江苏日本沼虾4个野生种群肌肉营养成分比较

唐金玉 叶建勇 戴杨鑫 姜爱兰 吴 春

(1. 江苏省农业科学院宿迁农科所, 宿迁 223800; 2. 南京农业大学动物科技学院, 南京 210014;3. 杭州市农业科学研究院水产研究所, 杭州 310024)

日本沼虾(Macrobrachium nipponense)俗称青虾、河虾, 是我国重要的淡水养殖品种[1,2]。近年来, 我国日本沼虾养殖业蓬勃发展, 总产量已超过27.2×103kg[3]。然而, 随着规模的扩大和产量的提高, 养殖虾出现性成熟提前、规格小、商品率低及抗病能力下降等种质退化现象, 极大地阻碍了我国日本沼虾产业的健康发展[4,5]。开展日本沼虾的良种选育, 培育高品质的苗种, 对促进我国淡水养殖业的可持续发展具有重要意义。

野生种质资源可为良种选育提供原始材料, 而营养品质是良种选育的重要参考指标[6]。目前, 围绕野生日本沼虾肌肉营养成分和营养品质的评价已开展较多工作, 如不同地理种群的比较[7—9], 日本沼虾与秀丽白虾(Exopalaemon modestus)[10]、安氏白虾(Exopalaemon annandalei)[11]、克氏原螯虾(Procambarus clarkia)[12]等不同种类的比较等。然而, 针对同一区域野生群体肌肉营养组成和营养品质研究的工作鲜见报道。江苏省境内湖泊众多, 野生资源丰富, 是日本沼虾良种选育的重要亲本采集地。本研究以江苏省4大湖泊(太湖、高邮湖、洪泽湖和骆马湖)野生日本沼虾为研究对象, 分别评价了4个种群肌肉营养组成和营养价值, 并与其他野生种群进行比较, 以期为日本沼虾良种选育和高品质苗种的培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

野生日本沼虾分别于2018年5月25日至6月3日捕自太湖(常州市武进区)、高邮湖(扬州市高邮市)、洪泽湖(宿迁市泗阳县)和骆马湖(宿迁市湖滨新区)等天然水域。利用活水车运回江苏省农业科学院宿迁农科所运河湾基地, 并分别暂养于基地池塘(400 m2)的网箱(3.0 m × 2.0 m × 1.5 m)中。池塘内NH3-N、NO2-N、TN、TP和CODMn分别为0.13、0、0.75、0.06和5.32 mg/L, 水草类型主要为伊乐藻(Elodea canadensis)、菹草(Potamogeton crispus)和茨藻(Najas marina)。向网箱内投喂南山饲料有限公司生产的南美白对虾配合饲料(粗蛋白含量40%),饱食投喂1d(8:00和16:30各1次)后饥饿24h。

1.2 指标测定

每个种群随机挑选附肢完整且体长> 5.0 cm的日本沼虾100尾, 雌雄各占一半。测定每尾虾全长、体长和体重, 分别精确到0.01 cm和0.01 g。去除日本沼虾外壳后, 取出腹部肌肉并称重(精确到0.01 g)。将肌肉真空冷冻干燥至恒重, 研磨后混合均匀, 平均分为3份用于营养成分测定。肌肉中粗蛋白(凯氏定氮法)、粗脂肪(乙醚抽提法)、粗灰分(灼烧法)和水分(恒温烘干法)含量根据AOAC中方法测定[13]; 氨基酸和脂肪酸种类组成及含量分别用氨基酸分析仪(Sykam S433D, Sykam Scientific Instrument, Munich, Germany)和气相色谱质谱联用仪(Agilent 7890B, Agilent Technologies Inc., California, USA)[6]测定; K、Na、Ca和Mg等4种常量元素和Fe、Cu、Zn、Mn和Cr等5种微量元素含量利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)[10]测定。

1.3 数据计算与统计分析

根据下列公式计算含肉率、氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)、必需氨基酸指数(EAAI)[6]、动脉粥样硬化指数(AI)和血栓性指数(TI)[15]:EAAI=[(100A/AE)×(100B/BE)×······×(100H/HE)]1/n

AI=(C12∶0+4×C14∶0+C16∶0)/(ΣMUFAs+n-3ΣPUFAs+n-6ΣPUFAs)

TI=(C14∶0+C16∶0+C18∶0)/[0.5×ΣMUFAs+3×(n-3ΣPUFAs)+0.5×(n-6ΣPUFAs)+(n-3ΣPUFAs)/(n-6ΣPUFAs)]

式中, A、B、C、······、H为肌肉中必需氨基酸含量(%, 干重); AE、BE、CE、······、HE为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量(%, 干重);n为比较的氨基酸个数。

采用单因素方差分析(One-way ANOVA)检验日本沼虾4个野生种群生长性状和肌肉营养成分的差异, 用TukeyHSD’s test进一步分析处理间的差异。取P<0.05为差异显著性水平。ANOVA利用SPSS 19.0(IBM®SPSS®Statistics)软件进行。

2 结果

2.1 生长性状

日本沼虾4个野生种群的全长、体长、体重和肌肉重差异显著(One-way ANOVA,P<0.05, 表1)。其中, 太湖种群全长、体长、体重和肌肉重显著高于骆马湖种群(TukeyHSD’s test,P<0.05)。不同种群间含肉率无显著差异(One-way ANOVA,P>0.05)。含肉率按从高到低的次序排列为骆马湖>高邮湖>太湖>洪泽湖。

表1 日本沼虾4个野生种群生长性状Tab. 1 Growth traits of four wild Macrobrachium nipponense populations

2.2 常规营养成分

日本沼虾4个野生种群之间粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和水分无显著差异(One-way ANOVA,P>0.05, 表2)。粗蛋白按从高到低的次序排列为高邮湖>洪泽湖>骆马湖>太湖; 粗脂肪按从高到低的次序排列为骆马湖>洪泽湖>太湖>高邮湖。

表2 日本沼虾4个野生种群肌肉常规营养成分Tab. 2 Proximate components in muscle of four wild Macrobrachium nipponense populations (% wet weight, n=3)

2.3 氨基酸组成及含量

除Trp在酸水解过程中被破坏未测定外, 日本沼虾4个野生种群共检出氨基酸17种(表3), 其中必需氨基酸(EAA)7种: Lys、Phe、Thr、Ile、Leu、Val和Met; 半必需氨基酸2种: His和Arg; 非必需氨基酸8种: Asp、Ala、Glu、Gly、Ser、Cys、Pro和Tyr。不同种群间His、Arg、Asp、Glu、氨基酸总量(TAA)和非必需氨基酸总量(NEAA)差异显著(One-way ANOVA,P<0.05)。骆马湖种群Asp、Glu、NEAA和洪泽湖种群TAA、NEAA显著高于太湖种群和高邮湖种群(Tukey HSD’s test,P<0.05)。比较而言, 骆马湖种群EAA、NEAA和鲜味氨基酸(DAA)含量最高, 其次为洪泽湖种群, 高邮湖种群含量最低。此外, 骆马湖种群EAA/TAA和EAA/NEAA最高, 而高邮湖种群最低。

表3 日本沼虾4个野生种群肌肉氨基酸组成及含量Tab. 3 Amino acid composition and contents in muscle of four wild Macrobrachium nipponense populations (% dry weight)

2.4 氨基酸营养品质

根据AAS和CS, 在排除Trp的情况下, 日本沼虾4个野生种群肌肉中Lys评分最高(表4), 超过FAO推荐值和全鸡蛋水平(高邮湖种群CS除外); Val评分最低, 为野生日本沼虾第一限制性氨基酸。根据AAS评分结果, 氨基酸由高到低排序为Lys>Met-Cys>Phe-Tyr>Ile>Leu>Thr>Val; 根据CS评分结果,氨基酸由高到低排序为Lys>Leu>Phe-Tyr>Ile>Thr>Met-Cys>Val。不同种群之间EAAI无显著性差异(One-way ANOVA,P>0.05)。比较而言, 骆马湖种群EAAI最高, 其次为洪泽湖种群, 高邮湖种群最低。

表4 日本沼虾4个野生种群肌肉必需氨基酸组成评价Tab. 4 Essential amino acids composition in muscle of four wild Macrobrachium nipponense populations

2.5 脂肪酸组成及含量

日本沼虾4个野生种群共检出脂肪酸16种(表5),其中饱和脂肪酸(SFA)6种、单不饱和脂肪酸(MUFA)4种和多不饱和脂肪酸(PUFA)6种。在16种脂肪酸中, 太湖种群未检出C20∶0, 高邮湖种群未检出C20∶0和C14∶1。不同种群间C18∶0、C18∶2、C20∶1含量差异显著(One-way ANOVA,P<0.05)。ΣSFA含量由高到低排序为洪泽湖>太湖>高邮湖>骆马湖, ΣMUFA含量由高到低排序为骆马湖>洪泽湖>太湖>高邮湖, ΣPUFA含量由高到低排序为骆马湖>太湖>洪泽湖>高邮湖。PUFA中具重要生理功能的EPA(C20∶5)和DHA(C22∶6)的总含量, 在太湖种群中最高, 高邮湖种群最低。

表5 日本沼虾4个野生种群肌肉脂肪酸组成及含量Tab. 5 Fatty acid composition and contents in muscle of four wild Macrobrachium nipponense populations (%)

2.6 矿物质

日本沼虾4个野生种群肌肉中常量元素以K含量为最高, 其次为Na、Ca和Mg; 微量元素以Zn含量为最高, Cr含量最少。不同种群间Mn和Fe含量差异显著(One-way ANOVA,P<0.05), 其中高邮湖种群Mn含量显著高于骆马湖种群(Tukey HSD’s test,P<0.05), 而太湖种群Fe含量显著高于洪泽湖种群(Tukey HSD’s test,P<0.05)。比较而言, 骆马湖种群Na、Ca、Mg和Cu含量最高, 而太湖种群Zn、Fe和Cr含量最高(表6)。

表6 日本沼虾4个野生种群肌肉矿物质含量Tab. 6 Contents of mineral elements in muscle of four wild Macrobrachium nipponense populations (mg/kg)

3 讨论

3.1 生长性状

含肉率是评价亲本种质、水产品品质和经济性状的重要指标[6]。江苏省四大湖泊野生日本沼虾含肉率为33.99%—35.40%, 低于南湾水库野生抱卵虾(36.3%)[12]和选育6代的鄱阳湖虾(37.6%)[16], 但高于南湾水库野生雄虾(31.5%)[12]和养殖虾(32.86%)[17]。生长阶段、生活环境、食物资源和产地均会对日本沼虾含肉率产生影响[12,17]。在本研究中, 日本沼虾4个野生种群间虾体全长、体长、体重和肌肉重差异显著, 但含肉率相差较小, 且全长、体长、体重和肌肉重从高到低的排序结果与含肉率的排序结果相反, 表明日本沼虾(体长>5 cm)腹部肌肉随着虾体规格的增大逐渐增加, 但其占个体的比重逐渐下降; 同时, 虾体规格的显著增加不会造成含肉率的明显降低。太湖日本沼虾成年虾在全长、体长和体重等方面具有一定优势, 表明其生长潜力较其他3个种群高, 可考虑将其作为改善日本沼虾生长性能的备选亲本之一。

3.2 常规营养成分

生活环境及食物资源可影响生物的生理和生化指标[18], 如Huang等[19]发现, 饲料原料组成显著影响养殖日本沼虾肌肉中粗脂肪含量。在本研究中,江苏省四大湖泊日本沼虾粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和水分的含量分别为17.73%—18.81%、1.40%—1.83%、1.07%—1.24%和78.44%—79.49%, 介于野生虾粗蛋白、粗脂肪、粗灰分和水分为17.08%—19.16%、1.19%—1.84%、1.11%—1.37%和77.53%—80.60%的变化范围[7—10,12,20], 表明野生日本沼虾肌肉中上述指标的变化幅度不大, 也反映出生长阶段、生活环境和食物资源等对野生虾常规营养成分的影响有限。其原因可能与野生日本沼虾对水质条件要求较高及天然水域日本沼虾喜食的食物资源较为丰富有关。

3.3 氨基酸及其营养品质

氨基酸种类、组成和含量是评价水产品质量的重要指标。日本沼虾4个野生种群肌肉中His、Arg、Asp、Glu、TAA和NEAA差异显著, 表明生活环境和食物资源等对半必需氨基酸和部分非必需氨基酸的积累及氨基酸总量具有显著影响; 其中, 骆马湖种群所处的水域环境有助于鲜味氨基酸Glu、Asp的积累及NEAA的增加, 而洪泽湖水域有助于半必需氨基酸His、Arg的积累及NEAA和TAA的增加。水域环境如何影响日本沼虾肌肉中必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸的积累有待于进一步探讨。

动物蛋白质的鲜美程度与鲜味氨基酸的组成和含量有关[12]。日本沼虾受生活环境、食物资源和食物中氨基酸含量等因素影响, 其肌肉中鲜味氨基酸含量不同, 但总体变化范围在31.63%—37.53%[7,12,20,21]。Glu和Asp是呈鲜味的特征性氨基酸, 其中Glu的鲜味最强[6]。在本研究中, 骆马湖种群Glu含量高于其他3个种群, Asp含量高于太湖种群和高邮湖种群, 且鲜味氨基酸总量相对最高,表明骆马湖野生日本沼虾比其他种群更加鲜美。蛋白质的营养价值取决于8种人体所需必需氨基酸的构成比例及含量[22]。在排除Trp的情况下, 骆马湖种群肌肉中Lys、Phe、Thr、Ile、Leu、Val、Met、EAA、EAA/TAA和EAA/NEAA相对最高, 表明骆马湖日本沼虾氨基酸的营养品质略高于其他种群。

必需氨基酸指数(EAAI)可反映肌肉中必需氨基酸含量与标准蛋白质之间的接近程度[23]。日本沼虾4个野生种群EAAI变化范围为70.51—74.09, 高于哈氏仿对虾(Parapenaeopsis hardwickii)、凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)、安氏白虾、秀丽白虾、罗氏沼虾(M. rosenbergii)和南美蓝对虾(Penaeus stylirostris), 与日本对虾(P. japonicus)接近[10,11,22],说明日本沼虾必需氨基酸满足率高, 与谷物搭配膳食可提高人体对蛋白质的利用效率。骆马湖种群EAAI相对高于其他湖泊野生虾, 显示骆马湖虾肌肉中必需氨基酸组成及含量更接近标准蛋白质, 更符合人体消化吸收必需氨基酸的最佳比例。必需氨基酸评分反映蛋白质构成与利用率之间的关系。在AAS(或CS)评分模式下, 4个种群必需氨基酸评分的排序结果基本相同; 但同一种群在不同评分模式下必需氨基酸评分的排序结果差异较大, 表明7种必需氨基酸评分的排序结果与种群无关, 而与评分模式有关。骆马湖日本沼虾AAS或CS与其他种群无显著差异, 但7种必需氨基酸的评分均为最高, 表明骆马湖种群蛋白质被人体利用的效率最高。上述结果表明, 骆马湖日本沼虾肌肉中蛋白质更鲜美,氨基酸营养品质更好, 可被人体利用的效率更高,说明骆马湖日本沼虾蛋白质营养品质相对高于其他种群。

3.4 脂肪酸

脂肪酸是脂类物质的组成部分, 对动物的生长、发育和繁殖具有重要影响[24]。研究发现, 虾类肌肉中脂肪酸组成和含量具有种类特异性[9]。比较日本沼虾与罗氏沼虾、哈氏仿对虾、近缘新对虾(Metapenaeus affinis)、刀额新对虾(M. ensis)、南极磷虾(Euphausia superb)等[22,25,26]发现, 不同虾类脂肪酸的种类组成和含量差异较大, 但脂肪酸C16∶0、C18∶1、C18∶2和C20∶5均是含量最多的SFA、MUFA和PUFA, 说明种类特异性对虾类肌肉SFA、MUFA和PUFA中占优势地位的脂肪酸种类影响有限。水温、食物资源丰度、食物中脂肪与蛋白质比例和脂肪酸类型可影响日本沼虾肌肉中脂肪酸的种类组成和含量[9,27]。在本研究中, 不同种群间脂肪酸C20∶0和C14∶1组成不同, C18∶0、C18∶2和C20∶1含量差异明显, 表明湖泊水域环境对日本沼虾肌肉中脂肪酸组成和含量具有显著影响。不同地理种群或品系水生生物在相同条件下养殖, 其肌肉中脂肪酸组成不同, 说明遗传因素对肌肉中脂肪酸的影响大于养殖环境[7,28]。因此, 肌肉中脂肪酸组成及含量可作为日本沼虾亲本选择的重要标准。研究表明, 高含量的PUFA能显著增加香味[8], 其中n-3 PUFA和n-6 PUFA可预防冠心病、高血压、糖尿病和癌症[29], 而动脉粥样硬化指数(AI)和血栓性指数(TI)对动脉粥样硬化和血栓形成具有较好的指示作用[30]。在本研究中, 骆马湖野生虾检测到16种脂肪酸(6种SFA、4种MUFA和6种PUFA), 高于国内其他地区野生虾肌肉中脂肪酸种类数[7,8,20], 同时其MUFA、PUFA、n-3 PUFA、n-6 PUFA和DHA+EPA相对较高,AI和TI相对较低, 表明骆马湖野生虾具有较高的食用价值、营养价值和保健价值。

3.5 矿物质

日本沼虾肌肉中常量元素以K、Na、Ca和Mg较为丰富, 其含量由高到低排序为K>Na>Ca>Mg;而微量元素中, Zn含量最高, Mn和Cr含量较少[10,14,20]。日本沼虾对生活环境和饵料中的矿物元素均有较强的富集作用[31], 造成不同水域野生虾肌肉中矿物质含量差别较大。在本研究中, 4个野生种群Mn和Fe含量差异明显, 表明江苏省四大湖泊中Mn和Fe差别较大。肌肉中的矿物质不仅影响肌肉营养价值, 而且影响肌肉产品的货架期和风味[23]。Fe呈咸味, Mn呈苦味。高邮湖种群Mn含量显著高于骆马湖, 表明高邮湖虾苦味更重; 而太湖种群Fe显著高于洪泽湖, 表明太湖虾咸味更重。比较而言, 骆马湖种群Na、Ca、Mg和Cu含量相对最高, 而太湖虾Zn、Fe和Cr含量相对最高, 说明骆马湖种群常量元素和太湖种群微量元素相对较高, 二者肌肉矿物质营养价值更高。

综上所述, 江苏省日本沼虾4个野生种群由于生活环境、食物资源和产地的改变, 其生长性状(全长、体长、体重和肌肉重)和肌肉中氨基酸含量(His、Arg、Asp、Glu、TAA和NEAA)、脂肪酸组成(C20∶0和C14∶1)和含量(C18∶0、C18∶2、C20∶1)、矿物质(Mn和Fe)含量差异显著。比较而言, 太湖日本沼虾生长潜力、肌肉中DHA+EPA、Zn、Fe和Cr含量高于其他种群, 而骆马湖日本沼虾在肌肉鲜美程度、营养品质(氨基酸、脂肪酸和矿物质)、保健价值和被人体吸收利用效率等方面具有一定优势, 二者可以作为亲本来改善江苏省日本沼虾种质。