殼聚糖回收魚糜漂洗液中蛋白質(zhì)效果的研究

薛超軼，梁鵬，鐘機(jī)

（福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350000）

殼聚糖回收魚糜漂洗液中蛋白質(zhì)效果的研究

薛超軼，梁鵬*，鐘機(jī)

（福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350000）

以殼聚糖作為魚糜漂洗液蛋白質(zhì)絮凝劑，考察了時(shí)間、殼聚糖添加量、作用溫度及pH值等因素對(duì)殼聚糖回收蛋白質(zhì)效果的影響。設(shè)置魚糜漂洗液的pH值為6.0，對(duì)回收水溶性蛋白質(zhì)的條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：作用時(shí)間60min、殼聚糖添加量為0.01 g/mL、作用溫度為35℃時(shí)為最佳回收條件。在此條件下，魚糜漂洗液中水溶性蛋白質(zhì)的回收率高達(dá)50.79%，試驗(yàn)結(jié)果為魚糜漂洗液的高值化利用提供了重要的參考依據(jù)。

殼聚糖；魚糜漂洗液；水溶性蛋白；回收效果

魚糜具有調(diào)理簡(jiǎn)便、細(xì)嫩味美且耐儲(chǔ)藏等優(yōu)點(diǎn)，頗受消費(fèi)者喜愛。在魚糜生產(chǎn)過程中，漂洗是一道重要的工序，通過漂洗可除去魚糜中的酶，血色素和一些含氮化合物等，對(duì)制品的色澤、質(zhì)構(gòu)、氣味等起到重要作用。但是魚糜在漂洗加工過程中會(huì)造成大量的蛋白質(zhì)損失，損失量約占全部魚肉蛋白質(zhì)的30%～40%［1］，其中魚糜漂洗液中水溶性蛋白含量高達(dá)到9.0 mg/mL［2］，說明魚糜漂洗液中含有大量的水溶性蛋白。但是，目前魚糜漂洗液大多排入海水中，未得以充分利用，不僅極大地造成了資源浪費(fèi)，而且污染了海洋環(huán)境，增加了海水的生物耗氧量，使海水富營(yíng)養(yǎng)化，成為產(chǎn)生赤潮的潛在因素［2］。因此，對(duì)如何從魚糜漂洗液中回收蛋白質(zhì)的研究顯得尤為重要，回收和利用魚糜漂洗液中蛋白質(zhì)，不僅能增加企業(yè)的效益，而且可以顯著降低海水中化學(xué)耗氧量，大大減少?gòu)U水處理的成本［3］，對(duì)于節(jié)能減排、建設(shè)資源節(jié)約性和環(huán)境友好型社會(huì)具有重要的意義。

目前，回收蛋白質(zhì)的一般方法有等電點(diǎn)沉淀法［4］、絮凝法［2］、膜分離法［5］。其中，絮凝法可以分為無(wú)機(jī)類和有機(jī)類兩大類。無(wú)機(jī)類的如鐵、鋁的無(wú)機(jī)鹽類及聚鹽類等［6］，雖然蛋白質(zhì)的回收率高，但由于無(wú)機(jī)絮凝劑的使用受pH影響較大、生成的絮體易碎，故處理后的水中仍含有較高濃度的金屬離子，產(chǎn)生大量的含金屬污泥，因此還需要進(jìn)一步的處理。而天然有機(jī)高分子絮凝劑具有原料來(lái)源廣泛、無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉［7］等特點(diǎn)。研究表明，殼聚糖是一種自然界中資源僅次于纖維素的第二大天然高分子聚合物，是一種陽(yáng)離子氨基多糖物質(zhì)，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、生工和工業(yè)領(lǐng)域。此外，殼聚糖在一定的條件下還具有吸附蛋白質(zhì)的功能［8］，用殼聚糖作為絮凝劑處理蛋白廢水不會(huì)引入有毒物質(zhì)，而且絮凝物富含蛋白質(zhì)，無(wú)毒無(wú)害，經(jīng)進(jìn)一步處理可作為動(dòng)物飼料或食品添加劑。

為進(jìn)一步回收和利用魚糜漂洗液中的水溶性蛋白，本研究擬采用殼聚糖作為回收絮凝劑，考察作用時(shí)間、殼聚糖用量、溫度、pH值等因素對(duì)殼聚糖回收水溶性蛋白效果的影響，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)魚糜加工企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。

1　材料與方法

1.1材料

魚糜漂洗液：福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自制；殼聚糖（脫乙酰度達(dá)90%，黏度為0.7 Pa·s）：青島海匯生物有限公司；鹽酸、氫氧化鈉（化學(xué)純）：國(guó)藥集團(tuán)。

1.2儀器

UV-1601型分光光度計(jì)：北京瑞利分析儀器公司；PB-10 pH計(jì)：上海錫為科學(xué)儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1魚糜漂洗液制備

制備方法：用5倍體積的蒸餾水分3次清洗魚肉得到的漂洗液，然后于4 000 r/min離心機(jī)離心15 min，上清液置于冰箱4℃冷藏備用。

1.3.2蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

將牛血清白蛋白配制成10 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 mg/mL）0、0.2、0.4、0.6、0.8 mL和1.0 mL于試管中，不足1 mL則用蒸餾水補(bǔ)齊至1.0 mL，然后各試管均加入4.0 mL雙縮脲試劑，室溫下反應(yīng)30 min。用分光光度計(jì)在540 nm波長(zhǎng)條件下測(cè)定吸光值。以蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3水溶性蛋白質(zhì)的回收

取20 mL 8.5 mg/mL的漂洗液于100 mL燒杯中，用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)pH值至定值，加入定量的殼聚糖絮凝劑。置于離心管中，4 000 r/min條件下離心5 min。測(cè)定上清液中的蛋白質(zhì)吸光值，計(jì)算回收率，平行處理3次，結(jié)果取其平均值。

1.3.4殼聚糖絮凝條件的優(yōu)化

1.3.4.1pH值對(duì)回收效果的影響

設(shè)5組試驗(yàn)，每組取20 mL魚糜漂洗液，用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)整漂洗液的pH值分別為5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0。然后分別添加殼聚糖絮凝劑0.2 g于上述體系中，溫度和時(shí)間分別控制在30℃和60 min，平行處理3次，結(jié)果取其平均值。

1.3.4.2殼聚糖添加量對(duì)回收效果的影響

設(shè)5組試驗(yàn)，每組取20 mL魚糜漂洗液，分別加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g殼聚糖絮凝劑，濃度分別表示為：0.005、0.01、0.015、0.02、0.025 g/mL。pH值和溫度分別控制在6.0和30℃，時(shí)間為60 min，觀察添加量對(duì)回收率的影響。平行處理3次，結(jié)果取平均值。

1.3.4.3溫度對(duì)回收效果的影響

設(shè)5組試驗(yàn)，每組取20 mL魚糜漂洗液，溫度分別設(shè)25、30、35、40℃和45℃，pH值調(diào)至6.0，每組均加入0.3 g殼聚糖絮凝劑，水浴時(shí)間為60 min。平行處理3次，結(jié)果取平均值。

1.3.4.4時(shí)間對(duì)回收效果的影響

設(shè)5組試驗(yàn)，每組取20 mL魚糜漂洗液，水浴加熱時(shí)間分別設(shè)為20、40、60、80、100 min，每組均加入0.2 g殼聚糖絮凝劑，pH值調(diào)至6.0，溫度為30℃。平行處理3次，結(jié)果取平均值。

1.3.4.5回收水溶性蛋白質(zhì)的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的水平上設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，考察水浴時(shí)間、殼聚糖添加量和溫度3個(gè)因素對(duì)蛋白質(zhì)回收率的影響，因素水平表見表1。

表1　正交因素表Table 1　Factors and levels of orthogonal test of chitosan

1.4檢測(cè)方法

1.4.1水溶性蛋白的測(cè)定

采用雙縮脲法，用分光光度計(jì)于540 nm處比色測(cè)定［9］。

1.4.2pH值測(cè)定

采用PB-10pH計(jì)測(cè)定。

1.4.3蛋白質(zhì)回收率

1.4.4透光率

用分光光度計(jì)在540 nm處測(cè)定，用雙縮脲試劑與蒸餾水的混合液作為對(duì)照。

2　結(jié)果與討論

2.1蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線

蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1所示。可見，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度在0～10 mg/mL范圍內(nèi)與吸光值之間的線性關(guān)系良好。因此，后續(xù)試驗(yàn)中檢測(cè)蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度時(shí)，可根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算。

圖1　牛血清蛋白的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1　Strandard curve of bovine serum albumin

2.2殼聚糖絮凝條件的優(yōu)化

2.2.1pH值對(duì)回收效果的影響

pH值對(duì)殼聚糖回收魚糜漂洗液中蛋白回收效果的影響見圖2所示。

圖2　pH值對(duì)蛋白質(zhì)回收率的影響Fig.2　Effect of pH on protein recovery rate

魚糜漂洗液中水溶性蛋白質(zhì)的初始濃度為8.5 mg/ mL。如圖2所示，隨著pH值為上升，回收率逐漸降低，當(dāng)體系的pH值為7.0左右時(shí)，回收率趨于穩(wěn)定。大于7.0以后繼續(xù)增大pH值，不利于回收。可能是漂洗液中蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在4.5～5.5，在等電點(diǎn)時(shí)蛋白質(zhì)分子以兩性離子形式存在，其分子凈電荷為零，即正負(fù)電荷相等，此時(shí)蛋白質(zhì)分子顆粒在溶液中因沒有相同電荷的相互排斥，分子相互之間的作用力減弱，其顆粒極易碰撞凝聚而產(chǎn)生沉淀。所以蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)其溶解度最小，最易形成沉淀物。

2.2.2殼聚糖的添加量對(duì)回收效果的影響

殼聚糖的添加量對(duì)殼聚糖回收魚糜漂洗液中蛋白回收效果的影響見圖3所示。

如圖3所示，隨著殼聚糖添加量的逐漸增加，蛋白質(zhì)回收率也隨之增加。殼聚糖添加量為0.015 g/mL左右時(shí)蛋白質(zhì)回收率達(dá)到最大（45.56%），繼續(xù)添加則回收率逐漸減小，具體原因尚待進(jìn)一步研究。綜合考慮使用成本和回收率的影響，選擇0.015 g/mL為最佳使用量。

圖3　添加量對(duì)蛋白質(zhì)回收率的影響Fig.3　Effect of additive amount of chitosan onprotrin recoveryrate

2.2.3溫度對(duì)回收效果的影響

溫度對(duì)殼聚糖回收魚糜漂洗液中蛋白回收效果的影響見圖4所示。

圖4　溫度對(duì)蛋白質(zhì)回收率的影響Fig.4　Effect of temperature on protein recovery rate

從圖4可以看到溫度從25℃升高到40℃的過程中蛋白質(zhì)回收率逐步增大，繼續(xù)升溫時(shí)蛋白質(zhì)回收率明顯增大。推測(cè)原因是溫度過高，蛋白質(zhì)變性結(jié)塊而易于除去。從高回收率和節(jié)約能源兩方面考慮，選擇溫度25℃為最佳回收溫度。

2.2.4水浴加熱時(shí)間對(duì)回收效果的影響

處理時(shí)間對(duì)殼聚糖回收魚糜漂洗液中蛋白回收效果的影響見圖5所示。

圖5　水浴時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)回收率的影響Fig.5　Effect of reaction time on protein recovery rate

從圖5可以看到，時(shí)間從20 min～60 min過程中蛋白質(zhì)回收率明顯增大，隨時(shí)間延長(zhǎng)蛋白質(zhì)回收率先降低，原因可能為時(shí)間過長(zhǎng)，殼聚糖與蛋白質(zhì)的作用力因溫度升高而減弱，導(dǎo)致已被殼聚糖吸附的蛋白質(zhì)不能再被牢固的吸附，從而回收率降低。80 min后趨于穩(wěn)定。

2.2.5正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 2　Design and result of orthogonal test

由蛋白質(zhì)回收率的極差分析可以看出，影響蛋白質(zhì)回收率的各因素主次順序應(yīng)為C（溫度）>A（水浴時(shí)間）=B（殼聚糖添加量）。極差分析得到的優(yōu)化組合為A2B1C3或A3B1C3，即溫度35℃，殼聚糖的添加量0.01 g/mL，水浴時(shí)間為60 min或80 min。

綜合以上分析并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，殼聚糖從魚糜漂洗水中回收水蛋白質(zhì)的最佳工藝條件為水浴時(shí)間60 min，殼聚糖絮凝劑的添加量0.01 g/mL，溫度35℃。在該工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得出蛋白質(zhì)回收率50.79%。

3　結(jié)論

本試驗(yàn)采用殼聚糖作為魚糜漂洗液蛋白質(zhì)的絮凝劑，考察了主要影響絮凝效果的幾個(gè)因素，包括作用溫度、殼聚糖添加量、時(shí)間及pH值等，優(yōu)化了工藝，得出作用時(shí)間60 min、殼聚糖添加量為0.01 g/mL、作用溫度為35℃時(shí)，回收率可以達(dá)到最大。這一研究結(jié)論可為相關(guān)魚糜加工企業(yè)廢棄物高值化利用提供參考。

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Recovering Soluble Protein from Surimi Washings with Chitosan

XUE Chao-yi，LIANG Peng*，ZHONG Ji
（College of Food Science，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350000，F(xiàn)ujian，China）

Chitosan was choosed as flocculating agent for recovering soluble protein from surimi washings，and the influence factors on recovering effect were investigated including touching time，the additive amount of chitosan，reaction temperature and pH.The processes of recovering protein was optimized when the experiment variedotherparameterswithoutpHvalue6.0.Theresultsshowedthattherecoveryratewasupto50.79%，when the touching time was 60 min，the additive amount of chitosan was 0.01 g/mL，and reaction temperature was 35℃. The result of experiment provide important basis for high value utilization of surimi washings.

chitosan；surimi washings；soluble protein；effect of recovering

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.024

薛超軼（1995—），男（漢），本科在讀，研究方向：食品化學(xué)。

梁鵬（1985—），男（漢），講師，博士，研究方向：水產(chǎn)品加工。

2015-04-02