脂肪酶B4000和P1000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂工艺优化

朱小静,吴燕燕,李来好,魏 涯,邓建朝

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部水产品加工重点实验室,广东广州 510300;2.上海海洋大学食品学院,上海 201306)



脂肪酶B4000和P1000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂工艺优化

朱小静,吴燕燕,李来好,魏 涯,邓建朝

(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部水产品加工重点实验室,广东广州 510300;2.上海海洋大学食品学院,上海 201306)

为解决养殖鲈鱼脂肪含量较高不利于后续加工和贮藏的问题,本文采用脂肪酶B4000和P1000,在室温(20±2) ℃条件下对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理,分析鱼片的脱脂率和蛋白损失率以及感官变化,比较脂肪酶B4000和P1000的脱脂效果,并采用正交实验法优化脂肪酶B4000和P1000复合脱脂工艺。结果表明:脂肪酶B4000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂率为46.22%,蛋白损失率为7.19%;脂肪酶P1000的脱脂率为37.74%,蛋白损失率为7.04%,均对鱼片的色泽和完整性无影响。正交实验法优化复合酶最佳脱脂工艺:脂肪酶B4000∶P1000酶浓度比为50 U/mL∶20 U/mL,料液比1∶3(W∶V),室温下脱脂处理60 min,脱脂率达到51.06%,蛋白损失率为8.18%。该脱脂工艺可有效脱除鲜鲈鱼片50%的脂肪,有利于后续产品的加工贮藏和保持产品品质。

脂肪酶B4000,脂肪酶P1000,鲈鱼鱼片,脱脂工艺

我国2014年养殖鲈鱼46.55万吨,占养殖鱼类总产量的1.71%[1]。养殖的淡水鲈鱼,

又称大口黑鲈(Micropterus salmoides)、加州鲈鱼、鲈鱼,原产美国,上世纪80年代,作为海鲈鱼的替代品种引入国内[2],该鱼肉质鲜嫩,洁白嫩滑,肉为蒜瓣形,滋味醇香,营养丰富,富含维生素和DHA等对人体健康有益的微量元素[3],其蛋白质含量高于鳙鱼[4]、军曹鱼[5]、鲟鱼[6]等优质鱼类,深受人们的喜爱。

近几年,随着鲈鱼育种的成功,鲈鱼的养殖规模越来越大,产量不断增加,2014年养殖淡水鲈鱼产量达35.17万吨,占养殖鱼类总产量的1.29%[1],鲈鱼产量的增加,使其越来越大众化。但由于养殖的鲈鱼脂肪含量较各大宗淡水鱼脂肪含量都高[7-8],所以鲈鱼在加工贮藏过程极易出现脂质氧化变质问题,导致其除鲜销外产品加工转化率低[9]。为了开发鲈鱼多元化的加工产品,必须适当降低鲈鱼脂肪含量,有助于后续加工和延长储藏期[10]。

鱼类脱脂主要脱除的是鱼类贮藏脂质的甘油三酯(Triglycerides,TG)[11]。目前国内外鱼类脱脂方法主要为物理法、化学法和生物法三大类[12-13]。生物法主要是脂肪酶法,酶法脱脂现在应用比较广泛,因为其专一性强,在脱脂过程中脂肪酶只水解脂肪的酯键,对制品的其它方面不会造成影响;又因为酶是一种天然产物,且具有用量少、降解快等特点,对制品没有任何负效应;酶法具有操作简单,只需通过调节单因素即可调节脱脂率的特点[14]。本研究在前期研究的基础上,研究脂肪酶B4000和P1000对鲜鲈鱼片的脱脂效果,并优化其在不改变鲜鲈鱼片品质的基础上,对鱼片的最佳脱脂工艺,为鲈鱼产品加工提供技术支持,对提高鲈鱼利用率和价值有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

淡水养殖鲈鱼(Micropterussalmoides)鲜活,300～400 g/条,体长25～35 cm,均在2015年9月至12月期间 广州华润万家超市;B4000脂肪酶(提取于黑曲霉,40万U/g,食品级)、P1000脂肪酶(提取于洋葱假单胞菌,10万U/g,食品级) 深圳绿微康生物工程有限公司;氢氧化钠、石油醚、盐酸、硼酸等 均为国产分析纯,购于广州化学试剂厂。

Kjeltec TM 2300型蛋白质分析仪 丹麦Foss公司;Soxtec TM 2050型脂肪分析仪 丹麦Foss公司;Titrando 809型自动电位滴定仪 瑞士万通公司;2000型蛋白消化器 Foss TecatorTM Digestor;DHG-9145A型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理 活鱼运至实验室后拍晕,去鳞去内脏,清洗干净,将鲈鱼体压紧在操作台上,右手握刀,刀口从鱼尾部贴着中骨向鳃部剖切,将背腹肌肉沿鳃边割下,然后反转再剖另一边,将鱼片稍修型,泡入冰水中待用。

1.2.2 脱脂工艺流程 综合考虑商品脂肪酶建议使用的最适温度(30～35 ℃)和加工厂生产操作中的温度以及保证脱脂后鱼片的鲜度品质要求,本研究的脱脂处理温度均在室温(20±2) ℃条件下进行,分别将脂肪酶B4000和P1000按照一定浓度溶解到水中,配制成不同浓度的酶溶液,以鱼重与酶溶液体积比为料液比(w:v),将鲈鱼片放入酶溶液中,在室温条件下浸泡不同的时间进行脱脂处理。然后测定不同脱脂处理条件后鲈鱼片的水分、脂肪、蛋白含量,计算脱脂率和蛋白损失率,根据脱脂率和蛋白损失率确定最优脱脂条件。

1.2.3 脂肪酶B4000和P1000对鲜鲈鱼片的脱脂效果分析 为保证鱼片脱脂后的鲜度品质,通过对脂肪酶B4000和P1000的酶解条件进行预实验得出两种酶的最优酶解条件,脂肪酶B4000在(20±2) ℃对鲜鲈鱼鱼片有较高的脱脂率的水解条件为:酶浓度为70 U/mL,料液比为1∶4、脱脂处理50 min;而脂肪酶P1000在(20±2) ℃对鲜鲈鱼鱼片有较高的脱脂率的水解条件为:酶浓度为80 U/mL,料液比为1∶5、脱脂处理60 min。将鲈鱼片分别在这两种酶较优的脱脂条件下进行脱脂处理,测定脱脂处理后鲈鱼肉的水分、脂肪、蛋白含量,计算脱脂率和蛋白损失率。

1.2.4 正交法优化复合脂肪酶对鲜鲈鱼片的脱脂工艺

1.2.4.1 复合脂肪酶单因素实验 当料液比为1∶3,室温(20±2) ℃,将脂肪酶B4000和P1000按照不同酶浓度比例混合,脱脂处理60 min的条件下,考察脂肪酶B4000与P1000酶浓度比分别为50∶10、50∶20、50∶30、50∶40、50∶50(U/mL∶U/mL)时对鲜鲈鱼片脱脂率和蛋白损失率的影响。

当脂肪酶B4000与P1000酶浓度比为50 U/mL∶20 U/mL,室温(20±2) ℃,脱脂处理60 min的条件下,考察料液比分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5时对鲜鲈鱼片脱脂率和蛋白损失率的影响。

当脂肪酶B4000与P1000酶浓度比为50 U/mL∶20 U/mL,料液比为1∶3,室温(20±2) ℃条件下,考察脱脂时间分别为30、40、50、60、70 min对鲜鲈鱼片脱脂率和蛋白损失率的影响。

1.2.4.2 正交实验法优化实验 在单因素实验的基础上,对主要影响因素,采用正交实验,对复合酶的三因素三水平进行实验,并测定脱脂处理后鲈鱼肉的水分、脂肪、蛋白含量,计算脱脂率和蛋白损失率。优化复合酶脱脂工艺条件,正交实验因素水平如表1所示。

表1 正交实验因素水平

1.2.5 指标测定 水分测定:参照GB/5009.3-2010,直接干燥法测定;粗蛋白质测定:参照GB/5009.5-2010,凯氏定氮法测定;粗脂肪测定:参照GB/T14772-2008,索氏抽提法。

按照下式计算脱脂率和蛋白质损失率。

脱脂率(%)=脱脂前脂肪含量-脱脂后脂肪含量/脱脂前脂肪含量×100

蛋白质损失率(%)=脱脂前蛋白质含量-脱脂后蛋白质含量/脱脂前蛋白质含量×100

1.3 数据处理

使用软件Microsoft Excel 2007 和IBM SPSS Statistics 19进行数据分析和处理,计算平均值、RSD值及进行显著性分析,p<0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 脂肪酶B4000和P1000脱脂效果比较

从表2中可以看出两种脂肪酶在最优条件下对鲜鲈鱼片进行脱脂的脱脂率存在显著差异。脂肪酶B4000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂率为46.22%,此结果与吴燕燕等[15]用碱性脂肪酶对军曹鱼片进行脱脂处理相似。脂肪酶P1000对鲜鲈鱼鱼片的脱脂率为37.74%,脱脂效果差于脂肪酶B4000,但脱脂率还是高于郑毅等[16]用脂肪酶对鲭鱼鱼片进行脱脂处理的脱脂率。用脂肪酶B4000和P1000脱脂处理过的鲜鲈鱼鱼片,其蛋白损失率分别为7.19%和7.04%,蛋白损失低;脂肪酶B4000处理过的鲜鲈鱼鱼片蛋白损失率稍高于脂肪酶P1000。从脱脂率来看,脂肪酶B4000和脂肪酶P1000均对鲜鱼片有一定的脱脂效果,且条件温和,对鱼肉蛋白质的影响较小,其蛋白损失率低于高元沛等[17]用NaHCO3法对梅童鱼和吴靖娜等[18]采用NaHCO3法对大黄鱼进行的脱脂处理。因整个过程条件温和,所以脱脂处理过的鲜鲈鱼鱼片颜色依然为青白色,色泽没有变化;整个过程是带鱼皮处理,且没有采用物理方法,所以鱼片完整性好,鱼肉硬度未改变;整个过程未调节酶溶液酸碱度,在自然pH条件下进行,对鱼片品质影响较小。采用的脂肪酶为食品级,除此之外未使用任何其它试剂,又因整个过程在室温下的水溶液中浸泡,所以脱脂处理后鱼片不但没有引入其它气味,还降低了鱼片腥味。综合考虑脱脂率、蛋白损失率,脂肪酶B4000对鲜鲈鱼鱼片脱脂效果好于脂肪酶P1000对鲜鲈鱼鱼片脱脂效果。

表2 脂肪酶B4000和P1000脱脂效果比较

注:同列数据上标不同字母者表示差异显著(p<0.05)。

分别用脂肪酶B4000和P1000对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理虽有一定的效果,可脱脂率不太理想。采用两种酶复合的方法对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理,利用彼此之间的协同增效作用,提高鲜鲈鱼鱼片的脱脂率。

2.2 复合脂肪酶对鲜鲈鱼片的脱脂工艺研究

2.2.1 复合酶浓度比对鲜鲈鱼片脱脂率影响 由图1可见,随着脂肪酶B4000和P1000的浓度比例的变化,鲜鲈鱼片的脱脂率和蛋白损失率均有变化,且变化趋势相似。其中,脂肪酶B4000与P1000酶浓度比为50 U/mL∶20 U/mL时脱脂率最高48.76%,其次是50 U/mL∶30 U/mL,其它比例的脂肪酶脱脂率都明显低于此脱脂率。脂肪酶脱脂即脂肪酶与TG的酯键发生特异性反应,使TG分解为甘油和脂肪酸,甘油溶于水中,脂肪酸与少量的碱形成皂盐,通过漂洗去除,从而使脂肪含量降低[19]。但是脂肪酶催化脂肪降解反应的过程又是可逆的,所以脱脂过程中加入的酶量过多时,脱脂率反而降低。当两种酶复合后,酶溶液浓度增加的过程中,脱脂率呈现先上升后下降的趋势。从图1也可以看出,蛋白损失率趋势基本与脱脂率趋势一致,在酶溶液浓度升高时不仅脱脂率降低,蛋白损失率也降低,这可能是因为酶溶液浓度高渗透压大,酶溶液难以进入鱼肉内,酶无法与油脂反应,水溶液也难以溶解蛋白质,鱼肉内部的脂肪和蛋白无法游离出来,所以脱脂率和蛋白损失率都低。两种酶复合后彼此之间有协同增效作用[20],从复合酶浓度的单因素效果看,两种酶复合之后鲜鲈鱼鱼片脱脂率有所提高。另外,脂肪酶B4000比P1000的价格高,复合之后脂肪酶B4000用量减少,成本降低。

图1 比较不同酶浓度比例对脱脂效果的影响Fig.1 Comparing the influence of different enzyme concentration ratio of degreasing effect

图2 比较不同料液比对脱脂效果的影响Fig.2 Comparing different material liquid ratio on the degreasing effect

2.2.2 料液比对鲜鲈鱼片脱脂率影响 由图2可见,鲜鲈鱼片的脱脂率和蛋白损失率随着料液比的升高而增加,其中,当料液比从1∶1增加到1∶3时,脱脂率也在增加,但料液比从1∶3增加到1∶5时,脱脂率没有明显提高,但蛋白损失率随着料液比的升高而升高。因脱脂是采用酶的水溶液,在脱脂过程中鱼肉中的一些水溶性蛋白和盐溶性蛋白会溶解到水溶液中[21]。随着料液比的增加水溶液也增多,酶溶液溶解水溶性蛋白和盐溶性蛋白的能力也增强,蛋白损失也随之增加,所以当料液比持续增加时,蛋白质损失率也在升高。综合考虑营养成分和成本问题,选1∶3为最佳脱脂料液比。当两种酶混合后所需最佳料液比降低,这大大节省了原料和成本。

表4 复合酶对鲜鲈鱼片脱脂工艺正交实验脱脂率方差分析

表5 复合酶对鲜鲈鱼片脱脂工艺正交实验脱脂率方差分析

注:去掉F<1因子后。2.2.3 处理时间对鲜鲈鱼片脱脂率影响 由图3可见,鲜鲈鱼片的脱脂率和蛋白损失率随着脱脂时间增加而明显变化。其中,当处理时间从30 min增加到60 min过程中,脱脂率也在增加,但处理时间超过60 min之后再增加脱脂处理时间,脱脂率反而下降。酶溶液中酶的活力会随着时间的延长而降低[22],所以当处理时间持续增加时脱脂率增加到一定程度后反而会降低。从蛋白损失率来看,其变化趋势和脱脂率并未完全一致,当处理时间超过60 min后脱脂率开始降低,蛋白损失率还是增长趋势,但增长不显著。因为时间越长,鱼肉中水溶性蛋白和盐溶性蛋白溶解到水溶液中越多,所以随着处理时间的延长,蛋白损失率持续增长,但处理时间超过60 min后,蛋白损失率增长缓慢,这可能是因为水溶性蛋白和盐溶性蛋白已基本溶解,所以蛋白损失率增长缓慢。

图3 比较不同处理时间对脱脂效果的影响Fig.3 Comparing the influence of different processing time on the degreasing effect

2.3 正交法优化复合酶对鲜鲈鱼片脱脂工艺的结果分析

表3 复合酶对鲜鲈鱼片脱脂工艺正交实验及结果

由表3极差分析可以看出,影响鲜鲈鱼片脱脂率三因素的主次顺序为A>B>C,即浓度比>料液比>时间。由正交实验方差分析表4可以看出,三因素F值均不显著,但将F<1的因子合并到误差项后,表5中因素A的F值达到极显著水平,同样可以得出该实验过程中浓度的改变对脱脂率影响最大。根据脱脂率可以得出A2B2C2是复合酶对鲜鲈鱼鱼片的最优脱脂组合,正交设计得出的最佳脱脂条件与各单因素结果一致,即酶浓度为50 U/mL∶20 U/mL(B4000∶P1000),料液比为1∶3,处理时间为60 min时,脱脂效果最好。且经实验验证之后脱脂率符合正交设计结果。从蛋白损失率的极差来看,三因素的影响顺序为B>A>C,即料液比对蛋白损失影响最大。在此实验因素水平范围内,蛋白损失率有所增加,但都在较低的水平。复合酶法对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂效果较好,脱脂率达到51.06%,蛋白损失率为8.18%。

综上所述,复合酶法比单种酶法对鲜鲈鱼鱼片脱脂效果要好,与罗红宇等[23]用复合酶法酶解大黄鱼脱脂结果一致。复合酶法脱脂率比单酶P1000脱脂率明显提高,但与单酶B4000脱脂效果相比,脱脂率提高并不明显,但是复合酶法中的每一种酶最适酶浓度都低于其单独使用时的酶浓度,复合酶法的料液比也低于任何两种单酶单独使用时的料液比。从料液比来考虑,复合酶与两种单酶相比可以降低鲜鲈鱼鱼片脱脂的原料和成本,所以对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理,复合酶法优于两种单酶。

3 结论

室温条件下,优化每种酶对鲜鲈鱼鱼片脱脂率的脱脂条件,单独使用脂肪酶B4000对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理时,脱脂率最高为46.22%,蛋白损失率为7.19%;单独使用脂肪酶P1000对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理时,脱脂率为37.74%,蛋白损失率为7.04%。比较两种酶对鲜鲈鱼鱼片脱脂效果的影响,脂肪酶B4000比P1000脱脂效果好,蛋白损失差异不显著。

进一步将两种脂肪酶B4000和P1000按一定比例复合后对鲜鲈鱼鱼片进行脱脂处理,经单因素和正交实验后发现,当两种酶浓度比为50 U/mL∶20 U/mL(B4000∶P1000),料液比为1∶3,处理时间为60 min时,脱脂率达到51.06%,蛋白损失率为8.18%。比较三种方法对鲜鲈鱼鱼片的脱脂效果可以看出,复合酶法比每种单酶脱脂效果都好,且所需酶浓度和料液比降低,节约原料和成本。

为保证鲈鱼的最初肉质特性和考虑到实际生产成本和设施情况,脱脂过程选择在中性pH和室温下进行,这样使鲜鲈鱼鱼片在脱脂处理之后能最大程度的保持其肉质原有的特性和pH,也避免了高温条件下微生物繁殖,影响鲜鲈鱼鱼片品质。整个脱脂过程中鲈鱼鱼片均带鱼皮,虽脱脂率可能较其它一些研究结果低,但这保证了脱脂处理后鱼肉的完整性,外观和口感不被影响。此脱脂处理后的鲜鲈鱼鱼片很大程度的保持了其肉质特性,为后续加工产品多样性提供基础。

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Degreasing process optimization of freshMicropterussalmoidesfillet by lipase B4000 and P1000

ZHU Xiao-jing1,2,WU Yan-yan1,*,LI Lai-hao1,WEI Ya1,DENG Jian-chao1

(1.South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences;Key Lab of Aquatic Product Processing,Ministry of Agriculture,Guangzhou 510300,China;2.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China)

To solve the impact of high fat content of culturedMicropterussalmoidesto subsequent processing and storage,freshMicropterussalmoidesfillets were degreased at room temperature(20±2) ℃ by lipase B4000 and P1000,then analysed the rate ofMicropterussalmoidesfillets degreasing and protein loss,and changes of sensory evaluation,compared the different degreasing effect between lipase B4000 and P1000,at last degreasing technology of lipase B4000 and P1000 were optimized composite by orthogonal experiment method. The results showed that the degreasing rate of lipase B4000 for freshMicropterussalmoidesfillets was 46.22%,the rate of protein loss was 7.19%. The degreasing rate of lipase P1000 was 37.74%,the rate of protein loss was 7.04%,both of these degreasing made no influence of the color and the integrity of fish fillets. The details of degreasing process of composite lipase optimized by orthogonal experiment method were as follows,the concentration ratio of compound enzyme was 50 U/mL∶20 U/mL(B4000∶P1000),the ratio of material and water was 1∶3(w∶v),dipping time was 60 min,the rate of degreasing was 51.06%,rate of protein loss was 8.18%. The degreasing process could be removal freshMicropterussalmoidesfillets fat 50% off effectively,and could beadvantageous of the subsequent processing and storage,and then kept the product quality.

lipase B4000;lipase P1000;Micropterussalmoidesfillet;degreasing process

2016-04-18

朱小静(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：水产品加工与质量安全控制，E-mail:zxjgoodg@163.com。

*通讯作者:吴燕燕(1969-)，博士，研究员，研究方向：水产品加工与质量安全控制，E-mail:wuyygd@163.com。

广东省海洋渔业科技与产业发展专项(A201501C02)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国水产科学研究院南海水产研究所)资助项目(2015YD02)；国家自然科学基金项目(31571869)。

TS254.1

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000