CN109943612B - 一种酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法。所述方法包括：鱼鳞→冰水洗净→脱钙→清洗沥干→绞碎→中性复合蛋白酶控制酶解→加热灭酶→离心取上清液→浓缩→超滤膜分离纯化→干燥。本发明生产的抗冻剂是多种肽和游离氨基酸的复合物，可以很好的保持鱼糜及其制品的原有风味，避免了商业抗冻剂带来的甜味和热量值；此外，相比现有专利或文献中通过多步分离纯化得到的抗冻肽，本发明获得的工艺简单、成本低、适合工业化生产，具有良好的经济社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工领域，具体涉及一种酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法。
技术背景
鱼鳞是鱼皮真皮层的变形物，占鱼体重量的2%～5%。营养学家近年来发现, 鱼鳞含有丰富的蛋白质、脂肪和多种维生素，还有铁、锌、钙和多种人体必需的微量元素，以及胶质。鱼鳞的胶状物质主要沉积在下层骨质纤维板之间，经处理的鱼鳞组织较疏松，所含的胶原也易于被轻度水解成明胶。我国是个水产加工大国，大量的下脚料都是用于加工鱼粉，无法提高其综合利用价值，以鱼鳞生产鱼制品的抗冻剂，将是鱼加工副产物的一种新的利用途径。
在鱼糜及其制品（鱼丸及鱼糕等产品）加工和冻藏过程中，如何防止鱼肉蛋白质冷冻变性一直是亟待解决的重要课题；长期冻藏还会引起产品色泽发暗、凝胶结构破坏、保水力下降，口感和风味劣化，因此，加工过程中添加抗冻剂是冷冻鱼糜制造的关键技术之一，工业上采用的抗冻剂为4%蔗糖和4%山梨醇的混合物(称“商业抗冻剂”)，但因甜度和热量高，影响了鱼糜及其制品的口味和健康营养价值。鱼的酶解产物是一种潜在的新型抗冻保护剂，能有效防止鱼糜及其它水产品在冻藏过程中的品质劣变；相对于其它抗冻剂，鱼类酶解产物用于冷冻鱼糜加工中具有无可比拟的优势，如避免了甜味的产生，其丰富的游离氨基酸、短肽等还可增加产品的营养。
现有专利或文献中也有用鱼及加工副产物生产抗冻剂的报道，基本上可以归纳为两类，一类是将酶解产物纯化出抗冻肽，但工艺复杂、纯化价格昂贵、纯化后的产品得率非常低，在鱼糜及制品中应用有难度；另外一类是酶解后直接作为抗冻剂，在鱼糜及制品中的抗冻效果相比商业抗冻剂略有差距。
发明内容
本发明旨在针对现有工业上鱼糜抗冻剂为4%蔗糖和4%山梨醇的混合物，其甜度和热量高，影响了鱼糜及其制品的口味和健康营养价值等缺陷，提出一种酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
所述酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法包括以下步骤：
（1）鱼鳞采集：采集鲢鱼加工的副产物鱼鳞，用水清洗干净；
（2）脱钙：将鱼鳞在体积百分比浓度为3.5%～4.0%的盐酸中，于＜10℃条件下脱钙32～33 h，脱钙后用水清洗鱼鳞并沥干，得脱钙鱼鳞；其中，所述鱼鳞与盐酸的料液比为1:(1.2～1.5)，料液比的单位为g/mL；
（3）绞碎：将脱钙鱼鳞于绞碎机中绞碎成鱼鳞糜；
（4）中性复合蛋白酶酶解鱼鳞糜：将鱼鳞糜采用中性复合蛋白酶在生物酶反应器中催化酶解；酶解条件为：将鱼鳞糜分散于水溶液中，鱼鳞糜与水的料液比为1:（3～7），料液比的单位为g/mL，用0.8～1.2mol/L，优选为1mol/L的氢氧化钠溶液维持酶解体系pH恒定为6.5，酶解温度恒定为50℃，酶的添加量为鱼鳞糜干重的3%，酶解时间为60～120 min，获得不同水解度的酶解产物；
（5）加热灭酶：采用水浴加热对酶解体系进行灭酶，灭酶条件为：酶解液中心温度达80℃后恒温保持10～20 min，优选为15min，然后将酶解体系用流水冷却至20～25℃，得灭酶后的酶解体系；
（6）离心：将灭酶后的酶解体系20～25℃下离心并收集上清液，离心速度为3000～4000g，离心时间为10～15min；
（7）浓缩：将收集的上清液进行透析浓缩，得到鱼鳞酶解产物浓缩液；优选地，所述透析浓缩是用透过分子量为100Da的透析袋在聚乙二醇包埋下对上清液进行浓缩；
（8）超滤分离纯化：将鱼鳞酶解产物浓缩液进行超滤膜分离纯化，收集<10 kDa分子量的组分溶液；
（9）干燥：将收集的组分溶液进行干燥，即得高活性鱼糜及制品抗冻剂。
其中，步骤（4）所述中性复合蛋白酶来源于芽孢杆菌属，中性复合蛋白酶的最低酶活≥1.5AU/g；步骤（8）所述超滤膜分离纯化是采用10 kDa的超滤膜对鱼鳞酶解产物进行分离纯化；步骤（9）所述干燥是冷冻干燥或喷雾干燥。
下面对本发明作进一步说明：
本发明的技术路线为：鱼鳞→冰水洗净→脱钙→清洗沥干→绞碎→中性复合蛋白酶控制酶解→加热灭酶→离心取上清液→浓缩→超滤膜分离纯化→干燥。
本发明中，步骤（1）、（2）将鲢鱼加工副产物鱼鳞用冰水洗净，用盐酸脱钙。
步骤（3）所述鱼鳞的脱水和绞碎的体系温度保持不超过10℃，避免高温导致蛋白质变性及不良风味的产生。
步骤（4）所述的中性复合蛋白酶控制酶解是将鱼鳞采用复合蛋白酶在生物酶反应器中催化酶解，酶解条件：将所述鱼鳞糜分散于水溶液中，料液比为1:5，pH恒定在 6.5，酶解温度恒定为50℃、加酶量为鱼鳞糜干重的3%（以酶活1.5 AU/g计），采用约1 mol/L的氢氧化钠溶液维持酶解体系的pH值恒定，酶解时间60～120 min，获得不同水解度的酶解产物，不同水解度的酶解产物其分子量分布、氨基酸组成及游离氨基酸的含量等存在差异，其抗冻性能存在差异。
步骤（7）所述的浓缩，使用透过分子量为100 Da的透析袋在聚乙二醇包埋下对酶解上清液进行浓缩，除去样品中大部分的水分，减少后续的干燥工作量。
步骤（8）所述的分离纯化是将酶解产物的浓缩液利用分子截留量为10 kDa的超滤膜进行多次离心纯化。采用超滤膜分离纯化具有操作方便，不会改变产品的性能和活性，处理样品量大，分离条件温和，可以多次重复使用的优点，适用于工业化生产；
步骤（9）所述的干燥是将所述收集的组分溶液直接采用冷冻干燥或喷雾干燥，不需经过脱盐工序。酶解过程一般在缓冲盐溶液中进行，以保证酶解过程中pH的恒定，但是后期的脱盐处理工作量很大。本方法在前期研究的基础上进行改进，以水溶液为底液进行酶解反应，且对酶解上清液进行浓缩脱水的过程中，少量的盐离子也通过透析袋随水脱去，最终酶解产物中盐含量很低，无需另外的脱盐工艺，大大减少了操作工作量。
本发明以鲢鱼鱼鳞为原料，经脱钙、绞碎、脱水、中性复合蛋白酶控制酶解、离心、浓缩、超滤以及干燥等工序生产高活性的抗冻剂，所得抗冻剂在冷冻鱼糜及制品中低温保护活性高，相比现有工业上使用的商业抗冻剂无甜味，可以保持鱼糜风味；该方法原料选用鲢鱼加工副产物鱼鳞为原料，提高了原料附加值，减少了环境污染，具有明显的经济、社会和环境效益；制备工艺操作简单，原材料易得，生产成本低，适于大规模工业化生产。该具有抗冻活性的酶解产物生产工艺的主要指标有：抗冻剂添加2%到鱼糜中后，鱼糜经6次冻融循环，以鱼糜中盐溶蛋白的提取率和Ca2+-ATPase活性为指标表征抗冻活性发现，酶解产物的抗冻活性与商业抗冻剂一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）采用鲢鱼加工副产物鱼鳞为原料，用盐酸脱钙，然后采用中性复合蛋白酶控制酶解；制备工艺操作简单，条件温和，酶解试剂常规易得，酶解产物分离纯化生产成本低，生产的抗冻剂成分稳定，适于大规模工业化生产。
（2）相比现有专利或文献中将酶解产物通过繁琐的提纯工艺分离纯化出抗冻肽，本发明仅采用超滤膜对鱼鳞酶解产物进行粗分，得到<10 kDa的组分，是多种肽和氨基酸的复合物，得率高，适合作为鱼糜及制品的抗冻剂，且其抗冻效果与商业抗冻剂一致；相比于商业抗冻剂无甜味，可以保持鱼糜风味，营养价值丰富；抗冻肽还具有一定的抗氧化性，可以减缓鱼糜的氧化变质。
（3）制备抗冻剂的原料是鱼鳞，是鲢鱼加工副产物，价格低廉，提高了鲢鱼的附加值，减少了加工企业废弃物的排放，具有良好的经济、社会和环境效益。
本发明另劈途径，采用中性复合蛋白酶控制酶解，采用超滤膜对鱼鳞酶解产物进行分离纯化，得到<10 kDa的组分，在冷冻鱼糜及制品中的抗冻效果与商业抗冻剂一致，该抗冻剂是多种肽和游离氨基酸的复合物，其低温保护活性高，无甜味，可以保持鱼糜风味，其生产工艺简单、成本低，适合于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
所述酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法包括以下步骤：
（1）鱼鳞采集：采集鲢鱼加工的副产物鱼鳞，用水清洗干净；
（2）脱钙：将鱼鳞在体积百分比浓度为3.8%的盐酸中，于＜10℃条件下脱钙32h，脱钙后用水清洗鱼鳞并沥干，得脱钙鱼鳞；其中，所述鱼鳞与盐酸的料液比为1:1.2，料液比的单位为g/mL；
（3）绞碎：将脱钙鱼鳞于绞碎机中绞碎成鱼鳞糜，保持体系温度＜10℃；
（4）中性复合蛋白酶酶解鱼鳞糜：将鱼鳞糜采用中性复合蛋白酶在生物酶反应器中催化酶解；酶解条件为：将鱼鳞糜分散于水溶液中，鱼鳞糜与水的料液比为1:5，料液比的单位为g/mL，用1mol/L的氢氧化钠溶液维持酶解体系pH为 6.5，酶解温度恒定为50℃，酶的添加量为鱼鳞糜干重的3%，酶解时间为60min，获得不同水解度的酶解产物；
（5）加热灭酶：采用水浴加热对酶解体系进行灭酶，灭酶条件为：酶解液中心温度达80℃后恒温保持15min，然后将酶解体系用流水冷却至20～25℃，得灭酶后的酶解体系；
（6）离心：将灭酶后的酶解体系20～25℃下离心并收集上清液，离心速度为4000g，离心时间为15min；
（7）浓缩：将收集的上清液进行透析浓缩，得到鱼鳞酶解产物浓缩液；所述透析浓缩是用透过分子量为100Da的透析袋在聚乙二醇包埋下对上清液进行浓缩；
（8）超滤分离纯化：将鱼鳞酶解产物浓缩液进行超滤膜分离纯化，收集<10 kDa分子量的组分溶液；
（9）干燥：将收集的组分溶液进行干燥，即得高活性鱼糜及制品抗冻剂。
其中，步骤（4）所述中性复合蛋白酶来源于芽孢杆菌属，中性复合蛋白酶的最低酶活≥1.5AU/g。步骤（8）所述超滤膜分离纯化是采用10 kDa的超滤膜对鱼鳞酶解产物进行分离纯化。步骤（9）所述干燥是冷冻干燥或喷雾干燥。
以本方法制备的抗冻剂，按质量百分比含量添加2%于鱼糜中，鱼糜经过6次冻融循环后，其盐溶性蛋白质提取率下降了26.89±1.22%，Ca2+-ATPase活性下降了31.47±2.98%，而添加商业抗冻剂的鱼糜经过6次冻融循环后，其盐溶性蛋白质提取率下降了28.64±2.06%，Ca2+-ATPase活性下降了30.56±1.08%，二者抗冻活性相关的两个指标差异性不明显（P>0.05），说明酶解鱼鳞60min并分离纯化出的<10 kDa的酶解产物组分在冷冻鱼糜中具有与商业抗冻剂一致的抗冻活性。
实施例2
所述酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法包括以下步骤：
（1）鱼鳞采集：采集鲢鱼加工的副产物鱼鳞，用水清洗干净；
（2）脱钙：将鱼鳞在体积百分比浓度为3.5%的盐酸中，于＜10℃条件下脱钙33h，脱钙后用水清洗鱼鳞并沥干，得脱钙鱼鳞；其中，所述鱼鳞与盐酸的料液比为1:1.3，料液比的单位为g/mL；
（3）绞碎：将脱钙鱼鳞于绞碎机中绞碎成鱼鳞糜，保持体系温度＜10℃；
（4）中性复合蛋白酶酶解鱼鳞糜：将鱼鳞糜采用中性复合蛋白酶在生物酶反应器中催化酶解；酶解条件为：将鱼鳞糜分散于水溶液中，鱼鳞糜与水的料液比为1:7，料液比的单位为g/mL，用1mol/L的氢氧化钠溶液维持酶解体系pH为 6.5，酶解温度恒定为50℃，酶的添加量为鱼鳞糜干重的3%，酶解时间为120min，获得不同水解度的酶解产物；
（5）加热灭酶：采用水浴加热对酶解体系进行灭酶，灭酶条件为：酶解液中心温度达80℃后恒温保持15min，然后将酶解体系用流水冷却至20～25℃，得灭酶后的酶解体系；
（6）离心：将灭酶后的酶解体系20～25℃下离心并收集上清液，离心速度为4000g，离心时间为15min；
（7）浓缩：将收集的上清液进行透析浓缩，得到鱼鳞酶解产物浓缩液；所述透析浓缩是用透过分子量为100Da的透析袋在聚乙二醇包埋下对上清液进行浓缩；
（8）超滤分离纯化：将鱼鳞酶解产物浓缩液进行超滤膜分离纯化，收集<10 kDa分子量的组分溶液；
（9）干燥：将收集的组分溶液进行干燥，即得高活性鱼糜及制品抗冻剂。
其中，步骤（4）所述中性复合蛋白酶来源于芽孢杆菌属，中性复合蛋白酶的最低酶活≥1.5AU/g。步骤（8）所述超滤膜分离纯化是采用10 kDa的超滤膜对鱼鳞酶解产物进行分离纯化。步骤（9）所述干燥是冷冻干燥或喷雾干燥。
以本方法制备的抗冻剂，按质量百分比含量添加2%于鱼糜中，鱼糜经过6次冻融循环后，其盐溶性蛋白质提取率下降30.14±2.04%，Ca2+-ATPase活性下降33.51±1.77%，而添加商业抗冻剂的鱼糜经过6次冻融循环后，其盐溶性蛋白质提取率下降了28.64±2.06%，Ca2+-ATPase活性下降了30.56±1.08%，酶解时间120 min的酶解产物用10 kDa的超滤膜分离纯化后收集<10 kDa分子量的组分溶液加入到鱼糜中，鱼糜冻融6次后该抗冻剂的抗冻活性略差于商业抗冻剂，但二者抗冻活性相关的两个指标差异性不明显（P>0.05），说明酶解鱼鳞120min并分离纯化出的<10KDa的酶解产物组分在冷冻鱼糜中具有与商业抗冻剂相当的抗冻活性。
Claims (4)
1.一种酶解鲢鱼鱼鳞生产高活性鱼糜及制品抗冻剂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）鱼鳞采集：采集鲢鱼加工的副产物鱼鳞，用水清洗干净；
（2）脱钙：将鱼鳞在体积百分比浓度为3 .5%～4 .0%的盐酸中，于＜10℃条件下脱钙32～33 h，脱钙后用水清洗鱼鳞并沥干，得脱钙鱼鳞；其中，所述鱼鳞与盐酸的料液比为1:(1.2～1.5)，料液比的单位为g/mL；
（3）绞碎：将脱钙鱼鳞绞碎成鱼鳞糜；
（4）中性复合蛋白酶酶解鱼鳞糜：将鱼鳞糜采用中性复合蛋白酶在生物酶反应器中催化酶解；酶解条件为：将鱼鳞糜分散于水溶液中，鱼鳞糜与水的料液比为1:（3～7），料液比的单位为g/mL，用0 .8～1 .2mol/L的氢氧化钠溶液保持酶解体系pH恒定在 6.5，酶解温度恒定为50℃、加酶量为鱼鳞糜干重的3%，酶解时间为60～120 min，获得不同水解度的酶解产物；
（5）加热灭酶：采用水浴加热对酶解体系进行灭酶，灭酶条件为：酶解液中心温度达80℃后恒温保持10～20 min，然后将酶解体系用流水冷却至20～25℃，得灭酶后的酶解体系；
（6）离心：将灭酶后的酶解体系20～25℃下离心并收集上清液，离心速度为3000～4000g，离心时间为10～15min；
（7）浓缩：将收集的上清液进行透析浓缩，得到鱼鳞酶解产物浓缩液；
（8）超滤分离纯化：将鱼鳞酶解产物浓缩液进行超滤膜分离纯化，收集<10 kDa分子量的组分溶液；
（9）干燥：将收集的组分溶液进行干燥，即得高活性鱼糜及制品抗冻剂;
抗冻剂用量为鱼糜的2%；
步骤（4）所述中性复合蛋白酶来源于芽孢杆菌属，中性复合蛋白酶的最低酶活≥1.5AU/g。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（7）中所述透析浓缩是用透过分子量为100Da的透析袋在聚乙二醇包埋下对上清液进行浓缩。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（8）所述超滤膜分离纯化是采用10kDa的超滤膜对鱼鳞酶解产物进行分离纯化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（9）所述干燥是冷冻干燥或喷雾干燥。
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