硇洲岛海区礁膜的营养成分分析与营养评价

赵素芬，黄紫裕，邓婷婷

（广东海洋大学 水产学院/ 南海水产经济动物增养殖广东普通高校重点实验室，广东 湛江 524088）

礁膜（Monostroma nitidum）隶属礁膜科（Monostromataceae,Kunieda），礁膜属（MonostromaThuret），俗称绿紫菜，为北太平洋西部特有种类，广泛分布于我国东海、南海沿岸内湾[1]。礁膜可鲜食或洗净晒成干品，制成绿紫菜饼或紫菜酱[2]；礁膜性味咸寒，具有清热化痰、利水解毒、软坚散结的功效[3]；礁膜多糖具有抗凝血、抗病毒、抗肿瘤、抗氧化以及防X-射线辐射等多种生物学功能[4-6]。目前，有关礁膜的研究主要集中于多糖[4-7]、膳食纤维组成[8]、礁膜形态[9]、生殖[10]及育苗[11]等方面，而对礁膜的较全面营养成分分析未见报道。日本和韩国于20 世纪30 年代便开展了礁膜的栽培实践[3]，而我国至今尚未对南海海区的礁膜进行有效开发利用。硇洲岛海区的礁膜通常在4 月由快速生长转向成熟，放散配子后藻体迅速流失。为了充分、合理地利用该资源，本研究分别采集4 月中、下旬和配子排放前后的礁膜进行营养成分分析，并与宽礁膜（M.latissimum）、浒苔（Enteromorpha prolifera）和石莼（Ulva lactuca）等分类地位相近种类进行比较，对其营养价值进行评价，旨在为我国礁膜的开发利用提供参考及科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料礁膜藻体于2019 年4 月采自湛江市硇洲岛海区（20°946′N，110°601′E）。藻体采回后，先在海水（经孔径50 μm 滤网过滤）中清洗去除藻体表面污物，一部分干燥处理；一部分放入注有上述海水的塑料箱中暂养。暂养条件：水温19.5～27.9 ℃，海水盐度32，自然光，光照强度0～642 μmol·m-2·s-1，24 h连续充气，在自然排放配子（暂养第6 天）后干燥处理（表1）。经上述干燥后，样品置于烘箱内40 ℃烘干72 h，粉碎后过0.45 mm 孔径的网筛，密闭封装，置于干燥器内备用。

表1 礁膜样品的采集及处理Tab.1 Collection and treatment of Monostroma nitidum samples

1.2 营养成分测定蛋白质含量的测定采用凯氏定氮法[12]；氨基酸含量的测定参照《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》（GB/T 5009.124—2016），盐酸水解后，用氨基酸自动分析仪（日立L-8900）测定；脂肪含量的测定用氯仿甲醇提取法[12]；总糖的测定采用蒽酮法[12]；粗纤维的测定采用酸碱洗涤法[12]；碳水化合物含量的测定采用减差法，即100-（水分+蛋白质+脂肪+粗纤维+灰分）[13]；灰分的测定采用马弗炉灼烧法（GB 5009.4—2016）；水分的测定采用恒温干燥法（GB 5009.3—2016）；矿质元素Na、Mn、Fe、Cu、Zn、Cd、Pb、Ni、As、Ca、Cr、Mo、Al、Co、Ba 采用电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS 7500CX，美国）测定；矿质元素P 采用钼酸铵分光光度法测定[12]；叶绿素的测定采用分光光度法（NY/T 3082—2017）。

1.3 氨基酸评分（AAS））分析又称蛋白质化学评分分析。根据FAO/WHO(1973)提出的人体必需氨基酸均衡模式[14]，根据以下公式得出：

AAS=100×样品蛋白质中必需氨基酸含量/ FAO 评分标准模式中相应必需氨基酸含量。

1.4 数据分析每种礁膜样品设2～3 个平行。实验数据采用Excel、SPSS 21.0 软件处理，结果用平均值±标准误表示。用单因素方差分析（ANOVA）法分析所有礁膜样品中各营养成分含量的差异，并结合LSD 法进行多重比较，各表中数值右上角字母表示其多重比较的差异性结果，字母相同表示差异不显著（P>0.05），字母不同表示差异显著（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 礁膜的主要营养成分对3 种礁膜样品的蛋白质、脂肪、总糖、碳水化合物、粗纤维和灰分等主要营养成分进行分析，从表2 可知，礁膜的碳水化合物、总糖与灰分含量较高，脂肪与粗纤维含量较低。所有样品中蛋白质、脂肪、粗纤维和灰分含量均差异显著（P<0.05）；碳水化合物含量只在不同时间采集的礁膜样品间差异显著，而排放配子前后差异不显著；总糖含量无显著差异（P>0.05）。

表2 礁膜及几种分类地位相近海藻的主要营养成分含量Tab.2 The contents of main nutrients in M.nitidum and some other seaweeds with similar taxonomic status (g·kg-1)

比较1#与2#样品可以看出，排放配子后，藻体的蛋白质与脂肪含量均显著下降，下降比率分别为45.10%和4.95%，而碳水化合物下降较少，仅2.04%；总糖与粗纤维含量分别增多11.47%和72.34%。

由样品2#与3#的营养成分含量可以看出，未排放配子时，4 月下旬采集的礁膜蛋白质与脂肪含量较低，比4 月中旬采集的分别减少7.75%和67.03%，而碳水化合物与粗纤维含量较高，分别增加7.84%和430.11%。

2.2 礁膜的氨基酸组成与营养学评价礁膜的主要氨基酸（17 种，除色氨酸因盐酸水解被破坏未能测出外）含量见表3。

由表3 可见，必需氨基酸(EAA)占总氨基酸(TAA)的百分比均大于40%，必需氨基酸与非必需氨基酸(NEAA)之比约为70%。4 月下旬采集的礁膜各种氨基酸含量较高。礁膜的所有样品中氨基酸组成基本相似，均含有较高的谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸和丙氨酸，较低的酪氨酸、甲硫氨酸、胱氨酸和组氨酸。其中胱氨酸在所有样品中含量无显著差异（P>0.05），甘氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、组氨酸和脯氨酸在不同时间采集的礁膜体中含量差异显著（P<0.05），其余11 种氨基酸在所有样品中含量均差异显著。礁膜的呈味氨基酸含量丰富，占氨基酸总量的46.16%～48.14%。

表3 礁膜的氨基酸组成Tab.3 The contents of amino acids in M.nitidum g·kg-1

3 种礁膜样品的主要限制氨基酸均为甲硫氨酸+胱氨酸和赖氨酸(表4)。1#样品的第一限制氨基酸为赖氨酸，第二限制氨基酸为甲硫氨酸+胱氨酸，氨基酸评分为54.98；2#样品的各种必需氨基酸含量均较低，第一、第二限制氨基酸分别为甲硫氨酸+胱氨酸和赖氨酸，氨基酸评分仅为32.71；3#样品的第一、第二限制氨基酸与2#样品相同，氨基酸评分为72.63。

表4 礁膜蛋白质中必需氨基酸含量与FAO 推荐的氨基酸模式标准对比Tab.4 The comparison of EAA and amino acid score of protein between M.nitidum and FAO model standard

2.3 礁膜的矿物质元素礁膜的主要矿质元素含量见表5、表6。由表5 可见，礁膜的钠、钙、镁、钾和磷元素含量均较高。其中钠、钙和镁元素在排放了配子的礁膜中含量较高，比同时间采集而未排放配子的礁膜分别高54.60%、113.34%和26.18%。钠、镁和磷元素在所有礁膜样品中的含量差异显著，钾元素在4 月中旬采集、未排放配子的礁膜中含量显著较高，而钙元素则在排放了配子的礁膜中含量显著较高。

表5 礁膜的主要元素含量Tab.5 Main nutrient element contents of M.nitidum g·kg-1

表6 礁膜的微量元素含量Tab.6 Trace element contents in M.nitidum μg·g-1

由表6 可知，礁膜对铝、铁的富集能力较强。在3#样品中，二者的含量分别比2#样品高17.06%和27.11%，比排放配子后的1#样品分别高1 547.32%和803.07%。

参考GB 2 762—2017 食品安全国家标准，毒性元素铅（Pb）、镉（Cd）、砷（As）、铬（Cr）在食品中的限量分别为Pb ≤ 1 μg·g-1、Cd ≤ 2 μg·g-1、As ≤ 0.5 μg·g-1、Cr ≤ 2 μg·g-1，Ni≤ 1 μg·g-1。由表6 可见，礁膜的砷和铬含量较高，铅和镉含量较低；与4 月中旬采集的相比，4 月下旬的礁膜体中毒性元素含量明显较高。与GB 2762—2017 食品安全国家标准列出的食品中矿物质元素的限量比较可知，礁膜的砷和铬含量分别达最高限量的4.42～9.22 倍和1.51～2.37 倍，镍含量达最高限量的1.65～2.55 倍。礁膜的毒性元素含量超标可能与海水受到重金属元素污染有关，可应用于海水环境检测与净化。

2.4 礁膜的叶绿素从表7 可知，不同处理的礁膜样品中叶绿素a 含量均高于叶绿素b 含量，4 月中旬采集的礁膜叶绿素a、叶绿素b 含量均高于下旬采集的，4 月下旬采集的礁膜叶绿素a 含量可达叶绿素b 的2 倍。3 种礁膜样品间叶绿素a 与叶绿素b 含量均有显著差异（P<0.05）。

表7 礁膜的叶绿素含量Tab.7 The contents of chlorophylls in M.nitidum g·kg-1

礁膜配子体成熟时，藻体边缘颜色变淡，由绿色变为黄绿色、浅黄绿色或淡黄褐色。表明礁膜配子体成熟时，藻体中叶绿素含量明显下降，类胡萝卜素含量大幅上升；配子含有较高含量的类胡萝卜素。放散配子后，礁膜的叶绿素来自尚未成熟的细胞，由于配子的形成及放散消耗大量的蛋白质、脂肪及糖类等，余下藻体中单位质量的叶绿素含量上升，藻体呈现翠绿色。未排放生殖细胞、4 月下旬采集的礁膜叶绿素含量下降，可能因为随着时间后移，湛江地区的光照强度迅速增强，致使叶绿素合成受阻、光氧化加剧，藻体呈褐绿色的缘故。

3 讨论

3.1 主要营养成分与浙江玉环的宽礁膜[15]相比，湛江礁膜的蛋白质含量较低。林月等[16]也发现，广东湛江的石莼蛋白质含量比与山东青岛石莼的低，但粗纤维、灰分含量较高，并且含量差距较大，说明绿藻的营养成分含量与地域有关，但是礁膜蛋白质含量仍高于陆地蔬菜[17]。因此，礁膜可以作为一种较好的食物蛋白源。蛋白质和脂肪是组成（配子）细胞膜的基本结构成分[18]，而多糖（纤维素、半纤维素和果胶）主要存在于绿藻细胞壁中，其含量占细胞壁成分总含量的90%[18]；碳水化合物以多糖为主，而粗纤维为不可溶、不能消化的多糖，总糖是指可溶性单糖与低聚糖的总量[12]；在配子排放早期，母体的细胞质大量消失，但藻体上还保留大量的空胶质外壁；排出的配子细胞内淀粉颗粒数目增多[19]，母体的可溶性淀粉减少。因此，排放配子后，礁膜的蛋白质、碳水化合物和脂肪含量下降，而总糖与粗纤维含量占藻体干质量的比率不降反而升高。

本研究结果表明，3 种礁膜样品中碳水化合物含量分别占其干质量的41.88%、42.75% 和46.10%，4 月下旬采集的礁膜碳水化合物含量最高，比湛江和青岛地区石莼[16]分别高30.15%和21.32%。研究发现礁膜多糖为含硫酸基的水溶性多糖（硫酸多糖）[7]，以碳水化合物、糖醛酸和硫酸根为主，是强免疫调节剂[20]。绿藻的碳水化合物大部分为不能被人体消化吸收的膳食纤维，其摄入量与体重成反比，可增加肠道内容物粘度，使机体产生饱腹感，在预防和治疗肥胖中发挥积极作用[21]。因此，礁膜是一种高膳食纤维的健康食品原料。

3.2 氨基酸组成与营养学评价礁膜的必需氨基酸EAA 与非必需氨基酸NEAA 组成比例与FAO/WHO 推荐的理想蛋白模式相近（EAA/TAA 在40%左右，EAA/NEAA 大于60%）[22]，表明礁膜具有较高的蛋白质营养价值。研究发现，所有礁膜样品的氨基酸组成基本相似。4 月下旬采集的礁膜各种氨基酸含量较高，必需氨基酸组成基本符合FAO 标准[14]；氨基酸评分最高；并且礁膜的呈味氨基酸含量丰富。因此，礁膜具有浓郁的海藻鲜味，可开发为优良的海鲜调味品。

3.3 矿物质元素结果表明硇洲岛礁膜与浙江玉环宽礁膜[15]的大量元素含量有明显差异，说明礁膜生长的海域环境对其矿质元素的含量产生影响。研究发现在排放了配子的礁膜中含有较高含量的钠、钙和镁元素，礁膜中也含有丰富的人体必需微量元素铜、锌和锰。因为矿质元素在人体中发挥重要作用，如镁能够维持心肌正常的生理功能，影响许多酶系统的活性；钙在人体的神经、骨骼和肌肉等组织中广泛存在，对体内多种酶有激活作用；铁参与血红蛋白、细胞色素以及各种酶的合成，起补血与提高免疫力的作用[12,18]。因此，礁膜可以作为人体良好的镁、钙、铁等矿物质的补充源。

元素周期表中，Al 元素位于第三主族B 元素下方，As 元素位于第五主族P 元素下方，而B 元素和P 元素皆是植物的必需元素，参与生殖、光合作用与呼吸作用等，在糖类、脂肪及氮代谢过程中发挥重要作用[18]。由于Al、As 分别与B、P 化学结构存在相似性，植物在吸收B 和P 元素时，可能吸收结构相似的有害元素Al 和As，这可能是导致排放配子后，礁膜的Al 和As 元素含量明显下降的原因。砷的毒性与其存在形态密切相关，其中无机砷的毒性最强，有机形态的一甲基砷酸（MMA）和二甲基砷酸（DMA）等毒性较低；藻类吸收元素As 后，将其大部分转化为毒性较低的有机砷，而海洋生物体内存在的砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）被认为无毒[23]。食品中污染物限量标准（GB 2762—2017）规定，对于制定无机砷限量的食品可先测定其总砷，当总砷水平不超过无机砷限量值时，不必测定无机砷，否则需再测定无机砷含量进行评价。GB 2762—2005《食品污染物限量》中限定藻类（以干重计）无机砷含量为1.5 μg·g-1，但未限定总砷含量。福建省紫菜总砷含量为（12.2～50.4）μg·g-1[23]，远高于本研究中礁膜的含量，而紫菜中未检出无机三价砷，检出的五价砷含量仅为（0.06～0.79）μg·g-1，具有食用安全性[23]，因此，礁膜的砷含量也不会危害食用安全。

GB 2762—2005《食品污染物限量》标准规定食品中铝（Al）的限量为<100 μg·g-1。酸雨、河流输入和大气沉降会导致近海岸的铝离子本底值增高[24-25]；浙江沿海的浒苔中铝含量达（1 585.25～1 776.48）μg·g-1[26]；研究表明，在AlCl3浓度为5 μg·L-1的浒苔养殖池中，仅需要富集1.67 d，浒苔的Al 含量即达5 000 μg·g-1[27]，因为浒苔含有较多的藻胶和蛋白质等大分子物质，它们提供了大量的金属结合位点[28]，这可能是导致礁膜体中铝含量超标的原因。浒苔中87.76%～90.21%的铝与蛋白质、多糖、纤维等有机物结合为稳定态铝，而毒性最强的羟基态铝和Al3+仅占 2.37%～2.82%[25]。袁爽[29]在37 ℃模拟胃液、肠液探讨了人体对浒苔中铝的消化吸收情况，发现溶出铝量不超过总铝量的10%，认为人们进食的浒苔中有害铝对人体健康造成威胁的可能性很小。

3.4 叶绿素礁膜属于绿藻类，其光合色素包括叶绿素和类胡萝卜素。叶绿素类色素为礁膜细胞中的主要光合色素，因为含量较高，藻体呈现绿色[1]。与宽礁膜[15]相比，礁膜叶绿素含量较少。矿质元素镁是叶绿素的结构成分，植物体内约20%的镁存在于叶绿素中[18]。表5 显示各礁膜样品中镁元素的含量与表7 中叶绿素的含量相一致，与这一理论相符。另外，大型海藻色素含量与藻体的外部形态有关，呈现叶片状>枝叶状>圆柱状的特点，因为大型海藻接受光照的面积因其外形不同而有差异，从而影响光合色素的合成[30-31]。叶绿素的合成还受遗传因素控制；外部因素也影响海藻叶绿素的含量，主要影响因子包括光照、温度和矿质元素[18]。光是叶绿体发育和叶绿素合成必不可少的条件，但光照过强，会促使叶绿素光氧化；叶绿素合成的最适温度为20～30 ℃；矿质元素铁、铜、锰和锌是叶绿素合成过程中酶促反应的辅因子，缺乏时叶绿素不能合成，而铁与叶绿素合成的中间产物原卟啉Ⅸ结合，生成亚铁血红素时，抑制叶绿素的合成[18]。陶菊红等[32]在研究紫菜栽培筏架定生绿藻（主要为肠浒苔E.intestinalis）时，发现光照强度上升会引起定生绿藻光能利用效率下降，这与上述理论相符。浙江海区的宽礁膜体中铜和锌含量较高，有利于叶绿素合成，而硇洲岛礁膜体中铁含量较高，则抑制叶绿素合成，并且硇洲岛地处亚热带，光照较强，也会抑制叶绿素合成，因此硇洲岛海区礁膜的叶绿素含量低于浙江的宽礁膜。

4 结论

（1）礁膜富含碳水化合物和矿物质（74.78%～82.57%），粗纤维和脂肪含量低。排放配子前后，碳水化合物和总糖含量无显著差异(P>0.05)；而在排放配子后蛋白质含量显著下降，粗纤维和灰分含量占藻体干物质的比例显著升高。（2）礁膜的氨基酸种类齐全，必需氨基酸与呈味氨基酸含量丰富，均占氨基酸总量的40%以上；第一限制氨基酸在排放配子前后分别为甲硫氨酸+胱氨酸和赖氨酸；4 月下旬采集的礁膜呈味氨基酸含量显著升高。（3）大量元素钠、钙和镁在排放了配子的礁膜体中含量显著升高，而磷元素含量显著下降；4 月下旬采集的礁膜体中磷元素含量显著增多，钠、钾和镁元素含量显著减少，钙元素无显著变化。（4）微量元素锌、铝、铁、锰、钴含量均在4 月下旬采集的礁膜体中含量最高；排放配子后，礁膜体中锌含量显著升高，而铝、铁、锰、钴含量均显著减少；毒性微量元素铅、铬、砷和镉含量均较低。（5）礁膜体中叶绿素含量在不同采集时间及排放配子前后均有显著差异，4 月下旬采集的礁膜体中叶绿素含量最低。

总之，硇洲岛海区礁膜富含膳食纤维，蛋白模式理想，富含人体必需氨基酸和呈味氨基酸，矿物质含量丰富，尤其钠、钙、磷、铁、锰和锌含量较高，对铝的富集能力较强。藻体中各营养成分含量对不同采集时间及排放配子与否的响应因种而异。礁膜在我国南海的资源丰富，具有较好的开发价值及广阔的应用前景。

致谢：感谢广东海洋大学杨耐德高级实验师和分析测试中心相关老师对实验给予的帮助。