不同蛋白酶對藍蛤酶解液風味特性的影響

徐永霞，曲詩瑤，李 濤，趙洪雷，馮 媛，李學鵬，季廣仁，勵建榮,*

（1.渤海大學食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州 121013；2.錦州筆架山食品有限公司，遼寧 錦州 121007）

藍蛤（Aloididae aloidis）又名“海砂子”、“小白蛤”等，是盛產于我國沿海的一種低值海洋貝類，但由于其肉體較小，加工困難，因此其食用價值較低，除少量用于鮮食外，大部分被用作水產養殖的活餌料，造成了極大的資源浪費[1-2]。藍蛤肉質鮮美，營養豐富，蛋白質質量分數高達60%，氨基酸組成非常全面，其氨基酸和必需氨基酸總量均高于牡蠣，和貽貝相當[3]。此外，藍蛤蛋白中呈味氨基酸占氨基酸總量的50%以上，其中丙氨酸、甘氨酸含量均高于牡蠣、蛤蜊等貝類，是生產海鮮呈味基料的優質原料[3]。

生物酶解技術是生產天然安全調味基料的常用方法，不僅能夠將原料蛋白進行充分水解，而且具有反應條件溫和、能耗低、污染少，反應進程定向、可控等諸多優點，是目前低值魚、蝦類高值化利用的重要手段之一[4]。在酶解過程中，蛋白質三級結構在酶的切割下逐漸解離，構象破壞，能夠生成許多易被人體吸收的游離氨基酸、短鏈肽等呈味物質，以及有益健康的生理活性物質如牛磺酸、活性肽及微量元素等，因此越來越受到人們的親睞[5]。

目前，用于酶解水產蛋白的商業蛋白酶主要有中性蛋白酶、堿性蛋白酶、復合蛋白酶、木瓜蛋白酶和風味蛋白酶等。由于蛋白酶具有底物專一性，不同蛋白酶作用于肽鏈的位點不同，對酶解液的風味組成和營養特性也有重要影響[6]。為了制備具有較強抗氧化活性的鱸魚蛋白肽，趙翊君等[7]采用風味蛋白酶、復合蛋白酶等5 種蛋白酶水解鱸魚蛋白，結果發現木瓜蛋白酶酶解產物不僅具有最高的水解度和蛋白回收率，并且具有最強的抗氧化活性。錢琴蓮等[8]采用電子鼻和氣相色譜-質譜聯用技術對7 種蛋白酶水解金槍魚胰臟的風味進行解析，發現使用動物蛋白酶能明顯增加酶解液的怡人香味，而木瓜蛋白酶、風味蛋白酶和胰蛋白酶對酶解液的腥味有較好的改善作用。因此，選擇合適的蛋白酶酶解，對獲得風味良好、營養價值高的酶解液具有重要影響。鑒于此，本實驗以藍蛤為研究對象，采用復合蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶進行單酶酶解，通過電子鼻、電子舌、固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用及氨基酸自動分析儀等對不同蛋白酶酶解液的風味差異進行對比分析，旨在為藍蛤的酶解及深加工利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活藍蛤購于遼寧省錦州市林西路水產市場。藍蛤吐沙后速凍，在冷凍狀態下去殼取肉，備用。

復合蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶（均為食品級） 廣西南寧龐博酶制劑有限公司；鄰苯二甲醛、甲醇（均為分析純） 國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

7890A/5975C氣相色譜-質譜聯用儀 美國Agilent公司；PEN3便攜式電子鼻系統 德國Airsense公司；SA-402B型電子舌 日本Nikon公司；DK-8D型高速冷凍離心機 上海一恒科技有限公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS固相微萃取纖維頭、20 mL頂空樣品瓶美國Supelco公司；DF-101S型集熱式磁力攪拌器 鄭州長城科工貿有限公司；MS105DU型精密電子天平梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；Kjeltec8400全自動凱氏定氮儀 瑞典FOSS公司；UV-2550紫外光譜儀日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 酶解液的制備

準確稱取藍蛤肉30 g，加入90 mL蒸餾水，充分混勻后于90 ℃水浴鍋滅酶15 min，冷卻至40 ℃后調節至相應蛋白酶的最適pH值范圍，然后分別加入0.3%的復合蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、堿性蛋白酶和中性蛋白酶，充分混勻并在其最適溫度下酶解8 h。待酶解結束后滅酶，冷卻至室溫后于5 000 r/min離心10 min，取上清液，備用。

1.3.2 水解度測定

采用鄰苯二甲醛法進行測定[9]。準確稱取2 g酶解液，去離子水定容至100 mL后，吸取400 μL樣品于離心管中，加入3 mL鄰苯二甲醛溶液混勻，反應2 min后于340 nm波長處測定其吸光度。采用凱氏定氮法測定藍蛤肉中總氮含量。蛋白質水解度計算公式如下：

1.3.3 電子鼻測定

準確量取5 mL酶解液樣品于50 mL燒杯中，保鮮膜密封，室溫靜置30 min后進行電子鼻檢測。電子鼻分析參數：測定時間100 s，頂空溫度25 ℃，內部流量300 mL/min，進樣流量300 mL/min，每個樣品重復測定3 次。PEN3電子鼻傳感器及其性能描述見表1。

表1 電子鼻傳感器及其響應物質Table 1 Electronic nose sensors and their performance descriptions

1.3.4 固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用分析

固相微萃取條件：準確量取8 mL酶解液于頂空瓶中，加入1.44 g氯化鈉及磁轉子后迅速加蓋密封，于磁力攪拌器中60 ℃加熱平衡15 min，用活化好的50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭頂空吸附40 min，然后將萃取頭插入氣相色譜進樣口，解吸5 min。

氣相色譜條件：H P-5 M S 毛細管柱（3 0 m h 0.25 mm，0.25 μm）；氦氣流速1.0 mL/min；不分流模式進樣；程序升溫：柱初溫40 ℃保持3 min，以3 ℃/min升至100 ℃，再以5 ℃/min升至230 ℃，保持5 min。

質譜條件：色譜-質譜接口溫度280 ℃，離子源溫度230 ℃；離子化方式：電子電離，電子能量70 eV；質量掃描范圍m/z30～550。

1.3.5 電子舌測定

分別取35 mL各組酶解液樣品于電子舌專用樣品杯中，按照設置的序列放置在電子舌自動進樣器上進行檢測，單次采樣時間為120 s，1 次/s。每組樣品重復檢測4 次，取后3 次傳感器信號趨于穩定即每根傳感器第120秒響應值進行味覺特征分析。測量前對電子舌進行自檢、活化、校準和診斷等步驟，以確保采集所得數據的可靠性和穩定性。

1.3.6 游離氨基酸測定

取1 mL酶解液，于12 000 r/min離心10 min，取上清液800 μL，過20 μm濾膜，加入到色譜瓶中，然后采用氨基酸自動分析儀進行測定。

1.3.7 滋味活性值（taste active value，TAV）的計算

TAV指某一呈味物質的濃度與其閾值的比值[10]。根據TAV的大小，可以判斷該物質對樣品整體滋味的貢獻，TAV小于1表示該物質對呈味無貢獻，而TAV大于1表示該物質對呈味有貢獻，且數值越大，認為該物質對呈味貢獻越大。

1.4 數據分析

酶解液中揮發性成分采用NIST 11/Wiley 7.0譜庫進行定性分析。采用Origin 9.0繪圖，采用SPSS 19.0進行數據處理及顯著性檢驗，P＜0.05，差異顯著。

2 結果與分析

2.1 水解度分析

圖1 蛋白酶對藍蛤酶解液水解度的影響Fig.1 Effect of different proteases on hydrolysis degree of A.aloidi muscle hydrolysate

藍蛤酶解液的風味與水解度以及酶種類有關。由圖1 可知，不同蛋白酶酶解液的水解度差異顯著（P＜0.05），其中復合蛋白酶的水解度最大，達到28.02%；其次是堿性蛋白酶和中性蛋白酶，水解度分別為21.86%和19.83%。復合蛋白酶是由內切蛋白酶、外切肽酶以及風味蛋白酶復合而成的，具有較多的切割位點，因此使得藍蛤蛋白水解更為徹底，水解度最大。堿性蛋白酶屬于絲氨酸蛋白酶，能夠切割芳香族或疏水性氨基酸殘基的肽鍵，其選擇性相對風味蛋白酶低[11]；中性蛋白酶是由枯草芽孢桿菌發酵提取的一種內切酶，具有嚴格的切割位點，從而使其水解位點相對局限。木瓜蛋白酶和菠蘿蛋白酶的水解度較低，分別為15.50%和14.41%，這2 種蛋白酶屬于半胱氨酸蛋白酶，也稱為巰基蛋白酶，可作用于肽鏈中精氨酸和賴氨酸的羧基端，并對N-端具有2 個羧基的氨基酸具有優先水解性[12-13]。

2.2 電子鼻分析

為研究不同蛋白酶對酶解液氣味的影響，采用電子鼻對其整體氣味輪廓差異進行分析。由圖2可以看出，電子鼻的R2、R6、R8和R9等傳感器有明顯的響應，說明氮氧化合物、烷烴類、醇類、芳香成分和有機硫化物等物質可代表藍蛤酶解產物的氣味輪廓[14]，并且復合蛋白酶組的響應值更大。為進一步分析不同蛋白酶酶解液氣味的差異，采用主成分分析（principal component analysis，PCA）法對電子鼻氣味指紋數據進行分析。由圖3可知，PCA中PC1、PC2的貢獻率分別為64.90%、27.96%，兩者之和為92.86%，超過了85%，說明PC1和PC2幾乎包含了藍蛤酶解液中氣味的整體信息。由圖2可以看出，各組樣品的數據點分布比較集中，表明電子鼻檢測的重復性較好，數據穩定、可靠；各組樣品之間沒有重疊部分，說明電子鼻的PCA能有效區分不同蛋白酶酶解液的氣味差異。此外，復合蛋白酶組樣品在PC2上的響應值明顯高于其他4 組樣品，可能是由于復合蛋白酶酶解較為徹底，從而使其氣味差異更為明顯。

圖2 藍蛤酶解液電子鼻雷達圖Fig.2 Radar diagram of electronic nose responses to A.aloidi muscle hydrolysates

圖3 藍蛤酶解液電子鼻PCAFig.3 PCA plot of electronic nose responses to A.aloidi muscle hydrolysates

2.3 氣相色譜-質譜聯用分析

如表2所示，復合蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、堿性蛋白酶以及中性蛋白酶酶解液中分別檢出39、28、30、35 種和34 種揮發性物質，主要包括醛類、酮類、醇類和烴類等物質，其中復合蛋白酶酶解液中揮發性物質總數最多，木瓜蛋白酶組中最少。

醛類和醇類是藍蛤酶解液中檢出種類數最多、含量也最豐富的揮發性物質。5 種酶酶解液中共檢出12 種醛類物質，占總揮發性物質的22.47%～50.7%，其中堿性蛋白酶酶解液中醛類物質相對含量最大。不同酶解液中均檢出的醛類有己醛、(E)-2-己烯醛、庚醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛等。醛類物質一般來源于氨基酸的Strecker降解反應或脂肪的氧化降解，其中C6～C9的飽和醛和不飽和醛具有清香、果香和脂香味，且閾值很低，對藍蛤酶解液的整體氣味特征具有重要貢獻[15]。己醛、庚醛和壬醛等具有青草氣味、油脂氣味和魚腥味[16]，其在堿性蛋白酶組中相對含量最高，在復合蛋白酶組中最低。(E,Z)-2,6-壬二烯醛等是產生魚腥味的主要化合物，在堿性蛋白酶組中相對含量最高，在復合和木瓜蛋白酶組中未檢出。苯甲醛具有強烈的堅果香和腥味[17]，在堿性蛋白酶組中相對含量最高，在復合蛋白酶和中性蛋白酶組中較低。醇類物質一般具有獨特的清香、果香、花香和甜味等令人愉悅的風味，其中不飽和醇的閾值相對較低，可能對藍蛤酶解液風味的形成具有一定的作用[18]。實驗中共檢出12 種醇類化合物，其中中性蛋白酶組中檢出的醇類物質相對含量最大，堿性蛋白酶組中最低。不同酶解液中均檢出的醇類有1-戊醇、庚醇、1-辛烯-3-醇和2-乙基己醇。1-辛烯-3-醇具有典型的蘑菇和泥土氣味，可增強酶解液的脂肪香味[19]。2-乙基己醇具有淡花香和甜味，在不同酶解液中均檢出且含量較高，可能對酶解液的風味有一定影響。此外，在木瓜蛋白酶、復合蛋白酶和中性蛋白酶酶解液中檢出芳樟醇，該物質具有似鈴蘭的花香和甜香，可能對酶解液的腥味有一定的改善作用。

不同酶解液中共檢出8 種酮類，其中復合蛋白酶酶解液中檢出的酮類物質種類最多、含量最高，其次是堿性蛋白酶組。(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮具有水果香，僅在復合蛋白酶酶解液中檢出，該物質的存在可能對酶解液的風味產生較好影響。2-壬酮具有水果香和花香，在復合蛋白酶酶解液中檢出的含量較大。藍蛤在酶解過程中，隨著蛋白質結構的解離，其中的脂肪逐漸發生氧化并生成醛、酮等羰基類和醇類等物質。不同酶解液中檢出的羰基類、醇類物質含量的差異可能與其水解度有關，藍蛤蛋白水解程度越大，肌肉組織結構破壞越嚴重，脂類物質和氧氣接觸的表面積也就越大，從而增加了其脂肪氧化程度。

烴類物質主要來源于脂肪酸的氧化降解，由于其閾值較高，對藍蛤酶解液的整體風味貢獻可能不大[20]。實驗中共檢出8 種烴類物質，其中復合蛋白酶和堿性蛋白酶酶解液中檢出的烴類物質相對含量較高，可能與其較高的水解度有關。藍蛤酶解液中檢出了2 種呋喃類物質，其中復合蛋白酶酶解液中相對含量最高。呋喃是一類重要的風味化合物，主要來源于脂肪的氧化、氨基酸的降解及美拉德反應等，通常具有很強的肉香味，對酶解液有一定的增香作用[20]。2-乙基呋喃具有強烈的肉香、焦香和甜味，在5 種酶解液中均檢出；2-戊基呋喃具有類似火腿的香味。藍蛤酶解液中還檢出了少量的酯類、酸類和苯酚等物質，酯類包括乙酸乙酯和乙酸丁酯，酯類通常具有甜的果香和清香氣味，酯類和酮類物質共存時可能對酶解液的整體風味有協調和平衡的作用[8]。

表2 不同酶解液的揮發性成分組成Table 2 Volatile compound composition in different protease hydrolysates of A.aloidi muscle

2.4 電子舌分析

圖4 藍蛤酶解液電子舌雷達圖Fig.4 Radar diagram of electronic tongue responses to A.aloidi muscle hydrolysates

圖5 藍蛤酶解液電子舌PCAFig.5 PCA plot of electronic tongue responses to A.aloidi muscle hydrolysates

電子舌是近年來快速發展的一種分析檢測液體滋味的新型手段，它能夠模擬人的舌頭對樣品的酸味、苦味、咸味、鮮味、澀味、回味和豐富度等進行評價[21]。由圖4可以看出，不同蛋白酶酶解產物主要呈現鮮味、豐富度（鮮味回味）和苦味，其中堿性蛋白酶酶解液中鮮味和豐富度的響應值較高，而酸味響應值較低，這可能與其酶解過程中的pH值有關，堿性環境能夠減緩酶解液的酸味感。不同蛋白酶酶解產物的苦味響應值差異較小。由圖5可知，PC1和PC2貢獻率分別為76.9%和17.8%，累計貢獻率達到94.7%，表明PC1、PC2可以充分反映樣品的整體滋味信息，電子舌PCA能有效區分不同蛋白酶酶解液。不同蛋白酶酶解液之間分布分散，說明各組樣品之間的滋味存在差異。其中復合蛋白酶和中性蛋白酶酶解液分布相對較近，表明這2 組酶解液的滋味相似度比較高[22]；而堿性蛋白酶酶解液與其他4 組酶解液相距較遠，說明其滋味差異較大。

2.5 游離氨基酸分析

氨基酸組成及含量對酶解液的呈味特性具有非常重要的影響[23]。由于不同蛋白酶酶切位點的差異，因此其酶解產物中氨基酸組成也會不同。由表3可知，5 種蛋白酶酶解液中共檢出17 種游離氨基酸，不同蛋白酶酶解液中游離氨基酸的總量存在較大差異，含量由高到低依次為復合蛋白酶＞堿性蛋白酶＞中性蛋白酶＞木瓜蛋白酶＞菠蘿蛋白酶。復合蛋白酶組中游離氨基酸總量較其他蛋白酶組差異顯著（P＜0.05），由于復合蛋白酶的水解度最大，因此酶解過程中釋放出大量的游離氨基酸，而菠蘿蛋白酶水解度小，釋放的游離氨基酸總量也低。

表3 藍蛤酶解液中游離氨基酸組成Table 3 Free amino acid composition of A.aloidi muscle hydrolysates

氨基酸不同的結構特性主要使其呈現出鮮味、甜味和苦味等類型，呈味氨基酸含量高可增加酶解液的濃厚感、豐富度[24]。從呈味氨基酸組成看，鮮味、甜味氨基酸所占百分比含量最高的是堿性蛋白酶，苦味氨基酸所占百分比含量最高的是復合蛋白酶。谷氨酸和天冬氨酸在堿性蛋白酶、中性蛋白酶和復合蛋白酶組中含量較高，這2 種氨基酸具類似味精的味道，使得酶解液具有鮮美可口的味道[25]。甜味氨基酸中的甘氨酸、丙氨酸在藍蛤酶解液中檢出的含量較高，其中甘氨酸除了賦予甜味以外，還可以降低酶解液的苦味，改善產品品質[26]。丙氨酸和谷氨酸等呈味氨基酸共存時，可產生協同增效作用，為魚類、肉類等提供強烈的鮮味感[27]。呈苦味的氨基酸種類繁多，5 種酶解液苦味氨基酸中亮氨酸含量最高，此外，復合蛋白酶酶解液中檢出較多的精氨酸，而其他蛋白酶組中檢出很少或未檢出。Lioe等[28]研究發現當苦味氨基酸含量低于呈味閾值時，可增強其他氨基酸的鮮味和甜味。

2.6 呈味物質的TAV分析

藍蛤酶解液的滋味強度受呈味物質的含量和閾值共同影響[29]。藍蛤酶解液中游離氨基酸的閾值及TAV如表4所示，雖然不同蛋白酶酶解液中Asp的TAV均小于1，但是Glu的TAV均大于1，說明藍蛤酶解液具有較強的鮮味。其中堿性蛋白酶組中Glu的TAV最大，中性蛋白酶次之，木瓜蛋白酶最小。不同蛋白酶酶解液中Ala的TAV均大于1，說明藍蛤酶解液具有一定的甜味，其中堿性蛋白酶組Ala的TAV最大。鮮味和甜味物質在整體呈味物質TAV中占比大于50%，其中堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和中性蛋白酶均大于80%，這表明鮮味和甜味是藍蛤酶解液的主要呈味成分。中性蛋白酶組中Met的TAV大于1，復合蛋白酶組中Arg、Met和Val 3 種苦味氨基酸的TAV均大于1，說明復合蛋白酶組的苦味較強。雖然木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶和堿性蛋白酶中苦味氨基酸的TAV均小于1，但它們可以增強藍蛤酶解液中其他氨基酸的鮮味和甜味[28]。

表4 藍蛤酶解液呈味物質的滋味特征、閾值和TAVTable 4 Taste attributes, taste thresholds and TAVs of taste-active compounds in A.aloidi muscle hydrolysates

3 結 論

本實驗研究了復合蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、堿性蛋白酶以及中性蛋白酶對藍蛤酶解液風味的影響。結果表明，復合蛋白酶的水解度達到28.02%；電子鼻和電子舌分析發現不同蛋白酶酶解液的揮發性成分和口感存在較大差異；對呈味游離氨基酸組成分析發現，鮮味和甜味是藍蛤酶解液的主要呈味成分，復合蛋白酶組中游離氨基酸總量最高，堿性蛋白酶組中鮮味和甜味氨基酸比例最大；復合蛋白酶、木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、堿性蛋白酶以及中性蛋白酶組中分別檢出39、28、30、35 種和34 種揮發性物質，其中醛類和醇類物質種類和含量最豐富，己醛、庚醛、壬醛、苯甲醛和(E,Z)-2,6-壬二烯醛等具有腥味的物質在堿性蛋白酶組中相對含量最高，而在復合蛋白酶和中性蛋白酶組中含量較低，中性蛋白酶組中醇類含量最高，2-乙基呋喃和2-戊基呋喃等增香的物質在復合蛋白酶組中相對含量較高。因此，復合蛋白酶的水解度最大，且酶解液的整體風味良好。