鱼蛋白脱脂及酶法改性的研究.doc

鱼蛋白脱脂及酶法改性的研究 王毳1，宋端阳2，李瑜21.大连水产学院食品工程学院 116023 2.大连水产学院生命科学与技术学院116023 Email： 摘 要：分别采用水漂洗、有机溶剂浸提、脂肪酶酶解等方法对原料鱼肉进行脱脂。其中，水漂洗选用清水，0.3%NaCL溶液，0.4%NaHCO3溶液三种方式；有机溶剂选用乙醇、异丙醇、乙醇+乙酸乙酯、异丙醇+乙酸乙酯四种溶剂及组合试剂对鱼肉进行浸提脱脂。研究结果表明，水漂洗法中，清水漂洗效果最优，脱脂率为62.27%；有机溶剂浸提法脱脂，异丙醇脱脂效果最佳，其脱脂率为70.76%，再采用正交实验方案对异丙醇脱脂工艺进行优化，得到最佳实验条件是：脱水时间30min，脱脂时间110min，温度为75，溶剂添加量为38g；脂肪酶脱脂作单因素试验即只改变酶添加量或只改变酶作用时间，并得出脂肪酶脱脂的最佳条件是加酶量40U/ml，酶作用时间50min，酶作用温度32，其脱脂率最高，为 85.37% 。然后采用蛋白酶对脱脂鱼肉进行酶解改性，研究脱脂鱼肉在蛋白酶作用下的水解度（DH%）及可溶性氮（NSI%）的变化情况，结果表明，随着时间的延长，水解度及可溶性氮均不断增大，但时间越长，增大趋势越平缓，因此酶解时间应为90100min。 关键字：鱼蛋白、脱脂、酶解 1、引言 蛋白质缺乏是世界全人类共同面临的严峻问题，鱼类作为量大质优的蛋白质资源被喻为是解决这一困难强有力的武器。自1946年联合国粮农组织倡导开发未利用或利用低的渔业资源以来，世界各国开展了大量的鱼类加工方面的研究。我国是一个渔业大国，拥有渤海、黄海、东海、南海四大海区，渔业资源丰富，产量约占世界渔获量的1/7，但其中30%40%为小杂鱼等低值鱼，由于价格低、加工和回收手段的落后，其中一部分被直接切碎作为养殖用饵料、造成产品使用价值低，资源浪费现象严重，并造成大量营养成分流失，且污染了环境。长期以来，大量低值鱼只是用于简单加工成为经济效益极低的饲料鱼粉。因此，开辟小杂鱼、低值鱼的加工综合利用，提高其经济价值和食用价值是一项具有深远意义的课题1，5。 浓缩鱼蛋白（Fish Protein concentrate，FPC）是一种将新鲜鱼经过化学，生物及物理方法处理后的高蛋白、低脂肪的鱼蛋白浓缩物。浓缩鱼蛋白制品是一种营养含量高和成分丰富的食品，其蛋白质含量相当于鸡蛋蛋白质含量的7.2倍，乳粉4.5倍，牛乳30倍，黄豆粉2.4倍；其中钙、磷等成分含量也超过许多食品1。 可溶性鱼蛋白即亲水性浓缩鱼蛋白，易溶于水，富含蛋白质，它的溶解特性优于糖或奶粉，可用于制做鱼糊、调味品、人造牛奶、人造肉类制品和蛋白质饮料，是一种符合人体（特别是婴-0- 儿和儿童）生长需要的优质蛋白质。加工此类制品亦是低值鱼类高值化的有效途径2。 国外对鱼蛋白制品的研究已有四十多年的历史，早在1946年，美国、加拿大、挪威、瑞典等地生产了FPC；七十年代，瑞典的阿斯特拉那比考斯公司和英国的尤尼利巴公司共同开展生产了亲水性浓缩鱼蛋白（EFP）；七十年代中期，日本铃木等研制开发了畜肉状浓缩鱼蛋白（通常称为海洋牛肉）3。 我国对鱼蛋白制品特别是可溶性鱼蛋白粉的研究工作起步很晚，80年代以来，我校大连水产学院，南海水产研究所在借鉴国外研究的基础上，利用我国近海鱼进行了初步的研究，但加工工艺，技术还不很完善3。 黄花鱼是我国东海、黄海、南海产量较大的鱼类,也是我国人民最为喜爱的海鲜之一,为我国主要的经济鱼类。黄花鱼营养丰富，鲜品中蛋白质含量高，钙、磷、铁、碘等无机盐含量也很高，且鱼肉组织柔软，宜于消化吸收。经济价值、营养保健价值非常可观。本论文主要利用不同脱脂方法对黄花鱼肉进行脱脂，进而筛选出最佳脱脂方法，并将脱脂鱼肉酶解，研究采用外源蛋白酶水解脱脂后鱼肉蛋白的酶解技术条件，以增加蛋白质的水溶性，并测定相关技术指标。 2、材料与方法 2.1实验原料 黄花鱼：体长1525cm，经采肉后分装于保鲜袋中冻藏，购于黑石礁市场 2.2仪器设备 KDN-04型消化炉：上海新嘉电子有限公司； LD5-2A离心机：北京医用离心机厂； 全能台式冷冻离心机：科峻仪器公司； HHS1-6电热恒温水浴锅：上海跃进医疗器械厂； 101A-3型干燥箱：上海市实验仪器总厂； SX2-8-10箱式电阻炉：上海跃进医疗器械厂； SHZ-A水浴恒温振荡器：上海跃进医疗器械厂； LD4-2A离心机：北京医用离心机厂； pHS-2C型精密酸度计：上海雷磁仪器厂； DS-1高速组织捣碎机：上海标本模型厂制造； HH-4数量恒温水浴锅：国华电器有限公司； pHS-25C数字式酸度计：上海理达仪器厂； 微量凯氏定氮仪 2.3试剂 2.3.1化学试剂 CuSO4；HCl；K2SO4；NaCl； NaH2PO4；K2HPO4；NaOH； -1- NaHCO3；氯仿；甲醇；乙醚； 硼酸；浓H2SO4；乙醇；海砂； 异丙醇；乙酸乙酯；无水Na2CO3； 2.3.2酶制剂 碱性脂肪酶：深圳市绿维康生物有限公司出品 枯草杆菌中性蛋白酶：丹麦NOVO公司出品 2.4方案设计 2.4.1鱼肉脱脂方案 1.水漂洗脱脂 清水漂洗（自来水） 盐水漂洗（0.3%NaCL水溶液） 碱水漂洗（0.4%NaHCO3水溶液） 2.溶剂脱脂 分别采用乙醇，异丙醇，乙醇+乙酸乙酯，异丙醇+乙酸乙酯四种溶剂脱脂，选出脱脂效果最佳的有机溶剂，作正交实验，确定其最佳脱脂条件。 3.脂肪酶脱脂 分别按只改变酶的脱脂时间；只改变酶的添加量进行单因素脱脂实验，作出相应曲线。 改变酶的脱脂时间：10min；20min；35min；50min；70min；90min； 改变酶的添加量：20U/ml；30U/ml；40U/ml；50U/ml；60U/ml。 2.4.2酶解方案 酶解：采用枯草杆菌中性蛋白酶对脱脂鱼肉进行酶解。 测定指标：水解度（DH%）；可溶性蛋白质（NSI%） 2.5测定方法 2.5.1水分含量的测定 常压直接干燥法，按照参考文献6中的水分测定方法。 2.5.2灰分含量的测定 马福炉法，按照参考文献6中的灰分测定方法。 2.5.3脂肪含量的测定 索氏抽提法，按照参考文献6中的脂肪测定方法。 2.5.4蛋白质含量的测定 微量凯氏定氮法，按照参考文献6中的蛋白质测定方法。 注： 测量蛋白质含量所用的盐酸必须标定，其标定方法（标定0.1mol/L的盐酸）： 吸取9ml 浓HCL，定容至1000ml容量瓶中即为待标定液。 精确称量270300灼烧到恒重的无水Na2CO3 0.2g溶于50ml水中，滴加10滴溴甲酚绿甲基红混合指示剂，用配好的待标定HCL滴定混合指示剂，使其由绿色变为暗红，煮沸2min后，冷却，继续滴定至再次出现暗红色。同时作空白实验。 公式： C（HCL）=m/（V1-V2）*0.05299 m无水Na2CO3的质量（g） -2- V1盐酸的消耗量ml V2空白实验盐酸的消耗量ml 2.5.5水解度（DH%）的测定pH-stat法 1.DH%的定义 DH=被水解的肽键的数目/总的肽键的数目*100% 2.操作步骤 经脂肪酶在最佳条件（40U/ml，50min，32）脱脂鱼肉与一定比例的蒸馏水混合放入组织捣碎机中捣成匀浆，称取一定量的匀浆，用适量的水将其转入水解容器中调成溶液，用酸（H2SO4）/碱（NaOH）调节溶液pH至所要求的值，置摇床水浴中。加入精确称量的枯草杆菌中性蛋白酶进行水解，水解过程中不断滴加已知摩尔浓度的NaOH溶液，使其水解体系pH值维持在所要求值。记录加碱量和时间至2h。 3.公式 DH=h/h总*100% =B/*h总*100% =10pH-pka/1+10pH-pka（pKa= 7.5 ， pH=6.84） B碱消耗的当量数； h被水解肽键的当量数 h总蛋白质中总的可被水解的肽键数；h总8 2.5.6可溶性氮（NSI%）的测定 1.公式 NSI%=上清液中总氮量/酶解物中总氮量*100% 2.操作步骤 经脂肪酶在最佳条件（40U/ml，50min，32）脱脂鱼肉与一定比例的蒸馏水混合放入组织捣碎机中捣成匀浆，称取一定量的匀浆，用适量的水将其转入水解容器中调成溶液，用酸（H2SO4）/碱（NaOH）调节溶液pH至所要求的值，置摇床水浴中。加入精确称量的枯草杆菌中性蛋白酶进行水解，分别水解不同时间：10min；20min；40min；60min；80min；100min；120min，对酶灭活后，冷却置于离心机中，离心10min，取上清液。 2.6鱼肉脱脂 2.6.1水漂洗 1.配制溶液 .0.3%NaCL水溶液：准确称量3克NaCl于烧杯中，用900毫升自来水使其溶解，转移至1000毫升容量瓶中并定容至1000毫升。 .0.4%NaHCO3水溶液：准确称量4克NaHCO3于烧杯中，用900毫升自来水使其溶解，转移至1000毫升容量瓶中并定容至1000毫升。 2.漂洗工艺 鱼肉与清水（溶液）按1：4（质量比）比例混合，慢速搅拌34分钟，静置2分钟。 清水漂洗：将鱼肉用清水漂洗2次，弃上清液，再用清水冲洗2次，置离心机脱水 盐水漂洗：将鱼肉用0.3%NaCL水溶液漂洗3次，弃上清液，再用清水冲洗1次，置离心机脱水 -3- 碱水漂洗：将鱼肉用0.4%NaHCO3水溶液漂洗2次，弃上清液，再用0.3%NaCL水溶液漂洗1次，再用清水冲洗1次，置离心机脱水 2.6.2溶剂脱脂 1.工艺流程 原料鱼去头，内脏采肉溶剂萃取脱脂离心脱脂鱼肉 2.操作步骤 .鱼肉与溶剂以1：1（质量比）混合，常温下置1小时，并不时慢速搅拌； .用纱布过滤除去溶剂后二次加入溶剂，置70水浴锅中，1小时后置离心机除去溶剂。 2.6.3脂肪酶脱脂 1.脂肪酶作为脱脂剂的原理 要除去过多的油脂，主要是甘油三酯，利用脂肪酶特异性作用于油脂的酯键，使油脂水解成甘油和脂肪酸，甘油溶于水中，脂肪酸与少量调pH的碱性缓冲溶液形成皂盐，通过离心除去。 2.实验步骤 将鱼肉放入锥形瓶中，取应加入量一半的缓冲液（鱼肉与酶液以1：3比例）加入锥形瓶中，用酸度计测定该溶液pH值（此时鱼肉与缓冲液的混合液pH应低于原缓冲液的pH值）。另一半缓冲液，先取少许将酶溶解，注入锥形瓶中，并用剩余缓冲液将盛酶的烧杯冲洗数次。将加入酶的样液放入气浴摇床（温度32），分别按只改变酶的脱脂时间；只改变酶的添加量进行单因素脱脂实验。 改变酶的脱脂时间：10min；20min；35min；50min；70min；90min； 改变酶的添加量：20U/ml；30U/ml；40U/ml；50U/ml；60U/ml； 2.7酶解 2.7.1工艺流程 原料匀浆加热到预定温度调节pH加酶保温至预定时间灭酶活冷却离心取上清液 2.7.2操作步骤 经脂肪酶在最佳条件（40U/ml，50min，32）脱脂后的鱼肉与一定比例的蒸馏水混合放入组织捣碎机中捣成匀浆，称取一定量的匀浆，用适量的水将其转入水解容器中调成溶液，用酸（H2SO4）/碱（NaOH）调节溶液pH至所要求的值（pH=6.57.0），置摇床水浴中。加入精确称量的枯草杆菌中性蛋白酶进行水解，其最适pH为6.57.0， 最适温度为5055 OC酶活为33.7327*104u/g。水解过程中不断滴加已知摩尔浓度的NaOH溶液，使其水解体系pH值维持在所要求值（pH=6.84）。记录加碱量和时间至2h。根据pH-stat法计算水解度。 另取一组锥形瓶称取一定量的匀浆，按上述操作加入蛋白酶后分别水解不同时间：10min；20min；40min；60min；80min；100min；120min，对酶灭活后，冷却置于离心机中，离心10min，取上清液,计算可溶性氮含量。 3、实验结果与讨论 3.1实验结果 3.1.1原料鱼各成分测定 黄花鱼是我国主要的经济鱼类，其蛋白质含量高，且含有多种人体必需的氨基酸；脂肪含量低，-4- 营养丰富并且具有食疗价值。其各营养成分含量参见表3-1。 表3-1：原料鱼各营养成分含量 样品 水分% 灰分% 脂肪% 蛋白质% 原料鱼 80.5700 0.5737 3.3570 73.3000 注：脂肪含量，蛋白质含量均以干基计算 3.1.2水漂洗后各成分测定 漂洗是脱脂方法的一种，脱脂过程同时也可除去色素，鱼腥味等，但漂洗后鱼肉中蛋白质损失较严重，且随着漂洗次数的增多，营养成分流失增大。本试验选用清水、盐水、碱水三种漂洗方式，其漂洗后各营养成含量参见表3-2。 表3-2：水漂洗后各营养成分含量 含 量 方 法 水分 （%） 灰分 （%） 脂肪 （%） 蛋白质 （%） 清水漂洗 89.41000.02881.166058.7946 盐水漂洗 88.14000.12031.757056.6938 碱水漂洗 90.60000.13151.241042.9935 4.0 3.5 3.0 脂肪含量(%) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1 234原料鱼 盐水漂洗 碱水漂洗 清水漂洗 图3-1水漂洗前后鱼肉脂肪含量对比图 -5- 92 90 88 86 水分含量(%) 84 82 80 78 76 74 1 4 23原料鱼 清水漂洗 盐水漂洗 碱水漂洗 图3-2水漂洗前后鱼肉水分含量对比图 0.7 0.6 0.5 灰分含量(%) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 4 23原料鱼 清水漂洗 盐水漂洗 碱水漂洗 图3-3水漂洗前后鱼肉灰分含量对比图 -6- 80 70 60 蛋白质含量(%) 50 40 30 20 10 0 1 4 23原料鱼 清水漂洗 盐水漂洗 碱水漂洗 图3-4水漂洗前后鱼肉蛋白质含量对比图 漂洗过程脱去鱼肉中脂肪，同时脱去色素，除去肉中腥味。水漂洗脱脂过程中清水漂洗效果最佳，且营养成分损失少4。 1.由图3-1可知，溶液漂洗均在一定程度上去除脂肪，脱脂效果相近，其中清水漂洗效果最佳，脱脂率为65.27%。 2.由图3-2可知，由于胶凝作用，三种溶液漂洗后的鱼肉水分含量均高于原料鱼（80.57%），分别为89.41%，88.14%，90.60%，离心后仍很难除去水分。 3. 由图3-3可知，选用三种漂洗方法灰分都不同程度的下降。清水漂洗下降的尤其严重，灰分含量为0.0288%。盐水漂洗及碱水漂洗后灰分含量约为清水漂洗的6倍，原因可能是盐溶液与碱溶液中的无机盐在漂洗过程中进入到鱼肉里。 4. 由图3-4可知，水漂洗过程除去水溶性蛋白质，同时也损失部分盐溶性蛋白质，因此，漂洗后蛋白质含量低于未漂洗的。随着漂洗次数的增高，蛋白质损失增多，蛋白质含量降低。碱水漂洗蛋白质损失最高，这是由于碱水使鱼肉的pH值升高，而偏离等电点，提高了蛋白质的溶解性，而使蛋白质损失。 3.1.3不同有机溶剂脱脂后脂肪含量测定 有机溶剂脱脂时，本试验选用乙醇、异丙醇、乙醇+乙酸乙酯、异丙醇+乙酸乙酯在相同的实验条件下进行对比试验，试验结果参见表3-3。 表3-3：四种有机溶剂浸提后残脂含量 脱脂剂 乙醇 异丙醇 乙醇+乙酸乙脂 异丙醇+乙酸乙脂 脂肪（%）1.1421 0.9815 1.3341 1.2490 注：脂肪含量，蛋白质含量均以干基计算 -7- 4.0 3.5 3.0 脂肪含量（%） 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 1 2345原料鱼 乙醇 异丙醇 乙醇+乙酸乙酯 异丙醇+乙酸乙酯 图3-5四种溶剂脱脂效果对比图 由图3-5可知：原料经过有机溶剂浸提后样品的水分含量和脂肪含量普遍降低，但不同的萃取剂具有不同的脱水、脱脂能力，在相同的实验条件下，以异丙醇浸提效果最好，样品中残脂含量达0.9815%，脱脂率为70.76%，且优于水漂洗法脱脂。混合有机溶剂对样品的脱脂效果有负面影响，在乙醇中加入乙酸乙酯后，残脂含量由原来的1.1421%上升至1.3341%；同时在异丙醇中加入乙酸乙酯后，残脂含量由原来的0.9815%上升至1.2490%，脱脂率反而降低。此外，采用有机溶剂作提取剂，脱脂的同时脱去大量水分，因此，脱脂鱼肉肉质较硬且无腥臭味。 3.1.4异丙醇脱脂正交实验 以异丙醇进行浸提脱脂，则具有较高的脱脂脱水能力，且成品无腥臭味。本试验选用异丙醇为脱脂剂作正交实验，优化异丙醇脱脂条件。试验结果参见表3-4，表3-5。 表3-4：异丙醇脱脂正交实验因素水平表 因 素 水 平 A 时间 （min） B 温度 （）C 溶剂量 （g） 1 30（脱水） 110（脱脂）35 25 2 50 90 55 38 3 70 70 75 50 -8- 表3-5：正交实验分析表 由正交试验结果及分析数据可知，影响异丙醇脱脂效果因素主次为CAB，即溶剂量脱脂间脱脂温度。 件应为A1B3C2，但由于温度为最次影响因素，因此最佳条件可取A1B2C2。 ，的结合，从而提高了脱脂效果，此时样品中的脂肪含量随之减少，从而确定脂肪酶最：只改变脂肪酶作用时间，脱脂温度为32，脂肪酶的添加量为40U/ml.试验结正交表 时间（A）实验号 140/min 温度（B） 溶剂量（C）g 脂肪（%） 1 30 110 35 25 1.6000 2 30 110 55 38 0.8956 3 30 110 75 50 0.7718 4 50 90 35 38 1.7210 5 50 90 55 50 1.3690 6 50 90 75 25 0.9964 7 70 70 35 50 1.7300 8 70 70 55 25 1.4920 9 70 70 75 38 0.6674 I水平和 3.2674 5.0510 4.0884 水平和 4.0864 3.7566 3.2840 水平和 3.8894 2.4356 3.8708 平均KI 1.0891 1.6837 1.3628 平均K 1.3621 1.2522 1.0947 平均K 1.2965 0.8119 1.2903 极差R 0.2730 0.8718 0.2681 1.时最佳溶剂量为C2即38g；最佳脱水脱脂时间为A1即脱水30min脱脂110min,最佳脱脂温度为B3即75。因此最佳脱脂条2.在脱水阶段，由于异丙醇在常温下就能与鱼肉内的水互溶，所以温度对异丙醇的脱水影响很小，在此阶段异丙醇互溶了大量水分，使其浓度显著下降，即使提高温度，对脱脂影响甚小。因此在脱水阶段选用常温为宜。 3.在脱脂阶段，鱼肉中的水分大部分已除去，这时异丙醇浓度较高，随着温度的升高，分子运动加剧，加速了扩散与渗透过程当温度升至接近异丙醇与水的共沸点80时，异丙醇脱脂率达到最高，样品中脂肪含量达到最小。选择75为脱脂温度既能达到最大脱脂效果，又能避免异丙醇沸腾损耗。 3.1.5脂肪酶脱脂最佳条件的确定 本试验采用碱性脂肪酶（酶活：13000u/g）为生物脱脂剂，进行单因素试验佳脱脂条件。 1.脂肪酶作用时间对脱脂率的影响 进行单因素试验果参见表3-6。 -9- 表3-6： 不同作用时间的残脂含量 图3-6脂肪含量随脂肪酶作用时间变化曲线 1.在加酶量不变的条件下，随图3-6可知：在前10min内肪酶已脱去样品中大量脂肪，残脂量仅0.9399%，但随后脂肪含量继续减少，时间超过50min 时间 10min 70min 90min 20min 35min 50min 错误！ 脂肪（%） 0.9399 0.8592 0.6925 0.3768 0.4648 0.4537 着脱脂时间的延长，脱脂效果越好。由脂后，脱脂效果没有明显变化，曲线趋于平缓，残脂率反而略有增加；因此，脂肪酶作用50min脱脂效果最佳，残脂含量为0.3768%，脱脂率为88.78%。 2.由表3-6可知，脂肪酶脱脂后残脂含量均在1%以下，脱脂效果优于漂洗法及溶剂浸提法。 2.脂肪酶添加量对脱脂率的影响 进行单因素试验：只改变脂肪酶的添加量，脱脂温度为32，脱脂时间为50min。试验结果参见表3-7。 0 0.5 3.5 4.0 0 10 2035507090/分钟 脂肪含量(%) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 -10- 表3-7：不同加酶量的残脂含量 肪含量随脂肪酶添加量变化曲线 1.由图3-7可知：在脂肪酶作用时间不变的条件下，随着加酶量的增加，脱脂效果越好，酶量超过40U/ml时，脱脂效果变化不大，残脂量反而略有增加，曲线趋于平缓；因此，脂肪酶酶量40U/ml脱脂效果最佳，残脂量0.4286%，脱脂率为87.23%。 3-6效果也有所不品中残脂含量参见表3-8（1），表3-8（2）。 ：三种脱脂方法脱脂前后脂肪含量 0 1.53.0 3.5