顧楊娟，李杰，李富威，包建強

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海，201306)

據(jù)統(tǒng)計，2003年我國魚類廢棄物總量就達到200萬t以上，其中魚鱗約達30萬t［1］。然而，魚鱗中含有大量有價值的有機和無機成分，主要是膠原和羥基磷灰石［2］，可用于功能食品、化妝品和生物醫(yī)藥行業(yè)［3－4］。由于環(huán)境和資源問題，魚鱗的開發(fā)利用引起了大家廣泛的關(guān)注。

魚鱗中主要含Ⅰ型膠原，由2條α1-肽及1條α2-肽鏈組成，也有少量由3條α1-肽鏈組成。魚鱗膠原通過不同的提取條件和方法可以得到不同產(chǎn)品，如膠原，明膠，膠原肽或膠原蛋白［5］。目前，關(guān)于魚鱗膠原的研究報道較多，涉及的魚鱗種類有南亞黑鯪魚和喀拉鲃魚魚鱗［4］，鯉魚鱗［6］，深海紅魚鱗［7］，草魚鱗［8］，多須石首魚和羊頭鯛魚鱗［3］等。而魚鱗明膠的研究報道 僅限于蜥魚鱗［9］、草魚鱗［10］、羅非魚魚鱗［11］、淡水魚混合魚鱗［12－13］。魚鱗凍是魚鱗提取的明膠溶液低溫冷卻后形成的膠凍狀食品，富含水溶性膠原蛋白，具有美容、保健的作用。魚鱗凍和魚鱗明膠的不同用途決定了魚鱗凍熱處理條件不同于魚鱗明膠。

魚鱗中的膠原可通過前處理轉(zhuǎn)變成適合明膠提取的形式，通常在高于45℃的熱水中提取。魚鱗明膠的提取通常采用酸法［11］、堿法［9，11］、酶法［10－11］、酸鹽法［11］、堿鹽法［11］等方式進行前處理，也可直接用熱水提取明膠［12］。草魚是我國大宗養(yǎng)殖產(chǎn)品，其魚鱗資源相當(dāng)豐富，而且草魚魚鱗的膠原蛋白含量較高［14］，適合魚鱗凍的制備。因此，本研究以草魚魚鱗為研究對象，采用酸法、酶法對魚鱗進行前處理以及不做前處理，用正交試驗法確定不同前處理方式制備魚鱗凍的最佳熱處理工藝條件，并測定其魚鱗凍的理化性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性。

1 材料與方法

1.1 材料及預(yù)處理

原料是浙江南潯新雅農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)有限公司提供的新鮮冷凍草魚魚鱗。魚鱗在室溫下自然解凍，挑除非魚鱗雜質(zhì)及小魚鱗，魚鱗直徑在1.5～2.5 cm，用自來水將魚鱗漂洗干凈，然后用100 g/L的NaCl溶液浸泡24 h，以除去附在表面的魚銀、黏液及雜蛋白，再用自來水清洗干凈，最后將魚鱗自然晾干，并于－30℃下冷凍保藏備用。

羥脯氨酸，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。果凍，購自上海華聯(lián)超市。本試驗所用的所有試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

UV-1800PC型紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司;TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司;Physica MCR301型高級旋轉(zhuǎn)流變儀，奧地利安東帕有限公司;LRH-100CL低溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司;DK-S28型電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設(shè)備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 基本成分分析

水分含量測定采用直接干燥法(105℃)(GB/T5009.3－2010);蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏定氮法(GB/T5009.5 －2010)，轉(zhuǎn)化系數(shù)取 5.55［15］;脂肪含量測定采用索氏抽提法(GB/T5009.6－2003);灰分含量測定采用灼燒恒重法(550℃)(GB/T5009.4－2010);總糖含量測定時先對魚鱗樣品用HCl進行水解 (GB/T15672－2009)，再采用苯酚—硫酸法［16］。

1.3.2 魚鱗凍制備工藝

魚鱗解凍復(fù)水→清洗→不同方式的前處理→熱處理→抽濾→凝凍

魚鱗在室溫下自然解凍，復(fù)水，清洗，然后進行不同方式的前處理，再用流動的自來水清洗魚鱗至其pH值在7.0左右，再用蒸餾水沖洗2次。將濕魚鱗瀝至不滴水，再將其放入燒杯中，加入一定比例的蒸餾水，用鋁箔紙封口防止水分蒸發(fā)，在一定的溫度、時間、pH值、料水比條件下，水浴加熱提取魚鱗膠液。用布氏漏斗真空抽濾，以尼龍濾布濾掉魚鱗殘渣。將魚鱗膠液放入容器中于低溫(10℃)下凝凍。

本試驗用來提取膠液的魚鱗均為濕魚鱗，含水率為58.05%。

1.3.3 膠原蛋白提取率

羥脯氨酸是膠原蛋白的特異性氨基酸，含量比較穩(wěn)定。因此，采用紫外可見分光光度計，測定羥脯氨酸含量，再乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)，得到膠原蛋白含量。

根據(jù)Woessner比色法［17］，得到羥脯氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程，再根據(jù)方程和樣品的吸光度值計算出樣品中羥脯氨酸的含量。一般哺乳動物膠原中羥脯氨酸的含量約為14.4%［18］，魚類膠原中羥脯氨酸含量較低，如Toshiyuki Ikoma等［19］測得淡水魚鱗膠原中羥脯氨酸的含量約為11%。本試驗采用的轉(zhuǎn)換系數(shù)為9.09。

1.3.5 凍力測定

取魚鱗膠液和液態(tài)果凍(水浴加熱)120 mL置于凍力瓶(內(nèi)徑59 mm，高度85 mm)內(nèi)，在低溫培養(yǎng)箱(10℃)中凝凍18 h，壓縮變形4 mm所需的最大應(yīng)力為凍力，單位為g。采用質(zhì)構(gòu)儀測定凍力，用P/0.5探頭，下壓速度1 mm/s，下壓高度4 mm。

1.3.6 魚鱗凍熱處理工藝的正交試驗

影響魚鱗凍熱處理的主要因素有提膠溫度、提膠時間、提膠用水pH值、提膠料水比。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，對未經(jīng)前處理的魚鱗進行4因素3水平的熱處理正交試驗(表3)，對經(jīng)過酸處理、酶處理的魚鱗進行3因素3水平的熱處理正交試驗(表6、表9)。

酸處理工藝條件為:HCl濃度0.4 mol/L，浸酸時間90 min，浸酸料液比1∶6［濕魚鱗(g)∶HCl(mL)］。酶處理工藝條件為:Protease A 2G加酶量為濕魚鱗質(zhì)量的0.8%，在30℃下酶解5.5 h。在酶處理前，先用鹽酸對魚鱗進行脫鈣處理，條件同酸處理條件。脫鈣后魚鱗再次清洗，加入1∶2(g∶mL)的蒸餾水，調(diào)溶液pH值為7，然后加入Protease A 2G進行酶解。魚鱗酶解后需要再次清洗，然后在90℃水浴中滅酶10 min。

1.3.7 黏度測定

采用流變儀，測定最佳工藝條件下制備的魚鱗膠液在60℃時的黏度(mPa·s)，剪切速率為70(1/s)。

1.3.8 膠凝溫度和熔化溫度

采用流變儀，測定最佳工藝條件下制備的魚鱗膠液在降溫和升溫過程中的G'(儲存模量)和G″(損耗模量)，振蕩頻率1Hz，蠕變應(yīng)力3.0Pa，溫度掃描5～30℃，采樣溫度間隔0.5℃ 。先進行降溫過程，到達5℃時保持20 min再進行升溫過程。

在降溫過程中，G'和G″相交的點對應(yīng)的溫度就是膠凝溫度;在升溫過程中，G'和G″相交的點對應(yīng)的溫度就是熔化溫度［20］。

1.3.9 質(zhì)構(gòu)特性測定

采用質(zhì)構(gòu)儀測最佳工藝條件下制備的魚鱗凍和果凍樣品的質(zhì)構(gòu)特性。魚鱗膠液和液態(tài)果凍在10℃下凝凍18h后從玻璃杯中取出，得到圓柱形膠體，直徑34 mm，高25 mm。測定前、測定時、測定后的探頭速度都為1 mm/s，壓縮變形30%，P/75探頭，探頭兩次測定間隔3 s，觸發(fā)力5 g。

1.4 統(tǒng)計分析

用SPSS軟件進行描述統(tǒng)計，方差分析和差異顯著性分析。每個指標(biāo)的測定采用3次平行，差異顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本成分分析

草魚魚鱗的基本成分如表1所示?？梢钥闯觯蒴~魚鱗具有高蛋白、高礦物元素含量、低脂、低糖的特點。而且膠原蛋白含量豐富，占魚鱗干重的54.45%，占總蛋白的89.19%。

表1 草魚魚鱗的基本成分Table 1 Proximate composition of fish scale from grass carp

2.2 魚鱗凍熱處理工藝優(yōu)化

魚鱗凍要滿足直接食用的需求，所以和提取魚鱗明膠相比提膠溫度高，時間短，提膠用水pH值近中性，料水比也是主要影響因素。對于酸處理和酶處理魚鱗凍，由于魚鱗已經(jīng)過浸酸處理，再在酸性條件下熱處理可能使膠原結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更差，所以直接用蒸餾水提膠。魚鱗凍的考察指標(biāo)為膠原蛋白提取率和凍力。膠原蛋白提取率越大，魚鱗的利用率越高，得到的膠原蛋白就越多，而凍力反映魚鱗凍凝膠特性的能力，和魚鱗明膠要求凝膠強度越大越好不同，本研究以常見品牌的普通果示型果凍凍力作為參考標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

2.2.1 未前處理魚鱗凍

未前處理魚鱗凍熱處理工藝正交試驗結(jié)果如表3示。根據(jù)極差分析(表4)和方差分析(表5)得出，膠原蛋白提取率隨著溫度的升高、時間的增加、pH值的降低而增大，而料水比影響不顯著;凍力隨著溫度的升高、時間的增加先增大后減小，在溫度水平和時間水平為2時達到最大，而凍力隨著pH值的增大而增大，隨著料水比的減小而減小。溫度越高，魚鱗膠原熱降解越劇烈，所以有更多的膠原轉(zhuǎn)變成明膠溶出來，使膠原蛋白提取率增大，凍力也因膠液中的α肽鏈增加形成更密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而增大，但是溫度的進一步升高使肽鏈的次級降解也增加，而短肽鏈不易交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致凍力降低。隨著時間的延長，膠原溶出得更多，肽鏈的次級降解也會不斷發(fā)生，從而引起凍力下降。有研究表明，不溶性膠原和鹽析沉淀的酸溶性膠原的熱穩(wěn)定性隨pH值的降低而降低［21］。所以，pH值越高，膠原結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，膠原溶出就越少，同時由于膠原熱穩(wěn)定性好，熱降解度就低，凍力就越大。這與張豐香等得出溫度、時間、pH值對魚鱗明膠品質(zhì)影響的結(jié)果較為一致［13］。水量在熱處理過程中保持沒過魚鱗就不會對膠原蛋白提取率有影響，但料水比會影響魚鱗膠液中的膠原蛋白濃度，從而影響凍力。

表2 不同品牌果凍的凍力Table 2 Gel strength of fruit jellies from different brands

表3 未前處理魚鱗凍熱處理正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Design and results of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed without pre－treatment

由表4可知，膠原蛋白提取率的因素主次是:提膠溫度＞提膠時間＞提膠用水pH值＞料水比。凍力的因素主次是:料水比＞提膠溫度＞提膠時間＞提膠用水pH值。料水比對膠原蛋白提取率影響不顯著，而對凍力影響最大，考慮到總體凍力水平不高，所以料水比選擇水平1。溫度取水平3時，膠原蛋白提取率最大，凍力也能達到果凍凍力平均值水平，所以溫度取水平3。時間和pH值考慮到凍力不能太低，所以都選擇水平2。得出未前處理魚鱗凍的最佳熱處理工藝條件為:100℃提膠2 h，提膠用水的pH值為6，料水比為1∶4。經(jīng)過驗證試驗，在該條件下制備魚鱗凍，膠原蛋白提取率為(54.06±2.38)%，凍力為(48.98±2.45)g，與預(yù)期的結(jié)果較為一致。

表4 未前處理魚鱗凍熱處理正交試驗極差分析Table 4 Analysis of graded difference of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed without pre-treatment

表5 未前處理魚鱗凍熱處理正交試驗方差分析Table 5 ANOVA of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed without pre－treatment

2.2.2 酸處理魚鱗凍

表6為酸處理魚鱗凍熱處理工藝的正交試驗結(jié)果。根據(jù)表7和表8得出，膠原蛋白提取率隨著溫度的升高、時間的增加而增大，料水比無顯著影響。凍力隨著溫度的升高、時間的增加、料水比的減小而減小。與未處理魚鱗凍相比，凍力沒有隨著溫度的升高，時間的增加先增大后減小，而是一直在減小，可能是因為魚鱗經(jīng)過酸處理，膠原的熱穩(wěn)定性變差了，熱降解度高，使分子量減小。

表6 酸處理魚鱗凍熱處理正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 6 Design and results of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed with acid pre-treatment

從表7可知，膠原蛋白提取率因素主次是:提膠溫度＞提膠時間＞提膠料水比。凍力因素主次是:提膠料水比＞提膠溫度＞提膠時間。料水比由于對凍力影響最大，而對膠原蛋白提取率影響不顯著，所以料水比的選擇根據(jù)凍力大小來取舍。溫度和時間的水平選擇要使膠原蛋白提取率盡可能大，凍力又要達到凍力參考值的大小。所以綜合考慮，酸處理魚鱗凍的熱處理最佳工藝條件為:100℃提膠2 h，料水比為1∶5。經(jīng)過驗證試驗，在該條件下制備魚鱗凍，膠原蛋白提取率為(64.59±2.53)%，凍力為(47.75±2.93)g，與預(yù)期結(jié)果較為符合。

表7 酸處理魚鱗凍熱處理正交試驗極差分析Table 7 Analysis of graded difference of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed with acid pre-treatment

2.2.3 酶處理魚鱗凍

酶處理魚鱗凍的熱處理正交試驗結(jié)果如表9所示。表10和表11的結(jié)果表明，酶處理魚鱗凍膠原蛋白提取率和凍力的因素主次與酸處理魚鱗凍一致，隨因素水平變化的趨勢也一致?？紤]到相同熱處理條件下酶處理魚鱗凍的凍力比酸處理魚鱗凍要小，所以料水比選擇水平1。從而得出酶處理魚鱗凍的熱處理最佳工藝條件為:100℃提膠2 h，料水比為1∶4。在該條件下進行驗證試驗，魚鱗凍膠原蛋白提取率為(81.88±3.92)%，凍力為(47.97±3.04)g，接近于預(yù)期結(jié)果。

表8 酸處理魚鱗凍熱處理正交試驗方差分析Table 8 ANOVA of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed with acid pre-treatment

表9 酶處理魚鱗凍熱處理正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 9 Design and results of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed with enzymatic pre－treatment

表10 酶處理魚鱗凍熱處理正交試驗極差分析Table 10 Analysis of graded difference of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processedy with enzymatic pre－treatment

表11 酶處理魚鱗凍熱處理正交試驗方差分析Table 11 ANOVA of orthogonal experiment of heat treatment of fish scale jelly processed with enzymatic pre－treatment

2.3 魚鱗凍凍力和黏度

根據(jù)上述優(yōu)化工藝制備的魚鱗凍，其凍力和黏度如表12所示。3種魚鱗凍的凍力都略大于果凍凍力(表2)，但遠遠低于魚鱗明膠的凝膠強度，如草魚鱗明膠凝膠強度(276±12)g［10］，蜥魚鱗明膠凝膠強度(252 ±1.21)g［9］。同樣，魚鱗凍的黏度也遠遠低于魚鱗明膠的黏度，如混合魚鱗明膠8.16(mPa·s)［13］。這是因為魚鱗明膠的凝膠強度和黏度都是用6.67%的明膠溶液來測定的，而魚鱗凍的膠原蛋白質(zhì)量濃度相對較低(表13)，所以相應(yīng)地魚鱗凍的凍力和黏度也較低。而且由于魚鱗凍的提膠溫度大大高于魚鱗明膠的提膠溫度，魚鱗膠液中的肽鏈容易斷裂降解，也會引起魚鱗凍的凍力和黏度降低。由于魚鱗凍是直接食用的食品，其凍力和黏度顯然是要低于魚鱗明膠的。經(jīng)過酶處理，魚鱗凍的膠原蛋白濃度增加46%，凍力沒有增加，黏度降低，這說明酶處理對魚鱗凍的凍力和黏度有很大影響。酸處理魚鱗凍膠原蛋白濃度和凍力與未前處理魚鱗凍相當(dāng)，黏度較低，說明酸處理對魚鱗凍的黏度有顯著影響。

表12 優(yōu)化工藝制備的魚鱗凍理化指標(biāo)Table 12 Physicochemical properties of fish scale jellies processed in the optimum processing conditions

表13 優(yōu)化工藝制備的魚鱗凍膠原蛋白質(zhì)量濃度Table 13 Collagen mass concentration of fish scale jellies processed in the optimum processing conditions

2.4 魚鱗凍膠凝溫度和熔化溫度

魚鱗凍的膠凝溫度和熔化溫度是通過監(jiān)測魚鱗膠液在降溫和升溫過程中動態(tài)黏彈性的變化情況，計算G'(儲存模量)和G″(損耗模量)相交點對應(yīng)的溫度得到的。在降溫開始時，G'小于G″，表明此時體系彈性小于黏性，魚鱗膠液呈黏性流動狀態(tài)，隨著溫度降低到某一點，兩者相交，此后G'大于G″，表明此時體系彈性大于黏性，魚鱗膠液呈固態(tài)膠體狀態(tài)。升溫過程中，G'和G″的變化情況正好與降溫過程相反。表12列出了3種魚鱗凍的膠凝溫度和熔化溫度，這些結(jié)果表明魚鱗凍適合在10℃以下凝凍，在20℃以下保存。Zhang［10］等得到的魚鱗明膠的膠凝溫度和熔化溫度分別為20.8℃和26.9℃，要高于魚鱗凍的膠凝溫度和熔化溫度。這同樣與魚鱗膠液的膠原蛋白濃度、肽鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)。三者相比，未前處理魚鱗凍的膠凝溫度和熔化溫度最高，說明其熱穩(wěn)定性最好。

2.5 魚鱗凍質(zhì)構(gòu)特性

魚鱗凍和喜之郎果味型果凍的質(zhì)構(gòu)特性如表14所示。魚鱗凍的硬度、黏性、膠著性、咀嚼性比喜之郎果凍的這些指標(biāo)小(P≤0.05)，而彈性、黏彈性、回彈性要比喜之郎果凍的這些指標(biāo)大(P≤0.05)。這些表明魚鱗凍的口感要比果凍松軟、爽滑，更有彈性。3種魚鱗凍之間，酸處理魚鱗凍除黏性最大外，其他參數(shù)都是最小。酶處理魚鱗凍的質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)與未前處理魚鱗凍相比，硬度、黏性、彈性、回彈性相當(dāng)，而粘彈性、膠著性、咀嚼性要小?？梢姡辞疤幚眙~鱗凍質(zhì)構(gòu)特性最好。

表14 優(yōu)化工藝制備的魚鱗凍和喜之郎果凍的質(zhì)構(gòu)特性Table 14 TPA of fish scale jellies processed in the optimum processing conditions

3 結(jié)論

對于未前處理、酸處理、酶處理3種不同的前處理方式，以膠原蛋白提取率和凍力作為考察指標(biāo)，魚鱗凍熱處理工藝最佳條件的提膠溫度都為100℃，提膠時間都為2 h，除酸處理魚鱗凍料水比為1∶5外，其余都為1∶4，未前處理魚鱗凍的提膠用水pH值為6。由此推斷，不同種類的魚鱗制備魚鱗凍可采用此提膠溫度和提膠時間，但由于原料中膠原蛋白含量不同，需要調(diào)整料水比以滿足凍力要求。

優(yōu)化工藝制備的3種魚鱗凍凍力相當(dāng)，質(zhì)構(gòu)上都要比普通果味型果凍松軟、爽滑，更有彈性;膠凝溫度和熔化溫度表明魚鱗凍適合在10℃以下凝凍，在20℃以下保存。未前處理魚鱗凍，質(zhì)構(gòu)特性好，工藝簡單，還含有鈣等礦物元素，不足之處是膠原蛋白濃度低。酶處理魚鱗凍，最大的優(yōu)點是膠原蛋白濃度高，但質(zhì)構(gòu)特性較未前處理魚鱗凍差一些，且成本高、工藝復(fù)雜。酸處理魚鱗凍，因料水比小，膠原蛋白濃度和未前處理魚鱗凍相當(dāng)，質(zhì)構(gòu)特性較差，最大的優(yōu)點是魚鱗凍產(chǎn)量高。這些試驗結(jié)果為魚鱗凍產(chǎn)品的實際研發(fā)提供了理論參考。

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