金槍魚碎肉水解液噴霧干燥工藝優(yōu)化及抗氧化活性研究

龔志強，王 朋，趙玉謹，羅紅宇

(浙江海洋學院食品與醫(yī)藥學院，浙江舟山316022)

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金槍魚碎肉水解液噴霧干燥工藝優(yōu)化及抗氧化活性研究

龔志強，王 朋，趙玉謹，羅紅宇*

(浙江海洋學院食品與醫(yī)藥學院，浙江舟山316022)

[目的]研究金槍魚碎肉水解液噴霧干燥條件及噴霧干燥產(chǎn)物的抗氧化活性。[方法]以干燥的蛋白肽粉產(chǎn)量為指標，對入口溫度、干燥時間及進樣速度進行研究，并采用正交試驗優(yōu)化了噴霧干燥工藝。[結(jié)果]優(yōu)化的噴霧干燥條件為入口溫度145 ℃，干燥時間65 min，進樣速度3 ml/min時，蛋白肽粉產(chǎn)量為14.55 g/L，所得產(chǎn)物顏色較淺，粒度均勻，水溶性較好，氣味芬芳。干燥肽粉對DPPH自由基半數(shù)清除率為25.48 mg/ml，羥自由基的半數(shù)清除率為28.81 mg/ml，還原力隨肽粉溶液濃度增加而增加。[結(jié)論]在一定條件下噴霧干燥得到的金槍魚碎肉水解液對清除DPPH自由基、羥自由基具有良好的效果，有較強的抗氧化能力，操作方法簡易，生產(chǎn)周期短，成本較低，具有較高的工業(yè)利用價值。

噴霧干燥；肽粉產(chǎn)量；抗氧化性能

噴霧干燥是將原料液用霧化器將料液噴成霧滴分散于熱氣流中, 并用熱空氣(或其他氣體)與霧滴直接接觸，使料液所含水分快速蒸發(fā)而獲得粉粒狀產(chǎn)品的一種干燥過程。利用該方法可從料液直接獲得粉末產(chǎn)品，不僅綜合了蒸發(fā)、結(jié)晶、顆粒分級及粉碎等操作，而且所得產(chǎn)品的粒度均勻，有速溶性且干燥時間短。原料液可以是溶液、乳濁液或懸浮液，也可以是熔融液或膏狀物。干燥產(chǎn)品可以根據(jù)需要, 制成粉狀、顆粒狀、空心球狀或團粒狀。噴霧干燥技術(shù)至今已有一百多年的發(fā)展史，自1865年噴霧干燥最早用于蛋品處理以來, 這種由液態(tài)經(jīng)霧化和干燥在極短時間直接變?yōu)楣腆w粉末的過程, 已經(jīng)取得了長足的進步，它使許多有價值但不易保存的物料得以大大延長保質(zhì)期, 使一些物料便于包裝、使用和運輸, 同時也簡化了一些物料的加工工藝。自20世紀初歐洲用噴霧干燥技術(shù)開發(fā)出脫脂牛乳干燥以來, 現(xiàn)在已經(jīng)廣泛運用于食品、化工、醫(yī)藥、環(huán)保、催化劑、染料、顏料、色素、精細化工品、林化產(chǎn)品、天然提取物、環(huán)境保護等領(lǐng)域[1-6]。

金槍魚在加工成生魚片和罐頭的過程中，產(chǎn)生大量的下腳料，約占總質(zhì)量的50%～70%，且含有大量的生物活性物質(zhì)，如抗氧化肽、抗微生物肽以及降血壓肽等，具有較高的應用價值。人體內(nèi)的內(nèi)源性自由基清除系統(tǒng)，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、還原型谷胱甘肽等，在消除體內(nèi)的多余自由基上發(fā)揮了重要作用，但是目前由于環(huán)境、食物、壓力及年齡等因素，人們體內(nèi)自由基水平過高已對健康造成嚴重威脅。因此，攝入一些外源性抗氧化劑可以更好地配合內(nèi)源性自由基保護機體[7]。故筆者通過生物酶解金槍魚碎肉下腳料制備水解肽溶液，研究了肽溶液的噴霧干燥優(yōu)化工藝及抗氧化活性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1原料。金槍魚碎肉，購于浙江省寧波市豐盛食品有限公司。

1.1.2主要試劑。DPPH、95%乙醇、PBS、水楊酸、鐵氰化鉀、三氯乙酸，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；胰酶，4 000 U/g，南寧龐博生物有限公司；風味酶，2.0×106U/g, 南寧龐博生物有限公司。

1.1.3主要儀器。SD-06AG型噴霧干燥機，英國LABPLANT公司；PHS-3C型精密酸度計，上海精密科學儀器有限公司；UV-2102C型紫外可見分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司；TD5A-WS型，湘儀離心機儀器有限公司；CU420型電熱恒溫水箱，上海益恒實驗儀器有限公司；HH-6型數(shù)顯恒溫循環(huán)水浴鍋、SHA-C型(數(shù)顯)水浴恒溫振蕩器，常州國華電器有限公司；奧豪斯CP214-JY19精密電子天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；TD5000(5000 g/1g)型電子天平，余姚市金諾天平儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1蛋白水解液制備方法。參照文獻[8]方法，采用異丙醇，將原料于 50 ℃下脫脂 1.5 h，干燥成粉末，將粉末與水以1∶3混勻按以下條件進行酶解反應：溫度45 ℃、時間6 h、體系pH 7.0、胰蛋白酶和木瓜蛋白酶的添加量分別為 15 000 U/g 和 45 000 U/g，反應結(jié)束后，經(jīng)過濾、透析去鹽處理，獲得金槍魚碎肉蛋白水解液。

1.2.2DPPH自由基清除率的測定。取2 ml肽粉溶液，加入2 ml濃度為0.04 g/L的DPPH溶液，混合均勻，于避光處反應30 min；反應結(jié)束后，在3 500 r/min條件下離心10 min，取上清液，產(chǎn)物在517 nm處測其吸光值為Ai；后以等體積的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)取代DPPH溶液，其他操作同上，作為空白組，在517 nm處測定其吸光值，記為Aj；再以等體PBS取代肽粉溶液，其他操作同上，作為對照組，在517 nm處測其吸光值，記為A0；按下式計算肽粉溶液對DPPH自由基的清除率:

E(DPPH)=[1-(Ai-Aj)]×100%/A0

1.2.3羥自由基(·OH)的清除率的測定。參照文獻[8]方法，取2 ml肽粉溶液，依次加入 2 ml 6 mmol/L的FeSO4、2 ml 6 mmol/L的H2O2,混勻后靜置10 min，加入2 ml 6 mmol/L水楊酸混勻后靜置30 min，在510 nm處測其吸光值，記為Ai；后用等體積的雙蒸水代替水楊酸，其他操作同上，作為空白組，測得的吸光值記為Aj；再以等體積雙蒸水代替水解物，其他操作同上，作為對照組，測得的吸光值記為A0；按下式計算肽粉對羥自由基(·OH)的清除率:

E(·OH)=[1-(Ai-Aj)]×100%/A0

1.2.4還原力的測定。參照文獻[8]方法，取樣品1.0 ml，依次加入1.0 ml 0.2 mol/L pH 6.6的PBS和1.0 ml 1%的K3Fe(CN)6，混合均勻后，在50 ℃水浴中保溫20 min。反應結(jié)束后，溶液體系需立即降溫制冷，并加入1.0 ml 10%的三氯乙酸，搖勻，在3 000 r/min下離心5 min。取上清液2.0 ml，加入2.0 ml雙蒸水和0.8 ml 0.1% FeCl3，混合均勻，靜置10 min后測定波長700 nm處吸光值，記為OD700。酶解液在波長700 nm的吸光值越大表示還原力越強，抗氧化能力越高[8-10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 噴霧干燥工藝的研究

2.1.1入口溫度對蛋白肽粉產(chǎn)量的影響。按照“1.2.1”方法制備蛋白水解液12 L，均分為12組，每組1 L，設置進樣速度3 ml/min，分別在95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155 ℃溫度下干燥1 h，測定干燥所得肽粉的質(zhì)量，結(jié)果如圖1所示。

圖1 入口溫度對蛋白肽粉產(chǎn)量的影響

由圖1可知，隨著溫度的升高，蛋白肽粉的產(chǎn)量呈現(xiàn)增加趨勢。蛋白溶液流經(jīng)噴霧管道后，成為霧滴狀，溫度升高，加快霧滴中的水分蒸發(fā)，瞬間使霧滴干燥成粉末，肽粉產(chǎn)量不斷增加。當溫度為145 ℃時，最大產(chǎn)量為14.52 g/L；但是當溫度超過145 ℃后，由于溫度過高，導致水解液中的肽發(fā)生褐變，肽鏈斷裂，出現(xiàn)黏稠、凝結(jié)成塊的現(xiàn)象，部分肽粉亦高溫失活,導致蛋白肽粉產(chǎn)量下降。因此在后續(xù)試驗中，選擇145 ℃作為入口溫度[11]。

2.1.2干燥時間對蛋白肽粉的產(chǎn)量的影響。按照“1.2.1”方法制備蛋白水解液1 L，設置入口溫度145 ℃，進樣速度3 ml/min，干燥時間分別設定為35、40、45、50、55、60、65、70、75、80 min，測定蛋白肽粉的質(zhì)量，所得結(jié)果如圖2所示。

圖2 干燥時間對蛋白肽粉的產(chǎn)量的影響

如圖2所示，隨著干燥時間的延長，蛋白肽粉的含量呈逐漸增加的趨勢；當干燥時間超過60 min后，由于收集管口溫度較高，導致肽粉發(fā)生高溫熔融或軟化凝聚現(xiàn)象而降低了肽粉產(chǎn)量。因此，試驗中每隔60 min，需收集產(chǎn)品，以有效提高回收率，降低損耗。

2.1.3進樣速度對蛋白肽粉產(chǎn)量的影響。按照“1.2.1”方法制備蛋白水解液5 L，設置入口溫度145 ℃，干燥時間60 min，設定進樣速度分別為1、2、3、4、5 ml/min，分別測定干燥肽粉的質(zhì)量，結(jié)果如圖3所示。

圖3 進樣速度對蛋白肽粉產(chǎn)量的影響

由圖3可見，隨著進樣速度的提高，干燥的肽粉產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢，當流速小于3 ml/min時，樣品的供給量不足，產(chǎn)量與損耗較低；當進樣速度為3 ml/min左右時，產(chǎn)量能夠達到最大值；然而隨著進樣速度進一步增大，產(chǎn)量開始下降，分析主要原因為樣品的單位時間內(nèi)供給量增大，部分不能完全干燥且含水量較高的蛋白肽造成噴霧口輕度堵塞，導致產(chǎn)量下降，當進樣速度繼續(xù)增大，噴霧口完全被堵塞時，無法獲得產(chǎn)品。因此，該試驗選擇進樣為3 ml/min。

2.2 噴霧干燥工藝優(yōu)化在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用3因素3水平[L9(33)]正交試驗，研究噴霧干燥溫度、干燥時間、進樣速度對蛋白肽粉產(chǎn)量的影響，表1為因素水平設計，表2為試驗結(jié)果分析。

表1 正交試驗因素水平設計

表2 正交試驗結(jié)果

2.3 蛋白肽粉的抗氧化活性

2.3.1對DPPH自由基清除率的影響。DPPH自由基的清除率常作為衡量各種抗氧化劑清除自由基能力的反應底物[12-15]。該試驗研究了不同濃度的肽粉對DPPH的清除率，結(jié)果如圖4所示。結(jié)果顯示，肽粉濃度對DPPH的清除率滿足方程y=1.463 4x+14.579，R2=0.984 6，根據(jù)該方程得出肽粉對DPPH的半數(shù)清除率為25.48 mg/ml。該結(jié)果表明，該試驗制備的蛋白肽粉具有一定的DPPH自由基清除能力，所得結(jié)果與孫騫等的試驗具有相似的結(jié)論[16]。

圖4 不同濃度肽粉對DPPH自由基清除率的影響

2.3.2肽粉濃度對羥自由基清除率的影響。羥自由基在活性氧基團中化學性質(zhì)最活潑，它能與細胞中的糖、氨基酸核苷等大分子發(fā)生反應，而且反應速度極快，具有很強的破壞性和毒性[17]。該試驗研究了不同濃度的肽粉對羥自由基(·OH)的清除率，結(jié)果如圖5所示。結(jié)果顯示，肽粉濃度對羥自由基(·OH)的清除率滿足方程y=1.605 8x-2.124 6，R2=0.997 5，半數(shù)清除率為28.81 mg/ml。說明該試驗制備的蛋白肽粉具有一定的清除羥自由基(·OH)的能力。

圖5 不同肽粉濃度對羥自由基(·OH)清除率的影響

2.3.3肽粉還原力的測定。評價某化合物抗氧化活性的另一個重要指標是其總還原能力，在一般情況下，物質(zhì)的還原能力與抗氧化能力呈正相關(guān)。通過測定還原能力，可以判定該物質(zhì)是否為優(yōu)良的電子供體[12,15]。該試驗研究了不同濃度肽粉的還原力，結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，還原能力隨著肽粉濃度的增加而增加，與DPPH自由基和羥自由基的清除率變化趨勢相同。

圖6 肽粉還原力的測定

3 結(jié)論與討論

蛋白干燥的主要方法有真空冷凍干燥、噴霧干燥等方法和微波干燥法。真空冷凍干燥具有低消耗、操作簡單，適用于實驗室應用，缺點是干燥周期長，易受鹽、有機溶劑等成分的影響，且運行成本高。而噴霧干燥具有生產(chǎn)能力大、工藝簡單、易于工業(yè)化放大、干燥時間短等優(yōu)點，但是由于溫度過高容易造成蛋白活性降低甚至失活，所以對噴霧干燥工藝的研究很重要。在該試驗中，優(yōu)化的噴霧干燥工藝為溫度145 ℃，干燥時間65 min時，進樣速度為3 ml/min時，產(chǎn)量可以達到14.55 g/L。所得干燥肽粉具有一定的抗氧化能力，DPPH自由基的半數(shù)清除率為25.48 mg/ml，羥自由基的半數(shù)清除率28.81 mg/ml，還原力隨肽粉溶液濃度增加而增加。

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Optimizating Spray Drying Process for Tuna Meat Hydrolysate and Antioxidant Activity

GONG Zhi-qiang, WANG Peng, ZHAO Yu-jin, LUO Hong-yu*

(Food and Medicine School, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, Zhejiang 316022)

[Objective] To study tuna meat hydrolyzate spray drying conditions and the influence of spray drying to hydrolysate antioxidant activity. [Method] With dried protein peptide power as index, the inlet temperature, drying time and filling speed was studied, and the spray drying process was optimized by using orthogonal experiment. [Result] The optimized conditions of spray-drying is the inlet temperature 145 ℃, the drying time 65 min, the sampling rate 3 ml/min, the protein power yield 14.55 g/L, products is shallow, epigranular, solvable and aromatic. Dry peptide powder on DPPH free radical clearanceID50is 25.48 mg/ml, hydroxyl free radical half of the clearance is 28.81 mg/ml, reducing power increases with the increase of peptide powder solution concentration. [Conclusion] Tuna meat hydrolyzate under certain conditions of spray drying has good effect to remove DPPH free radical, hydroxyl free radica and has great antioxidant ability. The techonlogy is simple and has short production cycle, lower cost and higher industrial utilization value.

Spray drying; Peptide powder production; Antioxygenic property

浙江省優(yōu)先主題重點社會發(fā)展項目(2009C03017-2)。

龔志強(1994-)，男，江西上饒人，本科生，專業(yè)：食品科學與工程。*通訊作者，教授，博士，從事水產(chǎn)品加工與貯藏研究。

2014-12-12

S 986

A

0517-6611(2015)04-297-03