南極磷蝦粉成分分析及營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)

全沁果 段偉文 曾雪鴿 陳 銘 張澤偉 郝記明,2,3,4 劉書成,2,3,4 吉宏武,2,3,4

(1. 廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東 湛江 524088；2. 廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 湛江 524088；3. 廣東省海洋食品工程技術(shù)研究中心，廣東 湛江 524088； 4. 廣東普通高等學(xué)校水產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088)

南極磷蝦是國(guó)內(nèi)外遠(yuǎn)洋漁業(yè)的重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象，其生物儲(chǔ)量巨大，約為1.0×109～3.0×109t，環(huán)繞分布于南極海域[1-2]。蛋白源成分、油脂、礦質(zhì)元素、內(nèi)源酶類、甲殼素集成了南極磷蝦高值化利用的主要方向[3]。由于南極磷蝦生活在極寒帶水域，在該環(huán)境的脅迫與自身忍耐下進(jìn)化出了豐度很高的抗凍性內(nèi)源酶系統(tǒng)[4]，為此南極磷蝦經(jīng)遠(yuǎn)洋捕撈上船后或制成冷凍蝦磚于-40 ℃以下船載冷凍保存，或經(jīng)船載熱蒸汽加工、粉碎成全粉密封保存。相對(duì)于冷凍蝦磚，南極磷蝦粉具有流通成本低、儲(chǔ)存方便的優(yōu)點(diǎn)，受到了水產(chǎn)品加工企業(yè)的更多重視。

目前，國(guó)內(nèi)外圍繞南極磷蝦粉的開發(fā)與利用開展了一些研究工作。大部分的報(bào)道[5-7]是將南極磷蝦粉簡(jiǎn)單加工成水產(chǎn)飼料，應(yīng)用前景雖好，但附加值較低。而對(duì)南極磷蝦粉的進(jìn)一步利用仍停留在分析該粉基成分以及研究?jī)?chǔ)藏方式對(duì)其品質(zhì)的影響[8]，缺乏對(duì)南極磷蝦粉系統(tǒng)的可食性營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)。南極磷蝦粉的船載加工包含了蒸煮、脫水和蒸汽烘干3個(gè)熱處理步驟，其內(nèi)源酶已變性失活，因此其主要成分分析只需考慮蛋白源成分、油脂、甲殼素和礦質(zhì)元素四類。但南極磷蝦在船載制粉過(guò)程中蝦殼中氟可能會(huì)發(fā)生遷移[9]，從而使蝦肉中氟殘留量升高，是制約南極磷蝦粉高值化利用的主要因素。南極磷蝦被證實(shí)為高品質(zhì)蛋白質(zhì)源，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，相關(guān)提取工藝已比較成熟[10-11]。相比新鮮南極磷蝦，南極磷蝦粉蛋白質(zhì)在船載加工過(guò)程中發(fā)生了熱變性，其特性發(fā)生了改變，故以往報(bào)道的技術(shù)路線參考價(jià)值有限，有待進(jìn)一步研究。綜上所述，制備高品質(zhì)用于食品加工的蛋白質(zhì)基料是實(shí)現(xiàn)南極磷蝦粉蛋白源成分進(jìn)一步利用的前提。

本試驗(yàn)擬在分析南極磷蝦粉蛋白質(zhì)、油脂、甲殼素和礦質(zhì)元素四類主要成分含量和基于營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)其氨基酸組成、脂肪酸組成和礦質(zhì)元素組成的基礎(chǔ)上，考察過(guò)篩、脫脂處理制備蛋白質(zhì)加工基料過(guò)程中基本成分與氟含量的變化，為南極磷蝦粉蛋白質(zhì)制品的開發(fā)及副產(chǎn)物的利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

南極磷蝦粉：南極磷蝦經(jīng)遠(yuǎn)洋捕撈后迅速以船載蒸煮、脫水、蒸汽烘干制得的全蝦粉，經(jīng)冷鏈運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室在4 ℃冰箱儲(chǔ)存，測(cè)得水分含量為7.79%、蛋白質(zhì)含量為61.38%、粗脂肪含量為14.49%、灰分含量為14.92%、氯化物含量為2.21%，中國(guó)水產(chǎn)有限公司；

木瓜蛋白水解酶(24 876 U/g)、動(dòng)物蛋白水解酶(22 360 U/g)：廣西南寧龐博生物工程有限公司；

其他試劑：分析純，廣州化學(xué)試劑廠。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

氣質(zhì)聯(lián)用儀：Agilent Ge6sgo N/MSs973型，美國(guó)Agilent公司；

全自動(dòng)氨基酸分析儀：L-8900 型，株式會(huì)社日立制作所；

pH計(jì)：PHS-3C型，配備甘汞參比電極與氟離子選擇電子，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；

增力電動(dòng)攪拌機(jī)：JB50-D型，上海精科儀器有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：HHS型，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

微波消解儀：MDS-6型，上海心儀微波化學(xué)科技有限公司；

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：Agilent 7800 型，美國(guó)Agilent公司；

送風(fēng)干燥箱：EYELA WFO-700型，東京理化器械株式會(huì)社；

全自動(dòng)凱氏定氮儀：VADODEST 450型，德國(guó)格哈特分析儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 南極磷蝦油及脫脂蝦粉的制備 分別對(duì)南極磷蝦粉進(jìn)行20，30，40目過(guò)篩處理，收集過(guò)篩粉與截留部分。得到過(guò)篩粉后加入料液比1∶10 (g/mL)的正己烷-乙醇(體積比9∶1)混合溶劑進(jìn)行脫脂處理，收集3次脫脂液進(jìn)行減壓旋蒸處理，得到南極磷蝦油[12]。將所得的脫脂粉在45 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重，得到脫脂南極磷蝦粉。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1) 總蛋白：按GB 5009.5—2016執(zhí)行。

(2) 脂肪含量：按GB 5009.6—2016執(zhí)行。

(3) 甲殼素：參考侯佰立等[13]的方法。

(4) 礦質(zhì)元素：按GB 5009.268—2016的電感耦合等離子體質(zhì)譜法執(zhí)行，礦質(zhì)元素含量以測(cè)定的常量元素(鉀、鈉、鎂、鈣、磷)和微量元素(鉻、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘)的總質(zhì)量計(jì)。

(5) 氨基酸組成：按GB 5009.124—2016執(zhí)行。

(6) 脂肪酸組成：按GB 5009.168—2016執(zhí)行。

(7) 水分：按GB 5009.3—2016執(zhí)行。

(8) 灰分：按GB 5009.4—2016執(zhí)行。

(9) 氯化物：按GB 5009.44—2016執(zhí)行。

(10) 氟含量：按GB/T 5009.18—2003的氟離子選擇電極法執(zhí)行。

(11) 基料的質(zhì)量損失率：按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：

G′——質(zhì)量損失率，%；

a——過(guò)篩后蝦粉質(zhì)量，g；

b——過(guò)篩前蝦粉質(zhì)量，g。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 數(shù)據(jù)經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)服從正態(tài)分布后，采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SD)表示，采用Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要成分含量的測(cè)定

如表1所示，南極磷蝦粉4種成分的總量占比達(dá)到了88.22%。其含量水平與同類報(bào)道有一定差異[14]，可能受南極磷蝦生長(zhǎng)環(huán)境與年限、捕撈季節(jié)與方式、船載加工設(shè)備與參數(shù)等諸多因素影響。其中，蛋白質(zhì)含量在3種有效成分中的占比達(dá)到了69.58%，是發(fā)展南極磷蝦粉可食化加工的首要資源利用點(diǎn)。此外，南極磷蝦粉中礦質(zhì)元素的含量水平較高，可能與其蛋白源成分及礦質(zhì)元素有較強(qiáng)的結(jié)合活性有關(guān)[15]，提示該蛋白源有望開發(fā)成高品質(zhì)金屬螯合肽。

表1南極磷蝦粉蛋白質(zhì)、粗脂肪、甲殼素和礦質(zhì)元素含量?

Table 1 Protein, lipids, chitin and minerals content in antarctic Krill meal (n=3) %

? 含量以濕基計(jì)。

2.2 氨基酸、脂肪酸和礦質(zhì)元素組成及營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)

2.2.1 氨基酸組成分析 由表2可知，南極磷蝦粉共檢出18種氨基酸，包括了人體必需的8種氨基酸和2種半必需氨基酸。其中，谷氨酸含量最高，為7.18%，色氨酸含量最低，為0.82%。南極磷蝦粉中EAA/AA達(dá)到38.74%，高于FAO/WHO的推薦值(35.38%)，但低于雞蛋蛋白的標(biāo)準(zhǔn)值(48.08%)。此外，EAA/NEAA值為70.24%?？梢?jiàn)，南極磷蝦粉符合FAO/WHO認(rèn)可的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源。目前，中國(guó)尚無(wú)有關(guān)蝦粉氨基酸評(píng)級(jí)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于魚粉可根據(jù)賴氨酸和蛋氨酸的含量(特級(jí)魚粉：賴氨酸含量≥1.5%；蛋氨酸含量≥3.6%)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)比來(lái)看，南極磷蝦粉未經(jīng)處理就已接近特級(jí)魚粉的氨基酸評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明其具有良好的開發(fā)前景。

表2 南極磷蝦粉氨基酸組成?Table 2 Amino acids composition of antarctic krill meal (n=3) %

? “AA”為氨基酸總量；“EAA”為必需氨基酸總量；“HEAA”為半必需氨基酸總量；“NEAA”為非必須氨基酸總量；“DAA”為呈味氨基酸總量。

南極磷蝦粉中含有豐富的支鏈氨基酸，主要包括纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸，所占比例為17.64%。此外，芳香族氨基酸(苯丙氨酸+酪氨酸)的占比為7.86%。支鏈氨基酸/芳香族氨基酸的比值達(dá)2.29，接近正常人和哺乳動(dòng)物的比例，表明南極磷蝦粉必需氨基酸的比例均衡。因此，攝入南極磷蝦粉有助于維持機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)與代謝平衡。同時(shí)，南極磷蝦粉中精氨酸和賴氨酸含量較高，對(duì)于以谷物食品為主的中國(guó)居民而言，可有效彌補(bǔ)賴氨酸的攝入不足。同時(shí)，賴氨酸是人乳中的第一限制性氨基酸[16]。精氨酸并非人體必需氨基酸，但有研究[17]表明其有助于兒童的生長(zhǎng)發(fā)育和傷口的愈合?？傮w而言，南極磷蝦粉的氨基酸組成合理，是開發(fā)高價(jià)值保健品的潛在原料。

2.2.2 脂肪酸組成分析 食用油脂一般重點(diǎn)關(guān)注的是多不飽和脂肪酸的含量與組成[18]。主要?dú)w因于多不飽和脂肪酸對(duì)食品加熱產(chǎn)生的風(fēng)味成分貢獻(xiàn)值最大，并且是生物體新陳代謝所必需，具有降三高、免疫調(diào)劑、抗衰老等廣譜的生物活性。由圖1和表3可知，南極磷蝦粉中共檢出21種脂肪酸，占峰面積的99.59%。其中SFA的比例為37.61%，MUFA 的比例為36.88%，PUFA的比例為25.10%，EPA+DPA+DHA的比例為18.19%。可見(jiàn)，南極磷蝦粉脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，占比達(dá)到61.98%，具有一定的開發(fā)價(jià)值。

圖1 南極磷蝦粉油脂GC-MS總離子流Figure 1 Total ion flow of GC-MS in antarctic krill meal lipid

相比新鮮南極磷蝦脂肪酸組成，南極磷蝦粉飽和脂肪酸比例明顯增加，不飽和脂肪酸比例明顯下降，尤其是EPA+DPA+DHA下降幅度超過(guò)了50%[12,19-20]。一方面可能是南極磷蝦粉在高溫下脂肪酸的不飽和鍵通過(guò)加氫和氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)飽和并解鏈[21]；另一方面也可能跟南極磷蝦原料、制粉中蒸煮過(guò)程中的自然損失以及油脂的提取方法等因素有關(guān)。

2.2.3 礦質(zhì)元素組成分析 礦質(zhì)元素不能由機(jī)體自身合成，必須從日常膳食中攝入，因此是食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。由表4、5可知，南極磷蝦粉中礦質(zhì)元素含量約為6.27%，與新鮮南極磷蝦和已報(bào)道[22-23]的南極磷蝦粉各指標(biāo)有一定差異，可能與捕撈季節(jié)、采集地點(diǎn)和加工方式有關(guān)。

表3 南極磷蝦粉油脂GC-MS成分分析?Table 3 Analysis results of GC-MS composition of lipid in antarctic krill meal (n=3) %

? “FA”為脂肪酸總量；“SFA”為飽和脂肪總量；“MUFA”為單不飽和脂肪酸總量；“PUFA”為多不飽和脂肪酸總量。

表4 南極磷蝦粉中常量元素含量Table 4 The content of major elements in antarctic krill (n=3) %

南極磷蝦粉中常量元素組成全面，其中鈣和磷的含量最為突出，分別達(dá)到了2.64%和1.43%。鈣和磷是構(gòu)成人體骨骼、牙齒和軟組織的物質(zhì)基礎(chǔ)，并參與了機(jī)體的能量代謝。此外，磷還是核酸的基本成分之一，并參與調(diào)節(jié)體內(nèi)的酸堿平衡?？梢?jiàn)，南極磷蝦粉具有助兒童發(fā)育和預(yù)防中老年骨質(zhì)疏松的潛在功效。鐵、銅、鋅、硒構(gòu)成了促進(jìn)人類健康最為主要的微量元素，其在南極磷蝦粉中含量分別為113.49，49.72，45.60，3.83 mg/kg。鐵參與組成了細(xì)胞色素酶、過(guò)氧化氫酶和肌紅蛋白，并參加了機(jī)體正常的生理過(guò)程。鋅和銅則參與構(gòu)成了人體關(guān)鍵內(nèi)源酶的活性中心，并直接或間接作用于核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的合成和機(jī)體免疫過(guò)程。而硒則具有獨(dú)特的抗氧化、促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡和延緩衰老的功效。鐵、銅、鋅理化性質(zhì)較為相似，當(dāng)Zn/Cu含量比>10和Zn/Fe含量比>1時(shí)，在機(jī)體內(nèi)會(huì)發(fā)生拮抗效應(yīng)，生物學(xué)活性的效價(jià)降低[20]。而南極磷蝦粉中Zn/Cu含量比為0.92、Zn/Fe含量比為0.40，表明其分布均衡，符合營(yíng)養(yǎng)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。此外，南極磷蝦粉中Cr、As和Cd 3種有毒重金屬的檢出均遠(yuǎn)低于中國(guó)食品安全的最低限量標(biāo)準(zhǔn)，表明南極磷蝦的生長(zhǎng)環(huán)境水質(zhì)良好。

2.2.4 蛋白質(zhì)加工基料制備過(guò)程中基本成分與氟含量的變化 食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值主要取決于蛋白質(zhì)和脂肪的含量和組成。由表6可以看出，南極磷蝦粉未經(jīng)處理已達(dá)到其推薦標(biāo)準(zhǔn)，粗蛋白和粗脂肪的占比達(dá)到了75.87%。隨著過(guò)篩目數(shù)的增大，南極磷蝦粉中總蛋白含量隨之增加，灰分含量隨之減少。其他指標(biāo)變化均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但規(guī)律不明顯，表明適宜的過(guò)篩處理有助于蛋白質(zhì)基料品質(zhì)的提升。最終確定最適方案為過(guò)30目篩。將得到的30目篩粉進(jìn)行脫脂處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫脂效果良好，脫脂率達(dá)到了94.02%，得到的脫脂粉各指標(biāo)均符合南極磷蝦粉推薦標(biāo)準(zhǔn)，并超過(guò)了特級(jí)魚粉標(biāo)準(zhǔn)。

制約南極磷蝦粉可食化生產(chǎn)的主要因素是其成分復(fù)雜且氟含量高。結(jié)果顯示，30目過(guò)篩處理后，粉基中氟含量水平同比降低約10%。而脫脂處理后得到的蛋白質(zhì)基料氟含量水平有一定提升，表明氟在蝦油和脫脂溶劑中溶解水平較低。本研究以過(guò)篩和脫脂得到的南極磷蝦粉氟含量超過(guò)了1 000 mg/kg，遠(yuǎn)高于FAO規(guī)定允許食用的最低限量標(biāo)準(zhǔn)100 mg/kg，需要在可食化加工過(guò)程中重點(diǎn)考慮脫氟工藝。

表6 過(guò)篩、脫脂對(duì)南極磷蝦粉基本成分與氟含量的影響?Table 6 Effect of screening and degreasing on the basic components of antarctic krill meal

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論

南極磷蝦粉蛋白質(zhì)中必需氨基酸組成齊全、含量均衡，尤其是支鏈氨基酸和呈味氨基酸含量豐富，具有開發(fā)高價(jià)值即食食品和保健品的潛力。相比新鮮南極磷蝦，南極磷蝦粉油脂的品質(zhì)有所下降，不飽和脂肪酸含量降低，中短鏈脂肪酸和飽和脂肪酸含量增加，但其脂肪酸組成仍以不飽和脂肪酸為主，經(jīng)適當(dāng)精煉后仍具有利用價(jià)值。此外，南極磷蝦粉中礦質(zhì)元素含量豐富、組成均衡，重金屬污染水平低。總體而言，南極磷蝦粉是一類高品質(zhì)食品原料。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)占南極磷蝦粉有效成分的74.90%，且氨基酸效價(jià)突出，是發(fā)展南極磷蝦粉加工業(yè)的首要資源利用點(diǎn)。對(duì)南極磷蝦粉采用30目過(guò)篩、正己烷-乙醇(體積比9∶1)脫脂后，綜合指標(biāo)符合南極磷蝦粉推薦標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)了特級(jí)魚粉的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并使體系中的氟含量減少約10%，制得了品質(zhì)優(yōu)良的蛋白質(zhì)加工基料。而該基料中蛋白源成分的高效提取與深加工、加工過(guò)程中副產(chǎn)物的回收利用有待進(jìn)一步研究。