魚加工副產物中蛋白質高值化利用研究進展

張慧娟，羅永康，譚雨青

(中國農業大學，北京 100083)

我國是世界第一水產養殖大國，2019 年水產品產量達6 480多萬噸，其中魚占比54.47%。魚在加工過程中會產生占魚體重量40%～55%的副產物，如魚皮、魚骨、魚頭、內臟、魚鱗、魚鰭。這些副產物多被加工成動物飼料、肥料，甚至直接丟棄，產品附加值低。副產物中含有大量的蛋白質和脂類，研究表明，魚頭、魚皮、魚內臟等副產物中蛋白質水平可達14%～16%，直接丟棄會造成蛋白質資源的極大浪費，并帶來嚴重的環境污染。近年來，學術界和工業界為實現副產物中蛋白質的高值化利用做出了巨大的努力，也取得了一系列的成果。

一、蛋白質補充劑

魚加工副產物中的蛋白質可以直接作為補充人體營養的蛋白質來源，如魚蛋白肽等。必需氨基酸是指人體自身不能合成或合成速度不能適應機體需要，必須由食物供給的氨基酸。成人必需氨基酸有8 種，包括苯丙氨酸、賴氨酸、亮氨酸、纈氨酸、色氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸、異亮氨酸。魚加工副產物蛋白中含有豐富的必需氨基酸，尤其是甲硫氨酸和賴氨酸。魚蛋白的蛋白質效率(PER)高于乳中酪蛋白的蛋白質效率(2.7)，為3.1～3.7。魚蛋白的凈蛋白質利用率(NPU)介于紅色肉類(NPU為80)和雞蛋(NPU為100)之間。

有研究表明，由阿拉斯加鱈魚、鯡魚、鮭魚等加工副產物制備的水解物粉末，蛋白質水平在65%～79%，且三者必需氨基酸含量均高于聯合國糧農組織和世界衛生組織提出的氨基酸推薦攝入量。另外，魚加工副產物的蛋白質水解物分子量小，相比于未水解的魚蛋白更易被人體吸收，也應用于運動補劑產品中。大西洋鮭魚加工副產物水解物可作為營養不良兒童的蛋白質補充劑。

魚加工副產物在酶解過程中會游離出帶有苦味的疏水性氨基酸，限制了其在食品工業中的應用。研究能夠克服蛋白酶水解物苦味重的生物酶解技術是目前國內外的研究熱點。因此，余杰等(2001)利用中性蛋白酶、木瓜蛋白酶復合酶解技術生產鰻魚頭蛋白水解物，制備了以鰻魚頭蛋白水解物為基料的復合調味料，營養價值高，鮮味濃郁。劉鵬飛(2019)以鰱魚加工副產物為原料，采用三步法(分步酶解、加曲發酵、美拉德反應優化風味)制備出風味優良的魚露作為調味品，為魚副產物蛋白的高值化利用提供了一條新的途徑。

二、制備生物活性肽

利用蛋白酶解技術對魚副產物中的蛋白質進行酶解，可以生產出多種活性肽(如抗氧化肽、抗凍肽、降血糖肽、降血壓肽、抑菌肽等)。在人體利用氧氣進行正常生理代謝反應的過程中有氧自由基不斷產生，而過多的氧自由基會對人體細胞進行氧化攻擊，分解人體細胞和組織，影響人體正常代謝。研究表明，心血管疾病、白內障、關節炎、老年癡呆等疾病大都與過量氧自由基的堆積有關聯。大量研究表明，魚加工副產物來源的蛋白質短肽具有清除體內氧自由基的能力，可以起到抗氧化、防衰老的作用。高血壓是最常見的慢性病，血管緊張素轉換酶(ACE)抑制劑通過阻斷腎素－血管緊張素系統的活化來降低血壓。來源于魚加工副產物的降壓肽具有較高的穩定性和對ACE的抑制活性。抗菌肽是生物體先天免疫的重要組成部分，對細菌、真菌、寄生蟲、原蟲等具有廣譜抗菌活性，且對腫瘤細胞具有細胞毒性。魚加工副產物中提取得到的抗菌肽活性強、殺菌譜廣，在治療皮膚炎癥等方面起重要作用。此外，魚副產物蛋白水解物還具有其他生物活性，例如降血糖、抗凍、改善肥胖、免疫調節等作用。

三、制備膠原蛋白和明膠

魚加工副產物(尤其是魚皮、魚鱗)中含有大量的膠原蛋白。明膠是膠原蛋白通過熱變性或部分降解形成的天然高分子混合物，它呈半透明狀、無色、易碎且無味，具有乳化性、成膜性、持水性、膠凝性等獨特的功能性質。膠原蛋白和明膠具有獨特的生物相容性，可能是因為其含有豐富的甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、脯氨酸等非極性氨基酸。因此，膠原蛋白和明膠已在食品、生物醫學及美容保健等領域廣泛應用。

在食品領域，明膠可以在制作奶酪、蛋糕時作為膠凍劑，在制作啤酒、中藥口服液時作為澄清劑，在制作凝固型酸奶時作為凝固劑。在調理肉制品中添加膠原蛋白，可提高肉制品的蛋白質水平，且明顯提高彈性、易于切片。在乳制品加工過程中，膠原蛋白的添加通過提高混合體系的乳化能力防止體系分層，同時降低混合物的黏度，從而使乳制品易于加工操作和運輸。膠原蛋白和明膠因其良好的溶解性和膠凝性，還可以用于制作模擬食品，如仿生海參、人造魚翅等。另外，膠原蛋白和明膠還可以用于制作可食性包裝膜和膠原腸衣，在減輕環境污染的同時提升食品的營養價值。

在生物醫學領域，膠原蛋白具有低免疫源性、可生物降解性、止血作用、成膜性等特點，能對宿主細胞及組織產生協調作用，因此也用于可吸收縫合線、止血纖維、止血海綿、代血漿、水凝膠(制作燒傷敷料和隱形眼鏡)、人工皮膚、人工血管、人工食管、心臟瓣膜、角膜、神經修復、膠囊包衣等的制作。

在美容保健領域，水解膠原蛋白分子中含有大量的親水基團和保濕因子，具有保濕作用。膠原蛋白肽與周圍組織親和性好，且分子量小，易被皮膚吸收，有利于修復皺紋、保持皮膚彈性。膠原蛋白中富含酪氨酸殘基，它可以與酪氨酸酶的活性中心結合，抑制黑色素的生成，因而顯示出一定的美白作用。

魚加工副產物可提供一種新型且安全的膠原蛋白和明膠來源。相關研究表明，以魚加工副產物為原料提取的明膠，例如從鱸魚、草魚、巨型鲇、大眼鯛以及鯉魚等魚皮中提取的明膠都具有較好凝膠性能。于林(2017)利用木瓜蛋白酶從鰱魚鱗中提取膠原蛋白后與殼聚糖結合制備復合膜，研究了茶多酚改性后的膠原蛋白－殼聚糖復合膜對冷藏斜帶石斑魚的保鮮效果，開發了一種新型可食性復合保鮮膜。

四、作為微生物生長培養基的氮源

魚加工副產物產量大、價格低、蛋白質水平高，將其通過酶解等技術加工為微生物培養所需氮源的研究已進行了數十年。例如，Safari 等(2012)研究了黃鰭金槍魚頭經過堿性蛋白酶和復合蛋白酶水解24 小時后，水解物在植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌培養基中作為替代氮源的表現，最大OD600值和比生長速率的結果表明，與商品培養基相比，利用水解物為氮源配制的培養基對乳酸菌生長有更明顯的促進作用。Martone等(2005)研究了鱈魚加工副產物經過自溶水解后作為大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、表皮葡萄球菌和嗜鹽菌生長過程唯一氮源的潛力，結果表明其自溶水解物可以支持微生物的生長，且以水解物作為氮源配制的培養基培養得到的菌落形態和大小與標準培養基相似。Aspmo等(2005)探索了大西洋鱈魚內臟經過堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶水解后用作培養基替代氮源培養不同微生物(乳酸乳球菌、瑞士乳桿菌、干酪乳桿菌、戊糖片球菌、嗜酸乳桿菌)的可能性，結果表明水解物作為培養基替代氮源的效果優于工業氮源。Vázquez等(2004)發現魷魚、金槍魚、劍魚自溶得到的水解物均可以替代假單胞菌、弧菌、玫瑰桿菌標準培養基中的氮源。Horn等(2005)研究表明鱈魚內臟水解物可以作為植物乳桿菌培養基的氮源。

在魚加工副產物水解物作為替代氮源的培養基上，微生物生長情況取決于副產物的種類以及用于水解的蛋白酶的種類和水解時間的選擇，這可能是受原料氨基酸組成、酶切位點、水解程度和肽鏈長度的影響。因此，選擇不同種類的魚加工副產物蛋白并調整水解工藝，為不同種類的微生物開發其最適的氮源，還具有較大的探索空間。

五、展望

在作為蛋白質補充劑方面，魚加工副產物中蛋白質水平高，其氨基酸組成滿足人體的營養需求。但魚加工副產物經蛋白酶水解后產生苦味肽的問題制約了其在食品工業中的應用，研究新的技術以減少苦味肽的產生或通過改性對其進行掩蓋還需要進一步的探索。在制備生物活性肽方面，已有許多魚加工副產物蛋白肽被證明有生物功能活性，但這些生物活性肽經胃腸道消化吸收之后在人體內的活性及作用機制還需要進一步研究。魚加工副產物經酶解后可作為微生物培養基氮源，對其重金屬離子指標監測還需進一步探索研究。