鱖魚副產物源水解物的制備工藝優化及其體外消化分析

吳占春，李 苓，周迎芹，謝寧寧, ，方旭波，陳小娥

（1.浙江海洋大學食品與藥學學院，浙江舟山 316022；2.安徽省農業科學院農產品加工研究所，安徽合肥 230031；3.安徽省食品微生物發酵與功能應用工程實驗室，安徽合肥 230041；4.浙江國際海運職業技術學院，浙江舟山 316021）

鱖魚（）是我國的名優淡水魚之一，臭鱖魚則是利用新鮮鱖魚為原料，經過低溫發酵而成。目前，鱖魚加工成臭鱖魚的前處理環節，需要進行“三去”，產生了大量的魚腮、魚鱗及魚內臟等廢棄物，僅安徽黃山地區每年就產生2萬噸副產物。魚類加工副產物（濕基）中含有占比較高的蛋白質（15%～30%），而從中制備出蛋白水解物仍然是近年來的研究熱點。這是由于魚類蛋白水解物中含有大量多肽，它們具有抗氧化、提高免疫力等生物活性潛力，研究價值較高。因此，如何合理利用臭鱖魚加工副產物是完善臭鱖魚綠色加工技術的重要研究內容之一。

酶解法是制備魚蛋白水解物的重要技術手段之一，該技術具有反應過程定向可控、條件溫和等優點，屬于綠色加工范疇。Kumar等在使用黃魚副產物制備水解物時，反應時間較短，且多肽得率高；Kim等制備鮭魚副產物水解物時，發現酶解法具有營養成分保留率高、能耗低、安全可靠等優勢。這些副產物中的蛋白質在使用酶解法制備成水解物后，也具有了更高的工業應用潛力。由于底物和制備目標的不同，通常需要選擇合適的商業酶來定向制備蛋白水解物，如胃蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、胰蛋白酶和風味蛋白酶等。其中，地衣芽孢桿菌產堿性蛋白酶（Alcalase）已經廣泛應用于水產源蛋白水解物的制備。

蛋白水解物需要經過胃腸的消化才能在機體內發揮生物活性肽的功能和營養作用。模擬胃腸消化法，較多運用于評價人體對蛋白水解物等的消化效果，這種方法具有操作簡單、快捷、重現性好等優點。針對功能性食品，通常采用胃蛋白酶消化率作為主要指標，這在一定程度上忽視了腸道內消化酶等的作用，因此，本試驗采用的模擬胃腸兩段連續消化有一定的必要性。

目前，針對鱖魚副產物水解產物的研究主要涉及其保水性，但對其酶解工藝、功能性和消化性分析的研究尚未見報道。因此，本研究以臭鱖魚加工工業中的副產物為開發對象，采用單因素法和響應面法確定最佳水解工藝，并研究水解物模擬胃腸消化后的可溶性肽含量及抗氧化活性變化，以期為開發高端寵物食品提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鱖魚副產物（魚鱗、魚鰓和內臟混合物） 安徽省食品微生物發酵與功能應用工程實驗室；Alcalase 2.4 L 堿性蛋白酶（200000 U/g）、2,2′-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸（2,2′-Azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid） diammonium salt, ABTS）索萊寶科技有限公司；胃蛋白酶（3000 U/mg）、胰蛋白酶（250 U/mg）、福林酚、牛血清白蛋白 麥克林生化科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical, DPPH） TCI化成工業發展有限公司；氫氧化鈉、鹽酸、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、甲醛、磷酸二氫鉀、鎢酸鈉、鉬酸鈉、硫酸鋰、液體溴 分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

SYKAM S-433D氨基酸自動分析儀 德國Sykam科學儀器有限公司；K-350半自動凱氏定氮儀 瑞士Buchi實驗室設備貿易有限公司；GC2014氣相色譜儀 美國Agilent科技有限公司；Y50-plus均質乳化機 上海約迪機械設備有限公司；FE20臺式pH計 瑞士Mettler Toledo集團；UV-5600紫外可見分光光度計 上海元析有限公司；H1750R臺式高速低溫離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司；FD-1CE冷凍干燥機 北京德天佑科技發展有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 鱖魚副產物基本組成測定

1.2.1.1 基本營養成分測定 水分、粗蛋白、粗脂肪、灰分等含量的測定方法分別參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》直接干燥法、GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》凱氏定氮法、GB 5009.6-2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》索氏提取法、GB 5009.4-2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》高溫灼燒法。

1.2.1.2 氨基酸組成測定 參照GB 5009.124-2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》酸水解法進行氨基酸組成測定。

1.2.2 水解物制備流程 參照林煌華等的方法并稍作修改。鱖魚副產物加水均質（3000 r/min，2 min），調節pH、溫度，加入堿性蛋白酶酶解，滅酶（90 ℃，10 min）后離心（8000 r/min，15 min）取上清液，上清液過濾脫脂，旋蒸濃縮（60 ℃，30 min），冷凍干燥（-50 ℃，1 Pa，48 h）得到蛋白水解物。

1.2.3 單因素實驗 固定料液比1:4、酶解pH9、酶解溫度50 ℃、加酶量2.0%、酶解時間4 h，考察不同料液比（1:1、1:2、1:3、1:4、1:5 g/mL）、不同酶解pH（7、8、9、10、11）、不同酶解溫度（45、50、55、60、65 ℃）、不同加酶量（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%）、不同酶解時間（1、2、3、4、5 h）對鱖魚副產物源水解物水解度的影響。

1.2.4 響應面優化試驗 根據Design Expert原理設計，以水解度作為響應值，以pH、溫度和加酶量為變量，設計三因素三水平的響應面分析試驗，優化試驗結果。各因素的水平編碼表見表1。

表1 響應面試驗設計因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface experiment

1.2.5 水解度的測定 氨基酸態氮的測定方法參照GB 5009.235-2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸態氮的測定》比色法，總氮含量的測定方法參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》凱氏定氮法。水解度的計算公式如下：

式中：AN：水解后的樣品中的氨基酸態氮質量（μg）；AN：水解前的樣品中的氨基酸態氮質量（μg）；N：樣品中的總氮質量（μg）。

1.2.6 胃腸消化模型 參照He等的方法并稍作修改：胃消化階段：將水解物按4%的質量濃度溶解于 HCl（0.01 mol/L）中，37 ℃ 水浴預熱 5 min。按2.5%的質量濃度加入胃蛋白酶，混勻，37 ℃水浴2 h，模擬胃消化；腸消化階段：用 NaHCO（0.9 mol/L）將經胃消化后的消化液調pH至5.3，后用NaOH溶液（1 mol/L）將pH調至7.5。按4%的質量濃度加入胰蛋白酶，混勻，37 ℃水浴4 h，模擬腸消化。

模擬胃腸消化過程中每隔1 h取10 mL模擬消化液，于沸騰水浴中滅酶10 min，冷凍干燥后置于-20 ℃備用。使用時將凍干粉用去離子水配制為1 mg/mL，測定可溶性肽含量和抗氧化活性。

1.2.7 可溶性肽含量測定 參照Lowry等方法測定可溶性肽含量。試劑甲：稱取10 g碳酸鈉、2 g氫氧化鈉和0.25 g酒石酸鉀鈉，定容至500 mL；稱取0.05 g硫酸銅，定容至10 mL。將兩種溶液混合，現用現配；試劑乙：稱取100 g鎢酸鈉和25 g鉬酸鈉放入2 L磨口回流瓶中，加入700 mL蒸餾水，再加50 mL磷酸（85%），100 mL濃鹽酸，充分混合，接上回流管，小火回流10 h。回流結束時，加入150 g硫酸鋰，50 mL蒸餾水及2～3滴液體溴，開口繼續沸騰15 min。冷卻后溶液呈黃色（如仍呈綠色，須再重復滴加液體溴的步驟）。加水稀釋至1 L，過濾，濾液置于棕色試劑瓶中保存，使用時加水稀釋一倍。

將1 mL模擬消化液（1 mg/mL）加入5 mL試劑甲，旋渦振蕩搖勻，室溫放置10 min后加入0.5 mL試劑乙，立即旋渦振蕩搖勻，30 ℃水浴15 min后在500 nm下測定吸光值，以蒸餾水為空白對照。用牛血清白蛋白做標準曲線（y=0.0011x+0.062，=0.9996；式中：x：樣品中可溶性肽質量 (μg)，y：吸光值），將樣品吸光值帶入曲線計算出可溶性肽含量。計算公式如下：

式中：m：可溶性肽質量（μg）；M：樣品濃度（mg/mL）；V：樣品體積（mL）。

1.2.8 抗氧化活性測定

1.2.8.1 DPPH自由基清除率測定 參照李娜等的方法稍作修改。將2 mL模擬消化液（1 mg/mL）加入 2 mL DPPH（60 μmol/L）溶液中，旋渦振蕩搖勻，室溫放置30 min后在518 nm下測定吸光值，以乙醇為空白對照。計算公式如下：

式中：A：DPPH溶液加入無水乙醇的吸光值；A：DPPH溶液加入樣品溶液的吸光值；A：無水乙醇加入樣品溶液的吸光值。

1.2.8.2 ABTS自由基清除率測定 參照李娜等的方法稍作修改。將10 μL模擬消化液（1 mg/mL）和50 μL磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L）加入96孔板，再加入 100 μL ABTS 溶液（0.5 μmol/L），迅速將 96孔板放入酶標儀，避光6 min后在405 nm下測定吸光值，以磷酸鹽緩沖液為空白對照。計算公式如下：

式中：A：空白吸光值；A：樣品吸光值。

1.3 數據處理

采用Design Expert 12軟件進行響應面分析。采用SPSS 16軟件進行數據處理和分析，試驗結果以均值±標準誤差（Mean±SD）表示，使用Duncan多重比較法進行差異性比較，顯著性水平為＜0.05。

2 結果與分析

2.1 鱖魚副產物基本組成分析

2.1.1 基本營養成分分析 對鱖魚副產物進行基本營養成分分析，結果如表2所示。鱖魚副產物中粗蛋白含量為11.02%，是鱖魚魚肉中粗蛋白含量的61.3%，是一種有潛力的制備生物活性肽的來源。

表2 鱖魚及副產物基本營養成分（%）Table 2 Basic nutrients of mandarin fish and its by-products (%)

2.1.2 氨基酸組成分析 對鱖魚副產物進行氨基酸組成分析，結果如表3所示。鱖魚副產物中檢測出17種氨基酸，包括7種必需氨基酸，10種非必需氨基酸。其中，含量較高的氨基酸為甘氨酸（14.1 mg/g）、谷氨酸（10.63 mg/g）、脯氨酸（8.04 mg/g）、丙氨酸（8.03 mg/g）、天冬氨酸（7.10 mg/g）、亮氨酸（6.01 mg/g），精氨酸（5.23 mg/g）。色氨酸未檢出，這可能是由于酸水解法破壞了其結構所導致的。鱖魚副產物中檢測出的必需氨基酸含量為26.9±2.44 mg/g，疏水性氨基酸含量為35.7±2.11 mg/g，總氨基酸含量為89.1±5.50 mg/g。

表3 鱖魚副產物氨基酸組成分析（mg/g）Table 3 Amino acid composition analysis of mandarin fish by-products (mg/g)

2.2 鱖魚副產物酶解工藝優化

2.2.1 單因素實驗 以水解度為指標，料液比、pH、溫度、加酶量、酶解時間作為單因素參數，實驗結果如圖1所示。

隨著料液比的增加，水解度呈現先顯著上升后趨于平穩的趨勢（＜0.05），由9.86%不斷上升，在1:4 g/mL時達到最大值18.04%，之后基本不變（圖1A）。經研究表明，當料液比較小時，底物堆積影響水解的進行；當料液比超過最佳比例時，底物濃度超過最大水解度所需的量，水解度不再增加。根據這一研究結論，本實驗得出的最佳料液比為1:4 g/mL，不進行響應面優化。

隨著pH的增加，水解度呈現先顯著上升后顯著下降的趨勢（＜0.05），由16.18%不斷上升，在9時達到最大值18.04%，之后降低至13.39%（圖1B）。呂樂等研究發現pH會影響酶的活性中心構象，從而影響酶和底物的特異性結合。pH過高或過低均會降低酶活，進而影響水解度，因此選擇pH8、9、10進行響應面優化。

圖1 不同酶解參數的單因素實驗結果Fig.1 Single factor experimental results of different enzymatic hydrolysis parameters

隨著溫度的增加，水解度呈先顯著上升后顯著下降的趨勢（＜0.05），由14.01%不斷上升，在55 ℃時達到最大值18.04%，之后降低至16.66%（圖1C）。可能是因為酶活隨溫度的升高而增強，但當酶解溫度超過最適溫度時，酶可能會失活或變性。溫度過高或過低會降低酶活，影響水解度，因此選擇50、55、60 ℃進行響應面優化。

隨著加酶量的增加，水解度呈現先顯著上升后下降的趨勢（＜0.05），由12.71%不斷上升，在2.0%時達到最大值18.04%，之后降低至17.63%（圖1D）。原因可能是提高加酶量可以提高酶與底物的接觸效率，從而使水解度增大；但加酶量超過最適數值時，酶與底物處于飽和狀態，使水解度略微降低。選擇加酶量1.5%、2.0%、2.5%進行響應面優化。

隨著酶解時間的增加，水解度呈現先顯著上升后平穩的趨勢（＜0.05），由11.3%不斷上升，在4 h時達到最大值18.04%，之后基本不變（圖1E）。原因是酶解初期，蛋白質不斷分解為小分子肽和游離氨基酸，水解度不斷上升；當底物完全消耗后，水解度不再增加。因此，最佳酶解時間為4 h，不進行響應面優化。

2.2.2 響應面試驗結果 在單因素實驗的基礎上，根據 Box-Behnken 試驗設計原理，選擇 A pH（8、9、10）、B 溫度（50、55、60 ℃）、C 加酶量（1.5%、2%、2.5%）進行三因素三水平響應面試驗，共進行17組試驗，試驗設計見表4。

表4 響應面試驗設計Table 4 Experimental design for response surface

根據試驗結果建立回歸模型并進行方差分析，結果如表5所示。可以看出，所選模型＜0.01，影響極顯著，說明與實際情況擬合很好；失擬項＞0.05，影響不顯著，說明未知因素對試驗結果干擾小，模型選擇適當。三種因素對響應值的影響順序為C（加酶量）＞B（溫度）＞A（pH）；因素間交互作用影響的顯著性為BC＞AB＞AC。

表5 模型的回歸方程分析Table 5 Regression equation analysis of model

此模型可擬合出響應值對應的響應面分析圖，其三維圖形是響應值對試驗因素構成的三維空間曲面圖。當試驗因素交互作用時，三維曲面圖可直觀看出響應值的變化趨勢，如圖2所示。可以看出，pH、溫度和加酶量對水解度的影響均極顯著。

圖2 酶解參數相互作用的響應面三維圖Fig.2 Three dimensional response surface diagram of the interaction of enzymolysis parameters

隨著pH和溫度的升高、pH和加酶量的升高、溫度和加酶量的升高，水解度均呈現先上升后下降的趨勢，這與單因素實驗的結果一致。因素間交互作用均不顯著，影響順序為BC（溫度和加酶量）＞AB（pH和溫度）＞AC（pH 和加酶量）。

利用Design Expert12軟件進行回歸分析，得到的預測模型為Y=18.084-0.2525A+0.93875B+1.33125C+0.045AB-0.025AC+0.0725BC-1.30325A-1.30575B-1.50575C。經Design-Expert 12軟件分析可得最佳工藝參數為酶解pH9.11、酶解溫度57.12 ℃、加酶量2.02%。考慮到實際操作問題，選取參數為酶解pH9.1、酶解溫度57.0 ℃、加酶量2.02%，對應的響應面模型預測水解度為18.47%。為驗證響應面優化試驗的可行性，重復3次酶解試驗得到鱖魚副產物水解物的水解度為18.38%，與回歸方程預測值相差小于1%，說明水解物的最佳制備工藝參數是可靠的。

2.3 鱖魚副產物水解物的胃腸消化性分析

2.3.1 可溶性肽含量變化 水解物在模擬胃腸消化過程中，可溶性肽含量隨時間的變化趨勢如圖3所示。在模擬胃消化后，可溶性肽含量呈顯著下降趨勢，由 75.91 mg/g 降低至 62.42 mg/g（＜0.05）；在模擬腸消化后，可溶性肽含量顯著降低，由62.42 mg/g降低至 30.61 mg/g（＜0.05）。

圖3 胃腸消化過程中可溶性肽含量的變化Fig.3 Changes of soluble peptide content during gastrointestinal digestion

可溶性肽含量在模擬胃消化后下降了17.76%，在模擬腸消化后下降了50.97%，這與劉文釗在研究菲律賓蛤仔水解物在模擬胃腸消化后的結果相近（16.0%、51.3%）。可溶性肽含量在胃消化階段降低較少的原因可能是易被胃蛋白酶分解的苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸等氨基酸在水解物中的含量較少。可溶性肽含量在腸消化階段降低較多的原因可能是胰蛋白酶在淡水魚副產物的酶解產物中的酶切位點多于胃蛋白酶。還可能是因為易被胰蛋白酶分解的亮氨酸、精氨酸等氨基酸在水解物中的含量較高導致的。

2.3.2 抗氧化活性變化 水解物在模擬胃腸消化過程中，抗氧化活性隨時間的變化趨勢如圖4所示。在模擬胃消化后，DPPH和ABTS自由基清除能力均呈上升趨勢，其中DPPH自由基清除能力顯著上升，由 55.32% 上升至 81.31%（＜0.05）；ABTS 自由基清除能力也顯著上升，由47.29%上升至58.59%（＜0.05）。在模擬腸消化后，DPPH和ABTS自由基清除能力均呈現下降趨勢，其中DPPH自由基清除能力下降顯著，由81.31%降低至51.36%（＜0.05）；ABTS自由基清除能力則稍有下降，由58.59%下降至48.67%。

圖4 胃腸消化過程中抗氧化活性的變化Fig.4 Changes of antioxidant activity during gastrointestinal digestion

在模擬胃消化后，抗氧化活性值得到顯著提升（＜0.05），原因可能是水解物在胃消化過程中產生了抗氧化活性肽。Gu等在研究雞蛋寡肽的抗氧化活性時，發現雞蛋酶解產物在胃消化后抗氧化肽的含量增加；徐廣新等在研究酸奶的抗氧化活性時，發現酸奶的抗氧化活性在胃消化后有顯著提升；王雨辰等在研究豌豆低聚肽的抗氧化功能時，發現豌豆低聚肽在胃消化后產生了具有高抗氧化活性的肽。在模擬胃消化后，DPPH自由基清除能力的提升顯著高于ABTS的提升，這與曹振海等的試驗結果一致。這可能是因為水解物中含量較高的脯氨酸、丙氨酸、亮氨酸殘基等疏水基團與脂溶性的DPPH自由基結合效果更好。

相較于胃消化產物來說，腸消化產物的抗氧化活性值顯著降低（＜0.05），這可能是胰蛋白酶的定向水解作用，破壞了肽的結構，使其部分失去抗氧化能力。在Gu等的研究中，雞蛋寡肽抗氧化活性在體外模擬腸消化后表現了降低的趨勢；邵志芳等在研究乳清蛋白源抗氧化活性肽時，發現模擬腸液對肽活性的影響主要是胰蛋白酶會導致抗氧化活性肽的結構發生變化，從而使肽的抗氧化活性降低；劉文穎等在研究模擬胃腸消化對大豆低聚肽的結構和抗氧化活性的影響時，發現用胰蛋白酶處理大豆低聚肽后，肽結構也發生了明顯變化，使得抗氧化活性降低。

目前，國內在水產品副產物水解物的模擬胃腸消化方面進行了大量研究，劉文穎等制備的三文魚皮水解物在模擬胃腸消化后，DPPH和ABTS自由基清除能力分別為41.25%和39.17%；曹振海等制備的鲀魚皮水解物在模擬胃腸消化后，兩種自由基清除能力分別為48.31%和47.55%；梁杰等制備的鮑魚內臟水解物在模擬胃腸消化后，兩種自由基清除能力分別為49.35%和45.37%。在本實驗中，鱖魚副產物水解物在模擬消化后的DPPH和ABTS自由基清除能力分別達到51.36%和48.67%，說明鱖魚副產物水解物在模擬胃腸消化后，仍具有較高的抗氧化活性。

3 結論

本研究通過利用鱖魚副產物制備蛋白水解物，初步評價其體外胃腸消化后的抗氧化活性，并分析其消化性，為功能性寵物食品的開發提供技術依據。鱖魚副產物制備水解物的工藝為料液比1:4 g/mL、pH9.1、酶解溫度57.0 ℃、加酶量2.02%、酶解時間4 h。水解物在模擬胃腸消化后，可溶性肽由75.91 mg/g降低至30.61 mg/g，降低了59.67%。在抗氧化活性方面，水解物在模擬胃腸消化過程中，DPPH自由基清除能力最高達81.31%，ABTS自由基清除能力最高可達58.59%。研究結果為合理利用臭鱖魚加工副產物，完善臭鱖魚綠色加工技術提供了技術依據。