活性炭對(duì)鯰魚魚皮酶解膠液脫腥條件的優(yōu)化

梁 鵬，程新偉，安 然，程文健，陳麗嬌

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002)

魚皮作為水產(chǎn)品加工的副產(chǎn)物之一，已成為食品工業(yè)、醫(yī)藥和化工生產(chǎn)的重要原料，但魚皮同所有的水產(chǎn)品一樣具有不同程度的腥味等不良?xì)馕禰1]，一定程度上限制了魚皮資源的開發(fā)利用.據(jù)報(bào)道，水解蛋白的腥味主要來(lái)源于原料本身和水解過(guò)程，其成分包括氨、三甲胺、吲哚、低分子醛酮、硫化氫和揮發(fā)性有機(jī)酸等[1－2]，且魚肉在加工貯藏的過(guò)程中其體內(nèi)的氧化三甲胺在微生物和酶的作用下降解生成三甲胺和二甲胺等物質(zhì)，使腥味物質(zhì)增加.

魚類脫腥的方法主要有活性炭吸附法、β-環(huán)糊精包埋法、微生物發(fā)酵法、乙醚萃取法、糖處理法和熱處理法等[3－4].活性炭是一種黑色多孔性的固體炭質(zhì)，內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，比表面積比較大(800－2000 m2·g－1)，化學(xué)穩(wěn)定性好，具有良好的疏水吸附能力，對(duì)疏水性的多肽和有機(jī)大分子色素具有較強(qiáng)的吸附能力[5－6]，當(dāng)需要脫除的物質(zhì)的分子直徑小于或等于活性炭孔的入口直徑時(shí)，就可以被活性炭吸附.劉麗娜等[7]使用1.5%活性炭處理斑點(diǎn)叉尾鮰魚皮明膠，采用頂空固相微萃取和氣質(zhì)聯(lián)用檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)活性炭對(duì)樣品中的腥味物質(zhì)具有較好的吸附去除作用，能達(dá)到很好的脫腥效果.

鯰魚具有生長(zhǎng)快、肉質(zhì)好、易養(yǎng)殖和產(chǎn)量高等特點(diǎn)，上世紀(jì)90年代中期全球養(yǎng)殖年產(chǎn)量?jī)H為1.5萬(wàn)t，截止到2008年已大幅增長(zhǎng)至140萬(wàn)t，鯰魚在我國(guó)各省份均有養(yǎng)殖.目前鯰魚主要用于冷凍或加工成五香魚罐頭和干制品，在此過(guò)程中產(chǎn)生了大量的副產(chǎn)物，如魚皮和魚頭等，影響了鯰魚產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，如何充分利用鯰魚魚皮資源顯得尤為重要.一般魚類在加工過(guò)程中產(chǎn)生大量的下腳料，重量約占原料魚總重的50%－70%[8]，而且未能得到有效地利用，浪費(fèi)了資源并污染環(huán)境.目前，魚皮資源的再利用主要是利用魚皮制備膠原蛋白.一般來(lái)說(shuō)，酶解魚皮等水產(chǎn)品的酶解液，存在腥味重、感官品質(zhì)差及不易被人接受等問(wèn)題，嚴(yán)重影響魚皮等資源的開發(fā)和綜合利用.因此，近年來(lái)對(duì)水產(chǎn)品腥味物質(zhì)的脫除和檢測(cè)已成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn).

本試驗(yàn)以脫脂鯰魚魚皮為研究對(duì)象，研究活性炭對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液的脫腥條件，通過(guò)考察活性炭的添加量、處理溫度、pH和作用時(shí)間等因素，探討在不同處理?xiàng)l件下，活性炭對(duì)膠液蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值的影響，旨在尋求活性炭最佳的脫腥條件，對(duì)進(jìn)一步開發(fā)脫脂鯰魚魚皮資源提供新的思路.

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料 鯰魚魚皮由福建帥孚食品實(shí)業(yè)有限公司提供.魚皮采用堿性脫脂酶進(jìn)行酶法脫脂后，再經(jīng)胃蛋白酶酶解，得到澄清透明的膠凍，進(jìn)一步熬膠得到本試驗(yàn)需要的脫脂膠液，其硬度、彈性和咀嚼性分別為1.52128 N·cm－2、0.99395 和 1.01480 N·cm－2.

1.1.2 試劑 主要試劑有檸檬酸、檸檬酸鈉和活性炭等.

1.1.3 儀器 主要儀器設(shè)備有YP2001N型電子天平(上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司)、HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(常州國(guó)華電器有限公司)、PB-10酸度計(jì)[賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司]、ATN-300全自動(dòng)定氮儀(上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司)和循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司).

1.2 指標(biāo)測(cè)定

1.2.1 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定 按照GB 5009.5－2010[9]中的凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量.

1.2.2 感官鑒定 感官評(píng)定小組由10個(gè)人組成，對(duì)膠液腥味進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，按等級(jí)進(jìn)行分類評(píng)比，感官評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示.

1.3 單因素試驗(yàn)

1.3.1 活性炭添加量對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 在pH為7.0，40℃恒溫水浴40 min(每 5 min 攪拌一次)的條件下，分別用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%和1.2%粉末活性炭進(jìn)行吸附處理，抽濾后，對(duì)膠液進(jìn)行感官鑒定，測(cè)定蛋白質(zhì)損失率，研究活性炭添加量對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果的影響.

1.3.2 pH對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 在活性炭添加量為0.6%，40℃恒溫水浴40 min(每5 min 攪拌一次)，pH 分別為 3.0、4.0、5.0、6.0、7.0 和 8.0 的條件下進(jìn)行吸附處理，抽濾后，對(duì)膠液進(jìn)行感官鑒定，測(cè)定蛋白質(zhì)損失率，研究pH對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果的影響.

1.3.3 時(shí)間對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 在活性炭添加量為0.6%，40℃恒溫水浴，pH為6.0的條件下，分別吸附20、30、40、50、60和70 min(每5 min攪拌一次)，抽濾后，對(duì)膠液進(jìn)行感官鑒定，測(cè)定蛋白質(zhì)損失率，研究脫腥時(shí)間對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果的影響.

1.3.4 溫度對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 在活性炭添加量為0.6%，pH為6.0，溫度分別為25、35、45、55和65℃的條件下恒溫水浴吸附60 min(每5 min攪拌一次)，抽濾后，對(duì)膠液進(jìn)行感官鑒定，測(cè)定蛋白質(zhì)損失率，研究脫腥溫度對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果的影響.

表1 脫脂鯰魚魚皮脫腥效果的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Index of sensory evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 活性炭添加量對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 由于活性炭對(duì)蛋白質(zhì)有一定的吸附作用，因此最終以蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值來(lái)作為脫腥效果的評(píng)價(jià)指標(biāo).圖1表明，活性炭添加量對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液的蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值都有較大的影響.在其他條件不變的情況下，隨著活性炭添加量的增加，蛋白質(zhì)損失率逐漸增大.活性炭添加量為0.2%時(shí)，蛋白質(zhì)損失率最低(4.58%)，但感官評(píng)價(jià)值卻只有4;當(dāng)活性炭添加量增加到0.6%時(shí)，蛋白質(zhì)損失率增加緩慢，而感官評(píng)價(jià)值隨著活性炭添加量的增加明顯增大.綜合考慮蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值，活性炭添加量確定為0.6%－0.8%.

圖1 活性炭添加量對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響Fig.1 Influence of activated carbon dosage on deodorization and protein loss

一般情況下，活性炭對(duì)于非極性化合物和飽和鍵化合物以及分子量較大的化合物的吸附性較好;反之則吸附性較差.這說(shuō)明鯰魚魚皮中分子量較大的多肽的含量較高.施文正等[10]對(duì)白鰱魚蛋白水解液的脫腥脫苦條件進(jìn)行了研究，其采用1.5%活性炭，在 pH為 4.5的條件下處理0.5 h，所得蛋白質(zhì)回收率為90.30%，感官評(píng)價(jià)值為3.綜合分析可見(jiàn)，采用活性炭對(duì)魚皮膠液脫腥的效果較佳.

2.1.2 pH對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 圖2表明:在其他條件不變的情況下，隨著pH的增大，脫脂鯰魚魚皮膠液的蛋白質(zhì)損失率逐漸降低，pH為7.0時(shí)蛋白質(zhì)損失率最小(3.67%);感官評(píng)價(jià)值隨著pH的增大先逐漸增加后又逐漸減小，在pH為6.0時(shí)達(dá)到最大(值為8)，即此時(shí)的脫腥效果最好.綜合考慮蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值，選擇最佳的pH為6.0.

圖2 pH對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響Fig.2 Influence of pH on deodorization and protein loss

pH可能影響三甲胺等胺類腥味物質(zhì)的存在形式，活性炭在酸性條件下的脫腥效果優(yōu)于堿性條件，這可能是由于在偏酸性條件下腥味物質(zhì)容易溶出，從而被活性炭吸附.但由于多肽存在等電點(diǎn)，并在等電點(diǎn)處的溶解度最小，此時(shí)的蛋白質(zhì)損失率也應(yīng)該最小.黃薇等[11]研究了鱈魚魚皮復(fù)合肽脫腥脫苦的工藝，其最佳工藝條件下的pH為5.0，此條件下蛋白質(zhì)的回收率為90.65%，感官評(píng)價(jià)值為8.

2.1.3 時(shí)間對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 圖3表明，脫脂鯰魚魚皮膠液的蛋白質(zhì)損失率隨著活性炭吸附時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大.吸附時(shí)間為20－40 min時(shí)，蛋白質(zhì)損失率增加較快;吸附時(shí)間為40－70 min時(shí)，蛋白質(zhì)損失率增加緩慢，吸附時(shí)間為50、60和70 min時(shí)的蛋白質(zhì)損失率分別為8.35%、9.17%和9.67%.由于60和70 min時(shí)的感官評(píng)價(jià)值均為8，即腥味差別不大，綜合考慮蛋白質(zhì)損失率和脫腥效果，確定最適的吸附時(shí)間為60 min.

圖3 時(shí)間對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響Fig.3 Influence of time on deodorization and protein loss

吸附時(shí)間為50、60和70 min時(shí)，蛋白質(zhì)的損失率相差不大，尤其在60－70 min時(shí)，感官評(píng)價(jià)值不變，可能此時(shí)活性炭對(duì)蛋白質(zhì)的吸附接近飽和.裘迪紅等[1]在鮐魚蛋白水解液中加入1.0%的活性炭，攪拌均勻后在溫度為40℃的條件下靜置40 min，可達(dá)到良好的脫腥脫苦和脫色效果.

2.1.4 溫度對(duì)膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響 圖4表明，在其他條件不變的情況下，隨著處理溫度的增加，脫脂鯰魚魚皮膠液的蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值相應(yīng)增大，但從整體來(lái)看，溫度對(duì)蛋白質(zhì)損失率的影響不是很大.溫度為55℃時(shí)，感官評(píng)價(jià)值達(dá)到穩(wěn)定(值為8)，此時(shí)蛋白質(zhì)損失率為10.05%;溫度高于55℃時(shí)，感官評(píng)價(jià)值不再增加，蛋白質(zhì)損失率增加緩慢.綜合考慮蛋白質(zhì)損失率、感官評(píng)價(jià)值和生產(chǎn)成本，確定最適的脫腥溫度為55℃.

圖4 溫度對(duì)脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥效果和蛋白質(zhì)損失率的影響Fig.4 Influence of temperature on deodorization and protein loss

溫度對(duì)感官評(píng)價(jià)值的影響相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很大，但對(duì)蛋白質(zhì)損失率的影響較大.這可能是由于活性炭本身的微孔結(jié)構(gòu)受溫度的影響較小，因此對(duì)腥味物質(zhì)的吸附能力沒(méi)有較大的變化，但蛋白質(zhì)隨著溫度的升高而變性，故蛋白質(zhì)損失率隨著溫度的增加而增大.武利剛等[12]研究了活性炭對(duì)蝦頭和蝦殼蛋白水解液脫腥效果，結(jié)果表明:隨著處理溫度的升高，三甲胺含量逐漸減少，氨基酸損失率相應(yīng)增加，但二者變化幅度不大;腥味值也有不同程度的下降，變化幅度同樣也不大.這表明處理溫度對(duì)酶解液的影響不是很顯著，與本試驗(yàn)的結(jié)果相符.

2.2 脫腥工藝條件的優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)活性炭添加量、pH、時(shí)間和溫度進(jìn)行4因素4水平的正交試驗(yàn)，分別以蛋白質(zhì)損失率和感官評(píng)價(jià)值為考察指標(biāo)，選用L16(45)正交表(表2)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示.

以蛋白質(zhì)損失率為考察因素進(jìn)行極差分析，影響蛋白質(zhì)損失率的主次順序?yàn)?A＞B＞E＞C，即活性炭添加量＞溫度＞時(shí)間＞pH，最佳組合為 A4B4C2E1，即活性炭添加量 0.8%、溫度 75 ℃、pH 6.0、時(shí)間 50 min.

表2 脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥工藝L16(45)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 2 Factors and levels for L16(45)orthogonal array design

表3 脫脂鯰魚魚皮膠液脫腥工藝L16(45)正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiment

以感官評(píng)價(jià)值為考察因素進(jìn)行極差分析，影響感官評(píng)價(jià)值的主次順序?yàn)?A＞C＞E＞B，即活性炭添加量＞pH＞時(shí)間＞溫度，最佳組合為 A3B4C2E1，即活性炭添加量 0.7%、溫度 75 ℃、pH 6.0、時(shí)間 50 min.

綜上，考慮到蛋白質(zhì)損失率、脫腥效果和生產(chǎn)成本，對(duì)兩個(gè)指標(biāo)的最優(yōu)條件進(jìn)行優(yōu)化，確定脫腥的最佳工藝條件為:活性炭添加量0.7%、溫度75℃、pH 6.0、時(shí)間50 min.在此最佳的工藝條件下對(duì)膠液進(jìn)行脫腥，蛋白質(zhì)損失率為9.44%，感官評(píng)價(jià)值為8.

對(duì)蛋白質(zhì)損失率進(jìn)行方差分析的結(jié)果(表4)顯示，在設(shè)定的條件下，活性炭添加量對(duì)脫腥效果的影響顯著，而溫度、pH和時(shí)間對(duì)脫腥效果的影響不顯著.

表4 蛋白質(zhì)損失率的方差分析1)Table 4 Variance analysis of protein loss

對(duì)感官評(píng)價(jià)值進(jìn)行方差分析的結(jié)果(表5)顯示，在設(shè)定的條件下，活性炭添加量對(duì)脫腥效果的影響顯著，而溫度、pH和時(shí)間對(duì)脫腥效果的影響不顯著.

表5 感官評(píng)價(jià)值的方差分析1)Table 5 Variance analysis of the index of sensory evaluation

3 結(jié)論

以脫脂鯰魚魚皮酶解膠液為研究對(duì)象，考察了活性炭對(duì)膠液腥味的脫除效果.結(jié)果顯示，活性炭添加量0.7%、溫度75℃、pH 6.0、時(shí)間50 min為最佳的工藝條件.在此工藝條件下，蛋白質(zhì)損失率為9.44%，膠液的腥苦味基本脫除.本試驗(yàn)為脫脂鯰魚魚皮酶解膠液的綜合利用提供了重要的理論參考依據(jù)，對(duì)促進(jìn)水產(chǎn)品膠原蛋白肽產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展具有重要意義.

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