鳀魚(yú)蛋白粉制備工藝研究

高志中，陳小娥，馬永鈞

（浙江海洋學(xué)院食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江舟山 316000）

鳀魚(yú)Engraulis japonicus屬鯡形目Clupeiformes、鳀科Engraulidae、鳀屬Engraulis，俗名叫海蜒、抽條、鲅魚(yú)食、離水爛等，是世界上有名的高產(chǎn)魚(yú)種[1]。主要分布于秘魯、阿根廷、大西洋、北太平洋及中國(guó)沿海，其年產(chǎn)量曾高達(dá)海洋魚(yú)類總產(chǎn)量的20%以上，對(duì)世界漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要作用，目前仍是年捕撈量排在前10位的海洋魚(yú)類之一。秘魯?shù)镊桇~(yú)年產(chǎn)量一般為（500～700）萬(wàn)t，日本的鳀魚(yú)年產(chǎn)量在(200～300)萬(wàn)t[2]。目前根據(jù)中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)院等單位的調(diào)查評(píng)估，僅黃、東海鳀魚(yú)的現(xiàn)有資源量為300萬(wàn)t左右，由于鳀魚(yú)性成熟早、生殖周期短、相對(duì)生殖率較高，因此我國(guó)鳀魚(yú)年產(chǎn)量已超過(guò)120萬(wàn)t，占海水捕撈魚(yú)類產(chǎn)量的10%以上[3]。

迄今為止，對(duì)鳀魚(yú)蛋白粉的制備方面的研究國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)研究，通過(guò)酶水解、精慮、濃縮、噴霧干燥而成的魚(yú)蛋白粉，屬于動(dòng)物蛋白的一種，是高蛋白、低脂肪的蛋白制品[4-5]。鳀魚(yú)內(nèi)源酶自溶和復(fù)合外源蛋白酶的聯(lián)合使用作為該工藝的關(guān)鍵控制點(diǎn)，新工藝生產(chǎn)的鳀魚(yú)蛋白粉，苦味少鮮味足色澤白，并順利實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。本品因適度水解而增強(qiáng)風(fēng)味，并且易溶于水，消化吸收率高，所以有利于人體消化吸收，與其他植物蛋白如大豆蛋白相比其可溶解性大大提高，和奶粉相比魚(yú)蛋白粉成分中不含乳糖，可避免糖的代謝紊亂，作為一種優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物蛋白食品，魚(yú)蛋白主要用于食品營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化、調(diào)味品、氨基酸增補(bǔ)平衡劑，因此魚(yú)蛋白水解制品具有廣闊的市場(chǎng)空間[6-7]。為此，本文以鳀魚(yú)為對(duì)象，以鳀魚(yú)內(nèi)源酶自溶結(jié)合復(fù)合外源蛋白酶多酶法深度酶解作為關(guān)鍵控制點(diǎn)，研究了鳀魚(yú)蛋白粉的制備新工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

鳀魚(yú)，捕撈于東海，海上速凍，岸上-18℃冷藏，使用前解凍，絞肉機(jī)絞碎。

復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、堿性蛋白酶、胰蛋白酶等均由Novyzyme公司提供；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)AR試劑。

1.2 主要儀器

TQ-5型臺(tái)式細(xì)切機(jī)：廣東番禺市恒聯(lián)食品機(jī)械廠；H-2050R-1冷凍離心機(jī)：湖南湘儀離心機(jī)有限公司；PHD200精密pH計(jì)：Botonyc；快速水分測(cè)定儀：Gibertini Eurotherm；噴霧干燥機(jī)YC-015：上海雅程儀器設(shè)備有限公司；高效液相色譜儀：日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 鳀魚(yú)和蛋白粉基本組成成分測(cè)定

取鳀魚(yú)進(jìn)行水分（直接干燥法）、灰分（高溫爐550℃灼燒法測(cè)定）、粗脂肪（索氏抽提法）、粗蛋白（微量凱氏定氮法）的測(cè)定、氨基酸分析參照GB/T 5009.124-2003法。

1.3.2 鳀魚(yú)蛋白粉基本生產(chǎn)工藝

操作要點(diǎn)：

（1）鳀魚(yú)原料收購(gòu)：原料的收購(gòu)主要對(duì)魚(yú)眼、魚(yú)鰓、魚(yú)體表面、肉質(zhì)進(jìn)行感官評(píng)估，通過(guò)雜魚(yú)比例、青占魚(yú)比例、破肚率等決定原料品質(zhì)，另外對(duì)每批原料魚(yú)的蛋白質(zhì)、脂肪和揮發(fā)性鹽基氮進(jìn)行檢測(cè)，詳細(xì)記錄鳀魚(yú)原料的收購(gòu)日期、產(chǎn)地、各項(xiàng)指標(biāo)等信息，進(jìn)行備案入庫(kù)；

（2）冷凍貯藏：收購(gòu)的鳀魚(yú)入庫(kù)，在-20℃冷庫(kù)內(nèi)低溫保存；

（3）解凍清洗：生產(chǎn)前24 h，把生產(chǎn)需要數(shù)量的冷凍鳀魚(yú)放預(yù)冷間解凍至-5～0℃，再用清水清洗后；

（4）斬拌成糜：放斬拌機(jī)切成肉糜，斬拌期間加入少量水，斬拌時(shí)間控制在8～10 min，確保斬拌均勻，無(wú)大塊組織；

（5）鳀魚(yú)肉糜內(nèi)源蛋白酶自溶，在55℃，pH 6.0～8.0條件下自溶0～12 h；

（6）酶解：加入一定量的外源蛋白酶，在pH 7.0～9.0，55～60℃溫度下，攪拌酶解6～24 h；

（7）滅酶：升溫到85℃保溫30 min，水解度達(dá)到預(yù)定值后便可加熱滅酶；

（8）離心：將酶解液泵入專門購(gòu)買調(diào)試的碟式分離機(jī)中，調(diào)整離心機(jī)轉(zhuǎn)速為6 000～10 000 r/min，離心后分離出上層鳀魚(yú)初魚(yú)油；

（9）純化：壓濾得澄清酶解液；

（10）濃縮噴霧干燥得鳀魚(yú)蛋白粉。噴霧干燥前要對(duì)脫色純化的酶解液進(jìn)行減壓濃縮，使其固形物達(dá)到30%以上。噴霧干燥時(shí)控制酶解液的溫度，保持在60℃，以免細(xì)菌繁殖。噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為185℃，出風(fēng)溫度為80℃，控制進(jìn)液泵流量。

1.3.3 氨基酸轉(zhuǎn)化率的測(cè)定

式中：DH-氨基酸轉(zhuǎn)化率；AN-水解液中氨基態(tài)氮的含量；TN-水解液中總氮量。

1.3.4 蛋白質(zhì)利用率的測(cè)定

2 結(jié)果

2.1 鳀魚(yú)的主要營(yíng)養(yǎng)成分分析

表1結(jié)果表明鳀魚(yú)含有豐富的蛋白質(zhì)，其蛋白含量高達(dá)18.50%，可以經(jīng)過(guò)深加工將其水解制成多肽、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供人類利用，以提高鳀魚(yú)的經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。

表1 鳀魚(yú)原料主要成分測(cè)定Tab.1 Determination of major components of anchovy

2.2 鳀魚(yú)蛋白的氨基酸組分分析

鳀魚(yú)蛋白質(zhì)氨基酸組成見(jiàn)表2。由表2可知，鳀魚(yú)蛋白質(zhì)氨基酸組成中呈鮮甜味的氨基酸比例較高，其中呈鮮味的天冬氨酸占9.97%，谷氨酸占14.59%；呈甜味的氨基酸，如甘氨酸占5.70%，絲氨酸占3.93%，丙氨酸占6.78%，蘇氨酸占4.75%，脯氨酸占5.16%，呈鮮味和甜味氨基酸占總氨基酸和蛋白質(zhì)含量的比例分別為50.88%和46.86%，是生產(chǎn)海鮮調(diào)味品的優(yōu)質(zhì)原料。

表2 鳀魚(yú)蛋白的氨基酸組成分析（g/100 g濕重）Tab.2 Anchovy analysis of amino acid composition(g/100 g wet weight)

2.3 鯷魚(yú)蛋白酶解工藝研究

2.3.1 初始pH對(duì)鯷魚(yú)蛋白自溶的影響

圖1結(jié)果表明反應(yīng)體系的初始pH對(duì)鳀魚(yú)內(nèi)源蛋白酶的水解活性有明顯的影響，當(dāng)pH=8.0，時(shí)間12 h，水解度達(dá)到27%。鳀魚(yú)內(nèi)源酶最適pH偏堿性，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)pH=8.0左右的堿性體系有利于提高氨基酸轉(zhuǎn)化率。雖然鳀魚(yú)內(nèi)源蛋白酶非常豐富，但其中的外切蛋白酶含量較低，導(dǎo)致氨基酸轉(zhuǎn)化率較低，自溶液鮮味差，有苦味，不利于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

2.3.2 外源復(fù)合蛋白酶對(duì)鯷魚(yú)蛋白酶解的研究

采用正交試驗(yàn)法考察了不同水解條件下的水解度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，可以看出，對(duì)水解效果影響最大的因素是水解時(shí)間，然后依次是pH，加酶量和溫度。在試驗(yàn)設(shè)定的范圍內(nèi)，最佳方案為A2B3C1D2，即pH 8.0、水解時(shí)間24 h、溫度為55℃、加酶量為0.2%，得到鳀魚(yú)蛋白水解度的平均值為30.81%。分析原因，由于復(fù)合蛋白酶為內(nèi)切蛋白酶，所以水解時(shí)間對(duì)水解度的影響最為顯著，隨著水解時(shí)間的延長(zhǎng)，水解度逐漸增大。然而復(fù)合蛋白酶為內(nèi)切蛋白酶，對(duì)氨基酸的轉(zhuǎn)化率影響不大。

圖1 初始pH對(duì)鳀魚(yú)蛋白自溶氨基酸轉(zhuǎn)化率的影響Fig.1 The initial pH of anchovy protein hydrolysis degree of autolysis

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 The results of orthogonal test

2.3.3 鳀魚(yú)蛋白的多酶法深度水解工藝研究

由于任何一種蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的水解作用都是有限的，難以達(dá)到酸法水解的水解度，所以實(shí)驗(yàn)考慮采用多酶水解法。工藝1：底物為8.6%鳀魚(yú)蛋白濃度，初始pH為8.0，0.1%堿性蛋白酶+0.05%胰蛋白酶+0.05%風(fēng)味蛋白酶，55℃酶解24 h；工藝2：底物為8.6%鳀魚(yú)蛋白濃度，初始pH為8.0，0.05%堿性蛋白酶+0.1%胰蛋白酶+0.05%風(fēng)味蛋白酶，55℃酶解24 h；工藝3：底物為8.6%鳀魚(yú)蛋白濃度，初始pH為7.0，0.1%復(fù)合蛋白酶+0.1%風(fēng)味蛋白酶，55℃酶解24h[8-9]；結(jié)果如圖2所示。

從圖2蛋白質(zhì)利用率和氨基酸轉(zhuǎn)化率可見(jiàn)，方案三為最優(yōu)化方案，蛋白質(zhì)利用率為92.5%，氨基酸轉(zhuǎn)化率為81.2%，酶解到24 h時(shí)，酶解液的蛋白利用率和氨基酸轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到92%和80%，酶解液苦味較小，適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此在中試方案中選擇方案三作為基本工藝。

圖2 鳀魚(yú)蛋白深度酶解優(yōu)化Fig.2 Optimization of anchovy protein enzymatic depth

由圖3和表4可知，氨基酸轉(zhuǎn)化率同蛋白質(zhì)率用率在前6 h內(nèi)都有顯著增加，在后期兩者增加趨勢(shì)有所不同，氨基酸利用率在前24 h內(nèi)都有增加，而蛋白質(zhì)率用率在9～24 h就進(jìn)入緩慢增長(zhǎng)期。考慮到酶解的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)增加能耗及生產(chǎn)效率，酶解時(shí)間可根據(jù)具體產(chǎn)品的實(shí)際情況進(jìn)行工藝的調(diào)整。

圖3 鳀魚(yú)蛋白深度酶解氨基酸轉(zhuǎn)化率及蛋白利用率的變化趨勢(shì)Fig.3 Anchovy protein and amino acids in the depth enzymatic conversion rate

表4 鳀魚(yú)蛋白多酶法深度酶解蛋白利用率和氨基酸轉(zhuǎn)化率Tab.4 Anchovy protein and enzymatic hydrolysis of amino acids depth conversion

2.4 鳀魚(yú)蛋白粉營(yíng)養(yǎng)成分分析

2.4.1 鳀魚(yú)蛋白粉主要成分分析

表5結(jié)果顯示鳀魚(yú)蛋白粉中蛋白質(zhì)含量很高，達(dá)到82.8%，脂肪含量為0.8%，是一種典型的高蛋白低脂肪的健康食品配料。

表5 鳀魚(yú)蛋白粉的成分分析Tab.5 The component analysis of anchovy protein

2.4.2 鳀魚(yú)蛋白粉氨基酸組成

由表6可知，鯷魚(yú)蛋白粉必需氨基酸種類齊全，含量豐富，與成人模型相比，其第一限制氨基酸是含硫氨基酸，與學(xué)齡兒童需求模型相比，其第一限制氨基酸是含硫氨基酸，第二限制氨基酸是異亮氨酸。其中的氨基酸大都是游離氨基酸，更有利于人體吸收。

表6 鳀魚(yú)蛋白粉氨基酸組成Tab.6 The amino acid composition of anchovy protein

3 討論

（1）加入適量外源復(fù)合蛋白酶進(jìn)行深度酶解，并利用風(fēng)物蛋白酶進(jìn)行口味修飾，再經(jīng)脫苦及純化工藝，獲得鳀魚(yú)蛋白粉無(wú)明顯苦味和腥味，為鳀魚(yú)的蛋白粉的制備提供了新的技術(shù)解決方案[10]。

（2）鳀魚(yú)蛋白底物為8.6%，初始pH為7.0，0.1%復(fù)合蛋白酶與0.1%風(fēng)味蛋白酶，55℃酶解24 h，氨基酸轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到81.2%，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化率達(dá)到92.5%，外源酶和內(nèi)源酶的合理運(yùn)用，既節(jié)省了生產(chǎn)成本，又達(dá)到鳀魚(yú)蛋白的深度酶解。

（3）該工藝條件下生產(chǎn)的鳀魚(yú)蛋白粉呈白色粉末，香味濃郁，無(wú)苦味，可速溶于水。鳀魚(yú)蛋白粉中蛋白質(zhì)含量高，高達(dá)82.8%，脂肪含量為0.8%。

（4）鳀魚(yú)蛋白粉富含小分子蛋白肽、氨基酸、核苷酸、維生素及微量元素，具有營(yíng)養(yǎng)保健和調(diào)味的雙重功能，廣泛用于營(yíng)養(yǎng)保健品、調(diào)味品、功能性食品、肉制品、調(diào)理食品等，明顯提高產(chǎn)品品質(zhì)。利用鳀魚(yú)蛋白酶解液開(kāi)發(fā)的海鮮復(fù)合調(diào)味料、海鮮調(diào)味汁及具有降血脂功能的海洋保健食品。

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