水產(chǎn)動(dòng)物自溶研究進(jìn)展

鄭 杰，宋志遠(yuǎn)，于 笛，陳 沖,*，袁成玉，金文剛

(1.遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧大連 116023;2.大連海寶生物科技股份有限公司，遼寧大連 116045；3.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中 723001)

水產(chǎn)動(dòng)物自溶研究進(jìn)展

鄭 杰1，宋志遠(yuǎn)2，于 笛1，陳 沖1,*，袁成玉1，金文剛3

(1.遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧大連 116023;2.大連海寶生物科技股份有限公司，遼寧大連 116045；3.陜西理工學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西漢中 723001)

水產(chǎn)動(dòng)物資源由于水分含量大、自身酶系非常豐富，極易發(fā)生自溶，給其儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和加工過(guò)程帶來(lái)很大不便，是制約水產(chǎn)加工業(yè)快速發(fā)展的重要瓶頸。本文重點(diǎn)從自溶影響因素、自溶過(guò)程生化變化、自溶機(jī)理和自溶技術(shù)應(yīng)用四個(gè)方面對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向進(jìn)行了展望，旨在為水產(chǎn)動(dòng)物自溶的進(jìn)一步研究提供理論參考。

水產(chǎn)動(dòng)物，自溶，內(nèi)源酶

自溶是指當(dāng)機(jī)體受到物理因素(如熱、輻射)、化學(xué)因素(如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有毒物質(zhì))和生物因素(如病原體)等環(huán)境因素的刺激后，誘發(fā)自身酶系將自身的組織結(jié)構(gòu)破壞、降解，從而引起自身死亡的現(xiàn)象[1]。自溶現(xiàn)象在自然界廣泛存在，如動(dòng)物自溶、植物自溶和微生物自溶等，但不同物種其自溶的定義也有所不同。水產(chǎn)動(dòng)物通常具有水分含量大、自身酶系非常豐富的特點(diǎn)，因此極易發(fā)生自溶現(xiàn)象。水產(chǎn)動(dòng)物的自溶是指水產(chǎn)動(dòng)物通過(guò)自身體內(nèi)豐富的酶系成分，在一定條件下使其自身水解的過(guò)程[2]。目前，在海洋資源開(kāi)發(fā)和利用已經(jīng)成為全球各國(guó)共同關(guān)注的焦點(diǎn)的背景形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物尤其是海參、魚(yú)、蝦和貝類(lèi)等及其加工副產(chǎn)物的自溶進(jìn)行了廣泛而深入的研究。本文在總結(jié)歸納國(guó)內(nèi)外對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶的研究成果的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從自溶影響因素、自溶過(guò)程生化變化、自溶機(jī)理和自溶技術(shù)的應(yīng)用等四個(gè)方面對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，以期為水產(chǎn)動(dòng)物自溶的研究提供一些新的思路，進(jìn)而對(duì)海洋生物資源的開(kāi)發(fā)利用起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

1 自溶的影響因素

水產(chǎn)動(dòng)物自溶是一個(gè)系統(tǒng)而又復(fù)雜的過(guò)程，通常會(huì)受到外界環(huán)境條件和各種物理化學(xué)因素的影響和制約。國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般采用蛋白質(zhì)水解度、TCA-可溶性寡肽的含量[3]、可溶性固形物的含量和氨基態(tài)氮的變化等作為指標(biāo)來(lái)考察各種因素對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程的影響，并通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)、響應(yīng)面模型等對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶條件進(jìn)行優(yōu)化，以求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自溶過(guò)程的有效控制。

1.1 樣品預(yù)處理對(duì)自溶過(guò)程的影響

在水產(chǎn)品加工過(guò)程中，為了改善產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和提高產(chǎn)品質(zhì)量，通常會(huì)采用一些不同的技術(shù)工藝對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理。不同的預(yù)處理方式會(huì)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶產(chǎn)生不同程度的影響，如經(jīng)過(guò)去皮和水洗之后，緋鯢鰹魚(yú)中內(nèi)源性蛋白酶的含量和活性均有所下降，導(dǎo)致其自溶程度明顯降低[4]，相反經(jīng)過(guò)紫外線(xiàn)照射和超聲波處理后，亨氏仿對(duì)蝦和刀額新對(duì)蝦及魷魚(yú)內(nèi)臟等的內(nèi)源性蛋白酶被激活，使其自溶速度加快，蛋白質(zhì)水解率顯著提高[5-7]。但是，紫外線(xiàn)照射時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者超聲波處理時(shí)的功率過(guò)高均會(huì)使內(nèi)源酶變性失活，從而對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的自溶過(guò)程產(chǎn)生抑制作用。

1.2 環(huán)境因子對(duì)自溶過(guò)程的影響

在能夠影響水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程的眾多環(huán)境因子中，溫度和pH的影響最為顯著。部分水產(chǎn)動(dòng)物自溶的最適溫度和最適pH如表1所示。大多數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物及其加工副產(chǎn)物自溶的最適溫度為40～65℃，最適pH為6～8，但是也有例外，如緋鯢鰹魚(yú)魚(yú)肉、魷魚(yú)內(nèi)臟和南極磷蝦自溶的最適pH則在酸性或堿性較強(qiáng)的pH范圍內(nèi)，分別為4.0、4.5和8.74。溫度和pH等環(huán)境因子對(duì)自溶過(guò)程的影響呈現(xiàn)出與外源酶酶解相類(lèi)似的變化趨勢(shì)，而且最適宜條件與從水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)制備得到的某些內(nèi)源酶的酶學(xué)性質(zhì)的研究結(jié)果相一致，從而為水產(chǎn)動(dòng)物自溶機(jī)理的研究提供了一定的思路。

表1 部分水產(chǎn)動(dòng)物自溶的溫度和pHTable 1 Autolysis temperature and pH of some marine animals

1.3 外源性添加物對(duì)自溶過(guò)程的影響

在生產(chǎn)過(guò)程中，添加食品添加劑是為了能夠獲得質(zhì)量較高產(chǎn)品而經(jīng)常采用的一種技術(shù)手段。為此，許多學(xué)者對(duì)多種常用食品添加劑對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程的影響進(jìn)行了考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同種類(lèi)添加劑對(duì)自溶過(guò)程有不同程度的影響，而且其作用大小隨添加量的變化而變化，如在葡萄糖≤2.00%、氯化鈉≤10%和檸檬酸≤0.10%的添加量范圍內(nèi)，對(duì)羅非魚(yú)蛋白自溶有一定程度的促進(jìn)作用，超過(guò)該范圍則顯示抑制作用[9]。除此之外，其他外源性添加物如雞漿提取物[17]、花生蛋白分離物[18]、乳清蛋白濃縮物(WPC)[19]、卵清蛋白(EW)[20]、牛血漿蛋白(BPP)[21-22]和金屬離子[5]等也可以影響水產(chǎn)動(dòng)物的自溶過(guò)程，而且其影響作用的大小也與添加量有一定的相關(guān)性。

2 自溶過(guò)程中的生化變化

水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程中，自身所含游離性小分子物質(zhì)逐漸得到釋放，同時(shí)，在豐富內(nèi)源酶酶系的作用下，大分子的物質(zhì)逐漸被降解成為小分子物質(zhì)如肽和氨基酸等。水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程中的生化變化主要體現(xiàn)在α-氨基氮含量、可溶性總氮含量、蛋白質(zhì)回收率、氨基氮轉(zhuǎn)化率、總酸、游離氨基酸和游離脂肪酸等方面，也有研究人員對(duì)自溶過(guò)程中水分的變化規(guī)律進(jìn)行了研究[23]。不同水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程中主要化學(xué)成分的變化規(guī)律基本類(lèi)似，大都隨著自溶時(shí)間的延長(zhǎng)而呈現(xiàn)先逐漸增加后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，但具體變化規(guī)律與自溶的條件有關(guān)，如徐偉[24]等對(duì)不同條件下鳀魚(yú)自溶水解過(guò)程中生化變化規(guī)律的研究表明，在室溫(26℃)條件下，鳀魚(yú)自溶水解的最佳時(shí)間為12h，在初始pH為9.0的條件下，自溶水解液中的α-氨基氮含量、可溶性總氮含量、蛋白質(zhì)回收率和氨基氮轉(zhuǎn)化率均較高。

3 自溶的機(jī)理

水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)通常含有各種各樣的水解酶，水產(chǎn)動(dòng)物的自溶主要是由于其體內(nèi)的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)被自身的磷酸酶、脂肪酶、組織蛋白酶和腸酶等水解所引起的，其中，起主要作用的是內(nèi)源性蛋白酶類(lèi)。有研究表明，組織蛋白酶B、H和L在降解內(nèi)源性蛋白質(zhì)和外源性蛋白質(zhì)中起到至關(guān)重要的作用。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采用外源添加各種蛋白酶抑制因子的手段，從自溶酶尤其是內(nèi)源性蛋白酶的角度對(duì)藍(lán)園鲹、鰱魚(yú)、緋鯢鰹魚(yú)、蜥魚(yú)和南美白對(duì)蝦等的自溶機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在不同種類(lèi)水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程中起主要作用的內(nèi)源性酶類(lèi)有所不同，對(duì)其自溶過(guò)程起到抑制作用的因子也不盡相同(見(jiàn)表2)。通常所選用的外源蛋白酶抑制因子為T(mén)LCK、TPCK、E-64、Antipain和胰蛋白酶抑制劑及胃蛋白酶抑制劑等。酶在水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程中的作用并不是相互獨(dú)立的，而是以協(xié)同作用的方式進(jìn)行的，而且一定程度上也會(huì)受到外部環(huán)境的影響，如在魚(yú)死后的僵直階段，滲透壓和離子強(qiáng)度的增高會(huì)導(dǎo)致肌原纖維強(qiáng)度的減弱，從而導(dǎo)致其更易發(fā)生降解[29]。雖然已經(jīng)從眾多水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)分離出了組織蛋白酶B[30]和類(lèi)半胱氨酸蛋白酶[31]及類(lèi)組織蛋白酶L[32]等內(nèi)源蛋白酶，也證實(shí)了其在自溶過(guò)程中起重要作用，但由于水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)內(nèi)源酶系非常復(fù)雜，至于某種或某類(lèi)內(nèi)源性蛋白酶在自溶過(guò)程中所起到的具體作用，仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的探討。

表2 與水產(chǎn)動(dòng)物自溶相關(guān)的部分酶類(lèi)與抑制因子Table 2 Enzymes and inhibitors related with marine animals autolysis

4 自溶技術(shù)的應(yīng)用

水產(chǎn)動(dòng)物由于其通常具有水分含量高、酶系豐富的特點(diǎn)而極易發(fā)生獨(dú)特的自溶現(xiàn)象，然而長(zhǎng)期以來(lái)，其體內(nèi)廣泛存在的這種多酶自溶體系一直未得到有效的控制和利用，直到近些年來(lái)才逐漸有了改善。由于自溶技術(shù)具有成本低、操作簡(jiǎn)單和對(duì)環(huán)境無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，目前，其已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于水產(chǎn)動(dòng)物中生物活性物質(zhì)的分離制備、營(yíng)養(yǎng)成分的回收利用以及相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等。

4.1 在生物活性物質(zhì)制備方面的應(yīng)用

利用自溶技術(shù)或自溶結(jié)合外源酶酶解技術(shù)制備生物活性肽已經(jīng)成為水產(chǎn)動(dòng)物活性肽制備的主要技術(shù)手段。研究人員已經(jīng)采用自溶技術(shù)從凡納濱對(duì)蝦、海參腸和太平洋無(wú)須鱈魚(yú)中分別得到了具有ACE抑制活性的肽[33]和具有抗氧化活性的自溶水解物[34-35]。此外，侯佰立[36]和姜淼[37]等采用自溶法，分別從凡納濱對(duì)蝦的蝦頭和蝦殼中提取得到了甲殼素和蝦青素。

4.2 在營(yíng)養(yǎng)成分回收利用方面的應(yīng)用

采用自溶技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)加工副產(chǎn)物中營(yíng)養(yǎng)成分的有效回收利用，在使原料價(jià)值得到最大化利用的同時(shí)，也避免了對(duì)環(huán)境造成污染，如錢(qián)俊青[38]等采用自溶法對(duì)黃鲇魚(yú)內(nèi)臟中的魚(yú)油進(jìn)行了回收利用；Liu C C[39]等則采用自溶技術(shù)對(duì)圓花鯖加工廢棄物中的蛋白成分進(jìn)行了回收，且發(fā)現(xiàn)相比外源酶酶解法而言，自溶法的蛋白回收率較高；Senphan[40]等采用自溶技術(shù)從南美白對(duì)蝦的肝胰腺中提取脂肪，發(fā)現(xiàn)60℃自溶60min可以增加脂肪的提取率，而且對(duì)脂肪的質(zhì)量無(wú)任何不良影響。

4.3 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面的應(yīng)用

人們最初只能利用自溶來(lái)簡(jiǎn)單改善食品原料的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)，任其自溶過(guò)程緩慢的進(jìn)行，如傳統(tǒng)的魚(yú)露和蝦油的生產(chǎn)等。隨著多年研究的不斷積累，人們開(kāi)始逐漸利用自溶來(lái)開(kāi)發(fā)一些新的產(chǎn)品，如Liu C C[39]等將通過(guò)自溶技術(shù)取得的低溫自溶回收物進(jìn)行活性炭脫苦后制成了一種全天然的、可以用于替代味精的增鮮劑；章超樺等[41]采用蝦組織快速自溶新技術(shù)對(duì)刀額新對(duì)蝦蛋白質(zhì)進(jìn)行水解，經(jīng)減壓濃縮和適當(dāng)調(diào)配后制得2種天然海鮮調(diào)味料一黑蝦油和蝦味沙司。

5 總結(jié)與展望

水產(chǎn)資源通常營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較高，尤其是海洋動(dòng)物資源，由于其獨(dú)特的高壓、高鹽的生存環(huán)境而使其具備許多特殊的生理活性，因此成為國(guó)內(nèi)外科研人員研究的重點(diǎn)。有關(guān)水產(chǎn)動(dòng)物自溶的研究已經(jīng)有很多，涉及的原料來(lái)源有太平洋鱈魚(yú)、凡納濱對(duì)蝦、刀額新對(duì)蝦、海參、扇貝、魷魚(yú)、黃鲇魚(yú)和南美白對(duì)蝦等，其中，各種魚(yú)類(lèi)和蝦類(lèi)是研究的主要對(duì)象。原料形式包括可食部位和加工副產(chǎn)物兩個(gè)部分，但是，隨著相關(guān)企業(yè)降低成本和使原料價(jià)值最大化的需求越來(lái)越迫切，研究人員也將重點(diǎn)放在了水產(chǎn)動(dòng)物加工副產(chǎn)物方面(如魚(yú)頭、內(nèi)臟等)。近些年來(lái)，人們已經(jīng)可以從宏觀角度對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程實(shí)現(xiàn)較為有效的控制，并將其充分運(yùn)用到水產(chǎn)加工企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一種重要技術(shù)手段。

水產(chǎn)動(dòng)物的自溶過(guò)程非常復(fù)雜，所發(fā)生的生化變化主要是由內(nèi)源酶系對(duì)蛋白和結(jié)構(gòu)組織的降解所導(dǎo)致的，在這一過(guò)程中起作用的酶類(lèi)主要有具有多催化活性的蛋白酶體、溶酶體酶(包括天冬氨酸蛋白酶和組織蛋白酶等)、鈣激活酶、氨基肽酶、堿性蛋白酶和結(jié)締組織水解酶如彈性蛋白酶和膠原酶等。雖然目前已經(jīng)從自溶酶的角度對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程的機(jī)理進(jìn)行了較多研究，奠定了一定的基礎(chǔ)，但是每種酶在自溶過(guò)程中的確切作用目前尚不明確。同時(shí)，由于水產(chǎn)動(dòng)物自溶過(guò)程中可能會(huì)存在細(xì)胞自吞噬現(xiàn)象[42]，還應(yīng)該利用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)手段分別對(duì)自溶過(guò)程中的超微細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化和起關(guān)鍵作用的自溶酶基因及其調(diào)節(jié)作用機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以便從微觀角度更好的揭示自溶這一特殊生理現(xiàn)象的本質(zhì)。

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Research progress in the autolysis of aquatic animals

ZHENG Jie1,SONG Zhi-yuan2,YU Di1,CHEN Chong1,*,YUAN Cheng-yu1,JIN Wen-gang3

(1.Aquatic Products Processing Laboratory,Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute,Dalian 116023,China;2.Dalian Haibao Biotechnology Co,Ltd.,Dalian 116045,China;3.School of Bioscience and Engineering,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,China)

The aquatic animals are easily subjected to autolysis because of its high content of water and endogenous enzymes,and this phenomenon brings great difficulties to its storage,transportation and processing. It has become the bottleneck of aquatic products processing. In this paper,the research status of autolysis was summarized from the aspects of influence factors,biochemical changes,autolytic mechanism and autolysis technology applications. The developing trend was also prospected,and this may provide theoretic basis for the further studies of aquatic animals autolysis.

aquatic animals;autolysis;endogenous enzyme

2014-09-24

鄭杰(1981-)，男，博士，助理研究員，研究方向：水產(chǎn)品精深加工與綜合利用。

*通訊作者:陳沖(1963-)，男，本科，研究員，研究方向：水產(chǎn)品精深加工與綜合利用。

遼寧省海洋與漁業(yè)廳科研項(xiàng)目(201207)。

TS254.4

A

1002-0306(2015)13-0397-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.13.076