馬鮫魚魚頭蛋白酶解工藝研究

林婉茹，王曉輝，陳洪彬，王寶貝，鄭宗平

（泉州師范學(xué)院海洋與食品學(xué)院，福建泉州 362000）

馬鮫魚（Scomberomorus niphonius）俗稱鲅魚，主要分布在渤海、黃海、東海和南海等海域，是中國(guó)主要的海洋經(jīng)濟(jì)魚類之一，為上中層海產(chǎn)經(jīng)濟(jì)洄游性魚類[1]。常見(jiàn)馬鮫魚有中華馬鮫、康氏馬鮫、藍(lán)點(diǎn)馬鮫和斑點(diǎn)馬鮫等，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富、滋味鮮美，富含脂肪、蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸[2-3]。目前，對(duì)馬鮫魚的利用主要是鮮銷和凍品，也有些企業(yè)開(kāi)發(fā)馬鮫魚方便食品并批量工業(yè)化生產(chǎn)[4]。李西騰[5]以馬鮫魚作為原料經(jīng)過(guò)一系列工藝制作將馬鮫魚制成魚丸，馬鮫魚丸加工過(guò)程中廢棄的副產(chǎn)物大多是直接丟棄或粗加工成飼料，對(duì)其中的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值部分尚未得到有效利用。魚體本身的營(yíng)養(yǎng)成分和魚類的蛋白成分更相近，利用魚類加工剩下的副產(chǎn)物制成魚飼料，更有利于魚類的消化吸收。利用蛋白酶對(duì)其進(jìn)行酶解，可以提高魚類高蛋白副產(chǎn)物的利用[6]。

在魚類深加工過(guò)程中，產(chǎn)生大量諸如魚頭、魚皮、魚骨等副產(chǎn)品（占40%~45%），造成資源浪費(fèi)或引發(fā)環(huán)境污染[7]。近年來(lái)，隨著漁業(yè)資源的衰退，有效處理水產(chǎn)品副產(chǎn)物，對(duì)水產(chǎn)品應(yīng)用蛋白酶進(jìn)行綜合利用，不僅能降低生產(chǎn)成本、節(jié)約資源，且實(shí)現(xiàn)了低值水產(chǎn)品的高值化利用，同時(shí)促進(jìn)了水產(chǎn)品行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8]。利用蛋白酶對(duì)魚類進(jìn)行酶解主要有2個(gè)目的：獲得高含量的游離氨基酸水解液和特定的功能性多肽[9]。目前，酶解在高蛋白副產(chǎn)物的利用上技術(shù)成熟，王可琦等人[10]以蝶魚下腳料為原材料，采用不同蛋白酶水解，可以得到較高含量的蛋白酶解液。酶解法的反應(yīng)條件相對(duì)溫和，反應(yīng)速率高，營(yíng)養(yǎng)成分不易被破壞[11]。因此，利用蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭是可行的。

以馬鮫魚副產(chǎn)物中魚頭為主要原料，以充分利用馬鮫魚魚頭中的優(yōu)質(zhì)蛋白資源，使用復(fù)合蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶對(duì)其進(jìn)行酶解，以酶解度作為考查指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交優(yōu)化試驗(yàn)篩選出酶解馬鮫魚魚頭最佳的蛋白酶酶解工藝，提高馬鮫魚副產(chǎn)物綜合利用率，同時(shí)對(duì)減少環(huán)境污染具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

馬鮫魚魚頭，惠安瑞芳食品有限公司提供，使用時(shí)制備成魚泥并除去脂肪；木瓜蛋白酶（86 980 U/g）、中性蛋白酶（316 440 U/g）、復(fù)合蛋白酶（45 380 U/g）、堿性蛋白酶（133 700 U/g）、風(fēng)味蛋白酶（4 282 U/g）等，廣西南寧龐博生物工程公司提供，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為實(shí)際測(cè)得的蛋白酶活力。

KDN-04型蛋白質(zhì)消化爐、K9840型自動(dòng)凱氏定氮儀、SXT-06型索氏抽提器、DK-S12型電熱恒溫水浴鍋、DHG-9030型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、PHS-3C型精密pH計(jì)、LGR10-42型高速冷凍離心機(jī)、BS110S型電子分析天平、R205B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 馬鮫魚魚頭基本營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

水分測(cè)定采用直接干燥法[12]，粗脂肪測(cè)定采用索氏抽提法[13]，蛋白質(zhì)測(cè)定采用凱氏定氮法[14]，灰分測(cè)定依據(jù)GB/5009.4—2010[15]，蛋白酶酶活力測(cè)定依據(jù)GB/T 23527—2009，總含氮量測(cè)定采用凱氏定氮法[14]，氨基酸態(tài)氮含量測(cè)定采用甲醛滴定法。酶解度（DH）=（上清液中氨基酸態(tài)氮/總氮）×100。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

（1）蛋白酶種類。選用風(fēng)味蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶和復(fù)合蛋白酶，酶添加量為2 000 U/g，料液比1∶4，并在各自最佳酶解溫度和pH值下酶解4 h，重復(fù)3次。

（2）料液比。研究不同料液比（1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5）對(duì)風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的影響，其他條件為酶的添加量為2 000 U/g，酶解時(shí)間4 h，pH值7，酶解溫度50℃，重復(fù)3次。

（3）酶添加量。研究不同加酶量（500，1 000，1 500，2 000，2 500，3 000 U/g）對(duì)風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的影響，其他條件為料液比1∶4，酶解時(shí)間4 h，pH值7，酶解溫度50℃，重復(fù)3次。

（4）pH值。研究不同pH值（6.0，6.5，7.0，7.5，8.0，8.5）對(duì)風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的影響，其他條件為料液比1∶4，酶添加量2 000 U/g，酶解時(shí)間4 h，酶解溫度50℃，重復(fù)3次。

（5）酶解時(shí)間。研究不同酶解時(shí)間（1，2，3，4，5，6 h）對(duì)風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的影響，其他條件為液料比1∶4，酶添加量2 000 U/g，pH值7，酶解溫度50℃，重復(fù)3次。

（6）酶解溫度。研究不同酶解溫度（40，45，50，55，60℃）對(duì)風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的影響，其他條件為液料比1∶4，酶添加量2 000 U/g，pH值7，酶解時(shí)間4 h，重復(fù)3次。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行工藝優(yōu)化，以酶解度為指標(biāo)，考查酶添加量、pH值、酶解時(shí)間、酶解溫度4個(gè)影響因素。

正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鮫魚魚頭的基本營(yíng)養(yǎng)成分

馬鮫魚魚頭基本營(yíng)養(yǎng)成分分析見(jiàn)表2。

表2 馬鮫魚魚頭基本營(yíng)養(yǎng)成分分析

由表2可知，馬鮫魚魚頭的蛋白質(zhì)成分較高，但是對(duì)于馬鮫魚魚頭的最常見(jiàn)的方式還是粗加工成飼料的形式或者棄之不用，無(wú)法有效地提高其利用價(jià)值。試驗(yàn)擬利用蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭，對(duì)這些資源進(jìn)行綜合利用，也提高了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 蛋白酶的選擇

不同蛋白酶酶解馬鮫魚下腳料的效果見(jiàn)表3。

表3 不同蛋白酶酶解馬鮫魚下腳料的效果

選用常見(jiàn)的風(fēng)味蛋白酶、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、復(fù)合蛋白酶對(duì)馬鮫魚魚頭進(jìn)行水解。由表3可知，馬鮫魚魚頭酶解后測(cè)得的風(fēng)味蛋白酶的酶解度最高，風(fēng)味最佳，酶解條件也較為溫和，故風(fēng)味蛋白酶的酶解效果最好，同時(shí)風(fēng)味蛋白酶的價(jià)格也較為合理，故試驗(yàn)采用風(fēng)味蛋白酶作為試驗(yàn)用酶酶解馬鮫魚的副產(chǎn)物魚頭。

2.2.2 料液比對(duì)酶解效果的影響

料液比對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響見(jiàn)圖1。

圖1 料液比對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響

由圖1可知，隨著馬鮫魚魚頭與水的比例增加，馬鮫魚魚頭的酶解度呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。在料液比為1∶2時(shí)，馬鮫魚魚頭酶解液中的蛋白酶解度最高。隨著料液比的增加，酶解液中蛋白質(zhì)的濃度降低，其酶解度也隨之下降。因此，選取料液比1∶2作為馬鮫魚魚頭最佳酶解條件。

2.2.3 酶添加量對(duì)酶解效果的影響

酶添加量對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響見(jiàn)圖2。

圖2 酶添加量對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響

由圖2可知，隨著酶解液中酶添加量的升高，馬鮫魚魚頭被風(fēng)味蛋白酶酶解的程度越大，蛋白質(zhì)酶解度快速升高。在加酶量為2 000 U/g時(shí)，其蛋白酶解度最大，之后趨于平緩。因此，選取酶的添加量2 000 U/g作為馬鮫魚魚頭最佳酶解條件。

2.2.4 pH值對(duì)酶解效果的影響

pH值對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響見(jiàn)圖3。

圖3 p H值對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響

由圖3可知，隨著pH值的升高，風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚頭的酶解度呈先升高后下降趨勢(shì)。在pH值7的條件下，其酶解度最大。因?yàn)轱L(fēng)味蛋白酶的最適宜pH值為中性，在偏酸或偏堿性條件，其酶的活性受到抑制。因此，選取pH值7作為馬鮫魚魚頭最佳酶解條件。

2.2.5 酶解時(shí)間對(duì)酶解效果的影響

酶解時(shí)間對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響見(jiàn)圖4。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響

由圖4可知，隨著風(fēng)味蛋白酶酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，其酶解馬鮫魚魚頭的酶解度逐漸升高，在酶解4 h后趨于穩(wěn)定，并略有下降。因此，選取酶解時(shí)間4 h作為馬鮫魚魚頭最佳酶解條件。

2.2.6 酶解溫度對(duì)酶解效果的影響

酶解溫度對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響見(jiàn)圖5。

圖5 酶解溫度對(duì)馬鮫魚魚頭酶解效果的影響

由圖5可知，隨著溫度升高，風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的水解度呈升高后下降趨勢(shì)，溫度50℃時(shí)，其水解馬鮫魚魚頭的效果最好，之后快速下降。因?yàn)殡S著溫度的升高，風(fēng)味蛋白酶發(fā)生變性、活性下降，降低其酶解能力。因此，選取酶解溫度50℃作為馬鮫魚魚頭最佳酶解條件。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2中試驗(yàn)條件，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，方差分析見(jiàn)表5。

由表4可知，利用風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚副產(chǎn)物魚頭時(shí)，影響其酶解度的因素次序?yàn)槊柑砑恿浚˙）>酶解時(shí)間（C）>pH值（A）>酶解溫度（D）。進(jìn)一步方差分析表明，4個(gè)因素的不同處理水平對(duì)風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭酶解度的影響顯著。因此，確定最優(yōu)組合為A3B3C3D3，即pH值7，酶添加量2 000 U/g，酶解時(shí)間4 h，酶解溫度55℃。在此最優(yōu)條件下，進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn)（n=3），該條件下風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的酶解度為20.40%±0.12%。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果

表5 方差分析

3 結(jié)論

馬鮫魚副產(chǎn)物魚頭的基本營(yíng)養(yǎng)成分為含水量67.4%，脂肪4.5%，蛋白質(zhì)13.6%，灰分1.61%，其蛋白質(zhì)含量高，是優(yōu)質(zhì)的酶解原料。最佳酶解馬鮫魚副產(chǎn)物魚頭的蛋白酶為風(fēng)味蛋白酶，影響風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的因素為酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度和pH值。利用正交試驗(yàn)優(yōu)化后最佳馬鮫魚魚頭酶解條件為pH值7，酶添加量2 000 U/g，酶解時(shí)間4 h，酶解溫度55℃。在此最優(yōu)條件下，風(fēng)味蛋白酶酶解馬鮫魚魚頭的酶解度為20.40%±0.12%。目前，馬鮫魚副產(chǎn)物的綜合利用仍有一定欠缺，利用蛋白酶進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用馬鮫魚副產(chǎn)物提供了新途徑，不僅提高了馬鮫魚副產(chǎn)物的利用價(jià)值，同時(shí)也能帶來(lái)其他效益。