Evaluation of scale effect on hydrodynamic force of V-shaped otter board based on CFD
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摘要: 按相似准则等比例缩小网板构建物理模型测定其水动力，是研究网板水动力特征的主要方式。基于V型网板，利用计算流体力学 (Computational fluid dynamics, CFD) 对比分析了3种尺度比 (1∶2、1∶3和1∶4) 的网板和3种厚度 (2、5和10 mm) 下的升、阻力系数及流场分布，并将其与模型试验结果进行对比，探究不同物理模型尺度对估算网板水动力的影响。结果表明：1) 随着冲角的增加，各尺度的网板阻力系数逐渐增大，升力系数先增大后减小，升阻比逐渐减小；2) 在30°冲角之后，网板后部出现明显的分离涡，造成模拟升力减小；3) 随着网板模型尺度的增大，网板表面边界层分离效果和尾流区流场分离涡逐渐增强，网板升、阻力及升阻比亦呈增大趋势。网板厚度对流场及升、阻力影响较小，最大升力系数相对于模型试验平均误差为4.97%；4) 随着模型尺度增大，网板水动力的预测误差逐渐减小。Abstract: The main way to study the hydrodynamic characteristics of the otter board is to build a physical model to measure its hydrodynamic characteristics based on the similarity law. In this study, we analyzed the lift, drag coefficient and flow field distribution of V-type otter board with three scale ratios (1∶2, 1∶3 and 1∶4) and three thickness (2, 5 and 10 mm), then we compared them with the corresponding model test results to explore the influence of different physical model scales on hydrodynamic estimation of the otter boards. The results show that: 1) With the increase of the angle of attack, the drag coefficient of otter board with all scales gradually increased, while the lift coefficient first increased and then decreased, and the lift-drag ratio decreased gradually. 2) When the angle of attack reached 30°, the apparent separation vortex appeared at the back of the otter board, resulting in the decrease of simulated lift force. 3) With the increase of the otter board model scale, the separation effect of the boundary layer on the otter board surface and the separation vortex of the flow field in the wake area increased gradually, and the lift, drag and lift-drag ratio of the otter board also showed an increasing tendency. The thickness of the mesh plate had little effect on the flow field, lift and resistance, and the average error of the maximum lift coefficient relative to the model test was 4.97%. As the model scale increased, the prediction error of hydrodynamic force decreased gradually.
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Keywords:
- V-type otter board /
- Scale effect /
- CFD simulation /
- Hydrodynamic /
- Flow field distribution
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广义鱼子酱是从雌鱼卵巢的结缔组织中分离后得到的鱼卵，经筛选、盐渍而制得的产品[1]。随着鱼子酱需求的增加，鱼卵的加工利用越来越受到重视。鱼卵作为鳕鱼(Gadus)副产物，仅占鱼体质量的5%，却能提供鳕鱼31%的经济价值[2]，鲟鱼(Acipenser)鱼卵约占鱼体质量的10%，是鲟养殖产业主要的创汇来源[1]。因此，鱼卵具有较大的潜在利用价值和开发空间。近年来，野生鱼卵制作的鱼子酱逐渐减少，来自人工养殖鱼的鱼卵逐年增加[3]。截至2017年全球鲟鱼子酱生产量约为364 t[4]，预计2020年总生产量将达550 t[5]。鱼卵富含蛋白质、不饱和脂肪酸和矿物质元素[6]，对人体生长发育尤显重要，但目前中国对鱼卵利用率较低，一方面是因为对某些鱼鱼卵营养成分、储藏条件认识不够清晰；另一方面是由于加工方式较为单一，未充分开发其经济价值。
鱼卵的营养成分不仅是评价鱼子酱品质[7]的重要指标，还可作为仔稚鱼营养需求[8]和研究鱼卵中过敏原[9]、开发鱼卵多肽[10]的参考依据。蒋左玉等[11]测定用山泉水人工养殖金鳟(Oncorhynchus mykiss aguabonita)鱼卵的粗脂肪和粗蛋白含量分别为25.94%和7.37%；高露姣等[12]对2种不同鲟鱼卵营养成分差异进行研究，发现俄罗斯鲟(A. gueldenstaedti)鱼卵粗蛋白、脂肪酸含量优于西伯利亚鲟(A. baeri)。Bekhit等[13]认为不同盐腌温度对蓝尖尾无须鳕(Macruronus novaezelandiae)鱼卵营养成分影响较小，不同盐腌时间对其水分和蛋白质含量影响较明显。
市场上鱼卵品种多样，如欧美常见的高首鲟(A. transmontanus)、匙吻鲟(Polyodon spathula)鱼卵[14]，和我国的俄罗斯鲟、西伯利亚鲟鱼卵[15]及广受人们喜爱的大西洋鲑(Salmon solar)鱼卵、飞鱼(Exocoetidae cypselurus)鱼卵等。不同品种鱼卵口感、风味、营养水平存在差异，目前对不同种类鱼卵营养成分对比研究分析较少。本文对7种常见鱼卵的营养成分进行分析，综合评价其营养品质，以期为研究鱼卵的风味、品质差异及综合开发提供数据支撑和理论依据。
1. 材料与方法
1.1 实验材料
大西洋鲑鱼卵和飞鱼鱼卵购于海之幸华昌食品(漳州)有限公司；大黄鱼(Pseudosciaena crocea)鱼卵购于福建宁德；西伯利亚鲟鱼卵、俄罗斯鲟鱼卵、施氏鲟(A. schrenckii)鱼卵和达氏鳇(Huso dauricus)鱼卵均购于杭州千岛湖鲟龙科技股份有限公司。以上样品均为夏季养殖且未腌制加工过的鱼卵。氯仿、甲醇、石油醚、硝酸、硫酸等均为分析纯，购于广州化学试剂厂；正己烷、三氟化硼-甲醇溶液等均为高级纯，购于美国Sigma-Aldrich公司。
1.2 仪器与设备
BS224S分析天平(美国Sartorius公司)；H H-4快速恒温数显水浴箱(常州澳华仪器公司)；T50高速分散均质机(德国IKA公司)；Avanti J-26XP高速离心机(美国贝克曼库尔特公司)；2010PLUS GC-MS气相色谱-质谱联用仪(日本岛津公司)；Agilent 7900 电感耦合等离子体质谱仪(美国安捷伦公司)；CEM MARS5高压高通量微波消解装置(美国CEM有限公司)；Milli-Q超纯水系统(美国密理博公司)。
1.3 实验方法
1.3.1 一般营养成分测定
水分含量参照GB 5009.3—2016测定；灰分含量参照GB 5009.4—2010测定；脂肪含量参照GB 5009.6—2016测定；蛋白质含量参照GB 5009.5—2016的凯氏定氮法测定。
1.3.2 氨基酸的测定
参照GB 5009.124—2016中的盐酸水解法测定除色氨酸外的16种氨基酸；参照GB/T 18246—2000中的碱水解法测定色氨酸。
1.3.3 脂肪酸测定
参考吴燕燕等[16]的方法。称取5.0 g样品，加入15 mL氯仿-甲醇(2∶1，V/V)溶液，冰浴中均质2次。静置1 h过滤，向滤液中加入0.2倍体积的生理盐水，离心取下层溶液，氮吹得到浓缩脂质。加入2 mL 14%三氟化硼-甲醇溶液，60 ℃水浴甲酯化30 min；分别加入1 mL正己烷和蒸馏水，振荡1 min。静止分层后取上层液过滤膜，用GC-MS进行分析测定。脂肪酸分析利用NIST 0.5谱库检索，通过对比MS图库中的标准谱图和37种脂肪酸甲酯化标准品谱图，确认鱼卵的脂肪酸甲酯成分，按面积归一化法分析脂肪酸相对含量[17]。
1.3.4 微量元素的测定
称取样品0.800 g置于聚四氟乙烯消解管中，加入10 mL硝酸，在微波消解装置中消解样品，冷却至室温，将消化液转移至50 mL离心管中，用超纯水清洗消解管2～3次后定容至50 mL。采用电感耦合等离子体质谱法测定样品中的无机元素[18]。
1.3.5 营养价值的评定
根据1973年联合国粮农组织/世界卫生组织(FAO/WHO)提出的氨基酸计分模式[19]和中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所[20]提出的鸡蛋蛋白模式进行比较。氨基酸评分(amino acid score，AAS)和化学评分(chemical score，CS)按以下公式求得[21]：
$$ {\rm AAS}=\frac{{{\text{被测蛋白质某氨基酸含量}}\left( {{\rm{mg}} \cdot {{\rm{g}}^{ - 1}}} \right)}}{{{\rm FAO/ WHO}{\text{标准模式相应氨基酸含量}}\left( {{\rm{mg}} \cdot {{\rm{g}}^{{\rm{ - 1}}}}} \right)}} $$ $$ {\rm CS }= \frac{{{\text{被测蛋白质某氨基酸含量}}\left( {{\rm{mg}} \cdot {{\rm{g}}^{ - 1}}} \right)}}{{{\text{标准鸡蛋蛋白中相应氨基酸含量}}\left( {{\rm{mg}} \cdot {{\rm{g}}^{{\rm{ - 1}}}}} \right)}} $$ $$ {\text{氨基酸含量}}\;({{\tiny{\rm{mg}}} \cdot {{\tiny{\rm{g}}}^{{\tiny - 1}}}})=\frac{{{\text{某氨基酸百分含量}}\times6.25\times1\;000}}{{{\text{相应蛋白质氨基酸的百分含量}}}} $$ 1.3.6 数据处理
氨基酸分析采用平均数表示，其他数据均采用“平均值±标准差(
$\overline X \pm {\rm{SD}}$ )”表示，使用Excel 2003和SPSS 20.0软件的Duncan's法对数据进行显著性分析。2. 结果与讨论
2.1 7种鱼卵的一般营养成分
鱼卵是卵生鱼类胚胎和仔鱼期发育的物质基础，其营养组成丰富，可为消费者提供能量及生长发育所需的脂肪和蛋白质等营养物质[2]。由表1可知，7种鱼卵的水分质量分数为500.7~813.1 g·kg–1，其中飞鱼鱼卵(813.1 g·kg–1)显著高于其他几种鱼卵(P<0.05)，与金鳟、泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)鱼卵水分含量(64.57%~64.69%)基本一致；所有样品灰分质量分数为16.0~38.8 g·kg–1，其中4种鲟鱼卵最高(33.3~38.8 g·kg–1)；粗蛋白质量分数为133.5~281.5 g·kg–1，飞鱼鱼卵(133.5 g·kg–1)显著低于其他鱼卵(P<0.05)，其他几种鱼卵粗蛋白质量分数均为244.7~281.5 g·kg–1，略高于高露姣等[11]研究的鲟鱼卵(20.38%~20.37%)；粗脂肪质量分数为54.9~166.3 g·kg–1，大黄鱼及4种鲟鱼卵的粗脂肪含量明显高于大西洋鲑及飞鱼(P<0.05)，含量约为金鳟、泥鳅鱼卵粗脂肪含量的2~3倍。有研究表明养殖大黄鱼及鲟鱼肉粗脂肪含量(12.40%和7.15%)普遍高于其他鱼肉[22-23]，属于高脂鱼类，初步判断鱼卵脂肪含量与鱼肉脂肪含量可能存在一定相关性。
表 1 7种鱼卵的一般营养成分 (湿质量)Table 1. Nutritional components of seven kinds of roes (wet mass)${\overline{\mathit{\boldsymbol{X}}}}{\bf{ \pm SD}}$ ；g·kg–1种类
species水分
moisture灰分
ash粗蛋白
crude protein粗脂肪
crude fat大西洋鲑 Salmon solar 606.3±4.1b 22.6±0.4c 244.7±4.5d 54.9±3.7c 飞鱼 Exocoetidae cypselurus 813.1±6.4a 16.0±1.5d 133.5±6.1e 68.5±4.5c 大黄鱼 Pseudosciaena crocea 573.0±1.4c 21.7±3.0c 268.8±4.8b 134.2±5.0b 西伯利亚鲟 Acipenser baeri brandt 521.2±5.9d 38.8±2.8a 253.6±1.5a 149.2±3.6ab 施氏鲟 Acipenser schrenckii 506.9±4.8e 37.7±1.2a 281.5±2.0a 166.3±4.2a 俄罗斯鲟 Acipenser gueldenstaedti 500.7±0.1e 38.5±0.1a 259.2±2.9c 153.6±3.9ab 达氏鳇 Huso dauricus 505.4±3.1e 33.3±3.2b 280.7±0.9a 150.8±2.4ab 金鳟[7] Oncorhynchus mykiss aguabonita 645.7±2.1 10.9±1.1 259.4±0.7 73.7±1.5 泥鳅[24] Misgurnus anguillicaudatus 646.9±3.2 15.6±0.8 244.9±0.5 56.2±0.9 注：同列数据不同上标字母表示各样品之间存在显著差异 (P<0.05)；表4、表5同此
Note: Different superscript letters within the same row indicate significant difference among samples (P<0.05). The same case in Tab.4 and Tab.5.2.2 氨基酸组成及营养评价
本研究检测的7种鱼卵均含17种氨基酸（表2），其中包括8种必需氨基酸(essential amino acids，EAA)、7种非必需氨基酸(non-essential amino acids，NEAA)和2种半必需氨基酸(half essential amino acids，HEAA)。总氨基酸(total amino acids，TAA)质量分数为136.7~276.7 g·kg–1，俄罗斯鲟鱼卵最高(276.7 g·kg–1)，飞鱼卵最低(136.7 g·kg–1)，除飞鱼鱼卵外，其他6种鱼卵TAA质量分数均高于硬头鳟(O. mykiss gairdneri)鱼卵(243.2 g·kg–1)[25]，因此这6种鱼卵为较优质的氨基酸食物来源。
表 2 7种鱼卵的氨基酸组成Table 2. Amino acids compositions of seven kinds of roesg·kg–1 氨基酸
amino acid大西洋鲑
Salmon solar飞鱼
Exocoetidae cypselurus大黄鱼
Pseudosciaena crocea西伯利亚鲟
Acipenser baeri施氏鲟
Acipenser schrenckii俄罗斯鲟
Acipenser gueldenstaedti达氏鳇
Huso dauricus天冬氨酸 Asp* 23.8 9.7 19.8 23.6 23.7 26.0 26.3 苏氨酸 Thr△ 13.0 8.0 12.3 13.2 12.9 14.2 14.6 丝氨酸 Ser 14.0 8.7 15.3 19.7 19.6 22.0 21.3 谷氨酸 Glu* 36.2 22.6 31.9 36.4 36.4 40.5 39.4 脯氨酸 Pro 13.4 6.6 11.2 9.1 8.9 9.6 10.1 甘氨酸 Gly* 7.2 4.1 8.0 7.6 7.5 8.4 8.2 丙氨酸 Ala* 19.8 8.7 19.2 16.2 16.6 18.2 17.8 缬氨酸 Val△ 18.4 8.9 17.0 14.6 14.7 16.1 16.2 甲硫氨酸 Met△ 7.5 4.0 7.6 7.4 7.4 8.1 8.1 异亮氨酸 Ile△ 14.8 7.9 15.2 13.2 13.3 14.6 14.4 亮氨酸 Leu△ 24.7 13.4 23.7 22.2 22.3 24.5 24.4 酪氨酸 Tyr 11.2 6.0 10.4 9.4 9.6 10.4 10.8 苯丙氨酸 Phe△ 13.4 5.8 10.9 10.4 10.5 11.3 11.4 赖氨酸 Lys△ 20.6 9.8 19.9 20.3 20.8 22.9 22.6 组氨酸 His 6.7 2.8 7.4 6.7 6.9 7.4 7.5 精氨酸 Arg 15.3 8.6 15.9 17.5 17.8 19.8 20.1 色氨酸 Trp△ 2.3 1.1 2.2 2.5 2.4 2.7 2.8 总氨基酸 TAA 262.3 136.7 247.9 250.0 251.3 276.7 276.0 必需氨基酸 EAA 114.7 58.9 108.8 103.8 104.3 114.4 114.5 非必需氨基酸 NEAA 125.6 66.4 115.8 122.0 122.3 135.1 133.9 半必需氨基酸 HEAA 22.0 11.4 23.3 24.2 24.7 27.2 27.6 鲜味氨基酸 DAA 87.0 45.1 78.9 83.8 84.2 93.1 91.7 必需氨基酸/总氨基酸/% EAA/TAA 43.73 43.09 43.89 41.52 41.50 41.34 41.49 必需氨基酸/非必需氨基酸/% EAA/NEAA 91.32 88.70 93.96 85.08 85.28 84.68 85.51 鲜味氨基酸/总氨基酸/% DAA/TAA 32.93 25.96 30.57 34.84 33.55 33.62 33.13 注：*. 鲜味氨基酸；△. 必需氨基酸
Note: *. delicious amino acid; △. essential amino acidsEAA质量分数为58.9~114.7 g·kg–1，其中大西洋鲑鱼卵(114.7 g·kg–1)>达氏鳇鱼卵(114.5 g·kg–1)>俄罗斯鲟鱼卵(114.4 g·kg–1)>大黄鱼卵(108.8 g·kg–1)>施氏鲟鱼卵(104.3 g·kg–1)>西伯利亚鲟鱼卵(103.8 g·kg–1)>飞鱼卵(58.9 g·kg–1)。鱼卵的EAA与TAA比为41.34%~43.89%，其中大黄鱼卵最高(43.89%)，高于FAO/WHO的EAA推荐(36%)模式[26]。本研究中7种鱼卵的EAA与NEAA比为84.68%~93.96%，其中西伯利亚鲟鱼卵EAA/NEAA高于高露姣等[12]研究中的西伯利亚鲟鱼卵的比值(81%)。本研究所用鱼卵与高露姣等所用鱼卵来源一致，因此推测其氨基酸组成比例及含量差异可能受采样季节的影响。
呈味氨基酸赋予产品特有的风味。鲜味氨基酸主要包括天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸。鲜味氨基酸质量分数为45.1~93.1 g·kg–1，占氨基酸总量的25.96%~33.62%，其中俄罗斯鲟鱼卵最高(93.1 g·kg–1)，飞鱼卵最低(45.1 g·kg–1)。鲜味氨基酸同其他呈味物质形成复杂的味感，鲟鱼卵中鲜味氨基酸质量分数为83.8~93.1 g·kg–1，且谷氨酸、天冬氨酸质量分数高于飞鱼卵和大黄鱼卵，这是鲟鱼卵味道鲜美独特的主要原因。
17种氨基酸中兼有甜味和苦味的赖氨酸质量分数偏高(9.8~22.9 g·kg–1)，其能促进钙(Ca)的吸收，有利于形成胶原和结缔组织，缓解疲劳；具有苦味的亮氨酸和精氨酸质量分数分别为13.4~24.7 g·kg–1和8.6~20.1 g·kg–1，其中精氨酸可提高免疫力，对人体有保健作用；具有甜味的丙氨酸质量分数为8.7~19.8 g·kg–1，对控制血糖有一定的作用[15−16]。
鱼卵中EAA评价结果见表3。AAS和CS既可呈现被测蛋白质中EAA与FAO/WTO标准模式和标准鸡蛋蛋白的关系，又可反映被测蛋白质中EAA的缺乏程度[23]。由AAS评分可知，7种鱼卵的第一限制氨基酸为色氨酸；7种鱼卵除色氨酸外，AAS评分均大于1，高于FAO/WHO评分模式氨基酸含量，EAA含量丰富，说明这几种鱼卵蛋白营养价值比较高；CS评分中，7种鱼卵第一限制氨基酸和第二限制氨基酸分别为色氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸；大西洋鲑鱼卵必需氨基酸中的CS评分(除色氨酸)均大于1，其营养价值高于标准鸡蛋蛋白。与标准鸡蛋蛋白模式比较，7种鱼卵中赖氨酸含量丰富，CS评分大于1。7种鱼卵氨基酸种类齐全，天冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、赖氨酸含量较为丰富，比例适宜，符合FAO/WHO的理想蛋白质模式(质量较好的蛋白质其EAA/TAA应约为40%)[27]，因此，这7种常见鱼卵均为富含优质蛋白的高附加值产品。
表 3 7种鱼卵必需氨基酸组成评价Table 3. Evaluation of essential amino acids composition of seven kinds of roes必需氨基酸
essential amino acidFAO/WHO评分模式 /mg∙g−1
FAO score mode鸡蛋蛋白 /mg∙g−1
egg protein大西洋鲑
Salmon solar飞鱼
Exocoetidae cypselurus大黄鱼
Pseudosciae-na crocea西伯利亚鲟
Acipenser baeri施氏鲟
Acipenser schrenckii俄罗斯鲟
Acipenser gueldenstaedti达氏鳇
Huso dauricus氨基酸评分 amino acid score 异亮氨酸 250 1.53 1.48 1.41 1.19 1.28 1.30 1.28 亮氨酸 440 1.45 1.43 1.25 1.14 1.22 1.24 1.23 赖氨酸 340 1.57 1.35 1.36 1.34 1.48 1.50 1.48 苏氨酸 250 1.35 1.50 1.14 1.19 1.24 1.26 1.30 缬氨酸 310 1.54 1.35 1.28 1.06 1.14 1.15 1.16 色氨酸 60 0.99 0.86 0.85 0.94 0.96 1.00 1.04 苯丙氨酸+酪氨酸 380 1.68 1.45 1.30 1.17 1.28 1.27 1.30 化学评分 chemical score 异亮氨酸 331 1.16 1.12 1.07 0.90 0.97 0.98 0.97 亮氨酸 534 1.20 1.18 1.03 0.94 1.01 1.02 1.02 赖氨酸 441 1.21 1.04 1.05 1.04 1.14 1.15 1.14 苏氨酸 292 1.15 1.28 0.98 1.02 1.07 1.08 1.11 缬氨酸 410 1.16 1.02 0.96 0.80 0.86 0.87 0.88 色氨酸 99 0.60 0.52 0.52 0.57 0.58 0.61 0.63 苯丙氨酸+酪氨酸 565 1.13 0.98 0.88 0.79 0.86 0.85 0.80 2.3 脂肪酸分析
7种鱼卵的脂肪酸组成见表4。共检测出17种脂肪酸，其中包括6种饱和脂肪酸(saturated fatty acids，SFA)、5种单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid，MUFA)和6种多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)。SFA含量为25.83%~35.41%，以棕榈酸(C16:0)和硬脂酸(C18:0)为主。其中大黄鱼卵SFA相对含量最高(35.41%)，飞鱼卵相对含量最低(25.83%)。4种鲟鱼卵的SFA相对含量(27.92%~31.10%)略高于刘晓勇等[28]研究的3种养殖鲟鱼卵(24.02%~25.05%)，这可能与鱼体养殖环境、繁殖周期及实验方法不同有关。不饱和脂肪酸具有调节血脂代谢，降低血液粘稠度的作用，是人和动物生长发育的必需脂肪酸。其中EPA、DHA有增强记忆力和降血压等功效[29]。MUFA相对含量为21.39%~26.65%，以棕榈油酸(C16:1)、油酸(C18:1)为主，其中大黄鱼卵MUFA相对含量最低(21.39%)，西伯利亚鲟鱼卵最高(26.65%)。PUFA含量为41.84%~47.77%，以EPA (C20:5)、DHA (C22:6)为主。EPA+DHA相对总量高达20.06%~42.59%，高于养殖鲟鱼鱼子酱EPA+DHA相对总量(12.87%~17.41%)[30]，可能是由于鱼卵加工过程中PUFA发生了氧化。其中大西洋鲑的EPA和DHA总相对含量高达42.59%，与其他几种鱼卵存在显著差异(P<0.05)；施氏鲟鱼卵相对含量最低(20.06%)，但因其脂肪含量显著高于大西洋鲑鱼卵，故鱼卵中EPA和DHA实际含量也较高。7种鱼卵的SFA、PUFA含量接近，均无显著差异(P>0.05)。脂肪酸的组成与食品风味、品质存在极大的相关性[31]，这可能会对几种鱼卵的风味产生一定影响。据消费者反映，鲟鱼卵的口味较另外3种鱼卵更细滑，推测其可能与脂质含量有关。
表 4 7种鱼卵脂肪酸组成及相对含量比较Table 4. Comparison of fatty acids composition and contents in seven kinds of roes% 脂肪酸
fatty acid大西洋鲑
Salmon solar飞鱼
Exocoetidae cypselurus大黄鱼
Pseudosciaena crocea西伯利亚鲟
Acipenser baeri施氏鲟
Acipenser schrenckii俄罗斯鲟
Acipenser gueldenstaedti达氏鳇
Huso dauricus硬肉豆蔻酸 (C14:0) myristic acid 2.81±0.22a 1.04±0.87b 2.13±0.14a 0.46±0.00b 0.45±0.00b 0.45±0.02b 0.55±0.05b 十五碳酸 (C15:0) pentadecanoic acid 0.55±0.03b 0.31±0.02c 1.27±0.13a 0.11±0.12d 0.10±0.12d 0.21±0.01cd 0.26±0.00c 棕榈酸 (C16:0) palmitic acid 12.61±0.74 14.99±0.31 17.78±0.15 17.90±1.41 19.45±0.04 18.66±0.54 20.25±0.16 十七碳酸 (C17:0) heptadecanoic acid 0.98±0.20b 0.50±0.22c 1.93±0.33a 0.50±0.07c 0.56±0.06bc 0.58±0.03bc 0.61±0.03bc 硬脂酸 (C18:0) stearic acid 9.32±0.44b 8.64±0.17b 12.13±0.83a 8.83±0.21b 10.41±0.38ab 9.86±0.39ab 8.18±0.02c 花生酸 (C20:0) arachidic acid 0.07±0.01c 0.24±0.01a 0.17±0.06b 0.13±0.00bc 0.11±0.01bc 0.13±0.01bc 0.10±0.01c 饱和脂肪酸 SFA 26.35±1.10 25.83±0.53 35.41±2.36 27.92±1.82 31.10±1.27 29.96±0.98 29.93±0.22 棕榈油 (C16:1) palmitoleic acid 4.59±0.18b 8.57±0.37a 4.47±0.78b 2.80±0.03cd 2.29±0.02d 2.85±0.20cd 2.39±0.23c 十七碳一烯酸 (C17:1) heptadecenoic acid 0.53±0.05a 0.47±0.02a 0.63±0.21a 0.14±0.00b 0.16±0.00b 0.08±0.01b 0.20±0.01b 油酸 (C18:1) oleic acid 16.58±0.04b 15.04±0.57b 14.08±0.42b 21.97±1.23b 21.79±0.86b 21.26±0.07b 21.79±0.26a 二十碳一烯酸 (C20:1) eicosenoic acid 2.68±0.15a 1.66±0.36bc 1.52±0.29bc 1.40±0.07bc 1.18±0.04cd 0.77±0.03d 1.67±0.04b 二十四碳一烯酸 (C24:1) 0.12±0.03b 0.48±0.07a nd 0.05±0.01bc 0.04±0.00bc 0.04±0.02bc 0.04±0.00bc 单不饱和脂肪酸 MUFA 24.63±0.60a 26.41±1.40a 21.39±2.03b 26.65±0.90a 25.47±0.83a 25.66±0.25a 26.58±0.49a 亚油酸 (C18:2) linoleic acid 1.12±0.01d 1.91±0.17d 1.10±0.04d 5.94±0.01bc 8.51±0.57a 6.40±0.25b 4.67±0.16c 二十碳二烯酸 (C20:2) eicosadienoic acid nd 0.29±0.07c nd 0.36±0.00bc 0.93±0.04a 0.98±0.04a 0.49±0.31b 二十碳三烯酸 (C20:3) eicosatrienoic acid 0.25±0.02d 0.21±0.02d 0.19±0.04d 1.01±0.00c 1.97±0.07b 4.76±0.23a 1.15±0.10c 花生四烯酸 (C20:4) arachidonic acid 3.81±1.14b 4.55±0.19b 4.77±0.09b 4.85±0.11b 4.05±0.31b 10.79±0.37a 4.87±0.17b 二十碳五烯酸 (C20:5) eicosapentaenoic acid 21.91±0.94a 13.77±0.42ab 17.13±0.21ab 12.60±0.19ab 8.72±0.46bc 0.03±0.04c 10.83±0.77b 二十二碳六烯酸 (C22:6) docosahexaenoic acid 20.68±0.53 26.05±0.10 18.64±0.60 20.27±0.89 18.61±0.94 20.03±0.21 20.89±0.23 EPA+DHA 42.59±1.37a 39.82±0.52ab 35.77±8.74abc 32.87±2.30bc 27.34±0.55cd 20.06±0.22d 31.74±1.00bc 多不饱和脂肪酸 PUFA 47.77±2.41 46.77±0.67 41.84±9.94 45.04±2.43 42.80±2.00 43.72±1.15 42.93±0.60 注：nd. 未检出
Note: nd. undetected2.4 矿物质元素
对7种鱼卵矿物质元素组成的分析结果(表5)显示，鱼卵中矿物元素种类丰富，5种常量元素钾(K)、Ca、钠(Na)、镁(Mg)、磷(P)和5种微量元素铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、硒(Se)均有检出。鱼卵中w(P)最高(3 365.87~12 351.19 mg·kg–1)，其中飞鱼卵最高(12 351.19 mg·kg–1)，高于金鳟鱼卵(9.90×103 mg·kg–1)[7]。7种鱼卵w(Ca)为9.10~96.36 mg·kg–1，其中大西洋鲑为96.36 mg·kg–1，显著高于其他6种鱼卵(P<0.05)。4种鲟鱼卵w(Ca)为10.79~16.89 mg·kg–1，无显著差异(P>0.05)。目前尚无鱼卵w(Ca)与品种相关性的研究报道，但有研究表明不同饲喂水平会影响鱼卵矿物质元素含量[32]，本研究中的4种养殖鲟鱼卵养殖条件基本一致，故其w(Ca)差异不明显。
表 5 7种鱼卵矿物元素组成和质量分数 (湿质量)Table 5. Mineral elements compositions and contents of seven kinds of roe (wet mass)mg·kg–1 元素
element大西洋鲑
Salmon
solar飞鱼
Exocoetidae
cypselurus大黄鱼
Pseudosciaena
crocea西伯利亚鲟
Acipenser
baeri施氏鲟
Acipenser
gueldenstaedti俄罗斯鲟
Acipenser
gueldenstaedti达氏鳇
Huso
dauricus镁 Mg 622.22±28.26a 23.96±1.85e 128.19±5.50d 255.42±7.6c 269.02±2.07c 236.00±13.48c 303.53±12.06b 磷 P 4 194.03±163.62b 12 351.19+83.53e 4 674.66±259.66a 3 784.48±96.49c 3 813.50±68.50bc 3 365.87±217.75d 4 046.82±135.22bc 钾 K 2 159.30±10.30a 35.86±0.77f 1 893.87±86.93b 1 642.28±53.82c 1 392.83±20.75d 1 187.50±74.31e 1 531.45±180.94cd 钙 Ca 96.36±29.62a 9.10±1.08b 13.31±2.13b 16.89±0.75b 14.44±0.13b 16.82±2.35b 10.79±0.78b 锰 Mn 2.38±0.16a 0.47±0.08c 1.12±0.19b 1.18±0.06b 1.53±0.03b 1.38±0.09b 2.38±0.03a 铁 Fe 21.18±1.38c 10.55±1.39d 13.92±1.18cd 31.45±1.74ab 34.64±0.80ab 40.66±3.44a 33.58±3.23ab 铜 Cu 2.18±0.59c 1.01±0.07d 3.60±0.26a 1.38±0.08cd 2.37±0.07bc 2.23±0.93c 3.33±0.63ab 锌 Zn 39.62±6.58a 30.56±3.65bc 34.67±2.32ab 24.22±0.52c 24.15±0.15c 26.59±0.15c 26.34±0.68c 硒 Se 0.52±0.12c 0.65±0.11c 2.30±0.45a 1.12±0.37bc 1.42±0.21b 1.03±0.31bc 1.35±0.23b 微量元素中Fe、Zn参与人体多种酶活性中心的构成，在核酸、蛋白质的合成及免疫调节过程发挥作用，促进人体正常发育[33]。本研究中4种鲟鱼卵w(Fe)为31.45~40.66 mg·kg−1，显著高于其他3种鱼卵(P<0.05)。4种鲟鱼卵w(Zn)为24.15~26.59 mg·kg−1，无显著差异(P>0.05)，与硬头鳟鱼卵(24.11 mg·kg−1)[25]接近。Se元素被称为人体微量元素中的“防癌之王”。本研究中大黄鱼卵w(Se)显著高于其他种类(2.30 mg·kg−1，P<0.05)，大黄鱼卵和4种鲟鱼卵均高于海产品中w(Se)之首的牡蛎(Ostrea rivularis，0.62 mg·kg−1)[34]。目前关于生物体矿物元素组成影响的研究多集中在饲喂水平差异方面，本文中的大西洋鲑、飞鱼、大黄鱼鱼卵均为海水养殖鱼鱼卵，为市场采购，养殖条件不明确，无法准确预测其矿物元素含量差异的主要原因。但根据赖靖等[35]研究鲚属鱼类的元素含量特征发现，鱼类品种、生殖习性及养殖水域环境均会造成鱼肉矿物元素含量差异，故推测以上因素可能会影响鱼卵的矿物质元素含量。
3. 小结
本研究结果显示，飞鱼卵水分含量较高，但其粗蛋白、粗脂肪含量较少，营养价值较低。4种鲟鱼卵粗蛋白质量分数为253.6~28 150 g·kg–1，与大西洋鲑鱼卵(244.7 g·kg–1) 差异较小，且这5种鱼卵的TAA及EAA/TAA较接近，蛋白质含量丰富，氨基酸比例均衡，可作为优质蛋白源。4种鲟鱼卵粗脂肪质量分数(149.2~166.3 g·kg–1)显著高于大西洋鲑鱼卵(54.9 g·kg–1)和飞鱼卵(68.5 g·kg–1)(P<0.05)。本文研究的7种鱼卵中脂肪酸种类齐全，不饱和脂肪酸含量高，占脂肪酸总量的62.23%~73.18%，EPA和DHA含量尤其丰富，高达20.06%~40.59%。7种鱼卵中矿物质元素含量丰富，其中大西洋鲑鱼卵富含Ca、Mg、Zn元素，4种鲟鱼卵富含Fe元素。
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图 1 网板参数结构示意图
Figure 1. Schematic diagram of structural parameters of otter board models
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图 3 网板冲角为40°时周围网格划分
Figure 3. Computational grid partitions around otter board at angle of attack of 40°
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图 5 V型网板不同冲角下的升力系数、阻力系数与雷诺数的关系
Figure 5. Relationship between lift coefficient, drag coefficient and Reynolds number of V-type otter board at different angles of attack
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图 6 网板模型试验和数值模拟水动力
Figure 6. Comparison of hydrodynamic force of model otter boards between flume tank test and numerical simulation
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图 7 不同尺度比 (左)、厚度 (右) 水动力系数
Figure 7. Hydrodynamic coefficient of different scale ratio (Left) and thickness (Right)
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图 8 网板在不同冲角下的流场分布
Figure 8. Flow field distribution of otter board at different angles of attack
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图 9 不同尺度比网板在40°冲角下的流场对比
Figure 9. Flow field comparison of otter board with different scales at 40° angle of attack
表 1 网板编号及试验参数
Table 1 Otter board number and experimental parameters
网板编号
Otter board No.展弦比 λ
Aspect
ratio板面夹角 Γ
Dihedral
angle/(°)翼展 L
Wing
span/m翼弦 C
Chord/m网板面积 S
Area/m2厚度 d
Thickness/
mm尺度比
Scale
ratio试验流速
Tested velocity/
(m·s−1)雷诺数
Reynolds
number1 0.5 10 0.232 0.464 0.102 2 1∶3 0.80 2.1×105 2 0.5 10 0.350 0.690 0.240 2 1∶2 1.17 2.1×105 3 0.5 10 0.174 0.348 0.060 2 1∶4 0.60 2.1×105 4 0.5 10 0.232 0.464 0.102 5 1∶3 0.80 2.1×105 5 0.5 10 0.232 0.464 0.102 10 1∶3 0.80 2.1×105 
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表 2 不同尺度比和不同厚度网板水动力系数误差
Table 2 Hydraulic coefficient deviation of different scale ratio and thickness of otter board
尺度比 Scale ratio 厚度 Thickness/mm 1∶2 1∶3 1∶4 2 5 10 最大升力系数 Max lift coefficient 1.235 1.178 1.109 1.178 1.208 1.184 误差 Deviation 1.13 6.03 12.62 6.03 3.39 5.49 最大阻力系数 Max drag coefficient 1.211 1.138 1.068 1.138 1.134 1.146 误差 Deviation 1.48 7.99 15.07 7.99 8.37 7.24
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