鮐魚蛋白粉的制備及其品質(zhì)分析

馬丹妮,馬佳雯,趙震震,王正東,曹少謙,戚向陽,*

(1.浙江萬里學院生物與環(huán)境學院,浙江寧波 315100;2.浙江寧波裕天生物科技有限公司,浙江寧波 315100)

近年來我國水產(chǎn)產(chǎn)量逐年遞增,水產(chǎn)資源豐富。其中低值魚占水產(chǎn)產(chǎn)量的50%～60%,且具有高蛋白、低脂肪、低膽固醇等優(yōu)點,然而加工比例卻不到20%,利用率相對較低,蛋白資源浪費嚴重[1]。蛋白質(zhì)是人類健康必不可少的營養(yǎng)物質(zhì),具有調(diào)節(jié)人體水分平衡,增強免疫力,緩解身體疲勞等功能。蛋白粉作為一種新型高蛋白食品,可作為蛋白補充劑為人類機體補充所需蛋白質(zhì)[2]。目前蛋白粉產(chǎn)品主要以花生蛋白、大豆蛋白等植物蛋白為主。植物蛋白雖然具有良好的加工特性,但由于植物蛋白外周有纖維膜包裹,導致消化吸收率不如動物蛋白高,人體難以將其消化吸收[3]。而動物蛋白主要來源于家禽及魚類的奶、蛋、肉等,氨基酸成分全面,營養(yǎng)豐富,吸收利用率較高。其中魚肉蛋白富含游離必需氨基酸,且氨基酸種類接近人體需要,易被人體消化吸收,是一種不可多得的優(yōu)質(zhì)食用蛋白[4]。若能以低值魚類為原料,制備出以魚蛋白為主的高品質(zhì)魚蛋白粉,對于實現(xiàn)低值魚資源的高值化利用,降低環(huán)境污染,緩解水產(chǎn)資源浪費等具有重要的經(jīng)濟效益和社會意義。

然而,目前魚蛋白粉的制備工藝較落后,未能有效解決產(chǎn)品中存在的腥味重、蛋白含量低、酸價高、易氧化腐敗等問題,導致其主要用于飼料加工,難以應(yīng)用于食品。其原因可能是由于原料魚自身對外部揮發(fā)性有機物的吸收,或因儲藏處理不當導致微生物繁殖及酶促作用等原因,使產(chǎn)品存在較濃的魚腥味[5]。其次,原料魚多含不飽和脂肪酸,易氧化變質(zhì)產(chǎn)生異味,從而使產(chǎn)品不易保存,貨架期縮短[6]。目前關(guān)于高品質(zhì)魚蛋白粉制備工藝的研究較少,何建君等利用胰蛋白酶和NaOH對低值鰱魚蛋白質(zhì)進行水解,制備液化魚蛋白粉,蛋白含量達85.1%,但水解液存在一定腥苦味,導致產(chǎn)品口感欠佳[7]。陳海桂等以低值鮐魚為原料,進行脫腥工藝研究,制備高質(zhì)量功能性蛋白粉,結(jié)果表明用1%的活性炭,在40 ℃下脫腥40 min,制成的魚蛋白粉蛋白含量高,并含有大量易于人體吸收的游離氨基酸,魚腥味雖有所減弱,但依舊影響口感,產(chǎn)品品質(zhì)不高[8]。盧春霞對大黃魚的脫脂技術(shù)進行正交優(yōu)化試驗,結(jié)果表明脫脂的最佳工藝參數(shù)為:酶量39.50 U/mL、復合鹽配比0.27% NaHCO3/1.0% NaCl,脫脂時間為67.62 min,此時脫脂率達40.32%[9]。徐永霞等采用茶多酚溶液對帶魚進行脫腥處理,結(jié)果表明帶魚在0.3%茶多酚溶液,40 ℃下浸泡70 min后,腥味成分顯著減少[10]。故本文以海洋低值魚為原料,針對上述魚蛋白粉腥味重,脂肪易氧化腐敗等問題探討魚蛋白粉的脫腥、脫脂工藝,以制備無魚腥味,脂肪氧化程度低,蛋白含量高的可應(yīng)用于食品的高品質(zhì)魚蛋白粉,為低值魚及水產(chǎn)加工副產(chǎn)物的深度開發(fā)及高值化利用提供一定的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮低值鮐魚 購自寧波市鄞州萬達沃爾瑪超市;碳酸氫鈉、石油醚、濃鹽酸、濃硫酸、茚三酮、氫氧化鈉、硼酸、三氯乙酸、磷酸組胺、正戊醇、三甲胺鹽酸鹽等為分析純 上海國藥集團化學試劑有限公司;堿性脂肪酶(3.0×105U/g) 上海阿拉丁試劑有限公司;混合氨基酸標準溶液(Type H型) 日本和光純藥工業(yè)株式會社;茶多酚、β-環(huán)狀糊精、活性干酵母等為食品級 市售。

GC-2014C氣相色譜儀 日本島津儀器有限公司;Waters e2695型高效液相色譜儀 美國Waters公司;KDN-12C凱氏定氮儀 浙江托普儀器有限公司;L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立公司;UGC-12C氮吹儀 北京優(yōu)晟聯(lián)合科技有限公司;5804R高速離心機 德國Eppendof;DNP-9272A電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海賀德實驗設(shè)備有限公司;FE20實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng) 德國Airsense公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚蛋白粉基本生產(chǎn)工藝 將新鮮鮐魚去頭尾、魚骨、內(nèi)臟,剝皮,清洗干凈后采肉,將魚肉按料液比1∶2,加入4% NaHCO3,0.5%堿性脂肪酶的復合脫脂劑,30 ℃下脫脂60 min。隨后將魚肉放入90 ℃下水浴加熱滅酶30 s,用紗布過濾,洗凈瀝干。接著按上述方法加入3%酵母,35 ℃下脫腥1.5 h,70 ℃加熱1.5 min滅酵母后,紗布過濾后加入4%的茶多酚,40 ℃下脫腥2 h,如此重復脫腥3次,再用紗布過濾魚肉。處理完畢后將魚肉放入鍋內(nèi)于98 ℃下蒸煮30 min,用紗布瀝干,再壓榨魚肉至無魚汁流出,于90 ℃下干燥至含水量達10%左右,經(jīng)粉碎后得魚蛋白粉。

1.2.2 基本成分分析 水分含量測定采用GB 5009.3-2016直接干燥法[11];灰分含量測定采用GB 5009.4-2016[12];蛋白質(zhì)含量測定采用GB 5009.5-2016凱氏定氮法[13];粗脂肪含量測定采用GB 5009.6-2016索氏抽提法[14]。過氧化值含量測定采用GB 5009.227-2016滴定法進行檢測[15];揮發(fā)性鹽基氮含量測定采用GB 5009.228-2016半微量定氮法[16];酸價含量測定采用GB 5009.229-2016[17];組胺含量測定采用GB/T 5009.45-2003分光光度法[18]。

1.2.3 魚蛋白粉復合脫脂工藝正交優(yōu)化實驗 在預實驗和前期單因素實驗基礎(chǔ)上,初步確定NaHCO3和堿性脂肪酶添加量分別為3%～5%和0.4%～0.6%,溫度范圍為30～50 ℃,在此范圍內(nèi),魚肉脫脂率均較高。故選用NaHCO3和堿性脂肪酶作為復合脫脂液對魚肉進行脫脂。在pH9甘氨酸-NaOH緩沖液,作用時間60 min的條件下,以NaHCO3濃度,堿性脂肪酶酶添加量和作用溫度為因素,以脫脂率為指標進行三因素三水平的正交優(yōu)化實驗,因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

脫脂率(%)=(脫脂前原料魚的含脂量-脫脂后原料魚的含脂量)/脫脂前原料魚的含脂量×100

1.2.4 魚蛋白粉脫腥工藝研究

1.2.4.1 酵母脫腥工藝正交優(yōu)化 在單因素實驗基礎(chǔ)上,選用酵母濃度范圍2%～4%、作用溫度30～40 ℃、作用時間0.5～1.5 h為三因素三水平,以三甲胺含量為指標進行茶多酚脫腥工藝的正交優(yōu)化實驗,因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表Table 2 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.4.2 茶多酚脫腥工藝正交優(yōu)化實驗 在前期單因素實驗基礎(chǔ)上,選用茶多酚濃度范圍2%～6%、作用溫度35～45 ℃、作用時間1.0～2.0 h為三因素三水平。魚腥味主要由魚體內(nèi)氧化三甲胺在微生物和酶的作用下被降解成有腥臭味的三甲胺引起的[19],故以三甲胺為指標進行茶多酚脫腥工藝的正交優(yōu)化實驗,因素水平見表3。

表3 正交試驗因素水平表Table 3 Factors and levels of orthogonal experiment

1.2.4.3 組合脫腥工藝 結(jié)合酵母、茶多酚的最佳脫腥工藝條件,將酵母和茶多酚組合進行脫腥,即先用酵母(3%,35 ℃,1.5 h)脫腥,經(jīng)70 ℃加熱1.5 min滅活酵母后再用茶多酚(4%,40 ℃,2.0 h)脫腥,重復循環(huán)4次,測定每次脫腥后魚肉的三甲胺含量。

脫除率(%)=(脫腥前原料魚的三甲胺含量-脫腥后原料魚的三甲胺含量)/脫腥前原料魚的三甲胺含量×100

1.2.5 三甲胺分析 三甲胺含量測定采用GB 5009.179-2016頂空氣相色譜法[20]。

樣品前處理:準確稱取樣品5.0 g于50 mL離心管中,加入20 mL5%三氯乙酸溶液,均質(zhì)1 min,以4000 r/min離心5 min,取上清液于50 mL容量瓶,殘留物依次用15 mL和10 mL5%三氯乙酸溶液重復提取兩次,合并濾液并用5%三氯乙酸溶液定容至50 mL,待上機備用[20]。

色譜條件:色譜柱30 m×0.53 mm×1.0 μm,載氣2.5 mL/min高純氮氣,進樣口溫度220 ℃,升溫程序40 ℃保持3 min,以30 ℃/min速率升至220 ℃,保持1 min,檢測器溫度220 ℃,尾吹氣35 mL/min氮氣,氫氣流量40 mL/min,空氣流量400 mL/min。

1.2.6 氨基酸分析 總氨基酸樣品前處理:分別取5 g魚蛋白粉和濃鹽酸于25 mL水解管中,氮吹封口,110 ℃恒溫消解22 h,消解結(jié)束后高純水定容至25 mL,濾紙過濾,棄去初濾液,取0.2 mL濾液,氮吹至干,加2 mL 0.02 mol/L鹽酸溶液溶解,渦旋混勻后,取適量溶液過0.22 μm濾膜,即得到待測液,待上機分析[21]。

檢測參數(shù):分離柱(內(nèi)填日立專用離子交換樹脂,4.6 mm ID60 mm 3 μm),分離柱柱溫55 ℃,梯度洗脫,洗脫液流速0.30 mL·min-1,反應(yīng)柱(內(nèi)填金剛砂惰性材料,4.6 mm ID40 mm)柱溫130 ℃,反應(yīng)液茚三酮流速0.30 mL·min-1,檢測波長570和440 nm,進樣量20 μL,樣品分析周期為50 min。

1.2.7 魚蛋白粉營養(yǎng)評價 魚蛋白粉的氨基酸評分、化學評分分別按以下公式計算:

氨基酸評分(AAS)=樣品氨基酸含量/WHO/FAO評分標準模式氨基酸含量

1.2.8 電子鼻分析 取0.5 g魚蛋白粉,置于10 mL頂空瓶中,加蓋密封一段時間,通過電子鼻檢測系統(tǒng)檢測,樣品的檢測參數(shù)為清洗時間60 s,零點調(diào)節(jié)時間5 s,連接樣品時間5 s,測量時間120 s,進樣流量300 mL· min-1,采用WinMuster軟件對穩(wěn)定后第113～114 s數(shù)據(jù)進行主成分分析(PCA)[22]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

2 結(jié)果與分析

2.1 原料魚基本成分分析

如表4所示,低值原料魚蛋白含量為17.59%,高于鳙魚(蛋白含量15.96%)[6]、鳀魚(蛋白含量16.71%)[23]等魚肉蛋白,表明原料魚蛋白含量豐富,是制備魚蛋白粉的良好來源。而脂肪含量高達15.35%,且所含脂肪大多為易氧化腐敗、產(chǎn)生刺激性氣味的不飽和脂肪酸[24],極易使制備魚蛋白粉產(chǎn)生異味,品質(zhì)下降,嚴重影響貨架期。因此,為制備高品質(zhì)魚蛋白粉,需對原料魚進行脫脂處理。

表4 原料魚基本成分(%)Table 4 Basic ingredients of raw fish(%)

2.2 復合脫脂工藝正交優(yōu)化試驗

由表5、表6可知,復合脫脂效果的各因素影響大小為:A(NaHCO3濃度)>C(酶添加量)>B(溫度),其中,因素A(NaHCO3濃度)和C(酶添加量)對鮐魚肉脫脂率有顯著性影響(P<0.05),B(時間)的影響不顯著(P>0.05)。綜合以上分析結(jié)果,NaHCO3和堿性脂肪酶復合脫脂的最佳工藝條件為A2B1C2,即NaHCO3濃度4%,作用溫度30 ℃,酶添加量0.5%。在此條件下,原料魚的脫脂率達48.74%。

表5 復合脫脂工藝正交試驗表Table 5 Orthogonal test results of compound degreasing process

表6 正交試驗方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal experiment

2.3 酵母脫腥工藝正交優(yōu)化試驗

由表7、表8可知,酵母脫腥的各因素影響大小為:A(酵母濃度)>B(作用溫度)>C(作用時間),其中,因素A(酵母濃度)和B(作用溫度)對鮐魚三甲胺含量有顯著性影響(P<0.05),C(作用時間)的影響不顯著(P>0.05)。根據(jù)K值大小,酵母最佳脫腥條件為A2B2C3,即酵母濃度3%,作用溫度35 ℃,作用時間1.5 h。在此條件下,原料魚三甲胺含量可降至62.20 mg·kg-1。

表8 試驗方差分析Table 8 Variance analysis of orthogonal experiment

表7 酵母脫腥工藝正交試驗表Table 7 Orthogonal test results of deodorization process with yeast

2.4 茶多酚脫腥工藝正交優(yōu)化試驗

由表9、表10可知,茶多酚脫腥效果的各因素影響大小為:A(茶多酚濃度)>B(溫度)>C(作用時間),其中因素A(茶多酚濃度)和因素B(作用溫度)對鮐魚三甲胺含量有顯著性影響(P<0.05),C(作用時間)的影響不顯著(P>0.05)。綜合以上分析結(jié)果,茶多酚最佳脫腥條件為A2B2C3,即茶多酚濃度4%,作用溫度40 ℃,作用時間2 h。在此條件下,可將原料魚三甲胺含量(109.42 mg·kg-1)降低至68.52 mg·kg-1。

表9 茶多酚脫腥工藝正交試驗表Table 9 Orthogonal test results of deodorization process with tea polyphenol

表10 正交試驗方差分析Table 10 Variance analysis of orthogonal experiment

2.5 組合脫腥工藝試驗

由圖1可知,隨著脫腥次數(shù)的增加,原料魚中三甲胺含量明顯降低(P<0.05),但處理三次后,再增加脫腥次數(shù),原料魚中的三甲胺含量無明顯變化(P>0.05)。三次組合脫腥處理后,魚肉中三甲胺含量僅為52.13 mg·kg-1,脫除率達到52.36%,明顯降低原料魚腥味。

圖1 酵母-茶多酚組合脫腥處理效果Fig.1 Deodorizing effect of combination of yeast and tea polyphenols 注：不同小寫字母表示具有顯著性差異(p<0.05)。

2.6 魚蛋白粉品質(zhì)分析

2.6.1 魚蛋白粉一般理化指標 如表11所示,經(jīng)脫腥、脫脂工藝處理后制備的魚蛋白粉蛋白含量顯著增加,遠遠高于未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉(49.55%),且脂肪含量、酸價、POV值、揮發(fā)性鹽基氮以及組胺的含量也大大降低,表明經(jīng)過處理后制備的魚蛋白粉品質(zhì)大大提升。組胺被認為是毒性最大的一類生物胺物質(zhì),人體過度攝入會出現(xiàn)頭痛、嘔吐等不良癥狀[25],也是評價水產(chǎn)制品腐敗程度的重要指標,檢測魚蛋白粉的組胺含量對產(chǎn)品的可食用性具有重要意義[26]。未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉其組胺含量相對較高,但未超過魚粉[27]國標一級魚粉的組胺限量標準(組胺≤300 mg/kg),而經(jīng)處理后制備的魚蛋白粉組胺含量大大降低,僅為27.47 mg/kg,這可能是由于酵母在利用腥味物質(zhì)發(fā)酵脫腥的過程中,部分組胺也參與了酵母的發(fā)酵反應(yīng)[28],表明處理后魚蛋白粉腐敗程度降低,安全性提高。同時處理后的魚蛋白粉基本成分均達到魚粉[27]國標中一級魚粉標準:水分≤10%,粗灰分≤16%,粗蛋白≥65%,粗脂肪≤11%,酸價≤3 mg/g,揮發(fā)性鹽基氮≤110 mg/100 g,組胺≤300 mg/kg,其蛋白含量也達到大豆蛋白粉[29]國標標準(粗蛋白≥50%)。

表11 魚蛋白粉理化指標Table 11 Physical and chemical index of fish protein powder

2.6.2 魚蛋白粉氨基酸分析 由表12可知,處理后制備的魚蛋白粉氨基酸總量達59.202 g/100 g,明顯高于未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉氨基酸總量的39.773 g/100 g,主要體現(xiàn)在天冬氨酸、谷氨酸、丙氨酸、精氨酸、賴氨酸等氨基酸含量的增加。其中賴氨酸是人體必需氨基酸之一,可增強人體免疫力,促進身體發(fā)育,有提高中樞神經(jīng)組織功能[30]。此外,苯丙氨酸、組氨酸是苦味氨基酸,天冬氨酸和谷氨酸是鮮味氨基酸[31],而處理后制備的魚蛋白粉中苯丙氨酸、組氨酸含量下降,天冬氨酸和谷氨酸含量增加,表明脫腥脫脂工藝不僅可脫除魚蛋白粉部分腥苦味,還可適當提升魚蛋白粉鮮味。另外處理后制備的魚蛋白粉必需氨基酸總量為24.086 g/100 g,占氨基酸總量的40.68%,根據(jù)WHO/FAO推薦的理想模式認為,蛋白質(zhì)必需氨基酸與總氨基酸之比在40%左右被認為是質(zhì)量較好的蛋白質(zhì)[32]。說明處理后制備的魚蛋白粉蛋白品質(zhì)高,是一種優(yōu)良的蛋白補充劑,可有效補充人體所缺蛋白質(zhì)。

表12 處理前后魚蛋白粉氨基酸分析(g/100 g)Table 12 Amino acid analysis of fish(g/100 g)protein powder before and after treatment

2.6.3 魚蛋白粉營養(yǎng)評價 由表13可知,處理后制備魚蛋白粉的氨基酸評分、化學評分均高于未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉,表明處理后制備的魚蛋白粉中的必需氨基酸模式更接近人體氨基酸需要量模式,是一種營養(yǎng)價值較高的蛋白質(zhì)。從AAS和CS看,處理后制備的魚蛋白粉中纈氨酸評分最低,故魚蛋白粉的第一限制氨基酸為纈氨酸,而評分最高的是賴氨酸,表明魚蛋白粉中賴氨酸含量相對豐富。

表13 魚蛋白粉氨基酸評分和化學評分(g/100 g)Table 13 Amino acid score and chemical score of fish protein powder

另外大部分谷物粗糧的第一限制氨基酸是賴氨酸,同時富含纈氨酸[33]。由此可見,處理后制備的魚蛋白粉可以與五谷雜糧形成互補,有助于提高魚蛋白粉營養(yǎng)價值。

2.6.4 電子鼻分析魚蛋白粉揮發(fā)性氣味成分 利用電子鼻PCA分析未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉、處理后制備的魚蛋白粉的氣味成分變化,當2個貢獻率之和大于85%,且貢獻率越大,說明產(chǎn)品的氣味成分越能較好被區(qū)分[34]。如圖2所示,兩種魚蛋白粉的第一主成分和第二主成分的貢獻率分別為96.31%、3.58%,兩個主成分貢獻率之和達99.89%,能用來表征未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉、處理后制備的魚蛋白粉的整體氣味特征,且兩種魚蛋白粉的氣味成分能很好被區(qū)分。從PC1軸看,處理后制備的魚蛋白粉氣味主成分未經(jīng)處理制備的魚蛋白粉右側(cè)。從PC2軸看,處理后制備的魚蛋白粉氣味主成分分布比未經(jīng)處理制備的蛋白粉得廣,這種變化說明兩種魚蛋白粉的揮發(fā)性氣味變化非常顯著,且處理后制備的魚蛋白粉氣味成分更加豐富。

圖2 魚蛋白粉PCA分析Fig.2 PCA graphs of fish protein powder

3 結(jié)論

通過正交優(yōu)化實驗確定了制備魚蛋白粉的最佳脫脂工藝條件為在30 ℃溫度下,采用4%NaHCO3和0.5%堿性脂肪酶的復合脫脂液脫脂60 min;隨后用3%酵母在35 ℃下脫腥1.5 h,再用4%茶多酚在40 ℃下脫腥2.0 h,重復脫腥3次,最后將處理的魚肉于90 ℃溫度下進行熱風干燥。該條件下制備的魚蛋白粉蛋白含量高,脂肪含量低,無魚腥味,且組胺含量低,氨基酸含量豐富,必需氨基酸模式接近人體所需氨基酸模式,蛋白質(zhì)品質(zhì)良好。表明魚肉經(jīng)脫腥、脫脂處理后所制備的魚蛋白粉具有較好的營養(yǎng)食用安全性,是一種優(yōu)良的蛋白補充劑,該研究可有效提高低值魚資源的高值化利用率,降低環(huán)境污染。