末水残次坛紫菜的营养成分及多糖组成分析

陈美珍，徐景燕，潘群文，高小燕

(汕头大学理学院生物系，广东 汕头 515063)

末水残次坛紫菜的营养成分及多糖组成分析

陈美珍，徐景燕，潘群文，高小燕

(汕头大学理学院生物系，广东 汕头 515063)

为有效利用残次(即末水)坛紫菜资源，采用化学和光谱分析等方法对残次坛紫菜的主要营养成分及多糖组成进行分析。结果表明：与盛产的三水坛紫菜比较，残次坛紫菜粗蛋白(35.30%)、粗脂肪(0.51%)和粗纤维(5.11%)的含量明显增加，而总糖(34.57%)和多糖(20.67%)含量均显著减少，灰分(10.37%)含量变化不大，矿物元素K/Na值为6.3；残次坛紫菜热水提取多糖为单一组分(分子质量28.54kD)，其主要由半乳糖(83.12%)、3,6-内醚半乳糖(15.71%)和硫酸基(10.61%)组成。残次坛紫菜是一种高蛋白、高膳食纤维、低脂肪、低热能天然营养保健食品。

残次坛紫菜；营养成分；多糖组成

坛紫菜(Porphyra haitanensis)属红藻门(Rhodophyta)红毛菜科(Bangiacease)紫菜属(Porphyra)，是我国大规模养殖的重要经济海藻之一，主要产于我国南方沿海如福建、广东、浙江等地。坛紫菜是高膳食纤维、高蛋白、低脂肪、低热量的碱性食品，有极高的食用价值。其多糖具有多种生理活性[1-2]，可加工成高附加值的功能性食品。坛紫菜的化学组成是随生长期而变化[3-4]。一般紫菜分4次采收，即俗话说的头水、二水、三水(产量最大)、四水，四水以下的越往后口感越差因而较少食用。由于末水(通常是六水)坛紫菜色泽差、口感粗糙、售价很低、获利少，菜农常放弃对其采收，导致其腐烂在海里污染环境。据调查，在坛紫菜生产中，末水坛紫菜(以下统称“残次坛紫菜”)约占紫菜总产量的10%以上。为此，本实验对残次坛紫菜的主要营养成分和多糖组成进行分析和评价，以期为残次坛紫菜的高值化利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

残次坛紫菜和三水坛紫菜由广东汕头市南澳县金山农业发展有限公司提供。紫菜原料均除尽砂杂，用水洗净后于60℃条件下烘干，粉碎过40目筛，密闭保存备用，使用时在105℃条件干燥至质量恒定。

苯酚、半乳糖、果糖标准品，石油醚(沸程30～60℃)等分析用试剂均为分析纯；DEAE-52纤维素 广州威佳科技有限公司；Sephadex-G150葡聚糖凝胶 瑞典Pharmacia公司。

5417R台式高速冷冻离心机 德国Eppendorf公司；SOLAAR MKII系列-M6型火焰/石墨炉一体化全自动原子吸收光谱仪 美国热电公司；1035型蛋白质自动分析仪 瑞典TecaTor公司；2100型、UV-2100型分光光度计 龙尼柯(上海)仪器有限公司；EYEL4 N-1100型系列旋转蒸发仪 上海爱朗仪器有限公司；Magna 750傅里叶变换红外光谱仪 美国Nicolet公司；400MHz核磁共振波谱仪 瑞士Brucker Biospin公司。

1.2 方法

1.2.1 成分测定

1.2.1.1 常规营养成分

蛋白质：微量凯氏定氮法；粗脂肪：索氏提取法；粗纤维：中性洗涤剂法；灰分：高温灼烧称量法；水分：常压干燥质量损失法；氨基酸组成：样品经6mol/L HCl溶液水解后，蛋白质自动分析仪测定；主要矿物元素：营养元素测定除钙采用滴定法(参考AOAC 968.31—1968《Calcium in Canned Vegetables Titrimetric Method》外，其他元素用原子吸收光谱仪测定；砷：GB/T 5009.11—2003《氢化物原子荧光光谱法》；铅：GB/T 5009.12—2010《原子吸收石墨炉法》；镉：GB/T 5009.15—2003《石墨炉原子吸收光谱法》；汞：GB/T 5009.17—2003《原子荧光光谱分析法》；铬：GB/T 5009.123—2003《原子吸收石墨炉法》。其中，砷和汞用双道原子荧光分光光度计测定。

1.2.1.2 糖含量

总糖含量：采用苯酚-硫酸法[5]，以半乳糖为标准品(用0.9的系数校正)；还原糖含量：采用二硝基水杨酸(3,5-dinitrosalicylic acid，DNS)法[5]测定。

多糖含量＝总糖含量－还原糖含量。

1.2.2 多糖分析

1.2.2.1 多糖的提取

称取残次坛紫菜，以料液比1:50(g/mL)的比例加入80%乙醇溶液回流2h，3000r/min离心l5min，弃上清液，残渣用80%热乙醇溶液(50℃)洗涤3次，水浴挥尽乙醇，加入蒸馏水，沸水浴提取5h，3000r/min离心l5min，取上清液。上清液真空浓缩，Sevag法弃除蛋白质，流水透析48h，蒸馏水浸泡透析24h，真空浓缩至原体积的1/3，加入3倍体积的95%乙醇，充分搅拌，4℃放置过夜，7000r/min离心10min，收集醇沉物，真空冷冻干燥即得灰白色多糖样品。

1.2.2.2 多糖的分离纯化

采用DEAE-52层析柱分离，多糖用蒸馏水充分溶解，上样量100mg，上样体积4mL。先用蒸馏水洗脱20管，再用3mol/L NaCl溶液梯度洗脱，苯酚-硫酸法跟踪检测绘制洗脱曲线。

将上述分离得到的洗脱组分过Sephadex G-150层析柱纯化，用0.1mol/L NaCl溶液洗脱，苯酚-硫酸法跟踪检测绘制洗脱曲线。

1.2.2.3 紫外光谱分析

用紫外光谱扫描仪对多糖的单一洗脱组分在200～400nm波长间进行扫描，测定其紫外吸收光谱。

1.2.2.4 化学组成分析

半乳糖和3,6-内醚-半乳糖含量测定按文献[6]的方法，分别以半乳糖和果糖为标准品；硫酸根含量测定采用硫酸钡比浊法[7]。

1.2.2.5 多糖分子质量测定

采用凝胶过滤层析法测定多糖分子质量[8]。取3mg Dextran blue 2000溶于3mL的蒸馏水中，加入到SephadexG-150层析柱中，并用0.1mol/L NaCl溶液洗脱，部分收集，每管1mL，用苯酚-浓硫酸法检测，测得外水体积V0。在相同条件下测定已知分子质量的标准葡聚糖(T-10、T-40、T-70、T-500)的洗脱体积Ve，根据Kav＝(Ve－Vo)÷(Vt－Vo)对相应的分子质量对数值制作分子质量标准曲线。

复溶多糖样品，同前处理，测定其洗脱体积Ve，根据标准曲线求出分子质量。

1.2.2.6 红外光谱分析

用红外光谱仪、KBr压片，在400～4000cm-1之间扫描。

1.2.2.7 二维核磁共振分析

取少量多糖样品，溶于D2O中，配制其饱和溶液，400MHz核磁共振仪扫描，测定温度为室温，以二甲基亚砜为内标(化学位移为39.6)。

表1 残次坛紫菜和三水坛紫菜的基本营养成分Table 1 Basic nutrients in low-value P. haitanensis and P. haitanensis at the third harvest g/100g(以干质量计)

2 结果与分析

2.1 常规营养成分分析

由表1可见，与三水坛紫菜比较，残次坛紫菜的蛋白质、脂肪和粗纤维含量显著增加，水分和总糖、多糖含量明显下降，而灰分含量变化不大。这种变化趋势与陈人弼[9]报道的结果基本一致。可见随着生长期的延长，藻体消耗糖类而积累蛋白，使残次坛紫菜蛋白质含量高达35.30%。尽管坛紫菜多糖含量随着生长期而下降，但残次坛紫菜仍含有20.67%的多糖。分析结果表明，残次坛紫菜蛋白质含量远高于其他经济海藻，可作为一种良好的食物蛋白源供人类食用或作为饲料。残次坛紫菜也是活性多糖的有效来源，值得研究和开发利用。

2.2 氨基酸组成分析

表 2 残次坛紫菜的氨基酸组成Table 2 Amino acid composition of low-value P. haitanensis g/100g(以干质量计)

从表2可知，残次坛紫菜含有16种以上氨基酸，其中必需氨基酸(essential amino acid，EAA)种类齐全，EAA总量为12g/100g，占氨基酸总量(total amino acid，TAA)的33.99%，与非必需氨基酸(nonessential amino acids，NEAA)的比值为52.84%。据FAO/WHO推荐，质量较好的蛋白质EAA/TAA为40%左右，EAA/NEAA在60%以上[10]，可见，残次坛紫菜蛋白质质量较好。残次坛紫菜中呈味氨基酸——亮氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸、丙氨酸等含量都高于三水坛紫菜，呈味氨基酸占氨基酸总量的40%，因此残次坛紫菜具有比三水坛紫菜更浓郁的海藻鲜美风味，可加工成海鲜调味品。

2.3 矿物元素含量分析

表3 残次坛紫菜矿物质元素含量Table 3 Mineral elements in low-value P. haitanensismg/kg

由表3可知，残次坛紫菜的K、Mg和Ca等常量元素含量丰富，微量元素Fe、Zn、Cu等的含量也较高，是碱性元素的良好来源。由表1、3可知，残次坛紫菜的灰分含量为10.3 7%，虽然低于龙须菜(28.77%)[11]，但其K的含量却高达29g/kg，接近龙须菜(10.97g/kg)的3倍，而Na的含量比龙须菜少，K/Na值为6.3，这种高钾低钠结构对高血压、高血脂症患者特别有益。

残次坛紫菜重金属Pb、Hg、As的含量分别是1.06、0.02、2.84mg/kg，根据DB 35/669—2006《坛紫菜干品地方标准》坛紫菜干品标准中限量元素指标(mg/kg)：铅≤1.0；汞≤0.5；砷(无机砷)≤2.0，可见，残次坛紫菜的Hg含量符合卫生标准，而As和Pb则略有超标。因此，将残次坛紫菜加工成食品时应考虑适当弃除As和Pb。

2.4 多糖组成结构分析

2.4.1 多糖的分离

图1 多糖样品经DEAE-52柱层析的洗脱曲线图Fig.1 Elution profile of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis on DEAE-52 column

从图1可见，残次坛紫菜多糖只存在一个明显吸收峰，由NaCl溶液洗脱的组分。这与吕燕等[8]及Zhang等[12]从正品坛紫菜多糖中可分离出两种以上多糖组分相比，存在较大差别，说明坛紫菜多糖组成结构是随着剪收期的增加而发生变化。

2.4.2 多糖的纯化

图2 多糖样品经Sephadex G-150柱层析的洗脱曲线图Fig.2 Elution profile of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis on Sephadex G-150 column

图2只有单一对称洗脱峰，说明残次坛紫菜多糖是单一组分。收集洗脱峰处洗脱液，透析后进行真空冷冻干燥得单组分多糖。

2.4.3 多糖的纯度鉴定

图3 多糖组分紫外光谱图Fig.3 UV absorption spectrum of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis

由图3可见，多糖在260nm和280nm处没有核酸和蛋白质特征吸收峰，表明该多糖组分中不含核酸和蛋白质。

2.4.4 多糖化学组成分析和分子质量

经测定，多糖中半乳糖、3,6-内醚半乳糖、硫酸根的质量分数分别为(83.12±0.41)%、(15.71±0.27)%、(10.61±0.70)%，分子质量为28.54kD。与纪明侯等[13]、穆凯峰等[14]和吕燕等[8]对南方(福建、湛江市)坛紫菜多糖的化学组成分析结果比较，残存坛紫菜多糖含有较多的3,6-内醚半乳糖，而硫酸基的含量相近，多糖分子小了很多。

2.4.5 多糖的红外光谱分析

从图4可见，在3400cm-1附近有－OH的强宽峰，在2900cm-1附近有C－H 强吸收峰，在1072cm-1有CO的吸收峰，这些是多糖类化合物的特征吸收峰；此外，在931cm-1有代表3,6-内醚半乳糖的吸收峰；820cm-1附近有吸收峰代表α-D-半乳糖的存在；在1248cm-1及820cm-1附近有吸收峰分别是S＝O和C－O－S伸缩振动吸收峰，表明含有硫酸根，硫酸根的位置为C6；在771cm-1处有吸收峰，可能是α-吡喃环对称伸缩振动[15-16]。但图4曲线中无文献[8,14]所报道的坛紫菜多糖的红外光谱曲线都在893cm-1附近存在着代表β-D-半乳糖的吸收峰，表明残次坛紫菜多糖可能不存在β-D-半乳糖。

图4 残次坛紫菜多糖的红外光谱图Fig.4 Infrared absorption spectrum of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis

图5 残次坛紫菜多糖的2D-NMR图谱Fig.5 2D-NMR analysis of polysaccharides extracted from low-value P. haitanensis

2.4.6 多糖2D-NMR分析从图5可见，H信号化学位移有5以下，表明残次坛紫菜多糖中存在β型吡喃糖，也有不少H信号在5.0～5.5之间，表明多糖中还有α型吡喃糖。一般C信号化学位移在95～101之间为α型，101～105之间为β型，由图5分析可知多糖中同时存在α型和β型吡喃糖[17]，在L-半乳糖上3,6-内醚化。对多糖进行13C信号归属[18-19]，发现在D-半乳糖的C6位和L-半乳糖的C2位有甲基化发生，在D-半乳糖的C4位和L-半乳糖的C6位存在硫酸基，这与红外光谱分析基本一致。但其构型和糖苷键连接方式等还需结合甲基化分析、高碘酸氧化和Smith降解等方法进一步研究。

3 讨 论

3.1 从三水到残次坛紫菜，主要营养成分蛋白质、脂肪和粗纤维含量增加，总糖和多糖含量显著降低，灰分变化不大，证实了坛紫菜的化学组成是随生长期而发生变化。

3.2 残次坛紫菜蛋白质含量高，脂肪含量很少，膳食纤维占较大比例，灰分中钾、镁含量高，钠相对较少。其蛋白质必需氨基酸种类齐全，比例较均衡，且富含呈味氨基酸。因此残次坛紫菜有很高的利用价值，可加工成高蛋白低热量营养保健食品或海鲜营养调味品等。若将其废去，是对食物资源的极大浪费。

3.3 已报道的南方坛紫菜多糖是多组分多糖，主要由β-(1→3)-D-半乳糖与α-(1→4)-3,6-内醚-L-半乳糖连接的琼二糖重复单位组成的琼胶糖[4,14]。本研究从残次坛紫菜热水提取的多糖中只分离出单个组分，其红外光谱图中无β-D-半乳糖特征吸收峰，且多糖分子组成和大小也有较大差别[8,14]。这说明坛紫菜多糖组成结构受生长期和环境条件等因素的影响，由此推测残次坛紫菜多糖可能存在独特的生物学活性。

3.4 残次坛紫菜富含20.67%的多糖，其较小的多糖分子易被细胞吸收发挥其生理活性。紫菜多糖具有增强免疫力、抗肿瘤、抗衰老、抗凝血、抗血栓、降血脂等多种生理活性[1]，因此，残次坛紫菜多糖潜在着生理活性，具有较好的研究与开发利用价值。

[1] 周利亘, 王春辉, 王君虹, 等. 紫菜多糖的分离纯化及生物学功能研究进展[J]. 粮油食品科技, 2006, 14(4): 67-69.

[2] 赵婷婷, 张全斌, 李智恩, 等. 不同分子量坛紫菜多糖抗疲劳作用的实验研究[J]. 医药导报, 2009, 28(6): 709-712.

[3] 应苗苗, 施文正, 潘峰. 紫菜不同收割期营养成分的分析[J]. 浙江农业科学, 2009(6): 1227-1228.

[4] 高洪峰, 纪明侯, 曹文达. 不同生长期坛紫菜多糖中组分含量的变化[J]. 海洋与湖沼, 1994, 25(5): 505-509.

[5] 张惟杰. 糖复合物生化研究技术[M]. 2版. 杭州: 浙江大学出版社,2003: 7-9; 13-16.

[6] 张燕霞, 史升跃, 范晓. 红藻多糖中3,6-内醚半乳糖和半乳糖的比色分析法[J]. 海洋湖沼通报, 1980(4): 48-53.

[7] 邱芳萍, 张玲, 于健. 硫酸钡比浊法对鹿茸多糖中硫酸基含量的测定[J]. 长春工业大学学报: 自然科学版, 2005, 26(4): 268-270.

[8] 吕燕, 陈颢, 汪水娟, 等. 坛紫菜多糖的分离纯化和结构分析(Ⅱ)[J].南京大学学报: 自然科学, 2001, 37(2): 240-245.

[9] 陈人弼. 坛紫菜主要营养成份的分析[J]. 台湾海峡, 1999, 18(4): 465-468.

[10] 陈美珍, 陈伟洲, 宋彩霞. 海蓬子营养成分分析与急性毒性评价[J].营养学报, 2010, 32(6): 286-289.

[11] 余杰, 王欣, 陈美珍, 等. 潮汕沿海龙须菜的营养成分和多糖组成分析[J]. 食品科学, 2006, 27(1): 93-97.

[12] ZHANG Quanbin, LI Ning, LIU Xiguang, et al. The structure of a sulfated galactan fromPorphyra haitanensisand its in vivo antioxidant activity[J]. Carbohydr Res, 2004, 339(1/2): 105-111.

[13] 纪明侯, LAHAYE M, YAPHE W. 对三种红藻琼胶的化学与13C NMR分析[J]. 海洋与湖沼, 1986, 17(3): 185-195.

[14] 穆凯峰, 吴永沛. 坛紫菜多糖的分离纯化及其组成分析[J]. 中国食品学报, 2011, 11(1): 159-164.

[15] 张赛金, 李文权, 邓永智, 等. 海洋微藻多糖的红外光谱分析初探[J].厦门大学学报, 2005, 44(增刊1): 438-479.

[16] 林晓芝, 唐渝, 张渊明, 等. 海藻多糖的组成及结构光谱分析[J]. 化学通报, 2005(12): 911-916.

[17] 明建, 曾凯芳, 赵国华, 等. 羊肚菌水溶性多糖PMEP-1的分离纯化与结构特征分析[J]. 食品科学, 2009, 30(15): 104-108.

[18] 于广利, 胡艳南, 杨波, 等. 海萝藻(Gloiopeltis furcata)多糖的提取分离及其结构表征[J]. 中国海洋大学学报, 2009, 39(5): 925-929.

[19] 胡艳南, 于广利, 吴建东, 等. 珊瑚藻硫酸多糖的提取分离及其结构表征[J]. 中国海洋大学学报, 2010, 40(10): 90-94.

Analysis of Nutritional Composition and Polysaccharide Composition in Low-valuePorphyra haitanensis

CHEN Mei-zhen，XU Jing-yan，PAN Qun-wen，GAO Xiao-yan
(Department of Biology, College of Science, Shantou University, Shantou 515063, China)

Porphyra haitanensisis an important food resource containing abundant dietary fiber, protein, active substances and trace elements essential for the human body.P. haitanensisis always be harvested for several times during its life cycle.P.haitanensisat the sixth harvest is known as low-valueP. haitanensisdue to inferior sensory quality, poor palatability and low commercial value. Here, the main nutritional composition and polysaccharide composition of low-valueP. haitanensiswere analyzed by chemical methods and spectroscopic methods. Compared with high-yieldP. haitanensisat the third harvest, lowvalueP. haitanensisshowed a remarkable increase in the contents of crude protein (35.30%), crude fat (0.51%) and crude fiber(5.11%), a dramatic decrease in the contents of total sugar (34.57%) and polysaccharides (20.67%), a similar ash content(10.37%) and a K/Na ratio of 6.3. Hot-water polysaccharide extract from low-valueP. haitanensisconsisted of a single component with a 28.54 kD molecular weight, which was mainly constituted by galactose (83.12%), 3,6- anhydrogalactose (15.71%) and sulfate group (10.61%). In summary, the results obtained show that low-valueP. haitanensisis a high-protein, high-natural dietary fiber, low-fat, low-calory nourishing healthcare food resource.

low-valuePorphyra haitanensi；nutritional components；polysaccharide

S946.2

A

1002-6630(2011)20-0230-05

2011-07-13

广东省科技计划项目(2009B020312012；2010B020201015)

陈美珍(1956—)，女，教授，研究方向为天然活性物质及其开发。E-mail：chenmz@stu.edu.cn