全沁果 段偉文 曾雪鴿 陳 銘 張澤偉 郝記明,2,3,4 劉書成,2,3,4 吉宏武,2,3,4

(1. 廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東 湛江 524088；2. 廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 湛江 524088；3. 廣東省海洋食品工程技術(shù)研究中心，廣東 湛江 524088； 4. 廣東普通高等學(xué)校水產(chǎn)品深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088)

南極磷蝦是國內(nèi)外遠(yuǎn)洋漁業(yè)的重點(diǎn)開發(fā)對(duì)象，其生物儲(chǔ)量巨大，約為1.0×109～3.0×109t，環(huán)繞分布于南極海域[1-2]。蛋白源成分、油脂、礦質(zhì)元素、內(nèi)源酶類、甲殼素集成了南極磷蝦高值化利用的主要方向[3]。由于南極磷蝦生活在極寒帶水域，在該環(huán)境的脅迫與自身忍耐下進(jìn)化出了豐度很高的抗凍性內(nèi)源酶系統(tǒng)[4]，為此南極磷蝦經(jīng)遠(yuǎn)洋捕撈上船后或制成冷凍蝦磚于-40 ℃以下船載冷凍保存，或經(jīng)船載熱蒸汽加工、粉碎成全粉密封保存。相對(duì)于冷凍蝦磚，南極磷蝦粉具有流通成本低、儲(chǔ)存方便的優(yōu)點(diǎn)，受到了水產(chǎn)品加工企業(yè)的更多重視。

目前，國內(nèi)外圍繞南極磷蝦粉的開發(fā)與利用開展了一些研究工作。大部分的報(bào)道[5-7]是將南極磷蝦粉簡(jiǎn)單加工成水產(chǎn)飼料，應(yīng)用前景雖好，但附加值較低。而對(duì)南極磷蝦粉的進(jìn)一步利用仍停留在分析該粉基成分以及研究?jī)?chǔ)藏方式對(duì)其品質(zhì)的影響[8]，缺乏對(duì)南極磷蝦粉系統(tǒng)的可食性營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)。南極磷蝦粉的船載加工包含了蒸煮、脫水和蒸汽烘干3個(gè)熱處理步驟，其內(nèi)源酶已變性失活，因此其主要成分分析只需考慮蛋白源成分、油脂、甲殼素和礦質(zhì)元素四類。但南極磷蝦在船載制粉過程中蝦殼中氟可能會(huì)發(fā)生遷移[9]，從而使蝦肉中氟殘留量升高，是制約南極磷蝦粉高值化利用的主要因素。南極磷蝦被證實(shí)為高品質(zhì)蛋白質(zhì)源，受到了國內(nèi)外學(xué)者的重視，相關(guān)提取工藝已比較成熟[10-11]。相比新鮮南極磷蝦，南極磷蝦粉蛋白質(zhì)在船載加工過程中發(fā)生了熱變性，其特性發(fā)生了改變，故以往報(bào)道的技術(shù)路線參考價(jià)值有限，有待進(jìn)一步研究。綜上所述，制備高品質(zhì)用于食品加工的蛋白質(zhì)基料是實(shí)現(xiàn)南極磷蝦粉蛋白源成分進(jìn)一步利用的前提。

本試驗(yàn)擬在分析南極磷蝦粉蛋白質(zhì)、油脂、甲殼素和礦質(zhì)元素四類主要成分含量和基于營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)其氨基酸組成、脂肪酸組成和礦質(zhì)元素組成的基礎(chǔ)上，考察過篩、脫脂處理制備蛋白質(zhì)加工基料過程中基本成分與氟含量的變化，為南極磷蝦粉蛋白質(zhì)制品的開發(fā)及副產(chǎn)物的利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

南極磷蝦粉：南極磷蝦經(jīng)遠(yuǎn)洋捕撈后迅速以船載蒸煮、脫水、蒸汽烘干制得的全蝦粉，經(jīng)冷鏈運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室在4 ℃冰箱儲(chǔ)存，測(cè)得水分含量為7.79%、蛋白質(zhì)含量為61.38%、粗脂肪含量為14.49%、灰分含量為14.92%、氯化物含量為2.21%，中國水產(chǎn)有限公司；

木瓜蛋白水解酶(24 876 U/g)、動(dòng)物蛋白水解酶(22 360 U/g)：廣西南寧龐博生物工程有限公司；

其他試劑：分析純，廣州化學(xué)試劑廠。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

氣質(zhì)聯(lián)用儀：Agilent Ge6sgo N/MSs973型，美國Agilent公司；

全自動(dòng)氨基酸分析儀：L-8900 型，株式會(huì)社日立制作所；

pH計(jì)：PHS-3C型，配備甘汞參比電極與氟離子選擇電子，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；

增力電動(dòng)攪拌機(jī)：JB50-D型，上海精科儀器有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：HHS型，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

微波消解儀：MDS-6型，上海心儀微波化學(xué)科技有限公司；

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：Agilent 7800 型，美國Agilent公司；

送風(fēng)干燥箱：EYELA WFO-700型，東京理化器械株式會(huì)社；

全自動(dòng)凱氏定氮儀：VADODEST 450型，德國格哈特分析儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 南極磷蝦油及脫脂蝦粉的制備 分別對(duì)南極磷蝦粉進(jìn)行20，30，40目過篩處理，收集過篩粉與截留部分。得到過篩粉后加入料液比1∶10 (g/mL)的正己烷-乙醇(體積比9∶1)混合溶劑進(jìn)行脫脂處理，收集3次脫脂液進(jìn)行減壓旋蒸處理，得到南極磷蝦油[12]。將所得的脫脂粉在45 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重，得到脫脂南極磷蝦粉。

1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

(1) 總蛋白：按GB 5009.5—2016執(zhí)行。

(2) 脂肪含量：按GB 5009.6—2016執(zhí)行。

(3) 甲殼素：參考侯佰立等[13]的方法。

(4) 礦質(zhì)元素：按GB 5009.268—2016的電感耦合等離子體質(zhì)譜法執(zhí)行，礦質(zhì)元素含量以測(cè)定的常量元素(鉀、鈉、鎂、鈣、磷)和微量元素(鉻、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘)的總質(zhì)量計(jì)。

(5) 氨基酸組成：按GB 5009.124—2016執(zhí)行。

(6) 脂肪酸組成：按GB 5009.168—2016執(zhí)行。

(7) 水分：按GB 5009.3—2016執(zhí)行。

(8) 灰分：按GB 5009.4—2016執(zhí)行。

(9) 氯化物：按GB 5009.44—2016執(zhí)行。

(10) 氟含量：按GB/T 5009.18—2003的氟離子選擇電極法執(zhí)行。

(11) 基料的質(zhì)量損失率：按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：

G′——質(zhì)量損失率，%；

a——過篩后蝦粉質(zhì)量，g；

b——過篩前蝦粉質(zhì)量，g。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 數(shù)據(jù)經(jīng)正態(tài)性檢驗(yàn)服從正態(tài)分布后，采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(Mean±SD)表示，采用Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要成分含量的測(cè)定

如表1所示，南極磷蝦粉4種成分的總量占比達(dá)到了88.22%。其含量水平與同類報(bào)道有一定差異[14]，可能受南極磷蝦生長環(huán)境與年限、捕撈季節(jié)與方式、船載加工設(shè)備與參數(shù)等諸多因素影響。其中，蛋白質(zhì)含量在3種有效成分中的占比達(dá)到了69.58%，是發(fā)展南極磷蝦粉可食化加工的首要資源利用點(diǎn)。此外，南極磷蝦粉中礦質(zhì)元素的含量水平較高，可能與其蛋白源成分及礦質(zhì)元素有較強(qiáng)的結(jié)合活性有關(guān)[15]，提示該蛋白源有望開發(fā)成高品質(zhì)金屬螯合肽。

表1南極磷蝦粉蛋白質(zhì)、粗脂肪、甲殼素和礦質(zhì)元素含量?

Table 1 Protein, lipids, chitin and minerals content in antarctic Krill meal (n=3) %

? 含量以濕基計(jì)。

2.2 氨基酸、脂肪酸和礦質(zhì)元素組成及營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)

2.2.1 氨基酸組成分析 由表2可知，南極磷蝦粉共檢出18種氨基酸，包括了人體必需的8種氨基酸和2種半必需氨基酸。其中，谷氨酸含量最高，為7.18%，色氨酸含量最低，為0.82%。南極磷蝦粉中EAA/AA達(dá)到38.74%，高于FAO/WHO的推薦值(35.38%)，但低于雞蛋蛋白的標(biāo)準(zhǔn)值(48.08%)。此外，EAA/NEAA值為70.24%?？梢姡蠘O磷蝦粉符合FAO/WHO認(rèn)可的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源。目前，中國尚無有關(guān)蝦粉氨基酸評(píng)級(jí)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于魚粉可根據(jù)賴氨酸和蛋氨酸的含量(特級(jí)魚粉：賴氨酸含量≥1.5%；蛋氨酸含量≥3.6%)進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)比來看，南極磷蝦粉未經(jīng)處理就已接近特級(jí)魚粉的氨基酸評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，表明其具有良好的開發(fā)前景。

表2 南極磷蝦粉氨基酸組成?Table 2 Amino acids composition of antarctic krill meal (n=3) %

? “AA”為氨基酸總量；“EAA”為必需氨基酸總量；“HEAA”為半必需氨基酸總量；“NEAA”為非必須氨基酸總量；“DAA”為呈味氨基酸總量。

南極磷蝦粉中含有豐富的支鏈氨基酸，主要包括纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸，所占比例為17.64%。此外，芳香族氨基酸(苯丙氨酸+酪氨酸)的占比為7.86%。支鏈氨基酸/芳香族氨基酸的比值達(dá)2.29，接近正常人和哺乳動(dòng)物的比例，表明南極磷蝦粉必需氨基酸的比例均衡。因此，攝入南極磷蝦粉有助于維持機(jī)體的營養(yǎng)與代謝平衡。同時(shí)，南極磷蝦粉中精氨酸和賴氨酸含量較高，對(duì)于以谷物食品為主的中國居民而言，可有效彌補(bǔ)賴氨酸的攝入不足。同時(shí)，賴氨酸是人乳中的第一限制性氨基酸[16]。精氨酸并非人體必需氨基酸，但有研究[17]表明其有助于兒童的生長發(fā)育和傷口的愈合。總體而言，南極磷蝦粉的氨基酸組成合理，是開發(fā)高價(jià)值保健品的潛在原料。

2.2.2 脂肪酸組成分析 食用油脂一般重點(diǎn)關(guān)注的是多不飽和脂肪酸的含量與組成[18]。主要?dú)w因于多不飽和脂肪酸對(duì)食品加熱產(chǎn)生的風(fēng)味成分貢獻(xiàn)值最大，并且是生物體新陳代謝所必需，具有降三高、免疫調(diào)劑、抗衰老等廣譜的生物活性。由圖1和表3可知，南極磷蝦粉中共檢出21種脂肪酸，占峰面積的99.59%。其中SFA的比例為37.61%，MUFA 的比例為36.88%，PUFA的比例為25.10%，EPA+DPA+DHA的比例為18.19%?？梢?，南極磷蝦粉脂肪酸組成以不飽和脂肪酸為主，占比達(dá)到61.98%，具有一定的開發(fā)價(jià)值。

圖1 南極磷蝦粉油脂GC-MS總離子流Figure 1 Total ion flow of GC-MS in antarctic krill meal lipid

相比新鮮南極磷蝦脂肪酸組成，南極磷蝦粉飽和脂肪酸比例明顯增加，不飽和脂肪酸比例明顯下降，尤其是EPA+DPA+DHA下降幅度超過了50%[12,19-20]。一方面可能是南極磷蝦粉在高溫下脂肪酸的不飽和鍵通過加氫和氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)飽和并解鏈[21]；另一方面也可能跟南極磷蝦原料、制粉中蒸煮過程中的自然損失以及油脂的提取方法等因素有關(guān)。

2.2.3 礦質(zhì)元素組成分析 礦質(zhì)元素不能由機(jī)體自身合成，必須從日常膳食中攝入，因此是食品營養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。由表4、5可知，南極磷蝦粉中礦質(zhì)元素含量約為6.27%，與新鮮南極磷蝦和已報(bào)道[22-23]的南極磷蝦粉各指標(biāo)有一定差異，可能與捕撈季節(jié)、采集地點(diǎn)和加工方式有關(guān)。

表3 南極磷蝦粉油脂GC-MS成分分析?Table 3 Analysis results of GC-MS composition of lipid in antarctic krill meal (n=3) %

? “FA”為脂肪酸總量；“SFA”為飽和脂肪總量；“MUFA”為單不飽和脂肪酸總量；“PUFA”為多不飽和脂肪酸總量。

表4 南極磷蝦粉中常量元素含量Table 4 The content of major elements in antarctic krill (n=3) %

南極磷蝦粉中常量元素組成全面，其中鈣和磷的含量最為突出，分別達(dá)到了2.64%和1.43%。鈣和磷是構(gòu)成人體骨骼、牙齒和軟組織的物質(zhì)基礎(chǔ)，并參與了機(jī)體的能量代謝。此外，磷還是核酸的基本成分之一，并參與調(diào)節(jié)體內(nèi)的酸堿平衡。可見，南極磷蝦粉具有助兒童發(fā)育和預(yù)防中老年骨質(zhì)疏松的潛在功效。鐵、銅、鋅、硒構(gòu)成了促進(jìn)人類健康最為主要的微量元素，其在南極磷蝦粉中含量分別為113.49，49.72，45.60，3.83 mg/kg。鐵參與組成了細(xì)胞色素酶、過氧化氫酶和肌紅蛋白，并參加了機(jī)體正常的生理過程。鋅和銅則參與構(gòu)成了人體關(guān)鍵內(nèi)源酶的活性中心，并直接或間接作用于核酸、蛋白質(zhì)等生物大分子的合成和機(jī)體免疫過程。而硒則具有獨(dú)特的抗氧化、促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡和延緩衰老的功效。鐵、銅、鋅理化性質(zhì)較為相似，當(dāng)Zn/Cu含量比>10和Zn/Fe含量比>1時(shí)，在機(jī)體內(nèi)會(huì)發(fā)生拮抗效應(yīng)，生物學(xué)活性的效價(jià)降低[20]。而南極磷蝦粉中Zn/Cu含量比為0.92、Zn/Fe含量比為0.40，表明其分布均衡，符合營養(yǎng)學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。此外，南極磷蝦粉中Cr、As和Cd 3種有毒重金屬的檢出均遠(yuǎn)低于中國食品安全的最低限量標(biāo)準(zhǔn)，表明南極磷蝦的生長環(huán)境水質(zhì)良好。

2.2.4 蛋白質(zhì)加工基料制備過程中基本成分與氟含量的變化 食品的營養(yǎng)價(jià)值主要取決于蛋白質(zhì)和脂肪的含量和組成。由表6可以看出，南極磷蝦粉未經(jīng)處理已達(dá)到其推薦標(biāo)準(zhǔn)，粗蛋白和粗脂肪的占比達(dá)到了75.87%。隨著過篩目數(shù)的增大，南極磷蝦粉中總蛋白含量隨之增加，灰分含量隨之減少。其他指標(biāo)變化均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但規(guī)律不明顯，表明適宜的過篩處理有助于蛋白質(zhì)基料品質(zhì)的提升。最終確定最適方案為過30目篩。將得到的30目篩粉進(jìn)行脫脂處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)脫脂效果良好，脫脂率達(dá)到了94.02%，得到的脫脂粉各指標(biāo)均符合南極磷蝦粉推薦標(biāo)準(zhǔn)，并超過了特級(jí)魚粉標(biāo)準(zhǔn)。

制約南極磷蝦粉可食化生產(chǎn)的主要因素是其成分復(fù)雜且氟含量高。結(jié)果顯示，30目過篩處理后，粉基中氟含量水平同比降低約10%。而脫脂處理后得到的蛋白質(zhì)基料氟含量水平有一定提升，表明氟在蝦油和脫脂溶劑中溶解水平較低。本研究以過篩和脫脂得到的南極磷蝦粉氟含量超過了1 000 mg/kg，遠(yuǎn)高于FAO規(guī)定允許食用的最低限量標(biāo)準(zhǔn)100 mg/kg，需要在可食化加工過程中重點(diǎn)考慮脫氟工藝。

表6 過篩、脫脂對(duì)南極磷蝦粉基本成分與氟含量的影響?Table 6 Effect of screening and degreasing on the basic components of antarctic krill meal

? 同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

3 結(jié)論

南極磷蝦粉蛋白質(zhì)中必需氨基酸組成齊全、含量均衡，尤其是支鏈氨基酸和呈味氨基酸含量豐富，具有開發(fā)高價(jià)值即食食品和保健品的潛力。相比新鮮南極磷蝦，南極磷蝦粉油脂的品質(zhì)有所下降，不飽和脂肪酸含量降低，中短鏈脂肪酸和飽和脂肪酸含量增加，但其脂肪酸組成仍以不飽和脂肪酸為主，經(jīng)適當(dāng)精煉后仍具有利用價(jià)值。此外，南極磷蝦粉中礦質(zhì)元素含量豐富、組成均衡，重金屬污染水平低?？傮w而言，南極磷蝦粉是一類高品質(zhì)食品原料。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)占南極磷蝦粉有效成分的74.90%，且氨基酸效價(jià)突出，是發(fā)展南極磷蝦粉加工業(yè)的首要資源利用點(diǎn)。對(duì)南極磷蝦粉采用30目過篩、正己烷-乙醇(體積比9∶1)脫脂后，綜合指標(biāo)符合南極磷蝦粉推薦標(biāo)準(zhǔn)，超過了特級(jí)魚粉的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并使體系中的氟含量減少約10%，制得了品質(zhì)優(yōu)良的蛋白質(zhì)加工基料。而該基料中蛋白源成分的高效提取與深加工、加工過程中副產(chǎn)物的回收利用有待進(jìn)一步研究。