魷魚內(nèi)臟的營養(yǎng)價值 及綜合利用研究進展

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(1.遼寧省海洋水產(chǎn)科學研究院,遼寧大連 116023; 2.大連海洋大學食品科學與工程學院,遼寧大連 116023)

魷魚,屬軟體動物門頭足綱,具有生命周期短、繁殖力強和資源恢復(fù)迅速等特性[1]。其肉質(zhì)、體色和風味類似于鮑魚,但價格更加低廉,因而有“窮人的鮑魚”的美稱[2]。近年來,隨著國內(nèi)外深海捕撈技術(shù)的發(fā)展,魷魚已成為我國主要的海洋捕撈和水產(chǎn)加工品種。2016年,全國魷魚海洋捕撈量約為38萬噸,其中以浙江和山東最多[3]。對比國外水產(chǎn)加工產(chǎn)業(yè)的利潤,我國水產(chǎn)加工的利潤率僅為10%～18%,遠遠落后于日本(113%)、美國(91%)和印度(44%)等國家[4]。目前,魷魚加工的品種主要為北太平洋魷魚、阿根廷魷魚和秘魯魷魚,加工方式仍然處于粗放型階段,主要包括生鮮和冰凍、冷凍、干煙熏制以及作為飼料或餌料等[5]。魷魚加工過程中會產(chǎn)生大量的下腳料,如頭、足、內(nèi)臟和表皮等,其極易腐爛變質(zhì)難以保存,因此,除了一小部分被利用加工成魚粉外,其余的一般都直接進行掩埋處理,這樣既對環(huán)境造成了污染,又導(dǎo)致魷魚的附加值沒有得到充分的開發(fā)利用。魷魚內(nèi)臟是魷魚加工過程中產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物,占魷魚濕重的15%[6],且極富營養(yǎng)價值。在當前向海洋索取食物、功能蛋白和特殊活性物質(zhì)已成為世界各沿海國家進行海洋開發(fā)的重要內(nèi)容的背景下,如果不對其加以充分開發(fā)利用,則會造成極大的資源浪費。因此,許多生產(chǎn)企業(yè)和研究學者試圖開發(fā)和利用魷魚加工后的下腳料,除可變廢為寶、減少浪費和環(huán)境污染外,還可以極大地提升魷魚深加工產(chǎn)品的經(jīng)濟價值,從而形成海洋生物技術(shù)加工的新型產(chǎn)業(yè)鏈。本文綜述了近年來眾多學者在魷魚內(nèi)臟營養(yǎng)組成和綜合開發(fā)利用方面的研究,以期為進一步推動魷魚精深加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展提供一定的理論參考。

1 魷魚內(nèi)臟的基本營養(yǎng)組成

魷魚內(nèi)臟和許多其他魚類內(nèi)臟一樣,屬于不可食用的部分,是魷魚加工過程中產(chǎn)生的最多的副產(chǎn)物。未經(jīng)加工的魷魚內(nèi)臟中水分含量約為50%,而在加工廠經(jīng)過水洗后的內(nèi)臟,其水分含量則達到70%以上,并且自由水的比例高于結(jié)合水[7]。如此高的水分含量使魷魚內(nèi)臟變得更加容易腐敗變質(zhì)而難以保存。魷魚內(nèi)臟含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì),其中以蛋白質(zhì)和脂肪為主。蛋白質(zhì)約占內(nèi)臟濕重的20%～25%,含有包括全部人體必需氨基酸在內(nèi)的18種氨基酸,且富含呈味氨基酸。脂肪約占內(nèi)臟濕重的20%～30%,不飽和脂肪酸尤其是EPA和DHA含量較高[2]。此外,魷魚內(nèi)臟中還含有豐富的?；撬岷驮S多微量元素,每100 g魷魚內(nèi)臟中含?；撬?99 mg[7]、鈣51.46 mg、鐵609.07 μg和磷95.88 μg[8]。

2 魷魚內(nèi)臟不同化學組分的研究和利用

2.1 蛋白質(zhì)的研究和利用

魷魚內(nèi)臟由于其豐富的蛋白質(zhì)含量而成為廣大學者研究和利用的熱點。有研究發(fā)現(xiàn),魷魚內(nèi)臟液化蛋白對南美白對蝦有明顯的攝食作用[9],而且其蛋白水解物對真鯛魚和大黃魚的生長也具有明顯的促進作用[10]。因此,魷魚內(nèi)臟具有極大的飼料開發(fā)價值,已逐漸成為漁業(yè)養(yǎng)殖過程中提高飼料轉(zhuǎn)化率的一種重要替代品。目前,利用魷魚內(nèi)臟已經(jīng)開發(fā)出了魷魚漿(粉)、魷魚內(nèi)臟粉和魷魚豆粉等產(chǎn)品,在應(yīng)用于魚蝦等的養(yǎng)殖過程中取得了良好的效果,但長時間食用含有魷魚內(nèi)臟的飼料也可能會導(dǎo)致重金屬Cd的累積[11]。

制備生物活性肽是魷魚內(nèi)臟蛋白質(zhì)資源開發(fā)利用的主要方向。生物活性肽是指除了提供氮源和氨基酸等基本營養(yǎng)成分之外,對機體還具有許多潛在生理功能的蛋白質(zhì)片段[12-13]。目前,除了部分學者采用亞臨界水水解的方式從魷魚內(nèi)臟中分離得到具有一定抗氧化活性的產(chǎn)物外[14-15],自溶和添加外源酶酶解是魷魚內(nèi)臟生物活性肽制備的兩種主要方式。但是,大多數(shù)學者研究的重點只是自溶或酶解條件的優(yōu)化及水解產(chǎn)物的活性分析,真正通過逐級分離純化得到某種具有特定活性的生物活性肽的報道還相對較少[16]。

2.1.1 魷魚內(nèi)臟自溶 水產(chǎn)動物的自溶是指水產(chǎn)動物通過自身體內(nèi)豐富的酶系成分,在一定條件下使其自身水解的過程[17]。魷魚內(nèi)臟中含有豐富的內(nèi)源蛋白酶,極易發(fā)生自溶現(xiàn)象。魷魚加工廢棄物在自溶過程中部分蛋白質(zhì)會被內(nèi)源酶轉(zhuǎn)化成小分子肽、氨基酸等成分,水解液營養(yǎng)豐富且氨基酸組成合理,可在此基礎(chǔ)上通過添加食鹽后進行保溫釀制[18]或者是添加麩皮和面粉后接種米曲霉[19]、接種傳統(tǒng)醬油曲[1]等方式得到魷魚醬油。目前,西班牙和日本等國市場上均已經(jīng)有魷魚醬油的生產(chǎn)和銷售,而國內(nèi)市場上類似產(chǎn)品還很少。

相比于外源添加蛋白酶的方法,利用內(nèi)源蛋白酶具有成本低、污染小的優(yōu)勢,而且內(nèi)源蛋白酶的協(xié)同作用有利于功能型蛋白水解液的生成。但是,為了達到最佳自溶效果,自溶條件的選擇和控制也至關(guān)重要。自溶條件對自溶效果的影響較大,但評價指標不同,自溶的最適條件也有所差別。部分魷魚內(nèi)臟自溶條件與評價指標之間的關(guān)系見表1。溫度和pH是影響魷魚內(nèi)臟自溶的最為重要的兩個因素。魷魚內(nèi)臟自溶的最適溫度均在45～50 ℃,略高于魷魚肝臟蛋白酶粗酶的最適反應(yīng)溫度(40 ℃)[24]。最適pH則隨著所選擇評價指標的不同而有較大差別,在酸性(pH4.5)、中性(pH7.0)和堿性(pH9.0)范圍內(nèi)均有所存在。不同條件下得到的自溶水解物,其抗氧化活性有所不同,如張開強等[22]分別在不同條件下利用魷魚內(nèi)臟自溶得到的水解物,其抗氧化能力明顯有所不同,其中一種DPPH自由基清除能力較強,而另外一種則還原能力較強,這主要是由于不同條件下的自溶過程中所發(fā)揮主要作用的內(nèi)源酶的種類不同所造成的。

表1 部分魷魚內(nèi)臟自溶最適條件與評價指標的研究結(jié)果Table 1 Research results of optimum conditions and evaluation index for squid viscera autolysis

2.1.2 魷魚內(nèi)臟外源酶酶解 生物酶解法因其具有反應(yīng)條件溫和、水解過程容易控制等優(yōu)點而已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[25]。許多學者采用不同的評價指標對魷魚內(nèi)臟進行了蛋白質(zhì)酶解條件的優(yōu)化。所選用的蛋白酶的種類主要包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、動物蛋白酶、酸性蛋白酶和風味蛋白酶等,所采用的評價指標主要包括水解度、氨基態(tài)氮含量、氨基酸得率、抗氧化活性和ACE抑制活性等。由于生物蛋白酶的專一特性,不同蛋白酶對同一底物具有不同的酶解效果,因此,不同蛋白酶酶解魷魚內(nèi)臟所得到的酶解液的生物活性也有所不同(表2)。朱瑤等[26]采用多種蛋白酶水解魷魚肝臟,結(jié)果發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶酶解液的抗凝血活性和ACE抑制活性最強,而酸性蛋白酶酶解液的抗氧化活性則最強,這是由于不同種類蛋白酶的作用位點有所不同,從而導(dǎo)致所得到的水解液中肽段的氨基酸組成存在一定差異,而氨基酸組成是影響其生物活性尤其是抗氧化活性的主要因素。水解液的營養(yǎng)和風味也跟所用酶的種類有很大關(guān)系,通過合適的外源酶酶解可以得到營養(yǎng)組成豐富、具有良好風味的酶解液,進而可以開發(fā)出海味素[32]、魷魚味香精[4,33-34]等系列相關(guān)產(chǎn)品。此外,除了單酶酶解的方式,復(fù)合酶解在一定條件下也能夠?qū)︳滛~內(nèi)臟的水解產(chǎn)生顯著的協(xié)同作用,水解效果相比單酶酶解更好[29]。

表2 部分魷魚內(nèi)臟外源酶酶解試驗的研究結(jié)果Table 2 Research results of squid viscera enzymolysis by exogenous enzymes

2.2 魷魚內(nèi)臟脂肪的研究和利用

魷魚內(nèi)臟的粗脂肪含量較高,脂肪酸組成與海魚魚肝油相似[35],不飽和脂肪酸含量占86%,其中EPA占12%,DHA占24%,是提取魚油的良好原料[36]。目前,對魷魚內(nèi)臟脂肪的研究主要集中在其油脂的提取、質(zhì)量評價和精制方面,尚未實現(xiàn)大批量的制備。

油脂提取是利用各種物理化學作用,破壞原料組織和乳膠體結(jié)構(gòu),加速油脂分子的熱運動,降低其黏度和表面張力,從而使油脂分離出來[37]。近年來,魷魚內(nèi)臟油脂提取所采用的方法主要為水提法、有機溶劑法、淡堿水解法、酶法和超臨界CO2萃取法等,部分研究所采用的具體提取條件和所得油脂的質(zhì)量評價如表3所示。

表3 部分魷魚內(nèi)臟油脂的提取方法與質(zhì)量評價Table 3 Extraction methods and quality evaluation of squid viscera oil

不同提取方法所得到的油脂的不飽和脂肪酸含量、EPA含量和DHA含量均有很大差別,這與所用原料種類和提取方法有關(guān)。在上述提取方法中,有機溶劑法會存在溶劑殘留,容易造成環(huán)境污染,且所得魚油品質(zhì)較差,已經(jīng)逐漸被淘汰。直接水提法效率相對較低。淡堿水解法、超臨界CO2萃取法和酶法是目前研究較多的提取魷魚內(nèi)臟油脂的方法。淡堿水解法工藝已經(jīng)十分成熟。但是,傳統(tǒng)淡堿水解法使用的堿一般是氫氧化鈉和氯化鈉,提取廢液中鈉鹽含量高,不能再利用,形成新的廢棄物造成環(huán)境污染。而經(jīng)過改進之后的鉀法的提取工藝采用的堿則是氫氧化鉀和氯化鉀,該法能夠解決鈉鹽的污染問題,產(chǎn)生的廢液可以制作成用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的鉀肥,從而達到保護環(huán)境的目的[37]。超臨界CO2萃取法是一種新型油脂分離技術(shù),具有高效、安全、無毒、無溶劑殘留的優(yōu)點,但該方法對設(shè)備要求高,成本較高,限制了其在領(lǐng)域內(nèi)的進一步推廣與應(yīng)用。酶法由于其工藝條件溫和、可控性強,且酶解液中含有豐富的小分子肽和氨基酸等營養(yǎng)成分,后續(xù)可被進一步進行開發(fā)利用[44],而成為魷魚內(nèi)臟油脂提取最為常用的方法。常用的蛋白酶有中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、動物蛋白酶、堿性蛋白酶和胰蛋白酶等。此外,超聲波輔助提取法也已經(jīng)在魷魚內(nèi)臟油脂的提取過程中得到了應(yīng)用[40]。

魷魚內(nèi)臟油脂的精制工藝主要包括水化脫膠、堿煉脫酸、活性炭脫色、真空脫臭等。雖然精制過程中油脂會有一定程度的損失,但是經(jīng)過精制后油脂的質(zhì)量可以得到明顯提升,能夠達到水產(chǎn)行業(yè)粗魚油的相關(guān)標準,且精制過程對脂肪酸組成的影響比較小[45]。

此外,還有學者對魷魚內(nèi)臟油脂的生物活性進行了一定的研究,發(fā)現(xiàn)其具有一定的體外抗氧化能力[38]和調(diào)節(jié)小鼠血脂平衡的作用[35]。

2.3 魷魚內(nèi)臟其他功能性成分的研究和利用

魷魚內(nèi)臟中除了含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪外,還含有?；撬?、糖蛋白、核酸和卵磷脂等其他一些功能性成分,具有潛在的開發(fā)利用價值。

2.3.1 ?；撬?牛磺酸是一種非蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸的特殊氨基酸,具有降低膽固醇、抑制膽結(jié)石、乳化脂肪和防止肝損傷等多種生物活性,在海洋生物體內(nèi)含量相當豐富[46]。有研究表明,魷魚內(nèi)臟中的?；撬岷?2.99 g/kg)要遠高于體壁肌肉(1.43 g/kg)[7],因此可作為天然牛磺酸提取的潛在來源。楊廣會等[47]通過自溶結(jié)合水提法提取得到了?；撬?其最優(yōu)條件為自溶時間22 h、提取溫度80 ℃、提取時間50 min和料液比1∶5。牛棚軍[2]研究優(yōu)化了魷魚內(nèi)臟提油殘渣中牛磺酸的提取及純化工藝,其最優(yōu)條件為提取溫度60 ℃、乙醇濃度60%、料液比1∶15 (g/mL)和提取時間20 min,在此條件下,?；撬岬奶崛÷蔬_到1.41%。?；撬崽崛∫航?jīng)離子交換柱分離純化,濃縮結(jié)晶,最終牛磺酸得率為1.28%。

2.3.2 糖蛋白 糖蛋白是寡糖鏈與多肽以多種形式共價相連且具有生物活性的物質(zhì),天然糖蛋白具有抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力等生理活性[48]。章建設(shè)等[49]從魷魚內(nèi)臟中提取、純化得到糖蛋白,分子量在36～130 kDa之間,并通過動物實驗證明其在10、30和100 mg/kg·d的劑量條件下能使小鼠體內(nèi)單核巨噬細胞的吞噬能力增強,從而提高小鼠的免疫力。

2.3.3 核酸 核酸是生物賴以生存成長的大分子化合物,對生物的生長、發(fā)育和繁殖具有重要意義,是生命最基本物質(zhì)之一。魷魚內(nèi)臟中含有豐富的核酸,可從魷魚肝臟中提取分離核酸來實現(xiàn)對魷魚內(nèi)臟的充分利用。解軍等[50]從魷魚肝臟中分離純化得到了純度為87%～90%的核酸,可用于醫(yī)藥和食品工業(yè)。

2.3.4 卵磷脂 卵磷脂除了是構(gòu)成生物膜的基本物質(zhì)外,也是一種表面活性劑,在醫(yī)藥、食品和化工等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。Uddin等[51]從經(jīng)過超臨界二氧化碳法脫油處理后的魷魚內(nèi)臟中分離得到卵磷脂,并通過HPLC法證實其主要由PC(80.5%)和PE(13.2%)兩部分組成。隨后,Yun等[52]在此基礎(chǔ)上對魷魚內(nèi)臟卵磷脂與聚乙二醇采用氣體飽和溶液成粒技術(shù)(PGSS技術(shù))進行制粒的條件進行了優(yōu)化,得到了最適條件。盡管含有大量的長鏈多不飽和脂肪酸,但是魷魚內(nèi)臟卵磷脂仍具有非常好的氧化穩(wěn)定性。此外,周苗苗等[53]還發(fā)現(xiàn)魷魚卵磷脂能夠改善東莨菪堿癡呆小鼠的學習記憶能力。

3 展望

盡管近年來對魷魚內(nèi)臟的研究有很多,但大多數(shù)仍只是停留在諸如生物酶解和油脂提取的條件優(yōu)化之類的初級階段,由于缺乏真正有效且適合企業(yè)進行大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù),導(dǎo)致整個行業(yè)的加工水平仍然比較落后,產(chǎn)品種類、形式單一,技術(shù)含量和附加值均比較低,綜合利用程度不高。我國魷魚資源非常豐富,年產(chǎn)量接近40萬噸,魷魚內(nèi)臟作為魷魚加工過程中的主要副產(chǎn)物,其綜合開發(fā)利用必將成為相關(guān)學者和生產(chǎn)企業(yè)持續(xù)關(guān)注的重點和熱點。在未來對魷魚內(nèi)臟的開發(fā)和利用過程中,除了進一步對其所含有的蛋白質(zhì)和脂肪進行深入研究,開發(fā)相應(yīng)的以生物活性肽或者EPA、DHA為主要成分的保健產(chǎn)品外,還必須要加大對其所含?；撬?、卵磷脂等功能性成分的研究和開發(fā)力度。同時,研究范圍不應(yīng)該僅僅局限于某種單一物質(zhì)的提取,而是要加強對魷魚內(nèi)臟綜合開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)工藝的探索,達到一條生產(chǎn)線可以生產(chǎn)多種產(chǎn)品的目的,以此減少資源浪費,豐富產(chǎn)品種類,給企業(yè)帶來較多的經(jīng)濟效益。