蛋白酶水解鳗鱼鱼头蛋白质工艺的研究

张娅楠,赵 利＊,黄 超,刘 华,邹胜员,卢雪玲,欧阳涛

(1.江西科技师范学院生命科学学院,江西南昌 330013;2.江西省水产技术推广站,江西南昌 330046)

蛋白酶水解鳗鱼鱼头蛋白质工艺的研究

张娅楠1,赵 利1＊,黄 超1,刘 华1,邹胜员2,卢雪玲1,欧阳涛1

(1.江西科技师范学院生命科学学院,江西南昌 330013;2.江西省水产技术推广站,江西南昌 330046)

研究了 Alcalase碱性蛋白酶、复合蛋白酶 Protamex、中性蛋白酶 Neutrase、风味蛋白酶Flavorzyme、木瓜蛋白酶等 5种蛋白酶对鳗鱼鱼头蛋白质的水解效果.结果表明:Alcalase碱性蛋白酶酶解鳗鱼鱼头蛋白质的效果最佳,在 55℃、pH9、反应时间 200 min、酶量 48 AU/kg的条件下,水解度达到 12.12%.

鳗鱼鱼头;Alcalase酶;水解

0 引言

鱼类加工过程中会产生很多废弃物,其质量约占原料鱼的 40%～55%[1].目前这些废弃物主要用来生产鱼粉,对其中有价值的成分尚未充分利用.随着食品科技的发展,尤其是水产加工业的发展,人们对鱼类废弃物的综合利用提出了更高的要求[2],因为这样不仅可以综合利用资源,而且可以避免污染环境.研究表明,水产品蛋白质的水解物具有营养保健功效,可以抑制糖尿病并发的高脂血症,减轻高血压的症状、调节皮肤水分等[1].此外,水产品水解产物还可以用做海洋鱼类及淡水鱼类鱼糜的抗冻剂.刘艺杰等[3]研究发现,红鱼鱼排水解物能在一定程度上抑制鳙鱼鱼糜冻藏过程中蛋白质变性.Yamashita等[4]研究发现,甲壳素水解物可以抑制歧须科鱼肌原纤维蛋白冻藏过程中的变性.Hossain等[5]研究发现,墨鱼水解物可以抑制歧须科鱼肌原纤维蛋白冻藏过程中的变性.

鳗鱼鱼头是鳗鱼加工过程中下脚料的主要部分,约占活鳗质量的 6%左右[6].仅以江西省为例,2008年拥有现代化的烤鳗加工出口生产线 9条,生产烤鳗与冻熏鳗 5 300 t.烤鳗加工过程中产生了大量的鱼骨和鱼头等废弃物,目前,这些废弃物主要用于制取鳗油或从骨头中提取鳗钙,提取后的残渣较难进一步利用,使得废弃物中含有的大量蛋白质并未得到充分利用.以鳗鱼废弃物鳗鱼头为原料采用酶解技术生产酶解鱼蛋白,同时开发鳗鱼蛋白复合保健品,作为鳗鱼下脚料深加工方法,具有良好的开发前景.

作者以鳗鱼加工中的废弃物——鳗鱼头为原料,以水解度为指标,研究酶法水解鳗鱼头蛋白质的最佳工艺参数,为鳗鱼头的综合利用提供新途径.

1 材料与方法

1.1 材料

鳗鱼头:江西东海食品有限公司提供,使用前在冰柜中冷冻保存.使用时洗净、沥水,去除鱼鳃,在 120℃下蒸煮 40 min,蒸煮完毕后,待其基本冷却,放入冰箱内冷冻备用.

Alcalase 2.4L、Protamex 1.5MG、NeutraseTX、Flavorzyme 500MG:丹麦诺维信酶制剂公司;木瓜蛋白酶:广西庞博生物有限公司;其他试剂均为分析纯.

1.2 仪器设备

JJ1000精密电子天平:常熟双杰仪器厂;HR1727型 philips搅拌机:珠海经济特区家用电器有限公司;HHS型恒温电热水浴锅:上海博讯实业有限公司医疗设备厂.

1.3 方法

1.3.1 鳗鱼鱼头的基本成分[7]

蛋白质含量的测定采用半微量凯氏定氮法;水分的测定:105℃恒重法;灰分的测定:550℃灼烧法;脂肪的测定:氯仿 -甲醇改良法.

1.3.2 水解度 (DH)的计算[8]

水解度是指蛋白质水解反应过程中被裂解肽键的百分数,其计算公式为:

DH=B ×Nb×1/α×1/MP×1/htot×100%,

式中:B为碱液体积 (mL);Nb为碱液的浓度;α为α-氨基的解离度;MP为底物中蛋白质的质量(g);htot为底物中蛋白质肽键总数 (mol/g蛋白质).

1.3.3 鳗鱼鱼头蛋白质的酶水解工艺

称取鳗鱼鱼头 50 g,加入 6倍的水打浆 5 min,将打好的浆液移入反应器内,控制一定的温度,用 2 mol/L的 NaOH调节 pH值至一定值,加入一定量蛋白酶进行水解,并用 2 mol/L的NaOH维持水解液 pH值,根据加碱量控制水解液达到所需 DH值.

2 结果与分析

2.1 鳗鱼鱼头成分分析

经过测定,鳗鱼鱼头中蛋白质的含量为16.1%,水分含量为 62.62%,灰分含量为4.35%,脂肪含量为 4.32%.鳗鱼头中蛋白质含量丰富,具有潜在的利用价值.

2.2 不同蛋白酶水解鳗鱼鱼头蛋白质的效果

研究比较了 Alcalase碱性蛋白酶、复合蛋白酶 Protamex、中性蛋白酶 Neutrase、风味蛋白酶Flavorzyme、木瓜蛋白酶 5种蛋白质对鳗鱼头蛋白质的水解效果.在这些酶的理论最适水解条件下对鳗鱼鱼头进行水解,得到酶水解鳗鱼鱼头蛋白质的进程曲线,见图 1.

从图 1可以看出,Alcalase碱性蛋白酶与其他 4种蛋白酶相比,具有较快的水解速度和水解度.碱性蛋白酶水解蛋白质时具有较多的切割位点,可以达到较高的水解度,因此是一种研究鳗鱼鱼头蛋白质水解特性的理想蛋白酶.Alcalase(EC 3.4.21.62)的主要成分是枯草杆菌蛋白酶 Carlsberg,它的相对分子质量大约为 31 000,在碱性环境下活性较高[9].

图1 不同蛋白酶水解鳗鱼鱼头蛋白质的效果

2.3 Alcalase酶水解鳗鱼鱼头蛋白条件的确定

2.3.1 温度对鳗鱼鱼头蛋白质水解度的影响

控制反应体系 pH8.0,加酶量 36 AU/kg,反应时间为 120 min,分别在温度为 30℃、40℃、50℃、60℃条件下进行反应.不同温度下的鳗鱼鱼头蛋白质酶解反应见图 2,随着温度的升高,耗碱量加大,即说明酶解程度加大,综合考虑经济、能耗、温度过高可能导致酶失活等原因,初步确定最佳反应温度为 60℃.

图2 不同温度下的酶解反应

2.3.2 pH对鳗鱼鱼头蛋白质水解度的影响

控制反应体系温度 60℃,加酶量 36 AU/kg,反应时间为 120 min,分别在 pH7.0、7.5、8.0、8.5、9.0条件下进行反应.不同的 pH条件下,鳗鱼鱼头蛋白质的水解反应见图 3,随着 pH值的升高,酶解程度加大,考虑到酶的活性问题,加之pH8.5和 pH9.0的酶解效果差异不大,初步确定最佳 pH为 8.5.

图3 不同 pH条件下的酶解反应

2.3.3 酶量对鳗鱼鱼头蛋白质水解度的影响

控制反应体系温度 60℃,pH8.5,反应时间为 120 min,分别在酶量为 12 AU/kg、24 AU/kg、36 AU/kg、48 AU/kg、60 AU/kg、72 AU/kg条件下进行反应.不同酶量,鳗鱼头蛋白质的水解进程曲线见图 4,可以看出随着酶量的增加,水解度也在增加,但是增加的幅度越来越小.综合成本等原因,初步确定最佳酶量为 48 AU/kg.

图4 不同酶量的酶解反应

2.3.4 反应时间对鳗鱼鱼头蛋白质水解度的影响

控制反应体系为前面所有初步确定的最佳条件,即温度 60℃,pH8.5,酶量 48 AU/kg,让反应一直进行,直到耗碱量基本维持不变,为反应的终点.鳗鱼鱼头水解反应随时间的变化情况见图 5,可以看出酶解程度随反应时间的延长而增加,但是到了 140 min后,变化趋势变得平缓,初步确定最佳反应温度为 170 min.

图5 不同反应时间的酶解反应

2.3.5 Alcalase酶水解鳗鱼鱼头蛋白质反应条件的优化

以温度、酶量、pH、反应时间作为影响因素,通过 4因素 3水平正交试验确定酶水解的最佳反应条件,试验方案和结果分析见表1和表2.

表1 正交试验因素和水平

表2 正交试验结果

由表2可知,用 Alcalase酶水解鳗鱼鱼头蛋白质时,影响水解效率的因素次序为 C＞B＞D＞A,即 pH的影响最大,酶的加入量次之,温度的影响最弱.最后得出最佳的酶解条件为 pH9.0,酶量48 AU/kg,反应时间 200 min,温度 55℃.用最优条件Alcalase酶水解鳗鱼鱼头蛋白质进行水解验证试验,最终水解度为 12.12%.

3 结论

比较了 Alcalase碱性蛋白酶、复合蛋白酶Protamex、中性蛋白酶 Neutrase、风味蛋白酶 Flavorzyme、木瓜蛋白酶 5种蛋白酶对鳗鱼鱼头蛋白质的水解效果,确定 Alcalase碱性蛋白酶的水解效果最佳,最佳反应条件为 55℃、pH9.0、反应时间 200 min、酶量 48 AU/kg,水解度达到 12.12%.

[1] 龚钢明,顾慧,蔡宝国.鱼类加工下脚料的资源化与利用途径[J].中国资源综合利用,2003(7):23-24.

[2] 高薇薇.烤鳗废料的综合利用——鳗鱼头酶解蛋白的制备 [D].福建:福建农林大学,2005.

[3] 刘艺杰,薛长湖,薛勇,等.鱼排酶解物对鳙鱼鱼糜冻藏过程中蛋白质变性的影响[J].中国水产科学,2005,12(9):632-637.

[4] YamashitaY,Zhang N,Nozaki Y.Effect of chitin hydrolysate on the denaturation of lizard fish myofibrillar protein and the state of water during frozen storage[J]. Food Hydrocolloids,2003,17:569–576.

[5] HossainM,Abu AlikhanM,Nozaki Y,et al.Effect of proteolytic squid protein hydrolysate on the state ofwater and dehydration induced denaturation of lizard fish myofibrillar protein[J].J Agr Food Chem,2003,51(16):4769-4774.

[6] 余杰,陈美珍.酶法制备水解鳗鱼头蛋白及其应用的研究[J].中国海洋药物,2000,19(5):45-47.

[7] 黄伟坤.食品检验与分析 [M].北京:中国轻工业出版社,1990:147-591.

[8] JensA N.Enzyme Hydrolysis of Food Protein[M].London:Elsevier Appkied Science Publishers,1986:122-144.

[9] Philip N,Bryan.Protein engineering of subtilisin[J]. Biochim Biophys Acta,2000,1543:203–222.

RESEARCH OF HYDROLYSIS PROCESS OF EEL HEAD PROTEI N BY D IFFERENT KI NDS OF PROTEASE

ZHANG Ya-nan1,ZHAO Li1,HUANG Chao1,L I U Hua1,ZOU Sheng-yuan2,LU Xue-ling1,OUYANG Tao1
(1.School of L ife Science,Jiangxi Nor m al University of Science and Technology,N anchang330013,China;2.Jiangxi Aquaculture Technology Spreading Center,Nanchang330046,China)

The article studied the hydrolysis effects of five kinds of protease,such as Alcalase,Protamex,Neutrase,Flavorzyme and papain,on the eel head protein.The results showed that the Alcalase had the best hydrolysis effect,and the degree of hydrolysisof the eel head proteinwas up to 12.12%under the condition of temperature 55℃,pH 9,reaction time 200 min and Alcalase amount 48 AU/kg.

eel head;Alcalase;hydrolysis

TS201.2

B

1673-2383(2010)05-0034-04

2010-06-28

国家农业部 948“引进国际先进农业科学技术”(2010-Z57)

张娅楠 (1987-),女,山东烟台人,硕士研究生,研究方向为食品科学.

＊通信作者