虾加工副产物酶解工艺研究*

王观冯 陈文伟* 洪 瑶 黄光荣 包 凯 王 智

（中国计量学院生命科学学院，杭州 310018）

虾加工副产物酶解工艺研究*

王观冯**陈文伟***洪 瑶 黄光荣 包 凯 王 智

（中国计量学院生命科学学院，杭州 310018）

通过比较不同的水解酶水解虾加工副产物的效率，确定碱性蛋白酶为水解虾加工副产物用酶。考察了料液比、时间、温度、起始pH值、酶添加量对蛋白提取率的影响，确定最优的酶解工艺条件为：酶添加量为虾粉质量的0.8%、温度60℃、料液比4 g∶100 mL、起始pH9.0、时间2.0 h、蛋白提取率为65.3%。

酶解；虾加工副产物；蛋白

我国拥有丰富的海洋渔业资源，虾类是重要的海产品，大部分都被用来加工成虾仁，加工过程中产生了大量的虾头、虾壳等副产物，其中虾头中约含蛋白质42.1 g/100 g，是蛋白质的丰富来源。目前这些副产物，大部分没有被充分利用，直接废弃，只有小部分通过压榨、烘干加工成虾粉，产品的附加值很低，并且虾粉加工后产生的废水和废弃的下脚料会对环境造成了严重污染。

以虾加工副产物为原料，通过外加蛋白酶，在温和的条件下控制水解进程，可以得到含丰富氨基酸、多肽、蛋白质的水解液。目前，各种水解动物蛋白已大量应用于方便、休闲、营养和强化食品之中。由于肽类和氨基酸是热反应风味的前体物质，且其中一些氨基酸也是Maillard羰氨反应和Strecker降解反应产生特殊风味化合物的重要活性中间体，因此该水解液可作为反应型调味料的基料。本试验从5种蛋白酶中选择水解效率最高的酶，并对其水解工艺进行研究，为虾加工副产物中蛋白的回收利用提供依据。

1 .材料和方法

1.1 试验材料

虾副产物，市售的虾剥去虾肉后的虾头、虾壳和虾脚的混合物；碱性蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶，购于无锡市雪梅酶制剂科技有限公司；风味蛋白酶、复合蛋白酶，购于诺维信公司。

1.2 主要试剂

磷酸二氢钠、十二水合磷酸氢二钠、硼砂、盐酸、酒石酸钾钠等均为分析纯；福林酚试剂，购于上海荔达生物科技有限公司。

1.3 主要仪器和设备

ZHWY-110X50型水浴摇床、85-2型恒温磁力搅拌器、KDY-9820型凯氏定氮仪、UV-1200型紫外-可见分光光度计。

1.4 试验方法

1.4.1 样品前处理

虾头、虾壳、虾脚的混合物置于鼓风干燥箱中105℃烘干24 h，冷却后使用超微粉碎机粉碎，过100目筛，装于保鲜袋中，避光防潮保存。

1.4.2 酶解液制备

称取一定量的虾粉，加入缓冲液和一定量的水解酶，恒温水浴酶解一定时间后于沸水浴中灭酶10 min，冷却后离心取上清液。

1.4.3 蛋白提取率的测定

1.4.3.1 酶解液中蛋白含量的测定

酶解液中蛋白含量的测定采用福林酚法，并按标准曲线求出样品中蛋白浓度。标准曲线的回归方程为：y=1.645x+0.0 226，R2=0.9 973。

1.4.3.2 虾粉中总蛋白的测定

称取4.000 g虾粉，加入100 mL质量分数4%的NaOH，于95℃下进行脱蛋白反应1.0h，离心后取其沉淀加入质量分数4%的NaOH，于相同温度和时间下进行脱蛋白反应，收集两部分清夜并混合。此清夜中蛋白含量即为总蛋白含量。

总蛋白含量的测定采用凯氏定氮法。

1.4.3.3 蛋白提取率的计算

蛋白提取率（%）=（虾粉酶解液中蛋白含量/虾粉中总蛋白含量）×100%。

1.4.4 虾加工副产物水解酶的选择

选择5种蛋白酶分别于其最适条件下水解虾粉。5种蛋白酶的作用条件见表1。

表1 5种蛋白酶的作用条件

2 结果与分析

2.1 最适水解酶的确定

在相同的料液比（2 g虾粉/100 mL缓冲液）、酶添加量（0.4%） 和酶解时间（3 h） 下分别考察不同的水解酶在各自最适条件下提取蛋白的效率。不同酶水解虾粉的蛋白提取率见图1。

图1 不同水解酶的蛋白提取率

由图1可知，不同种类的水解酶对于虾粉的水解效率各不相同，但蛋白提取率均明显高于不添加酶的对照组。其中，以碱性蛋白酶的提取效率最高，中性蛋白酶次之，风味蛋白酶的水解效果最差。并且随着水解的进行，缓冲液的缓冲能力有限，酶解液的pH会逐渐升高，碱性的水解环境也有利于碱性蛋白酶发挥其水解作用。因此选择碱性蛋白酶为虾副产物的水解酶。

2.2 料液比对蛋白提取率的影响

以缓冲液调节pH为7.5，每100 mL缓冲液中的虾粉质量分别为2 g、4 g、8 g、16 g、24 g、32 g，即酶解的料液比为：2g∶100mL、4g∶100mL、8g∶100mL、16g∶100mL、24g∶100mL、32g∶100mL，酶添加量均为虾粉质量的0.4%，在55℃下酶解3 h，分别测定不同料液比条件下蛋白的提取率。料液比对蛋白提取率的影响见图2。

图2 料液比对蛋白提取率的影响

由图2可知，在料液比为4 g∶100 mL时，蛋白的提取率最大，而后，从8 g∶100 mL到32 g∶100 mL，蛋白的提取率逐渐下降。为了能让底物虾粉、碱性蛋白酶以及水在反应时有充分的接触面积从而使提取效率最高，因此最佳的料液比为4g∶100 mL。

2.3 酶解时间对蛋白提取率的影响

以缓冲液调节pH为7.5，料液比为4g∶100mL，酶添加量为虾粉质量的0.4%，在55℃下进行水解，每隔0.5 h取样一次，分别测定不同时间点上的酶解液中蛋白含量。酶解时间对蛋白提取率的影响见图3。

图3 酶解时间对蛋白提取率的影响

由图3可知，酶解时间从0 h到2.0 h的过程中，蛋白提取率的升高较为明显，而后随着时间的增加，蛋白提取率虽有上升，但趋势不明显。这可能是因为随着酶解的进行，底物量减少，同时酶的活性也逐渐降低的缘故。因此酶解的时间因控制在2 h左右。

2.4 酶解温度对蛋白提取率的影响

以缓冲液调节pH为7.5，料液比为4g∶100mL，酶添加量为虾粉质量的0.4%，分别在40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃下水解3 h，测定不同酶解温度下的蛋白提取率。酶解温度对蛋白提取率的影响见图4。

图4 酶解温度对蛋白提取率的影响

由图4可知，从40℃到60℃，蛋白提取率随着温度的上升而上升，超过60℃后，蛋白提取率逐渐下降。可见，碱性蛋白酶水解虾粉提取蛋白的最适温度在55℃～65℃之间，超过最适温度后，虽然反应速率随温度升高而升高，但酶却逐渐失活变性，从而使得水解效果降低。综合考虑，最佳酶解温度为60℃。

2.5 起始pH值对蛋白提取率的影响

分别以缓冲液调节pH值为 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.6、10.0，以相同的料液比4 g∶100 mL，酶添加量为虾粉质量的0.4%，在55℃下酶解3 h，测定不同起始pH下的蛋白提取率。起始pH值对蛋白提取率的影响见图5。

图5 起始pH值对蛋白提取率的影响

由图5可以看出，起始pH值从6.5到9.0，蛋白提取率逐渐上升，而后，蛋白提取率随pH的上升而下降。可见，最适于碱性蛋白酶水解虾粉提取蛋白的起始pH值在9.0左右；pH值偏低或过高，会使酶的空间构象不稳定，均不利于酶催化活性的发挥。因此，确定最佳的起始pH值为9.0。

2.6 酶添加量对蛋白提取率的影响

以缓冲液调节pH为7.5，料液比为4g∶100mL，酶添加量分别为虾粉质量的0.1%、0.2%、0.4%、0.8%、1.6%，在55℃下酶解3 h，测定不同酶添加量下的蛋白提取率。酶添加量对蛋白提取率的影响见图6。

图6 酶添加量对蛋白提取率的影响

由图6可以看出：酶添加量从0.1%到0.8%的增加范围内，蛋白提取率呈上升趋势，尤其在0.1%到0.4%的范围内，提取率的上升较为明显。而从0.8%到1.6%的范围内，提取率却没有上升的趋势，这可能是因为底物有限，酶未被底物所饱和，未体现出其最大催化速率的缘故。因此，酶添加量定为虾粉质量的0.8%较合适。

3 结 论

确定了碱性蛋白酶为水解虾加工副产物提取蛋白的最适用酶，并在最适pH值9.0下，确定酶解的最佳条件为：酶添加量为虾粉质量的0.8%、温度60℃、料液比4g∶100mL、时间2.0 h，此条件下蛋白提取率为65.3%。

［1］ 杨洋.虾头的综合开发利用研究进展［J］.齐鲁渔业，2005，22（1）：34-36.

［2］ 解万翠，杨翰彬，章超桦，等.Maillard反应型虾风味料的制备［J］.食品与机械，2008，24（1）：34-44.

［3］ SACHINDRA N M，BHASKAR N，MAHENDRAKAR N S.Recovery of carotenoids from shrimp waste in organic solvents［J］.Waste Management，2006，26（10）：1 092-1 098.

［4］ BABUA C M，CHAKRABARTI R，SAMBASIVARAO K R S.Enzy-matic isolation of carotenoid-protein complex from shrimp head waste and its use as a source of carotenoids［J］.LWT，2008，41（2）：227-235.

［5］ ARMENTAF R E，GUERRERO-LEGARRETA I.Amino acid profile and enhancement of the enzymatic hydrolysis of fermented shrimp carotene-proteins［J］.Food Chemistry，2009，112（2）：310-315.

［6］ 任玉翠，周彦钢.对虾头营养素含量及综合利用［J］.食品与机械，1998，14（4）：11-13.

［7］ MACEYJRL，NAUMANN N D，BAIEY M E，et a1.Watersoluble flavour and odour precursors of meat［J］.Journal of FoodScience，1964，29：136-148.

［8］ BEAK H H，CADWALLADER K R.Enzymatic hydrolysis ofcrayfish processing by-products ［J］.Journalof FoodScience，2004，26（2）：42-47.

［9］ 段杉，丁惠心，熊云.酶法回收虾头和虾壳中的蛋白质［J］.农产品加工，2008，124（1）：43-46.

Research ofenzymatic hydrolysis technique ofshrimp processing byproduct

WANGGuan-feng**CHENWen-wei***HONGYaoHUANGGuang-rongBAOKaiWANGZhi
（College oflife science，China jilianguniversity，Hangzhou 310018，China）

In this paper，the extraction of protein from shrimp processing byproduct with enzymatic hydrolysis was studied.Comparingwith the different hydrolysis proteinases，the alcalase was found tobe the most suitable one for hydrolysis.It alsostudied the effects ofsolid-liquid ratio，reaction time，temperature，initial pH and enzyme content to the extraction yield ofprotein with alcalase.The result showed that the optimum hydrolysis conditions were∶0.8%alcalase，solid toliquid ratio4∶100，initial pH 9.0，temperature 60 ℃ for 2.0 h.Under such conditions，the extracion yield reached 65.3%.

enzymatic hydrolysis；shrimp processingbyproduct；protein

TS201.2+5

A

1673-6004（2012）02-0034-04

杭州市科技攻关项目（20101032B43），浙江省大学生科研创新团队资助项目

**王观冯，女，1990年出生，中国计量学院在读本科，食品质量与安全专业

***陈文伟，通讯作者，Email：cwwh1@163.com

2012-03-31