蝦類加工副產物酶解工藝初探

沈璐璐，鄧尚貴，趙傳舉

（1.浙江海洋學院食品與藥學學院，浙江舟山 316004；2.浙江味海食品配料有限公司，溫州瑞安 325207）

酶具有專一性強、作用條件溫和以及催化率高等特點，酶解技術在現代醫藥和食品領域的廣泛應用都是基于酶的這些特性。酶解技術能使特定的酶在特定條件下達到最佳酶解效果，相較于其他方法如傳統蒸煮法、微波法等，酶解法對原料的營養成分和小分子氨基酸具有更高的獲取率[1]。張祥剛等[2]對內源酶酶解南美白對蝦蝦頭和蝦殼進行了研究，姜震等[3]為了提取龍蝦廢棄物中的蛋白質也使用了酶解技術。

我國蝦資源豐富，蝦類在加工過程中會產生數以萬噸計的蝦頭、蝦皮、蝦尾等副產物，受技術水平的限制，這些副產物多用于生產低值飼料或是排放到環境中。蝦副產物中營養豐富，含有大量的蛋白質、氨基酸、礦物質、蝦青素、幾丁質以及DHA、EPA和具有降壓作用的多肽[4-5]，如何科學有效地提高蝦副產物的利用率是資源優化利用的研究熱點。本研究以蝦副產物為原材料，利用生物酶解技術，獲取具有高附加值的酶解液。反應制得的酶解液通過美拉德反應或是參與復合調配，還能生產出不同形態的應用型產品，如蝦膏、蝦粉等，這些產品又能輻射到方便食品、休閑食品等行列，具有極大的市場前景。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料

原料于2010年5月購自舟山市某一農貿市場，主要蝦類為對蝦，經處理取其蝦頭、蝦尾和蝦殼等副產物備用。

1.1.2 試劑

木瓜蛋白酶(80萬U/g)、風味酶(20萬U/g)、動物蛋白水解酶(60萬U/g)、中性蛋白酶(20萬U/g)均購自廣西南寧龐博生物工程有限公司；胰酶(4 000U/g)購自南寧東恒華道生物科學技術有限責任公司；硫酸鉀、硫酸銅、氫氧化鈉、乙醚、鹽酸(37%分析純)購自國藥集團化學試劑有限公司；甲醛(36%分析純)購自宜興市第二化學試劑廠。

1.1.3 主要儀器與設備

鯊魚SXC12型絞肉機(上海強正機電有限公司)；85-2恒溫磁力攪拌器(常州國華電器有限公司)；SX2-4-10高溫箱形電爐(上海博訊實業有限公司)；CU420電熱恒溫水箱(上海益恒實驗儀器有限公司)；立式萬用電爐(上?；厶﹥x器有限公司)；DGG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱(上海森信實驗儀器有限公司)；KDN-04C數控消化爐(上海新嘉電子有限公司)；JZQ-Ⅱ型均質器(天津市東康科技儀器技術開發中心)；PHS-3C型pH計(上海虹益儀器儀表有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

原材料→攪碎打漿→蒸煮升溫→恒溫酶解→升溫滅酶→殘渣過濾→均質。

具體步驟：將購于市場的蝦副產物經過處理，整理洗凈，放置通風處瀝干，再將其放入75℃的干燥箱中1.5 h，用絞肉機攪碎成漿狀備用；取備用物料20 g，加入5倍水，以NaoOH調pH至7.0；置于恒溫磁力攪拌器上升溫至55℃，加入中性蛋白酶恒溫作用1 h，再將溫度降至50℃，加入風味蛋白酶恒溫作用3 h；再升溫至95℃保持15 min滅酶；將酶解產物用篩網過濾取得酶解液，通過均質器均質即可。

1.2.2 化學成分測定方法

水分測定采用常壓直接干燥法[6]；灰分測定采用灼燒重量測定法[6]；總蛋白測定采用凱氏定氮法[6]；粗脂肪測定采用索氏抽提法[6]；氨基酸態氮及水解度測定采用甲醛電位滴定法[7]。水解度DH為酶解液中氨基態氮與樣品中總氮的比值。

1.2.3 感官評定法

感官評定是用來測量感官的感知以及這種感知對食物和口味接受性的影響，本實驗在對酶解溫度的確定上使用了該方法，由4位經驗豐富的業內人士評定獲得，評分標準見表1。

2 結果與討論

表1 感官評定表Tab.1 Sense value

2.1 蝦副產物主要成分分析

蝦副產物中具有不亞于蝦肉本身的營養，其主要成分為水分、灰分、總氮以及粗脂肪[8]。對4種成分的測定分別設計了6組平行實驗，實驗結果見表2。水分測定分2步，自然風干時水分較多，占總水分的80%左右，風干效果較明顯。常壓干燥時，由于物料表面已干燥，形成一層阻擋內部水分繼續蒸發的“保護膜”，水分減少的速度明顯減慢，水分蒸發效果并不明顯；灰分測定的結果以干基計，即在除去水分的基礎上計算的灰分含量，在冷卻和測量過程中保持灰化物料處于干燥條件下，避免回吸空氣水分，減小誤差。

2.2 酶解最適條件的確定

2.2.1 酶制劑的確定

影響蝦副產物酶解程度的因素很多，包括酶制劑的選擇、酶用量、固液比、酶解溫度、酶解時間和pH。制定酶解工藝的第一步是要選擇最適合的酶制劑，參考表3可以初步確定。

各種蛋白酶作用于蝦副產物后，能產生更利于人體吸收的氨基酸和多肽，風味蛋白酶則能將原有酶解底物繼續催化，使其風味更加濃郁[11]。以表3中酶制劑最適條件為依據，分別使用足量等量的中性蛋白酶、胰酶、動物蛋白水解酶和木瓜蛋白酶對蝦副產物進行酶解，再加入等量風味蛋白酶進行風味提升。在此條件下酶解液感官評定結果見表4，水解度結果如圖1所示。由表4可知不同酶制劑作用下酶解液呈味結果的優劣順序為2、4、1、3。圖1顯示水解度最高為14.11，故最佳酶制劑為中性蛋白酶與風味酶的組合。

2.2.2 酶用量的確定

各酶制劑適宜的加酶量各不相同，中性蛋白酶和風味蛋白酶加酶量控制在1%左右[10,12]。按L8(42)設計正交試驗，并對氨基態氮進行方差分析，結果見表5和表6。方差分析可知，F值為14.88，查F值表得F0.05（3,4）=6.59,14.88＞6.59,P＜0.05，F值和P值可以反映變量的重要性，F值越大，P值越小顯著性越大[13]。加酶量對蝦副產物酶解程度有顯著性影響，結合酶解液的呈味結果，確定最佳酶用量為中性蛋白酶1 000 U/g，風味蛋白酶1 000 U/g。

2.2.3 固液比的確定

表2 蝦副產物主要成分分析Tab.2 Analysis of main components on by-products of shrimp

表3 各種蛋白酶的特性[9-10]Tab.3 Characteristics of different proteinase

表4 酶解液感官評定結果Tab.4 Results of enzymolysis liquid′s sensory evaluation

圖1 不同酶制劑下的水解度Fig.1 Hydrolysis degree on different enzyme

表5 酶用量對酶解液風味和氨基態氮含量的影響Tab.5 Effect of enzyme amount on enzymolysis liquid′s flavour and amino-acid nitrogen content

固液比對酶解程度也有較大影響，一定液體的混入，既有利于酶解底物在反應過程中均勻受熱，也有利于酶制劑的分散，提升反應速度，提高產物酶解率，而過量的水分則會使酶制劑濃度處于較低水平，不利于酶解的進行[14]。改變固液比，測得氨基態氮的結果如圖2所示。隨著固液比的下降，酶解液中氨基態氮含量不斷升高，達到1:5后氨基態氮含量增加趨于水平，直至下降。受制于實驗條件，確定1:5為最佳固液比。

2.2.4 酶解溫度的確定

溫度對酶解率的影響頗為重要，溫度太低會使酶活性受到抑制，而溫度過高會使酶失活[15]，兩者都能造成酶解率下降。根據表3在40～60℃范圍內改變酶解溫度，采用正交法和感官評定法確定最佳酶解溫度，在所設計的正交試驗下測得的氨基態氮含量如圖3所示，根據表1的感官評定標準，評定結果見表7。結合表7和圖3可知，風味佳酶解效率高的溫度組合為10，即中性蛋白酶溫度55℃，風味蛋白酶溫度50℃為最佳酶解溫度。

表6 氨基態氮方差分析表Tab.6 ANOVA Value on amino-acid nitrogen

圖2 固液比對氨基態氮含量的影響Fig.2 Effect of solid-liquid ratio on amino-acid nitrogen content

表7 溫度對酶解液風味的影響Tab.7 Effect of temperature on enzymolysis liquid's flavour

2.2.5 酶解時間的確定

時間也是影響酶解率的一個重要因素，充分的酶解時間，可以使蛋白質轉化為氨基酸和短肽的概率達到最大。作用時間過長會使酶解液呈現明顯的苦味，這是由于在肽末端存在一些疏水性氨基酸這些氨基酸會隨著酶作用時間過長從肽上脫離，中性蛋白酶和風味蛋白酶都具有內肽酶的本質特點即對疏水性或堿性殘基的C末端多肽結合特異性較差，更加增加了苦肽酶產生的可能[16]。所以應合理控制酶解時間避免呈味不佳。在單因素實驗的基礎上，設計中性蛋白酶和風味蛋白酶酶解時間的正交實驗，實驗結果見表8，對氨基態氮的方差分析見表9。結合表9結果查F值表得到F0.05（1,4）=7.71＜33.11，P＜0.05，故組間和組內的差異性明顯，不同時間對酶解率有顯著性意義。由表8可知保證酶解液風味佳的前提下，組合5具有最佳酶解率，故確定酶1作用時間為1 h，酶2作用時間為3 h，綜合酶解時間4 h為最佳酶解時間。

2.2.6 pH的確定

圖3 不同溫度組合下的氨基態氮Fig.3 Amino-acid nitrogen content on different temperature combination

pH可以影響底物與酶制劑的解離程度，過小或過大的pH都會使酶制劑失活，只有在最適的pH下，才能使酶制劑具有最佳催化作用[17]。根據表2將pH控制在6～8范圍內，為了保證實驗的連續性，2種酶制劑在相同的pH條件下進行酶解。結果如圖4所示。由圖4可知，氨基態氮含量隨pH條件的變化明顯，最佳pH為7.0。這是由于所用酶制劑中的中性蛋白酶是一種對pH要求較高的酶類，故在最適點能得到最大的酶解效果。

3 結論

蝦類副產物中各主要成分含量，除了水分占絕大多數外，灰分含量為14.36%，蛋白質含量為12.48%，粗脂肪含量為2.59%。該結果可以為人們更精確地了解其組成成分、提取并分離其營養物質提供可靠的依據。綜合各因素最佳條件對蝦副產物進行最終酶解，得到的酶解液風味濃郁醇厚，氨基態氮含量高于各個分段實驗，結果得到有效驗證。最終確定的最適條件為：酶制劑為中性蛋白酶與風味酶的復合；中性蛋白酶最適酶用量為1 000 U/g、最佳酶解溫度55℃、酶解時間為1 h；風味蛋白酶最適酶用量為1 000 U/g、最佳酶解溫度為50℃、酶解時間為3 h；整個實驗過程最適pH為7.0，最適固液比為1:5。

表8 時間對酶解液風味和氨基態氮含量的影響Tab.8 Effect of time on enzymolysis liquid's flavour and amino-acid nitrogen content

表9 氨基態氮方差分析表Tab.9 ANOVA on amino-acid nitrogen

圖4 pH對酶解液氨基態氮含量的影響Fig.4 Effect of pH on amino-acid nitrogen content

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