要的供能物质大量储存可以保证卵巢的正常发育[23],亚油酸是合成花生四烯酸的前体,能促进动物的生长繁殖[24],促进墨瑞鳕亲鱼性腺成熟,保证卵巢的正常发育与繁殖;在3个生长阶段中墨瑞鳕亲鱼的油酸和亚油酸含量最高,说明墨瑞鳕在生长过程中,具有不断积累和生成油酸、亚油酸的特点。花生四烯酸具有调节鱼体机能的作用,帮助鱼类抵御不良环境影响[25],提高幼鱼品质[26]。DHA是动物生长发育的必需脂肪酸[27]。鱼类在仔稚鱼阶段,其脑神经和视神经会迅速发育,需要消耗大量DHA[28]。研究表明,在3个生长阶段中墨瑞鳕幼鱼的花生四烯酸和DHA含量最高,说明在墨瑞鳕鱼苗阶段,为提高墨瑞鳕幼鱼的品质,加快其脑神经和视神经迅速发育,尽快适应环境变化,幼鱼有花生四烯酸和DHA 高转化生成的特点。因此,随着墨瑞鳕的生长发育,在饲料中应及时提高相应阶段功能脂肪酸的比例。

主成分分析是采用少量综合指标代替原来多个指标大部分信息的一种降维分析方法,其优点在于可消除评价指标间的相关影响,保证评价的客观性[29]。本研究将影响鱼类脂肪酸品质的15个特征指标简化为2个主成分,简化了选择程序,保证了原始数据的完整性和客观性。主成分分析结果显示,肉豆蔻酸、花生一烯酸、花生四烯酸、EPA和DHA是不同生长阶段墨瑞鳕的主要特征脂肪酸。目前尚无前人对墨瑞鳕进行主要特征脂肪酸方面的研究,但是在其他品种鱼类上,王娜[30]研究表明棕榈油酸、芥子酸、十五碳酸、DHA是黄鲫鱼和带鱼的主要特征脂肪酸,棕榈油酸、十五碳酸、DHA是棕斑腹刺鲀鱼的主要特征脂肪酸;杨清源等[31]表明棕榈酸、棕榈油酸、EPA、DHA是拉氏南美南极鱼的主要特征脂肪酸。上述研究说明鱼类品种不同,其主要特征脂肪酸也不尽相同。本研究结果中墨瑞鳕5种主要特征脂肪酸的含量均随着鱼体生长呈下降趋势,与杨清源等[31]研究结果中拉氏南美南极鱼4种主要特征脂肪酸的含量随鱼体生长的变化趋势相似。因此,随着墨瑞鳕的生长发育应及时降低相应阶段呈强负相关的主要特征脂肪酸的比例。

表4 不同生长阶段墨瑞鳕脂肪酸的特征值及方差贡献率Table4 Eigenvalues and variance contribution rate of fatty acids in Murray cod of different growth stages

表5 不同生长阶段墨瑞鳕脂肪酸主成分矩阵组成Table5 Principal component matrix of Murray cod of different growth stages

3个生长阶段墨瑞鳕UFA 总量均大于SFA 总量,其中幼鱼的研究结果与宋理平等[7]研究结果一致,UFA含量和EFA含量是衡量脂肪营养价值的重要指标[32],尤其是EFA,其总量越高说明肌肉的营养价值越高,在3个生长阶段中墨瑞鳕成鱼的EFA 总量最高,说明墨瑞鳕成鱼的营养价值最高。∑PUFA/∑SFA是衡量鱼肉营养价值的一个重要指标,世界卫生组织建议的最低值为0.4～0.5[33],墨瑞鳕3个生长阶段的∑PUFA/∑SFA均大于1.0,而成鱼的比值最高达到1.3,说明成鱼阶段的墨瑞鳕具有最高的营养开发价值,可作为有效的膳食来源补充人体所需的脂肪酸。

墨瑞鳕幼鱼与亲鱼阶段均会根据鱼体所处的生长阶段,对相应功能的脂肪酸有大量的需求,如亲鱼的亚油酸,幼鱼的花生四烯酸和DHA。由于油酸与肉豆蔻酸、花生四烯酸呈强负相关,亚油酸与硬脂酸、花生一烯酸、花生四烯酸呈强负相关,因此饲料中增加肉豆蔻酸、EPA、DHA可能会降低墨瑞鳕亲鱼中油酸的含量,饮料中增加硬脂酸、花生一烯酸、EPA、DHA可能会降低墨瑞鳕亲鱼中亚油酸的含量;饲料中增加n3 亚麻酸可能会降低墨瑞鳕幼鱼中花生四烯酸的含量,饲料中增加亚油酸、n3 亚麻酸可能会降低墨瑞鳕幼鱼中DHA的含量。目前,市场上尚未有墨瑞鳕系列专用人工配制饲料,应根据墨瑞鳕的营养需求,特别是根据墨瑞鳕的功能性脂肪酸和主要特征脂肪酸含量,调整及完善墨瑞鳕饲料配方,研制出更加适合墨瑞鳕生长需求的专用配合饲料。

4 结论

3个生长阶段墨瑞鳕脂肪酸含量大部分均存在显著差异,尤其是幼鱼与成鱼的脂肪酸含量除二十碳三烯酸外均存在显著差异。肉豆蔻酸、花生一烯酸、花生四烯酸、EPA和DHA是不同生长阶段墨瑞鳕的主要特征脂肪酸,且上述5种主要特征脂肪酸之间均互呈强正相关,其脂肪酸含量均随着鱼体生长呈下降趋势。墨瑞鳕成鱼阶段营养价值最高,可作为人体功能性膳食脂肪酸补充的重要来源,具有即食食品、休闲食品等高值化的开发利用潜力。本研究结果可为今后改善墨瑞鳕专用饲料配方和开发利用墨瑞鳕资源等方面提供理论参考。后续将进一步系统深入地研究饲料对墨瑞鳕肌肉营养品质的影响,推进墨瑞鳕产业化发展。