Research of antioxidant peptides produced from protein extracted from white shrimp head and shell
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摘要:
以凡纳滨对虾(Penaeus vannamei)虾头、虾壳为原料，碱法提取蛋白质后，采用不同的蛋白酶(胃蛋白酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、木瓜蛋白酶)酶解，以抗氧化活性和水解度为指标，筛选最佳水解用酶，并对该酶的酶解条件进行优化，对优化所得酶解物的抗氧化活性进行初步研究。结果表明，风味蛋白酶为最佳水解用酶，虾头虾壳蛋白质水解制备抗氧化肽的最佳工艺条件为：温度54 ℃、时间10.5 h、pH 8、加酶量8 000 U · g-1，此条件下酶解液1, 1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除率为96.58%，还原力为0.77，水解度为15.62%，氧化自由基吸收能力(ORAC)为15.50 μmol · L-1。5 mg · mL-1该酶解物的DPPH自由基清除率为82.09%，相当于相同浓度维生素C(Vc)抗氧化活性的90.50%，0.5 mg · mL-1时ORAC为126.16 μmol · L-1，相当于相同浓度Vc活性的79.73%。
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关键词:
- 碱法提取虾头虾壳蛋白 /
- 酶解工艺 /
- 风味蛋白酶 /
- 抗氧化活性
Abstract:Protein extracted from white shrimp (Penaeus vannamei) head and shell was hydrolyzed using five proteolytic enzymes (pepsin, trypsin, alkaline protease, flavor protease, papain) to prepare antioxidant peptides. The hydrolysis conditions of the optimal protease were also optimized and the antioxidant activity of the hydrolysates obtained from the optimal conditions was investigated. The results show that flavor protease was the most suitable enzymatic proteinase. The optimal conditions of flavor protease for hydrolysis were as follows: temperature 54 ℃, time 10.5 h, pH 8, E/S 8 000 U · g-1. Under these conditions, the 1, 1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical 2, 2-Diphenyl-1-(2, 4, 6-trinitrophenyl)hydrazyl (DPPH) free radical scavenging activity of the resulted hydrolysates was 96.58%;reducing power was 0.77;DH was 15.62%;ORAC (oxygen radical absorbance capacity) was 15.50 μmol · L-1. The DPPH radical scavenging activity of 5 mg · mL-1 hydrolysates was 82.09%, equal to 90.50% activity of the same concentration of Vc; ORAC value of 0.5 mg · mL-1 hydrolysates was 126.16 μmol · L-1, equal to 79.73% activity of Vc.
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海洋是地球上最大的碳库，地球上超过一半(55%)的生物碳或绿色碳是由海洋生物捕获的[1]。由于海洋动物的呼吸过程将光合作用固定的碳（C）返回到大气中，从而被认为是减弱了海洋生物泵的效率，但近些年越来越多的研究表明海洋动物在海洋碳移动和储存上都有显著贡献[2-4]。海洋动物对海洋碳汇作用主要表现为通过自身的生理活动影响海洋中碳的运输和循环、起着封存碳的作用[5]。值得注意的是，海洋生物固碳不等于生物储碳，海洋中浮游生物和植物通过光合作用将大气中的二氧化碳（CO2）转化为有机碳，并由食物链将有机碳在海洋中传递的过程，称为生物固碳。而有机碳在生产、消费、沉降等一系列过程中，将一部分碳封存或沉积在海洋中，并长期不再参与大气中CO2的循环，称之为海洋储碳[6]。
海洋牧场是一个相对特殊的近海生态系统，海域内渔业资源量丰富，生物固碳效果明显[7]。但目前对海洋牧场生物固碳研究较少，且主要集中在浮游生物和大型藻类的固碳能力上，对海洋动物的固碳能力以及海洋动物碳沉积的研究还比较少见。因此，该研究将柘林湾海洋牧场海洋生物分为不同组织器官并进行灰化处理，分别测定了海洋生物灰化前后C含量，筛选出固碳能力较强的物种，并估算了柘林湾海洋牧场的生物固碳和储碳，以期为今后海洋牧场的模块化建设、碳汇估算和经营管理提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 研究区域概况
研究区域位于广东省饶平县境内柘林湾海洋牧场示范区，该示范区总面积2.067×104 hm2，分为人工鱼礁区、网箱养殖区、增殖放流区、贝类底播区和海藻养殖区等5个区域。截止2014年底，投放礁体96 823×104空方米，建成贝壳导流堤510 m，形成生态型海底构建区示范面积798.67 hm2。建立浅水浮式聚鱼构件示范区面积666.67 hm2，深水浮式聚鱼构件示范区面积126.67 hm2。增殖放流鱼苗720×104尾，虾苗1.4×108尾，资源产出是投入的7倍、回补率19.2%。建立贝床示范面积519.99 hm2，贝类平均密度11个·m-2以上。建立海藻区示范面积333.33 hm2，海藻场平均生物量达1 000 kg·hm-2以上[8-10]。
1.2 样品采集
2013年在柘林湾海洋牧场示范区海域布设13个站位进行游泳生物调查（图 1）。选取柘林湾常见物种，共采集样品18目44科71种（表 1）。
表 1 柘林湾海洋生物样品种类Table 1. Number of marine organism samples in Zhelin Bay纲Class 目Order 科Family 种species 硬骨鱼纲Osteichihyes 7 23 40 甲壳纲(虾) Crustacea（shrimp） 1 3 7 甲壳纲（蟹）Crustacea（crab） 4 6 头足纲Cephalopoda 2 2 2 双壳纲Bivalvia 6 6 9 腹足纲Gastropoda 2 6 7 合计total 18 44 71 1.3 样品处理与C质量分数测定
1.3.1 灰化前C质量分数测定
首先将生物样品用传统形态学分类方法进行分类，清理干净并称取湿质量。再将生物样品分解为肌肉、骨骼/壳、鳍条、鳞片、内脏等不同组织器官，称取不同部分湿质量。以65 ℃烘干样品，分别称取不同组织器官干物质质量。计算不同物种不同组织器官的干质量比率，以及不同组织器官的所占湿质量比重，即部分湿比重。
$\begin{split} R_{ij}=d_{ij}/w_{ij} \end{split}$
$\begin{split} r_{ij}=w_{ij}/w_i \end{split}$
式中Rij为i种类j组织器官的干质量比率；dij为i种类j组织器官的干质量；wij为i种类j组织器官的湿质量；rij为i种类j组织器官湿质量比；wi为i种类的总湿质量。
将烘干后的样品进行研磨处理，称取（5±0.005）mg样品，采用德国Vario EL cube元素分析仪，测出海洋生物不同组织器官C质量分数（%）。
1.3.2 灰化后C质量分数测定
将烘干研磨后的样品称取2~3 g放入坩锅中，先以小火加热使样品充分炭化至无烟，然后置于马弗炉中550 ℃高温煅烧4 h至无炭粒，即灰化完全。待冷至200 ℃以下后取出放入干燥器中冷却至室温，称取质量。计算样品灰分质量分数与灰分比率。
$\begin{split} x=m_1－m_3 \end{split}$
$\begin{split} f=x/(m_2－m_3) \end{split}$
式中x为样品中灰分质量；f为灰分比率；m1为坩埚和灰分的质量；m2为坩埚和样品的质量；m3为坩埚质量。
将已灰化后的样品，称取（5±0.005）mg用锡箔纸将样品包好，用德国Vario EL cube元素分析仪测出样品中C质量分数（%）。
1.3.3 灰化前后湿样含碳率计算
$\begin{split} V_{i前}=∑r_{ij}×R_{ij}×C_{ij前} \end{split}$
$\begin{split} V_{i后}=∑r_{ij}×R_{ij}×f_{ij}×C_{ij后} \end{split}$
式中Vi前为灰化前i种类湿样含碳率（以下简称含碳率）；Vi后为灰化后i种类湿样含碳率；rij为i种类j组织器官湿质量比；Rij为i种类j组织器官的干质量比率；fij为i种类j组织器官的灰分比率；Cij前为灰化前i种类j组织器官干样C质量分数；Cij后为灰化后i种类j组织器官干样C质量分数。
1.4 生物量与C储量的估算
1.4.1 现存生物量估算
$\begin{split} B=c/(q×a)×s \end{split}$
式中B为现存生物量；c为平均每小时拖网渔获量；a为每小时网具取样面积；q为网具捕获率（取0.5）；s为研究区域面积。
捕捞生物量来源于2014年广东省统计年鉴中渔业捕捞数据[11]。自然死亡生物量数据采用1龄鱼类自然死亡率0.09[12]乘以现存生物量估算，主要是由于渔获物中硬骨鱼类生物量占总生物量的70%以上。
1.4.2 碳储量估算
$\begin{split} C_{现存}=B×V_前 \end{split}$
$\begin{split} C_{捕捞}=E×V_前 \end{split}$
$\begin{split} C_{沉积}=B×M×V_前 \end{split}$
$\begin{split} C_{实际埋藏}=B×M×V_后 \end{split}$
$\begin{split} C_总=C_{现存}+C_{捕捞}+C_{沉积} \end{split}$
式中C现存为柘林湾海洋牧场年生物现存C储量；B为柘林湾海洋牧场生物现存量；V前为灰化前海洋生物含碳率；C捕捞为柘林湾海洋牧场年捕捞C储量；E为柘林湾海洋牧场年捕捞量；C沉积为年生物沉积C储量；M为自然死亡率；V后为灰化后海洋生物含碳率；C实际埋藏为年生物实际埋藏C量；C总为柘林湾海洋牧场海洋生物总C储量。
1.5 数据分析
采用Excel 2010软件对数据进行整理和分析，利用SPSS 16.0软件对数据进行单因素方差分析，并结合Duncan法比较不同组织器官的含碳量差异显著性，P<0.01表示极显著差异，0.01<P<0.05表示差异显著，P>0.05表示差异不明显。
2. 结果与分析
2.1 海洋生物各器官C含量特征
柘林湾海洋牧场海洋生物灰化前主要组织器官肌肉、骨骼/壳、内脏C质量分数均值变化分别为37.72%~47.41%、11.23%~34.91%、27.58%~33.95%，总体而言，海洋生物肌肉组织C质量分数高于其他组织器官，其中双壳纲和腹足纲肌肉的C质量分数显著高于骨骼/壳（P<0.05），说明肌肉组织是海洋生物固碳的重要器官（表 2和表 3）。
表 2 灰化前海洋生物各器官碳质量分数均值（平均值±标准误）Table 2. Average carbon content in different organs of marine organisms before ashing (X±SE)% 纲
Class碳质量分数carbon content 肌肉
meat骨骼/壳
bone/shell鳞片
scale鳍条
fin内脏
viscera硬骨鱼纲Steichihyes 47.41±0.98 34.22±1.91 19.19±1.88 23.35±2.17 33.95±2.58 甲壳纲（虾）Crustacea（shrimp） 42.28±0.84 34.91±1.85 - - - 甲壳纲（蟹）Crustacea（crab） 37.95±2.44 27.88±0.45 - - - 头足纲Cephalopoda 41.38±1.81 - - - 27.58±2.41 双壳纲Bivalvia 41.45±1.12 11.23±0.64 - - - 腹足纲Gastropoda 38.12±3.13 14.16±0.79 - - - 表 3 灰化前海洋生物不同科各器官碳质量分数Table 3. Carbon content in different organs of families of marine organisms before ashing% 科
Family碳质量分数carbon content 总含碳率
total肌肉
meat骨骼/壳
bone/shell鳞片
scale鳍条
fin内脏
viscera龙头鱼科Harpodontidae 22.75 36.56 17.54 31.30 28.36 5.60 海鳗科Muraenesocidae 39.05 37.99 0.00 23.70 41.04 5.13 鲻科Mugilidae 50.27 22.01 12.24 3.14 0.00 7.76 鮨科Serranidae 49.61 34.36 16.72 2.89 21.35 11.51 鲹科Caranginae 49.47 41.64 0.00 0.06 30.22 15.93 石首鱼科Sciaenidae 46.70 41.64 16.18 15.39 21.92 10.08 鲾科Leiognathidae 46.96 30.71 0.00 29.96 31.07 10.82 银鲈科Gerridae 46.94 46.74 13.36 12.02 46.91 11.86 鲷科Sparidae 49.58 13.41 13.75 34.53 24.03 10.69 金钱鱼科Scatophagidae 49.00 49.46 9.28 5.43 18.43 10.96 石鲈科Pomadasyidae 53.60 6.34 20.93 34.97 6.85 7.78 鯻科Theraponidae 31.66 39.07 - 27.88 38.54 12.56 䲗科Callionymidae 49.24 44.28 - 23.92 55.26 12.11 篮子鱼科Siganidae 56.84 44.65 - 33.76 46.05 9.24 带鱼科Trichiuridae 55.35 56.15 - 41.70 44.11 13.07 鲭科Scombridae 52.33 28.70 - 29.32 43.85 7.70 无齿鲳科Ariommidae 53.44 7.72 - 54.74 7.46 8.73 鲳科Stromateidae 48.71 42.23 - 37.63 41.45 14.11 鳗鰕虎鱼科Taenioididae 46.22 26.68 38.05 16.81 40.86 8.51 鲉科Scorpaenoidae 44.02 39.65 17.18 27.94 57.55 13.81 菱鲆科Scophthalmidae 41.56 43.56 0.00 23.87 8.11 9.64 鳎科Soleidae 42.16 28.88 20.80 32.26 45.25 8.61 舌鳎科Cynoglossidae 39.75 37.93 39.70 20.88 16.07 9.58 对虾科Penaeidae 45.92 37.42 - - 0.05 9.40 长臂虾科Palaemonidae 44.17 33.89 - - - 12.52 鼓虾科Alpheidae 38.96 31.02 - - - 11.25 梭子蟹科Portunidae 37.58 26.86 - - - 8.68 关公蟹科Dorippidae 34.54 27.54 - - - 7.80 方蟹科Grapsidae 37.48 28.22 - - - 7.67 玉蟹科Leucosiidae 38.41 30.03 - - - 8.15 锥螺科Turritellidae 26.39 12.05 - - - 10.68 蛾螺科Buccinidae 36.59 10.08 - - - 10.05 盔螺科Galeodidae 37.38 10.31 - - - 7.69 玉螺科Naticidae 41.95 16.98 - - - 14.29 蛙螺科Bursidae 40.83 15.83 - - - 15.14 塔螺科Turridae 37.86 13.32 - - - 10.33 鲍科Haliotidae 40.04 12.02 - - 44.71 5.88 蚶科Arcidae 41.32 11.09 - - - 9.48 江珧科Pinidae 40.73 13.16 - - - 4.24 贻贝科Mytilidae 42.79 12.02 - - - 18.77 海月蛤科Placunidae 39.25 11.22 - - - 8.22 帘蛤科Veneridae 44.58 11.25 - - - 9.80 枪乌贼科Loliginidae 42.91 - - - 27.13 5.10 蛸科Octopodidae 41.03 - - - 28.02 3.86 根据不同组织器官湿比重和干质量比率，估算出不同种类海洋生物的含碳率。灰化前硬骨鱼纲、腹足纲、甲壳纲（虾）含碳率均值较高，但除头足纲外，总体差别不大。大致为硬骨鱼纲11.48%，腹足纲11.36%，甲壳纲（虾）11.05%，双壳纲9.40%，甲壳纲（蟹）8.08%，头足纲4.02%。说明硬骨鱼纲、甲壳纲（虾）、腹足纲、双壳纲等固碳能力较强。
灰化后海洋生物主要组织器官中肌肉、骨骼/壳、内脏C质量分数均值变化分别为1.83%~8.28%、1.90%~12.54%、0.62%~8.29%。其中除硬骨鱼纲肌肉C质量分数显著高于骨骼/壳外（P<0.05），双壳纲、腹足纲等骨骼/壳C质量分数都显著高于肌肉（P<0.05），且腹足纲骨骼/壳C质量分数最高。说明骨骼/壳中无机碳含量较高，在海洋生物碳沉积中扮演重要角色（表 4和表 5）。
表 4 灰化后海洋生物各器官碳质量分数均值（平均值±标准误）Table 4. Average carbon content in different organs of marine organisms after ashing (X±SE)% 纲
Class碳质量分数carbon content 肌肉
meat骨骼/壳
bone/shell鳞片
scale鳍条
fin内脏
viscera硬骨鱼纲Steichihyes 7.01±1.30 1.90±0.67 0.89±0.49 1.13±0.59 8.29±1.38 甲壳纲（虾）Crustacea（shrimp） 6.72±2.43 8.04±0.62 - - - 甲壳纲（蟹）Crustacea（crab） 8.28±0.98 10.36±0.05 - - - 头足纲Cephalopoda 1.83±0.26 - - - 0.62±0.2 双壳纲Bivalvia 6.47±1.34 9.93±0.22 - - - 腹足纲Gastropoda 1.83±1.08 12.54±0.76 - - - 表 5 灰化后海洋生物不同科各器官碳质量分数Table 5. Carbon content in different organs of families of marine organisms after ashing% 科
Family碳质量分数carbon content 总含碳率
total肌肉
meat骨骼/壳
bone/shell鳞片
scale鳍条
fin内脏
viscera龙头鱼科Harpodontidae 3.65 0.25 1.27 0.83 4.00 0.04 海鳗科Muraenesocidae 0.29 0.52 0.00 0.38 17.40 0.04 鲻科Mugilidae 1.49 0.43 0.85 3.63 0.00 0.04 鮨科Serranidae 20.63 0.49 0.36 0.58 1.57 0.28 鲹科Caranginae 0.36 0.46 0.00 0.59 2.39 0.02 石首鱼科Sciaenidae 7.58 2.10 0.90 0.61 7.90 0.13 鲾科Leiognathidae 5.71 0.28 0.00 0.50 0.00 0.05 银鲈科Gerridae 18.40 1.45 0.41 1.13 0.32 0.22 鲷科Sparidae 3.11 0.49 0.71 0.67 19.23 0.13 金钱鱼科Scatophagidae 13.11 2.11 1.03 0.61 0.67 0.16 石鲈科Pomadasyidae 0.41 0.47 0.89 0.36 34.73 0.14 鯻科Theraponidae 4.26 0.94 - 0.95 0.28 0.08 䲗科Callionymidae 0.61 0.61 - 0.37 0.22 0.05 蓝子鱼科Siganidae 0.56 0.94 - 0.74 0.43 0.03 带鱼科Trichiuridae 19.32 0.00 - 0.46 0.00 0.17 鲭科Scombridae 6.06 0.56 - 0.34 10.85 0.08 无齿鲳科Ariommidae 25.07 0.86 - 12.14 0.00 0.39 鲳科Stromateidae 1.07 0.00 - 0.17 0.47 0.01 鳗鰕虎鱼科Taenioididae 0.48 0.54 0.58 0.26 0.80 0.02 鲉科Scorpaenoidae 0.18 0.92 0.37 0.00 0.79 0.03 菱鲆科Scophthalmidae 4.61 5.17 0.00 0.35 22.40 0.16 鳎科Soleidae 29.21 0.65 2.08 0.32 0.46 0.77 舌鳎科Cynoglossidae 23.86 0.73 2.15 1.75 13.21 0.33 对虾科Penaeidae 14.83 6.48 - - 0.77 0.32 长臂虾科Palaemonidae 2.05 9.48 - - - 0.55 鼓虾科Alpheidae 4.21 8.65 - - - 0.71 梭子蟹科Portunidae 4.70 8.38 - - - 0.91 关公蟹科Dorippidae 8.30 10.36 - - - 1.07 方蟹科Grapsidae 5.20 10.32 - - - 1.07 玉蟹科Leucosiidae 9.66 9.86 - - - 0.92 锥螺科Turritellidae 8.27 11.09 - - - 8.67 蛾螺科Buccinidae 6.55 11.14 - - - 7.20 盔螺科Galeodidae 1.85 13.42 - - - 6.35 玉螺科Naticidae 9.62 13.26 - - - 10.35 蛙螺科Bursidae 10.20 14.01 - - - 8.45 塔螺科Turridae 9.35 12.55 - - - 9.78 鲍科Haliotidae 1.76 9.82 - - 2.10 2.33 蚶科Arcidae 1.93 12.12 - - - 7.44 江珧科Pinidae 0.52 10.88 - - - 0.02 贻贝科Mytilidae 1.24 12.24 - - - 4.95 海月蛤科Placunidae 2.93 12.26 - - - 3.95 帘蛤科Veneridae 2.00 11.82 - - - 5.76 枪乌贼科Loliginidae 10.61 - - - 0.56 0.02 蛸科Octopodidae 2.93 - - - 0.83 0.13 除此之外，根据估算得出灰化后，各种类含碳率大致为腹足纲最高（8.43%），双壳纲次之（4.07%），而硬骨鱼纲（0.14%），甲壳纲（虾）（0.52%），甲壳纲（蟹）（0.99%），头足纲（0.08%）含碳率均值不超过1%。总体来说，腹足纲与双壳纲生物储碳能力较强。
灰化前后除腹足纲外，各种类含碳率变化都较为明显，其中硬骨鱼纲、甲壳纲（虾）和头足纲变化最大（图 2）。说明在灰化过程中，大部分的有机碳被灼烧，无机碳含量较少；进入碳循环的C较多，而沉积在海底并永久封存的C较少。
2.2 柘林湾海洋牧场海洋生物碳储量
海洋生物储碳的年限大致为100年[6]，因此，笔者认为海洋中的有机碳可以通过生物地化作用重新进入碳循环，而无机碳由于进入碳循环的周期较长，可以认为是埋藏在海洋中的碳，不再进入碳循环。在此基础上，将柘林湾海洋牧场海洋生物储C分为3个部分：1）被人类捕获，从而移出海域的C；2）通过海洋生物自然死亡封存的C；3）现存于海域中的C。
根据不同种类资源密度，柘林湾海洋牧场的海域面积，捕捞量以及自然死亡率估算出柘林湾海洋牧场的C储量。结果表明2013年柘林湾海洋牧场海洋生物储碳为6.728×104 t，其中沉积在海底的C为0.516×104 t，占总储碳量的7.11%；人类通过捕捞从海洋中移除的C为0.155×104 t；封存在海洋内的并不断进入碳循环的C为6.46×104 t（表 6）。
表 6 柘林湾海洋生物碳储量Table 6. Carbon storage in marine organisms in Zhelin Bay104 t 纲
Class碳储量carbon storage 现存
exist现存沉积
exist sedimentary捕捞
catch捕捞沉积
catch sedimentary自然死亡
mortality自然死亡沉积
mortality sedimentary硬骨鱼纲Steichihyes 3.314 0.047 0.050 0.001 0.298 0.004 甲壳纲（虾）Crustacea（shrimp） 2.121 0.101 0.041 0.002 0.191 0.009 甲壳纲（蟹）Crustacea（crab） 0.149 0.018 0.014 0.002 0.013 0.002 头足纲Cephalopoda 0.187 0.097 0.023 0.012 0.017 0.009 双壳纲Bivalvia 0.225 0.175 0.027 0.021 0.020 0.016 腹足纲Gastropoda 0.036 0.001 0.001 0.000 0.003 0.000 总计total 6.030 0.439 0.155 0.037 0.543 0.040 硬骨鱼纲和甲壳纲（虾）现存碳储量较高，达5.435×104t，占碳储量的80.78%，主要由于柘林湾海洋牧场硬骨鱼纲和虾类资源密度和生物量较高，加之硬骨鱼纲和虾类含碳率高。而腹足纲和双壳纲年沉积碳储量较高，则是由于骨骼所占比重大，含碳率高所造成的。
3. 讨论
3.1 不同海洋生物C含量特征不同
柘林湾海洋牧场海洋生物主要组织器官肌肉、骨骼/壳、内脏灰化前C质量分数均值变化分别为37.72%~47.41%、11.23%~34.91%、27.58%~33.95%。不同物种肌肉、内脏C质量分数相差不大，但骨骼C质量分数相差20%以上，这与周毅等[13]、张继红等[14]和CZAMANSKI等[15]的研究结果基本一致。且海洋生物不同组织器官C含量整体上大于海藻、海带C含量[16]，稍低于红树林和陆地植被各器官C含量[17-18]。但在以往海洋生物碳汇研究中，更多地关注红树林、浮游生物、大型藻类和贝类的固碳[19-24]，而忽略了海洋动物对海洋固碳的影响。该研究结果进一步表明海洋动物在海洋储碳的过程中扮演着重要的角色。灰化后，海洋生物主要组织器官C质量分数均值变化大致为1.83%~8.28%、1.90%~12.54%、0.62%~8.29%。对比发现灰化前后不同物种不同组织器官C含量差别较大。其中肌肉C含量变化最大，这主要由于肌肉中蛋白质含量较高，有机碳含量高。在各物种含碳率的估算上，灰化前各物种湿质量含碳率均值变化为4.02%~11.36%，这比卢振彬等[25]的鲜样含碳率略低，主要是由于海洋生物不同组织器官含水率与C含量差异较大，卢振彬等将海洋生物作为一个整体，而该研究将海洋生物分为不同组织器官来测定。灰化后含碳率变化为0.08%~8.43%，除腹足纲外，各种类含碳率变化都较为明显，主要由于腹足纲骨骼/壳所占比重大，且骨骼/壳中无机碳含量较高。
3.2 不同统计方法对碳汇结果估算有较大的影响
在海洋生物碳汇估算上，不同的统计方法对碳汇结果影响较大。解绶启等[26]认为精确地估算需要大量生态学数据做基础，包括捕捞群体、死亡群体、现存群体、繁殖群体等，以及鱼体固碳归趋与周转速率和营养级之间的转换规律，因此各种计算方法之间会存在一定差异。吴斌等[27]根据不同物种C含量估算出2010-2014年全国淡水渔业通过捕捞平均每年移出碳29.4×104 t。吕为群等[28]根据鱼类生物量和碳酸盐排泄率估算出全球海洋鱼类每年可产生大约1.1×108 t的碳酸钙（CaCO3），在海洋总碳酸盐岩泥中占14%以上。宋金明等[29]根据大型藻类的C含量，估算出中国大型经济藻类养殖产量在（120~150）×104 t左右，固碳量平均每年约40×104 t。张莉等[30]采用异速生长法估算中国热带红树林湿地的碳储量平均高达1 023 mg·hm-2，碳汇能力较强。ALONG[31]估算出占全球沿海区域0.5%的红树林，对沿海沉积物储碳贡献率为10%~15%（每年24 t）。公丕海等[32]估算了莱州湾金城海域64.25 hm2海洋牧场礁体附着牡蛎总固碳量平均每年约59.5 t。李纯厚等[7]研究了大亚湾海洋牧场的固碳能力，发现人工鱼礁投放后，礁区固碳能力提高了1 144.69 kg。张波等[33]根据营养级方法估算出，2009年渤海回捕中国对虾（Fenneropenaeus chinensis）2 377 t，固碳1.66×104 t。不同种群、不同固碳能力以及不同估算方法都会造成碳储量估算结果不同。这就要求在今后海洋碳储量的估算中要增强估算结果的可比性。
3.3 海洋牧场构建将有效提高区域碳汇能力
近海碳汇的过程包括海—气界面转移，生物泵过程，沉降物沉降与释放过程，渔业捕捞和人工养殖碳转移过程等[34]。该研究仅考虑海洋动物的碳循环，即近似认为海洋动物摄食植物，吸收溶解有机碳（dissolved organic carbon，DOC）, 吞食颗粒有机碳（particulate organic carbon，POC）为海洋动物固碳过程，并将这些C储存在生物体内。而海洋动物体内封存的C，一部分通过摄食损失、排泄或微生物的酶作用重新分解为DOC；另一部分死亡后成为有机碎屑转化为POC。溶解有机碳和颗粒有机碳之间相互转化，形成一个循环[35]。而POC的垂直升降过程，就是有机碳的沉降过程。在这个过程中，真正沉降出真光层的POC不足表层初级生产力的15%, 而到达海底被埋葬的POC只有初级生产力的0.1%，而其他的部分则会再悬浮重新进去碳循环[36]。
2013年柘林湾海洋牧场海洋生物储碳约6.728×104 t。这部分C是通过植物光合作用从大气中吸收CO2并转化为有机碳储存在生物体内，也即海洋生物从大气中移除的C[37]。人类通过捕捞从海洋中移除的C约0.155×104 t，占碳储量的2.31%。这就进一步提高了海域的碳汇能力。沉积在海底的C为0.11×104 t，占总碳储量的1.7%，海洋中沉积的碳既包含了POC的沉降，还包含了生物体中的无机碳成分，而这部分无机碳中有很大一部分是CaCO3的沉淀，也即海洋碳汇中的CaCO3固碳[38]。封存在海洋内的并不断进入碳循环的C约6.46×104 t，占总碳储量的95.98%。封存在海洋中的C包含了有机碳和无机碳两部分，在未来的碳循环中仍然有一部分C会沉积在海底，这部分C占碳储量的7.11%。海洋生物通过人类捕捞和自然沉积等方式，将CO2彻底移出大气，这就提高了区域海洋的碳汇能力。
4. 结论
海洋生物尤其是海洋动物是海洋碳储存和碳沉积的重要参与者。不同的物种、不同的组织器官C含量特征不同，固碳能力也不同。在今后海洋牧场的物种选择上不仅要考虑其经济价值，也要更多地考虑其生态价值，提高海洋牧场的固碳能力。此外，不同海域、不同资源密度、不同生物量以及不同的估算方法都会造成碳储量结果的差异。需要在今后海洋生物碳储量的估算中提高估算结果的可比性。
2013年柘林湾海洋牧场海洋生物储碳约6.728×104 t；其中通过人类捕捞移出C约0.155×104 t，占总碳储量的2.31%；通过自然死亡或生物活动沉积在海底的C约0.11×104 t，占总碳储量的1.7%；封存在海洋内的并不断进入碳循环的C约6.46×104 t，占总碳储量的95.98%。海洋牧场可以显著改善海域内资源状况，增加海域内生物量，有效提高海域内的碳汇能力。
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图 1 不同蛋白酶酶解物的DPPH自由基清除率、还原力、氧化自由基吸收能力和水解度
Figure 1. DPPH radical scavenging ability, reducing power, ORAC and DH of hydrolysate processed by different proteases
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图 2 酶解时间(A)、pH(B)、温度(C)和加酶量(D)对酶解物抗氧化活性的影响
Figure 2. Effects of different hydrolysis time(A), pH(B), temperature(C) and enzyme concentration(D) on antioxidant activity of hydrolysates
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图 3 温度和时间对酶解液DPPH自由基清除能力影响的响应曲面(a)和等高线(b)
Figure 3. Response surface plot (a) and contour plot (b) revealing effects of temperature and time on DPPH scavenging activity of hydrolysates
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图 4 时间和pH对酶解液DPPH自由基清除能力影响的响应曲面(a)和等高线(b)
Figure 4. Response surface plot (a) and contour plot (b) revealing the effects of time and pH on DPPH radical scavenging activity of hydrolysates
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图 5 最优条件下酶解物的DPPH自由基清除率(A)、ORAC(B)和还原力(C)
Figure 5. DPPH radical scavenging ability (A), ORAC (B) and reducing power (C) of hydrolysates processed by optimal conditions
表 1 响应面优化实验各因素水平设计
Table 1 Design of response surface method
水平
level因素 factor A：温度/℃ B：时间/h C: pH -1 45 8 7 0 50 10 8 1 55 12 9 
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表 2 响应面实验设计方案和结果
Table 2 Design project and results of RSM
序号
No.温度/℃
temperature (A)t/h
(B)pH
(C)DPPH自由基清除率/%
DPPH radical scavenging activity(Y)1 50.00 10.00 8.00 95.11 2 50.00 10.00 8.00 97.63 3 45.00 12.00 8.00 90.81 4 50.00 12.00 9.00 90.51 5 55.00 10.00 9.00 92.88 6 50.00 10.00 8.00 95.26 7 50.00 8.00 9.00 94.51 8 45.00 10.00 9.00 91.70 9 50.00 10.00 8.00 96.00 10 50.00 8.00 7.00 84.88 11 45.00 10.00 7.00 81.25 12 50.00 12.00 7.00 85.62 13 45.00 8.00 8.00 91.70 14 55.00 10.00 7.00 93.92 15 55.00 8.00 8.00 91.25 16 50.00 10.00 8.00 95.03 17 55.00 12.00 8.00 94.81
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表 3 回归系数模型及方差分析表
Table 3 Coefficient of regression model and variance analysis
变异来源
source平方和
SS自由度
df均方
MSF Prob＞F 显著性
significance模型 model 281.53 9 31.28 8.53 ＜1×10-2 显著 A-temperature 37.93 1 37.93 10.34 0.01 B-time 0.044 1 0.044 0.012 0.92 C-pH 71.66 1 71.66 19.53 ＜1×10-2 AB 4.95 1 4.95 1.35 0.28 AC 33.00 1 33.00 9.00 0.02 BC 5.63 1 5.63 1.53 0.26 A2 7.15 1 7.15 1.95 0.21 B2 23.43 1 23.43 6.39 0.04 C2 87.72 1 87.72 23.91 ＜1×10-2 残差 residual 25.68 7 3.67 失拟误差 lack of fit 20.94 3 6.98 5.89 0.06 不显著 纯误差 pure error 4.74 4 1.19 总和 cor total 307.21 16
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[1] 崔宏博, 刘鑫, 薛勇, 等. 南美白对虾虾壳软化及其制品的研究[J]. 食品与发酵工业, 2010, 36(5): 52-56. [2] SENPHAN T, BENJAKUL S. Compositions and yield of lipids extracted from hepatopancreas of Pacific white shrimp (Litopenaeus vannamei) as affected by prior autolysis[J]. Food Chem, 2012, 134(2): 829-835. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.02.188
[3] 张祥刚, 周爱梅, 林晓霞, 等. 南美白对虾虾头、虾壳化学成分的对比研究[J]. 现代食品科技, 2009, 25(3): 224-227. doi: 10.3969/j.issn.1673-9078.2009.03.002 [4] COWARD-KELLY G, AGBOGBO F K, HOLTZAPPLE M T. Lime treatment of shrimp head waste for the generation of highly digestible animal feed[J]. Bioresour Technol, 2006, 97(13): 1515-1520. doi: 10.1016/j.biortech.2005.06.014
[5] AHN C B, KIM J G, JE J Y. Purification and antioxidant properties of octapeptide from salmon byproduct protein hydrolysate by gastrointestinal digestion[J]. Food Chem, 2014, 147: 78-83. doi: 10.1016/j.foodchem.2013.09.136
[6] FAITHONG N, BENJAKUL S, PHATCHARAT S, et al. Chemical composition and antioxidative activity of Thai traditional fermented shrimp and krill products[J]. Food Chem, 2010, 119(1): 133-140. doi: 10.1016/j.foodchem.2009.06.056
[7] FAITHONG N, BENJAKUL S. Changes in antioxidant activities and physicochemical properties of Kapi, a fermented shrimp paste, during fermentation[J]. J Food Sci Tech Mys, 2014, 51(10): 2463-2471. doi: 10.1007/s13197-012-0762-4
[8] BINSAN W, BENJAKUL S, VISESSANGUAN W, et al. Antioxidative activity of Mungoong, an extract paste, from the cephalothorax of white shrimp (Litopenaeus vannamei)[J]. Food Chem, 2008, 106(1): 185-193. doi: 10.1016/j.foodchem.2007.05.065
[9] 王卫东, 顾增权, 孙月娥, 等. 响应面法优化虾加工下脚料抗氧化肽酶解工艺[J]. 食品工业, 2013, 34(9): 25-27. [10] 王标诗, 黄海敏, 金蓓, 等. 湛江对虾副产物酶解制备抗氧化肽[J]. 食品研究与开发, 2012, 33(6): 27-31. doi: 10.3969/j.issn.1005-6521.2012.06.008 [11] 陈晓明, 张晓娜, 曹艺陆. 淡水小龙虾下脚料酶解制备抗氧化肽的工艺研究[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(22): 13530-13532. doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2011.22.100 [12] 赵艳霞. 超声预处理虾下脚料制备抗氧化肽工艺研究[J]. 化工管理, 2014(3): 200-202. doi: 10.3969/j.issn.1008-4800.2014.03.179 [13] 游丽君, 赵谋明, REGENSTEIN J, 等. 加工和贮藏条件对泥鳅多肽抗氧化活性的影响[J]. 江苏大学学报(自然科学版), 2009, 30(6): 549-553. doi: 10.3969/j.issn.1671-7775.2009.06.003 [14] 林松毅, 郭洋, 王莹, 等. 蛋清抗氧化肽增效剂的优化[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2010, 38(8): 100-104. doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2010.08.019 [15] 张根生, 任媛媛, 石慧, 等. 两种抗氧化剂协同增效剂对猪脂肪抗氧化性的影响[J]. 肉类研究, 2012, 26(5): 10-13. doi: 10.3969/j.issn.1001-8123.2012.05.004 [16] 段潇潇, 张岩春, 戴智勇, 等. 婴幼儿奶粉中脂肪氧化的影响因素及进展研究[J]. 中国乳品工业, 2011, 39(12): 27-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-2230.2011.12.007 [17] 赵谋明, 周雪松, 林伟锋, 等. 鸡肉蛋白热处理与酶解特性的关系研究[J]. 农业工程学报, 2006, 22(6): 169-172. doi: 10.3321/j.issn:1002-6819.2006.06.036 [18] 胡春林, 潘月平. 大豆蛋白质酶解前处理方法的研究[J]. 食品与药品, 2007, 9(3): 27-29. doi: 10.3969/j.issn.1672-979X.2007.03.010 [19] 姜震, 王泽南, 余顺火, 等. 利用龙虾加工废弃物酶法制取龙虾蛋白粉的工艺研究[J]. 食品科学, 2008, 29(10): 337-340. doi: 10.3321/j.issn:1002-6630.2008.10.077 [20] NAJAFIAN L, BABJI A S. Production of bioactive peptides using enzymatic hydrolysis and identification antioxidative peptides from patin (Pangasius sutchi) sarcoplasmic protein hydolysate[J]. J Functional Foods, 2014, 9: 280-289. doi: 10.1016/j.jff.2014.05.003
[21] WU H C, CHEN H M, SHIAU C Y. Free amino acids and peptides as related to antioxidant properties in protein hydrolysates of mackerel (Scomber austriasicus)[J]. Food Res Int, 2003, 36(9/10): 949-957. doi: 10.1016/S0963-9969(03)00104-2
[22] 余勃, 陆兆新. 微生物发酵法产大豆多肽液水解度的测定[J]. 食品科学, 2005, 26(4): 104-107. doi: 10.3321/j.issn:1002-6630.2005.04.022 [23] 戴卉卿, 陈承瑜, 杨滨. 22种黄酮、酚酸类化合物和9种中药清除AAPH活性考察[J]. 中国中药杂志, 2010, 35(17): 2296-2302. doi: 10.4268/cjcmm20101718 [24] 秦垂新, 姚松君, 唐青涛, 等. 抗氧化肽及其化学活性测定方法的研究概述[J]. 食品工业科技, 2014, 35(1): 394-400. [25] WANG B, LI L, CHI C F, et al. Purification and characterisation of a novel antioxidant peptide derived from blue mussel (Mytilus edulis) protein hydrolysate[J]. Food Chem, 2013, 138(2/3): 1713-1719. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.12.002
[26] 周爱梅, 张风, 银凤, 等. 利用对虾加工下脚料制备抗氧化肽的研究[J]. 中国食品学报, 2014, 14(8): 85-91. https://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=784ef585867c9283e7723fef2504b1df&site=xueshu_se&hitarticle=1 [27] 王雪芹, 邢荣娥, 刘松, 等. 鲐鱼蛋白酶解工艺优化及酶解物的抗氧化活性测定[J]. 现代食品科技, 2013, 29(5): 1023-1028. [28] 张晖, 唐文婷, 王立, 等. 抗氧化肽的构效关系研究进展[J]. 食品与生物技术学报, 2013, 32(7): 673-679. doi: 10.3969/j.issn.1673-1689.2013.07.001 [29] KO J Y, LEE J H, SAMARAKOON K, et al. Purification and determination of two novel antioxidant peptides from flounder fish (Paralichthys olivaceus) using digestive proteases[J]. Food Chem Toxicol, 2013, 52: 113-120. doi: 10.1016/j.fct.2012.10.058
[30] 张欣, 熊幼翎, 陈洁. 加热和碱性处理豌豆蛋白对其不同酶水解物抗氧化性的影响[J]. 食品科学, 2013, 34(15): 5-10. doi: 10.7506/spkx1002-6630-201315002 [31] 吕莹, 杨柏崇, 王莹, 等. 预处理对核桃肽抗氧化活性的影响[J]. 食品工业科技, 2013, 34(2): 286-289. [32] 李幸, 赵玲, 刘淇, 等. 不同预处理真鳕鱼皮胶原蛋白肽的比较[J]. 农产品加工(学刊), 2014(3): 9-14. doi: 10.3969/jissn.1671-9646(X).2014.03.031 [33] 陈轩. 鲢鱼抗氧化肽的制备、精制工艺及其功能特性研究[D]. 武汉: 武汉工业学院, 2012: 27. https://www.xueweilunwen.com/doc/1719576 [34] 张桂和, 赵谋明, 巫光宏. 方格星虫酶解物成分分析及其抗氧化作用[J]. 食品与生物技术学报, 2007, 26(3): 80-84. doi: 10.3321/j.issn:1673-1689.2007.03.018 [35] 肖月娟, 李润丰, 郑立红, 等. 斑鱼蛋白控制酶解及其酶解物抗氧化活性研究[J]. 中国食品学报, 2010, 10(5): 91-97. doi: 10.3969/j.issn.1009-7848.2010.05.014 -
期刊类型引用(12)
1. 彭元怀，王睿，王凤妮，罗智鑫，蒋浩天，郑亚男，张世奇. 基于Keap1/Nrf2/ARE信号通路研究虾头自溶活性多肽对小鼠抗疲劳的作用及其机制. 食品工业科技. 2025(05): 364-370 . 
百度学术
2. 林晓彤，李蒙，张玉苍. 虾壳蛋白质的提取、美拉德反应改性及抗氧化活性研究. 食品与发酵工业. 2023(07): 218-224 . 百度学术
3. 张伦，骆鑫鑫，王斌，赵玉勤. 南极磷虾活性肽的研究进展. 浙江海洋大学学报(自然科学版). 2022(02): 176-182 . 百度学术
4. 吴燕燕，霍玉梅，胡晓. 海洋生物源DPP-Ⅳ抑制肽的制备和构效关系的研究进展. 上海海洋大学学报. 2022(04): 994-1004 . 百度学术
5. 邵燕秋，黄卉，李来好，杨贤庆，陈胜军，郝淑贤，吴燕燕，岑剑伟，邓尚贵. 鳗鱼骨胶原蛋白ACE抑制肽的制备及性质研究. 南方水产科学. 2022(06): 137-145 . 本站查看
6. 王宇晗，郭天赋，张迪，吉宏武，刘书成. 对虾副产物的综合加工技术与高值化应用研究进展. 食品研究与开发. 2022(24): 204-214 . 百度学术
7. 王小慧，戚勃，杨贤庆，杨少玲，马海霞，邓建朝. 响应面法优化末水坛紫菜蛋白酶解工艺及其酶解液抗氧化活性研究. 南方水产科学. 2019(02): 93-101 . 本站查看
8. 杨大俏，王锦旭，李来好，杨贤庆，马海霞，岑剑伟，王悦齐. 响应面法优化褶牡蛎多糖多肽联产工艺. 食品科学. 2019(20): 269-278 . 百度学术
9. 谈俊晓，赵永强，李来好，杨贤庆，吴燕燕，魏涯，岑剑伟. 南极磷虾综合利用研究进展. 广东农业科学. 2017(03): 143-150 . 百度学术
10. 杨伊然，胡晓，杨贤庆，李来好，陈胜军，吴燕燕，林婉玲，黄卉，马海霞. 蓝圆鲹蛋白酶解物的螯合矿物离子活性研究. 食品科学. 2017(03): 88-93 . 百度学术
11. 赵利，李婷，汪清，胡火根，陈丽丽，袁美兰. 克氏原螯虾蛋白肽的制备及其抗氧化性的研究. 中国调味品. 2017(06): 22-28 . 百度学术
12. 胡晓，吴静，王子怀，李来好，杨贤庆，吴燕燕，林婉玲，陈胜军，黄卉，姚建玲. 响应面法优化酶解罗非鱼皮制备抗氧化肽的工艺研究. 食品工业科技. 2016(21): 195-200+204 . 百度学术
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