6种鲟鱼鱼皮营养评价与组织学分析

陈泽凡，刘天红，韩贵新，高瑞昌，王 颖，徐 鹏，白 帆，汪金林，赵元晖

( 1.中国海洋大学 食品科学与工程学院，山东 青岛 266003； 2.山东省海洋科学研究院，山东 青岛 266104； 3.江苏大学 食品与生物工程学院，江苏 镇江 212013； 4.衢州鲟龙水产食品科技开发有限公司，浙江 衢州 324002 )

鲟鱼属硬骨鱼纲辐鳍亚纲软骨硬鳞总目鲟形目[1]，是现存历史最久远的鱼类之一，有着“水中活化石”的称号[2]。全世界现有鲟鱼27种，全部收录在《世界自然保护联盟濒危物种红色名录》中，其中有16种鲟鱼极度濒危[3]。鲟鱼主要生活在北半球的温带水域，部分品种的鲟鱼如中华鲟(Acipensersinensis)、俄罗斯鲟(A.gueldenstaedti)和欧洲鳇(Husohuso)在海水和微咸水中生长并性成熟，但迁徙到淡水产卵，而另一些品种的鲟鱼如西伯利亚鲟(A.baerii)和达氏鳇(H.dauricus)整个生命周期都生活在淡水中[4]。在中国，鲟鱼分布于新疆额尔齐斯河、布伦托海和博斯腾湖，黑龙江，松花江，乌苏里江和长江等流域[5]。

随着鲟鱼养殖技术的愈发成熟和市场需求的不断增长，我国鲟鱼养殖行业先后突破了西伯利亚鲟、史氏鲟(A.schrenckii)、俄罗斯鲟、达氏鳇、欧洲鳇和大型杂交鲟(达氏鳇♀×史氏鲟♂)等近10种鲟鱼的全人工繁殖技术[6]，产量已远超其他国家。根据《2020中国渔业统计年鉴》[7]以及《中国鲟鱼产业发展报告》[8]数据显示，2019年中国鲟鱼总产量达102 042 t，超过全球鲟鱼总产量的80%。而鲟鱼鱼皮作为鲟鱼加工产业的重要副产物，大多用于制作皮革以及渔用饲料[9]。已有研究表明，鲟鱼鱼皮富含的胶原蛋白具有较好的医学及保健价值[10]。Lin等[11]采用SDS-PAGE、红外光谱及圆二色谱等方法鉴定鲟鱼鱼皮胶原蛋白为Ⅰ型胶原蛋白；Maryam等[12]研究了鲟鱼鱼皮胶原蛋白的多孔和不规则微观结构以及生物相容性，表明鲟鱼鱼皮具有用作生物材料的潜力；Liang等[13]发现，鲟鱼鱼皮明胶薄膜具有良好的抗氧化性和抗紫外线能力；Nikoo等[10]研究了鲟鱼鱼皮明胶水解物对于未漂洗鱼糜的抗氧化及冷冻保护作用。鲟鱼鱼皮的广泛研究与应用提高了鲟鱼综合利用率，拓宽了鲟鱼鱼皮的加工渠道与思路，对鲟鱼鱼皮的精深加工及鲟鱼产业的发展意义重大。

不同品种的鲟鱼鱼皮所含的营养成分和理化性质存在差异，这极大影响了不同品种鲟鱼鱼皮的应用范围和价值。由于缺乏对不同品种鲟鱼鱼皮营养价值的研究，鲟鱼产业难以精准开发出高附加值、高营养价值的鲟鱼鱼皮产品。基于上述问题，笔者对我国鲟鱼养殖业常见的6种鲟鱼[西伯利亚鲟、俄罗斯鲟、达氏鳇、欧洲鳇、大型杂交鲟(达氏鳇♀×史氏鲟♂)和小型杂交鲟(西伯利亚鲟♀×史氏鲟♂)]鱼皮的营养成分进行系统分析及评价，并对其组织学特性进行显微观察和比较，从而为鲟鱼鱼皮的精深加工及应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验对象：选取不同品种的鲟鱼各6尾，用于试验的测定。西伯利亚鲟，雌性，体质量(8.43±0.53) kg； 俄罗斯鲟，雌性，体质量(36.03±1.18) kg；达氏鳇，雌性，体质量(82.77±1.68) kg；欧洲鳇，雌性，体质量(100.60±1.63) kg；大型杂交鲟(达氏鳇♀×史氏鲟♂)，雌性，体质量(55.73±1.74) kg。以上鲟鱼均取自衢州鲟龙水产食品科技开发有限公司。小型杂交鲟(西伯利亚鲟♀×史氏鲟♂)，雄性，体质量(1.84±0.19) kg，购于青岛市城阳区水产市场。

试验试剂：浓硫酸、浓盐酸、二甲苯(国药集团化学试剂有限公司)；甲醇、二氯甲烷和正己烷(美国Merck公司)；BF3甲醇溶液、脂肪酸标样、BHT(美国Sigma公司)；硝酸(德国CNW公司)；羟脯氨酸(HYP)含量检测试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)。

1.2 仪器与设备

FOSS 8400全自动凯氏定氮仪(福斯分析仪器公司)；SXT-06索氏提取器(上海洪纪仪器设备有限公司)；SX2-2.5-12n高温炉(上海宜亨技术有限公司)；MULTISKAN GO酶标仪(美国ThermoFisher SCIENTIFIC)；L-8800型氨基酸自动分析仪(日本HITACHI)；DB-FFAP毛细管色谱柱、7890A气相色谱仪、7900电感耦合等离子体质谱仪(美国Agilent)；Nikon Eclipse E100正置光学显微镜(日本Nikon)。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

剥下西伯利亚鲟、俄罗斯鲟、达氏鳇、欧洲鳇和大型杂交鲟的鱼皮并去除皮下组织和骨板，冰鲜运至实验室。为降低不同部位产生的影响，选用背骨板与侧骨板间的鱼皮(图1)，用大量纯净水分别清洗3次，剪成1 cm×1 cm碎块，-20 ℃冷冻备用。小型杂交鲟充氧2 h内活体运输至试验室，室温下，敲击至晕，选取相同部位的鱼皮，处理同上。分别将部分样品于105 ℃烘干后粉碎并混合均匀，常温干燥下存放备用。

图1 鲟鱼鱼皮样品选取示意Fig.1 Selection of sturgeon skin samples

1.3.2 基本营养成分测定

水分含量采用GB 5009.3—2016[14]直接干燥法测定；灰分含量采用GB 5009.4—2016[15]高温灰化法测定；粗蛋白质含量采用GB 5009.5—2016[16]自动凯氏定氮仪法测定；粗脂肪含量采用GB/T 5009.6—2016[17]酸水解索氏抽提法测定。

1.3.3 胶原蛋白含量测定

取定量鱼皮湿样放入安瓿瓶中，封口后加入2 mL 6 mol/L盐酸，于110 ℃彻底消化，过0.22 μm滤膜，取1 mL滤液用10 mol/L 氢氧化钠调节pH至6～8，蒸馏水定容至4 mL，取上清液，参照试剂盒方法于560 nm测定样品中的羟脯氨酸含量，乘相应的系数计算鲟鱼鱼皮中的胶原蛋白的含量(胶原蛋白含量=羟脯氨酸含量×11.1)[18]。

1.3.4 氨基酸组成测定

参考GB 5009.124—2016[19]，使用自动氨基酸分析仪测定样品中氨基酸的含量和组成。

1.3.5 脂肪酸组成测定

采用GB 5009.168—2016[20]气相质谱法测定脂肪酸含量。

1.3.6 矿物质含量测定

矿物质含量采用GB 5009.268—2016[21]ICP-MS微波消解法测定。

1.3.7 氨基酸营养评价

根据联合国粮食及农业组织/世界卫生组织建议的氨基酸评分标准模式及全鸡蛋蛋白质的化学评分基准[22]，计算氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)及必需氨基酸指数(EAAI)。

(1)

(2)

(3)

式中，wa为样品氨基酸含量(%)，wFAO/WHO为联合国粮食及农业组织/世界卫生组织建议的氨基酸含量(%)，wE为全鸡蛋蛋白质氨基酸含量(%)，n为比较的必需氨基酸数，A～H为样品蛋白质必需氨基酸含量(%)，AE～HE为全鸡蛋蛋白质氨基酸含量(%)。

1.3.8 组织学分析

将样品制成石蜡切片后，苏木精—伊红染色以观察鲟鱼鱼皮组织结构和细胞类型，AB-PAS染色以鉴定黏多糖成分，Masson三色染色以确定鲟鱼鱼皮组织和细胞的组成。采用光学显微镜观察样品，比较组织学特性差异。

1.4 数据分析

用SPSS分析数据，P<0.05为差异显著，结果表示为平均值±标准差，采用Origin作图。

2 结 果

2.1 鲟鱼鱼皮样品

不同鲟鱼鱼皮表面有着大小不均的不规则鳞片(图2)，西伯利亚鲟和俄罗斯鲟鱼皮上均附着细小的星状骨板[23]，达氏鳇、欧洲鳇及大型杂交鲟鱼皮上有较多细粒分布，而小型杂交鲟鱼皮表面相对光滑。

图2 鲟鱼鱼皮样品Fig.2 Sturgeon skin samples

2.2 基本营养成分和胶原蛋白含量

6种常见人工养殖鲟鱼鱼皮的水分、粗蛋白、粗脂肪以及粗灰分含量的测定结果见表1，胶原蛋白含量见表2。其中，西伯利亚鲟、俄罗斯鲟、欧洲鳇、大型杂交鲟和小型杂交鲟鱼皮的水分差异不显著(P>0.05)。6种鲟鱼鱼皮的粗蛋白和胶原蛋白含量差异显著(P<0.05)。欧洲鳇的粗蛋白含量最高，其次是达氏鳇和大型杂交鲟；达氏鳇的胶原蛋白含量最高，其次是大型杂交鲟和欧洲鳇。这3种鲟鱼鱼皮的胶原蛋白含量均显著高于西伯利亚鲟、小型杂交鲟和俄罗斯鲟(P<0.05)。而粗脂肪的含量，欧洲鳇最高，其次是达氏鳇和小型杂交鲟，它们均显著高于大型杂交鲟和俄罗斯鲟(P<0.05)。粗灰分的含量，小型杂交鲟鱼皮粗灰分含量显著高于其他鲟鱼(P<0.05)，西伯利亚鲟、达氏鳇和大型杂交鲟之间差异不显著(P>0.05)，欧洲鳇最低。

表1 6种鲟鱼鱼皮的基本营养成分量 %

表2 6种鲟鱼鱼皮的胶原蛋白含量 %

2.3 氨基酸组成及营养评价

6种鲟鱼皮均检测出17种氨基酸，包括7种必需氨基酸和10种非必需氨基酸，其中甘氨酸含量最高(14.44%～16.12%)，其次是脯氨酸(7.13%～8.06%)、谷氨酸(6.28%～7.01%)、丙氨酸(6.07%～6.71%)及天冬氨酸(4.14%～4.51%)(表3)。

表3 6种鲟鱼鱼皮的氨基酸组成(干基) %

从氨基酸评分结果看，6种鲟鱼鱼皮的必需氨基酸指数为27.85～31.66，低于联合国粮食及农业组织/世界卫生组织和全鸡蛋蛋白标准，不属于优质蛋白质。达氏鳇鱼皮的氨基酸评分、化学评分和必需氨基酸指数相对较高，其次是小型杂交鲟，欧洲鳇最低。此外，从氨基酸评分上可知，亮氨酸是6种鲟鱼鱼皮的第一限制性氨基酸；从化学评分上可知，异亮氨酸是6种鲟鱼皮的第一限制性氨基酸。上述结果说明，亮氨酸和异亮氨酸在鲟鱼皮中相对欠缺(表4)。

表4 6种鲟鱼鱼皮的必需氨基酸组成评价(干基) %

2.4 脂肪酸组成分析

6种鲟鱼皮脂肪酸由C14～C22脂肪酸组成。其中饱和脂肪酸有7种，占比为29.92%～33.32%，以棕榈酸(20.91%～26.00%)、硬脂酸(3.19%～6.11%)及肉豆蔻酸(1.58%～2.74%)为主；单不饱和脂肪酸含量较高，占31.26%～48.39%，包括油酸(26.65%～39.74%)、棕榈油酸(2.51%～5.20%)、巨头鲸鱼酸(1.31%～3.07%)和芥酸(0.12%～0.37%)；多不饱和脂肪酸有10种，占比为18.58%～38.61%，亚油酸(12.98%～23.46%)含量最高，二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸分别占总脂肪酸的1.10%～4.50%和1.23%～2.42%。小型杂交鲟鱼皮二十二碳六烯酸含量和达氏鳇鱼皮二十二碳五烯酸含量显著高于其他品种鲟鱼(P<0.05)。达氏鳇和欧洲鳇鱼皮的饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸总量均显著高于其他4种鲟鱼(P<0.05)，这与其较高的脂肪含量相对应(表5)。

表5 6种鲟鱼鱼皮的脂肪酸组成(干基) μg/g

2.5 矿物质含量分析

鲟鱼鱼皮中矿物质元素种类丰富，并且不同品种的钙、钠、钾等元素含量均存在显著性差异(P<0.05)。从常量元素上看，6种鲟鱼鱼皮的钙元素含量非常丰富(2121.71～18 101.08 mg/kg)，俄罗斯鲟鱼皮(18 101.08 mg/kg)最高。在微量元素中，鲟鱼鱼皮的锌元素(34.33～178.14 mg/kg)和铁元素(43.24～128.11 mg/kg)含量较高，并且含有硼、铬、锰、钴和硒等对人体健康至关重要的微量元素。其中俄罗斯鲟鱼皮锶(18.33 mg/kg)、锰(6.68 mg/kg)、铜(3.70 mg/kg)和硼(1.26 mg/kg)元素，欧洲鳇鱼皮锌(178.14 mg/kg)和硒(0.70 mg/kg)元素，达氏鳇鱼皮铁(128.11 mg/kg)、铬(7.71 mg/kg)和镍(7.34 mg/kg)元素均明显高于其他鲟鱼的同种元素。个别鲟鱼鱼皮含有如铝、镉、钡和铅等有毒元素(表6)。

表6 6种鲟鱼鱼皮的矿物质含量(干基) mg/kg

2.6 组织学特性分析

鲟鱼鱼皮组织由表皮层和真皮层组成(图3)。鲟鱼鱼皮的最外层是表皮层，它由多层不规则的片状多边形细胞紧密排列而成，能够缓解机械性损伤并抵御有害物质入侵，具有重要的保护功能[24]。不同种鲟鱼表皮厚度和结构存在差异，其中：西伯利亚鲟和小型杂交鲟表皮层细胞排列相对疏松，存在明显的空隙；俄罗斯鲟、达氏鳇和欧洲鳇表皮相对较厚。此外表皮层中还分布较多呈酸性的黏液和黏液细胞，经AB-PAS染色呈浅蓝色。鲟鱼鱼皮的真皮层紧贴表皮层下方，是鲟鱼鱼皮的主要部分，具有大量胶原纤维成束分布，按平行走向呈人字形编织成网状[25]，经苏木精—伊红染色呈粉红色。通过Masson染色，能够清晰地观察到6种鲟鱼鱼皮胶原纤维束的编织差异。由于对阴离子染料分子的渗透性不同，真皮层胶原纤维呈蓝紫色，肌纤维胞质呈深红色[26]。西伯利亚鲟、俄罗斯鲟和小型杂交鲟鱼皮的胶原纤维束相对细小疏松；而达氏鳇、欧洲鳇及大型杂交鲟鱼皮的胶原纤维束粗大且交织紧密，具有较高的机械强度和延伸性。

图3 6种鲟鱼鱼皮组织学特性Fig.3 Histological characteristics in skin of six varieties of sturgeon

3 讨 论

3.1 基本营养成分

与其他鱼类相比，鲟鱼鱼皮粗蛋白含量(32.27%～37.21%)与红鳍东方鲀(Takifugurubripes)[30]鱼皮(35.07%)、吉富罗非鱼(Oreochromisniloticus)[31]鱼皮(33.14%)相近，高于黄(Lophiuslitulon)[32]鱼皮(28.70%)、虹鳟(Oncorhynchusmykiss)[33]鱼皮(28.10%)、褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)[34]鱼皮(24.37%)、刺鲃(Spinibarbuscaldwelli)[35]鱼皮(23.80%)、七带石斑鱼(Epinephelusseptemfasciatus)[36]鱼皮(19.60%)等；粗脂肪含量(0.77%～1.49%)高于黄[32]鱼皮(0.37%)，低于虹鳟[33]鱼皮(8.80%)和吉富罗非鱼[31]鱼皮(1.56%)；水分含量(61.22%～64.43%)与虹鳟[33]鱼皮(62.30%)相近，低于七带石斑鱼[36]鱼皮(74.10%)、红鳍东方鲀[30]鱼皮(67.21%)和吉富罗非鱼[31]鱼皮(65.01%)；此外粗灰分含量(0.78%～2.03%)与吉富罗非鱼[31]鱼皮(1.17%)和虹鳟[33]鱼皮(1.13%)相近。鲟鱼鱼皮蛋白质含量丰富，胶原蛋白占比较高，可作为良好的蛋白质来源。

3.2 氨基酸组成

3.3 脂肪酸组成

在本试验中，6种鲟鱼鱼皮均富含脂肪酸，其中肉豆蔻酸和棕榈酸能够降低血清胆固醇含量，二十二碳六烯酸和二十二碳五烯酸有助于改善心脑血管疾病[41-42]。联合国粮食及农业组织/世界卫生组织推荐n-6/n-3多不饱和脂肪酸的比值为5.0～10.0，国际脂类学会和中国营养学会均为4.0～6.0，欧盟食品科学委员会为4.0～4.5，日本为4.0[43]。相关研究表明高含量n-6多不饱和脂肪酸或高n-6/n-3多不饱和脂肪酸的比值将促进炎症的产生，从而引发很多疾病[44]。而较高含量n-3多不饱和脂肪酸或较低n-6/n-3多不饱和脂肪酸的比值则有助于抑制促炎细胞因子的产生，有利于人体健康[45]。6种鲟鱼鱼皮脂肪酸组成n-6/n-3多不饱和脂肪酸的比值均低于4.0，其中欧洲鳇最高(3.62)，大型杂交鲟最低(2.39)。鲟鱼鱼皮，特别是大型杂交鲟鱼皮具有较好的n-6/n-3多不饱和脂肪酸比例。

3.4 矿物质含量

不同鲟鱼鱼皮具有不同含量的矿物质元素，在本试验中，6种鲟鱼鱼皮均含有丰富的矿物质元素，种类多样，其中俄罗斯鲟鱼皮中钙和钾元素、西伯利亚鲟鱼皮中钠元素、欧洲鳇鱼皮中锌元素和达氏鳇鱼皮中铁元素在6种鲟鱼鱼皮中最高。钙是鲟鱼鱼皮上附着鳞片和骨板的重要组成成分，并且对于维持鱼皮湿润和弹性及促进黏液细胞的再生有着重要作用；较高含量的钠、钾及镁元素有利于维持鱼皮组织形态和正常代谢。此外，鲟鱼鱼皮中的锌元素有助于促进人体脑神经的发育与完善，铁元素能参与血红蛋白和多种酶的合成[46]。杨霞[47]研究发现，驴皮胶的补血效果好与其具有较高的锌、铁元素相关，而对于鱼皮矿物质的应用还有待进一步研究。

3.5 组织学特性

本试验结果显示，鲟鱼鱼皮的胶原纤维束较细且编织较疏松，不具有毛、毛囊和汗腺等皮肤附属器。胶原蛋白作为皮肤组织的重要组成部分，其含量、胶原纤维束的粗细和排列紧密程度及交联程度均会影响皮肤的弹性及稳定性[48]。相比西伯利亚鲟、俄罗斯鲟和小型杂交鲟鱼皮细小疏松的胶原纤维束，达氏鳇、欧洲鳇及大型杂交鲟鱼皮粗大且交织紧密的胶原纤维束可能与其较长的鱼龄和较大的体积相关，这也赋予其更高的弹性及稳定性，在工业生产上更适用于提取胶原蛋白、明胶以及制作皮具等。

4 结 论

笔者对比分析了产业化中常见6种鲟鱼鱼皮的基本营养成分、氨基酸组成、脂肪酸组成、矿物质元素含量和组织学特性等，为鲟鱼鱼皮的精准开发利用提供了理论基础。从整体上看，6种鲟鱼鱼皮均具有丰富的胶原蛋白、呈味氨基酸、脂肪酸和矿物质。不同鲟鱼鱼皮在营养成分含量及组织构造上存在差异性，在6种鲟鱼鱼皮中，由于欧洲鳇和达氏鳇鱼皮胶原纤维束紧密粗大，胶原蛋白和不饱和脂肪酸含量较高，具有较好的应用前景。鲟鱼鱼皮营养丰富、味道鲜美，在食品药品等方面的应用上前景广阔，有针对性地对不同品种的鲟鱼鱼皮进行精细加工能够更好地提高鲟鱼鱼皮的利用价值。