周光东 霍健聪，2* 邓尚贵

（1 浙江海洋学院食品与医药学院 浙江舟山 316000

2 浙江省海产品健康危害因素关键技术研究重点实验室 浙江舟山 316000）

海参（sea cucumber），属海参纲（Holothuroidea），是一种生活在浅海到数千米深海的海洋棘皮动物。长期以来我国对海参丰富的营养价值和鲜美口感推崇备至，将其列为“海八珍”之首。我国是海参生产大国，北至辽宁大连，南到南沙群岛均有出产。从海参产地来分，我国海参主要有两大类：刺参和光参。刺参主要产于我国北方海域，肉质肥厚、味道鲜美，成为国内海参市场主要消费对象。由于刺参本身价格较高，加上近年来刺参养殖产业产量增加有限，造成了市场上对刺参的旺盛需求与刺参产量供给不足之间的矛盾，开发新的海参资源成为解决这一矛盾的主要出路。

光参（Cucumaria japonica）是广泛存在于我国东南沿海的一类海参，主要有光参科、瓜参科和芋参科三类[1]。光参资源保有量大，当前我国仅东海海区光参资源量约为100万t[2]。长期以来，虽然市场对海参需求旺盛，但是由于光参这类海参资源在外形、口感等方面与刺参相差较大，加上光参体表坚硬，干燥后泡发时间长，工艺复杂，泡发效果差等问题，使得光参这类资源的开发利用始终处于空白。目前关于光参的研究多集中于酶解产物特性方面，而关于光参基础特性的系统研究成果寥寥无几。在此背景下，本课题以舟山产光参为研究对象，对其化学成分及结构特征进行研究，为光参的开发利用提供基础数据，并为舟山海域光参资源的高值化开发利用奠定基础。

1 原料与方法

1.1 原料与设备

光参，由浙江海士得食品有限公司提供，原料捕捞于舟山鱼山渔场（28°00"-29°30"N，121°54"-125°00"E），捕捞出水后立刻进行剖杀、去内脏并蒸煮（100℃沸水中煮15 min），蒸煮后的光参置于敷有碎冰的泡沫箱后运到实验室；原料运抵实验室后于烘箱内烘干至水分含量约23%，即得干光参；淡干刺参由威海红一切食品有限公司提供，原料经浙江海洋学院海科学院鉴定为海地瓜（Acaudina molpadioides，以下简称光参）和刺参（Apostichopus japonicus）；所需化学试剂、酶制剂及分子质量标准品等均购于国药集团上海化学试剂有限公司，化学试剂均为分析纯。

电感耦合等离子体发射光谱（Optima 5300DV），美国PerkinElmer公司；液相色谱仪（安捷伦1260），美国安捷伦科技公司；气相色谱仪（安捷伦7820A），美国安捷伦科技公司；原子吸收分光光度计（SP-3500），上海光谱仪器有限公司；荧光分光光度计（F95S），杭州科晓化工仪器设备有限公司；全自动凯氏定氮仪（KJELTEC），丹麦FOSS公司；紫外可见分光光度计（UV-2800），日本日立有限公司；旋转蒸发仪（A-1000S），日本东京理化；冷冻干燥机（LGJ-10B），北京四环科学仪器厂；恒温振荡培养箱（HZQ-F160A），北京四环科学仪器厂；均质器（JZQ-Ⅱ），天津东康科技有限公司；紫外可见分光光度计（UV-2800），日本日立有限公司；扫描电镜（S3400N），日本日立有限公司；其余均为试验室常用设备。

1.2 试验方法

1.2.1 基本营养成分测定 多糖、灰分、蛋白质、粗脂肪等常规营养成分测定参照国标法；胶原蛋白含量测定参照Visessanguan等[3]方法。

1.2.2 氨基酸测定[4]氨基酸测定采用氨基酸自动分析仪。精确称取一定量的样品（精确到0.0001g）置于水解管中，加入6 mol/L的浓盐酸，充氮封口后于110℃干燥箱内水解22 h，然后上机测定。

1.2.3 维生素含量测定 VA和VE测定采用液相色谱法[5]；VB1和 VB2采用紫外分光光度法[6]；VB6测定采用荧光法[7]。

1.2.4 主要矿物元素测定 铁、镁、锰、铅、砷等的测定采用石墨炉原子吸收法[8]；钙测定采用电感耦合等离子体发射光谱法[9]。

1.2.5 脂肪酸测定[10]及皂甙含量测定[13]脂肪酸测定采用气相色谱法，测定柱温220℃；FID温度：250℃；进样量：0.5 μL；空气流速 360 mL/min；氢气流速30 mL/min。皂甙含量测定采用国标法。

1.2.6 氨基酸营养价值评定[11-12]蛋白质的氨基酸评分（amino acid score，AAS）按照下式进行。

1.2.7 胶原蛋白提取及紫外吸收光谱分析 胶原蛋白酸提法参考朱伟[17]的方法，具体操作为：将光参体壁剪碎，用0.1 mol/L的NaOH浸泡8 h，清洗至中性，再加入0.5 mol/L的乙酸溶液浸泡24 h，浸泡完毕后过滤、离心，除去不溶物；取上清液，缓慢加入一定量的固体NaCl，4℃下静置过夜后可见有白色絮状沉淀析出，即为胶原蛋白；上清液高速离心（10 000 r/min，30 min）后得到酸溶性胶原蛋白，1 000 u分子质量透析膜清水中透析至中性后冷冻干燥，备用；酶法提取在参考刘成梅等[18]方法基础上改用胃蛋白酶。按照质量比1∶1 000比例加入蛋白酶（酶活力30 000 U/g），而后加入不溶物总质量10倍、pH为2的乙酸溶液，37℃保温2 h后100℃灭酶10 min，过滤，取滤液加入一定量的NaCl，剩余操作同酸提法。精确称取10 mg光参胶原蛋白溶解于10 mL浓度为0.5 mol/L的乙酸溶液中，于190～400 nm波长范围内扫描，采用0.5 mol/L乙酸溶液为空白。

1.2.8 光参胶原蛋白电泳分析 精确称取胶原蛋白1 mg，溶解于0.5 mol/L乙酸溶液中，用0.01 mol/L NaOH调节至中性后加入缓冲液后置于沸水浴5 min，取出后8 000 r/min离心5 min，取适量上清液进行电泳，电泳条件为直流稳压电源，电流为15 mA，时间2～3 h；分离胶条件为：20%分离胶：30%凝胶储备液3 mL，3 mol/L pH 8.9的Tris-HCl缓冲液 3 mL，10%SDS 0.1 mL，10%过硫酸铵0.1 mL，TEMED 0.006 mL，再加入重蒸水0.6 mL；5%浓缩胶：30%凝胶储备液 0.83 mL，0.5 mol/L，pH 值 6.7的Tris-HCl缓冲液 0.63 mL，10%SDS 0.5 mL，10%过硫酸铵 0.05 mL，TEMED 0.005 mL，再加入重蒸水3.4 mL；电极缓冲液：Tris-甘氨酸缓冲液，pH 8.3；样品缓冲液：0.02 mol/L磷酸缓冲液，pH 7.2，内含 1%SDS，0.02%溴酚蓝，20%甘油，1%巯基乙醇；染色液：0.25g考马斯亮蓝R-250加入91 mL 50%甲醇，9 mL冰醋酸配制而成；脱色液：75 mL冰醋酸，875 mL重蒸水和50 mL甲醇混匀。

样品分子质量从标准蛋白迁移率同其分子质量对数标准曲线上计算获得。迁移率按下式计算：

迁移率Rf=样品移动距离（mm）/溴酚蓝移动距离（mm）

1.2.9 扫描电镜分析 取少量光参及刺参体壁样品固定于进样台上，于红外灯下烘干后置于样品舱中真空条件下喷金镀膜90 s，而后样品固定于载物台，在电镜观察室内观测拍照。

2 结果与分析

2.1 光参与刺参基本营养成分

表1为光参和刺参基本营养成分数据。从表中可以看出，光参灰分显著高于刺参，表明光参含有丰富的矿物元素，而灰分较高也是光参类海参的主要特点之一，白肛海地瓜 （Acaudina leucoprocta）灰分含量也达到19.92%[14]；从表中还可以看出，光参多糖含量略高于刺参，而多糖类物质普遍具有抗衰老、抗氧化、消除自由基等多种生理功效，是目前生物活性物质的研究热点，这一特性表明光参在促进人体健康方面可能优于刺参，作为兼具药食两用的食物原料具有一定的开发潜力；尽管光参粗蛋白含量低于刺参，但胶原蛋白含量在光参中达到51.39%，显著高于刺参（24.22%），胶原蛋白是一种广泛应用于食品、化妆品和药品的蛋白质，海洋生物类胶原蛋白以其安全性高的特点正日益成为胶原蛋白产业的原料获取来源，而“多吃胶原蛋白可以美容”的观点不仅成为普通消费者的共识，也赋予光参广阔的市场前景；光参粗脂肪含量极低，仅为0.04%，显著低于刺参的0.26%，也表明光参是一种蛋白质含量较高，而脂肪含量较低的食物原料。

表1 光参与刺参基本营养成分比较（%，均以干基计，以下同）Table1 Nutrient composition analysis of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（%，with dry basis，the same as follows）

2.2 光参与刺参主要维生素含量

表2为光参与刺参主要维生素含量比较。从表2可以看出，光参含有的维生素尽管种类较多，但含量分布差异较大，其中VE含量最高，达到2.18 mg/100 g，且含量达到刺参的2.8倍。VE是一种天然强抗氧化剂，具有清除自由基的功效，富含VE这一特点赋予光参较强的生物活性；但其它维生素同刺参相比，除VB2之外均低于或显著低于刺参，且VA含量为由标准曲线推算得到的估算值。

表2 光参与刺参主要维生素含量（mg/100g）Table2 Main vitamins content of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（mg/100g）

2.3 光参与刺参氨基酸组成分析

表3是光参与刺参氨基酸组成分析。从表中可以看出，光参氨基酸含量低于刺参，但差距仅为约10个百分点；其中天冬氨酸、甘氨酸及脯氨酸含量高于刺参，但其余氨基酸含量均低于刺参；但从表3中可以看到，脯氨酸是胶原蛋白的特有氨基酸，光参和刺参氨基酸中均含有脯氨酸，表明这两类海参中均含有胶原蛋白；同刺参相比，光参中胶原蛋白含量显著高于刺参（10.4%和2.8%）。胶原蛋白具有多种生物活性，在化妆品、医用保健食品领域拥有广阔的应用前景，光参富含胶原蛋白这一特性赋予光参广阔的开发利用空间；此外，有资料表明[22]：精氨酸和赖氨酸比值越高，则对人体中胆固醇和高密度脂蛋白的清除效果越好。从表中可以看出，光参中精氨酸和赖氨酸比值为3.4，表明光参对人体心脑血管系统具有较好的保护潜力；将光参和刺参的必需氨基酸与FAO/WHO指定的蛋白质评价的氨基酸标准模式进行比较，光参氨基酸评分结果如表4所示。从表中可以看出，光参的8种必需氨基酸评分尽管普遍低于刺参，但除异亮氨酸和赖氨酸外，其余氨基酸评分均接近刺参，表明光参蛋白质仍然具有较好的质量；此外，从表中还可以看出，光参的第一限制性氨基酸为赖氨酸。

表3 光参与刺参氨基酸组成分析（g/100g）Table3 Amino acid analysis of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（g/100g）

表4 光参必需氨基酸评价（mg/g）Table4 Evaluation of essential amino acid of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（mg/g）

2.4 光参与刺参无机元素分析

光参无机元素含量结果见表5。从表中可以看出，光参矿物元素含量较为丰富，其中常见矿物元素钾、钠、硒等元素含量较高，分别为刺参的2.6，3.4，5.9倍，尤其是铁元素含量达到150 mg/kg，显著高于刺参的2.3 mg/kg，而缺铁性贫血是当前世界性营养型疾病之一，光参这一特性使其成为一类适用于贫血病人的良好食物；此外，其它矿物元素除镁外均高于刺参，表明光参在矿物元素含量方面优于刺参。当前，随着海洋污染的日益加重，重金属食品安全问题成为海洋水产品的研究热点。刘小芳与单恩莉[15-16]发现刺参和光参中都有重金属超标的现象。而本研究中发现，舟山海域产光参铅、砷等含量符合国家标准（GB2762-2012《食品中污染物限量》），表明光参是一种安全、绿色的天然食品。

表5 光参与刺参无机元素含量（mg/kg）Table5 Mineral content of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（mg/kg）

2.5 光参与刺参脂肪酸及皂甙含量及比例比较

从表6中可以看出尽管光参粗脂肪含量较低（仅为原料质量的0.04%），但脂肪酸质量较高，其中单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸分别占脂肪酸含量的35.06%和30.86%，饱和脂肪酸比例仅为 21.88%，尤其是花生四烯酸（C20：4，ARA）比例达到22.44%。高纯度的花生四烯酸是合成前列腺素，血栓烷素和白细胞三烯等二十碳衍生物的直接前体，这些生物活性物质对人体心血管系统及免疫系统具有十分重要的作用；同时，对比刺参脂肪酸种类及含量可以发现，所有种类脂肪酸含量比例光参均高于刺参，且优质脂肪酸（单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸）比例显著高于刺参，这也表明光参尽管脂肪酸含量较低，但含有的脂肪酸质量较高。

皂甙类物质具有多种生理功效，是当前除多糖之外的另一个活性物质研究热点。皂甙检测结果表明，光参中皂甙含量为344 mg/100 g，尽管低于刺参539 mg/100 g，但也表明光参具有一定生理活性和药用价值。

2.6 光参胶原蛋白紫外图谱分析

图1是光参酸溶胶原蛋白和胃蛋白酶溶胶原蛋白紫外吸收光谱图。通常由于蛋白质中的色氨酸、酪氨酸、脯氨酸和组氨酸都含有共轭双键，使得大多数蛋白质在280 nm处都有一个很强的紫外吸收，而在图1中的280 nm处并未出现吸收峰，表明该蛋白并非普通蛋白；由于胶原蛋白本身含有酪氨酸和苯丙氨酸，而这两种氨基酸具有敏感的发色团，对300 nm以下波长存在最大吸收，从图中可以看出，两种不同提取方式的胶原蛋白溶液在230 nm处均有最大吸收波峰，符合胶原蛋白的紫外吸收特性；此外，在230 nm处出现最大吸收峰也可能是由于光参胶原蛋白的多肽链中含有C=O双键较多的氨基酸导致，其中天冬氨酸、精氨酸等都含有C=O双键。

2.7 光参胶原蛋白电泳图谱

图2是光参和刺参胶原蛋白的电泳图谱。从图中可以看出，酶法和酸法提取的胶原蛋白分子质量基本相同，其中酸法和酶法提取蛋白各获得3条较为清晰的电泳带，其中胶原蛋白的α链分子质量约为100 ku，而由于β链为α链的二聚体，则分子质量约为200 ku，而γ链为α链的三聚体，理论上分子质量约为300 ku。通过Maker迁移率可计算得到α链和β链分子质量98 ku和102 ku，满足典型水产品胶原蛋白特性，但试验中并未发现γ链的泳带，这可能和分离胶浓度及电泳条件有关；从图中还可以看出，除较为明显的α链和β链的泳带之外，还有若干条不太清晰的泳带，这可能与胶原蛋白含有部分杂蛋白有关，表明酸提法尽管具有较好的提取效果，但提取的胶原蛋白纯度仍需进一步提高；此外，从图中还可以看出薛东梅[19]提取的刺参胶原蛋白电泳图谱上同样也出现3条泳带，分别为α1、α2和β，其分子质量分别约为112，130和210 ku，这表明尽管光参和刺参经电泳分离后胶原蛋白链数目相同，都属于胶原蛋白，但各自胶原蛋白链分子质量不同，这可能是光参和刺参在采取相同处理工艺 （煮制熟化及泡发处理）而泡发时间和泡发效果相差较大的原因；另一方面是由于海参品种不同造成。

表6 光参与刺参脂肪酸组成（%）Table6 Fat acid composition of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（%）

表7 光参与刺参皂甙含量（mg/100g）Table7 Saponin content of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas（mg/100g）

图1 光参胶原蛋白紫外吸收光谱Fig.1 Ultraviolet spectra of Acaudina molpadioides collagen

图2 光参胶原蛋白及刺参胶原蛋白电泳图谱Fig.2 Collagen electrophoretogram of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas

2.8 光参与刺参微观结构

对于水产品而言，鲜嫩是其主要食用特征之一。而嫩度主要由肌肉纤维特性决定，肌纤维长度越短、直径和密度越小，则嫩度越好，食用品质越好[20-21]。从图3可以看出，光参和刺参肌纤维明显不同，光参肌纤维呈致密不规则的网状结构，且呈现无序排列状态；而刺参的肌纤维则呈现较为规则的片状排布，排列具有一定的方向性，片状结构之间具有较大的空间，肌纤维整体排布较为松散。光参和刺参在结构上的这种排列在一定程度上决定了两种海参在口感上的差异。

3 讨论

刺参以其细嫩、美味和滋补等特点成为作为传统名优海产品，市场需求量逐年扩大。但随着近年来“糖干刺参”、“抗生素刺参”等食品安全事件的不断发生，刺参市场销售一路下滑。光参是舟山海域资源保有量大的一类捕捞海参，具有天然、无污染、安全等特性。长期以来光参一直未得到充分利用，主要原因是光参自体酶活性较高，捕捞出水后需要立刻进行去内脏、蒸煮等处理，而处理后的光参泡发时间长，且泡发后仍难以恢复到口感细嫩的状态。从本研究结果来看，尽管光参在蛋白含量、脂肪酸质量等方面略逊于刺参，但总体看来光参仍然属于一类高蛋白、低脂肪、富含矿物元素和活性物质的海参资源。

图3 光参与刺参微观结构Fig.3 Microstructure of Acaudina molpadioides and Apostichopus japonicas

作为一类具有较强开发潜力的海参，光参开发目前面临的主要问题是干光参如何短时间内实现有效泡发，以达到降低嫩度的目标。而本研究中已证实：光参胶原蛋白含量丰富，且肌肉纤维呈致密不规则的网状结构，导致其硬度极高，这可能是光参难以泡发的主要原因。目前关于光参的研究多集中于光参多糖等活性物质生物学特性和光参酶解产物特性研究，关于光参的嫩化研究较少，仅有本课题组采用超高压和生物酶解的方式进行了嫩化研究[1，23]，但这些方法同样存在设备复杂、生产成本较高、嫩化效果较差等问题。因此，在透彻了解舟山光参基本生化特性之后，进一步研究光参的高效嫩化方法成为实现这类海参资源高效利用的必然途径，这也成为今后本研究的努力方向。

4 结论

1）光参蛋白质含量较高，粗蛋白含量达到52.38%（干基），其中以胶原蛋白为主；氨基酸评分标准结果表明尽管光参蛋白质质量低于刺参，但差距不大，其第一限制性氨基酸为赖氨酸；紫外光谱分析结果表明通过酸提法和酶提法获得的蛋白具有典型的胶原蛋白特性，在230 nm处具有典型的吸收峰；电泳图谱表明所得的胶原蛋白具有典型的α链和β链，其分子质量分别为98 ku和102 ku，但未分离得到γ链。

2）光参含有多种维生素，以VE含量最为丰富，达到2.18 mg/100 g，其余维生素含量较低；矿物元素种类较多，部分矿物元素如钾、钠、镁、铁含量较高，其中铁元素含量显著高于刺参，是贫血病人的良好补铁食物来源，光参中铅和砷含量较低，符合国家标准，这表明光参是一种绿色天然无污染的食品；光参中含有23种脂肪酸，以单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸为主，含量分别达到35.06%、30.86%。

3）光参肌纤维呈现致密的不规则的网状结构，排列呈现无序状态。这可能是光参硬度较大，难以泡发的主要原因。