氨基酸水解產物的穩(wěn)定性研究

氨基酸水解產物的穩(wěn)定性研究

中國是一個擁有豐富漁業(yè)資源的海洋大國。水產品年產量達4700萬噸,居世界首位。近年來,我國的水產加工業(yè)發(fā)展迅速,對水產品原料的利用率也逐年提高。但是,魚類在加工過程中產生了大量的下腳料,這些下腳料中含有大量的蛋白質,如果不進行處理,不僅會造成環(huán)境的污染,而且還會浪費大量的寶貴資源。目前對這些下腳料的利用主要是生產飼料魚粉,對其中有價值的成分尚未充分利用,經濟價值低。而且動物蛋白是一種優(yōu)質蛋白質,其氨基酸組成與人體極為相近,被稱為完全蛋白。如果將其水解到易溶于水的小分子多肽或游離氨基酸,將更有利于人體消化吸收。近年研究發(fā)現(xiàn),小分子多肽可以由腸道直接吸收,且小分子多肽的吸收途徑比氨基酸的吸收途徑具有更大的輸送量。水解魚蛋白中含有人體所需的所有必需氨基酸。它可以作為營養(yǎng)強化劑或食品添加劑添加到食品中;作為手術后病人、腎炎患者、糖尿病患者和高血壓患者的療效食品;還可以將其加工成水產品調味料。所以將海洋低值魚及其下腳料加工成水解蛋白無疑具有廣闊的市場空間。本文著重介紹了幾種蛋白質酶水解法及其水解效果、水解過程中產生的苦味肽的形成機理和脫苦方法。1關于蛋白質水處理方法的研究目前,蛋白質水解物的生產方式主要有化學降解法和酶降解法。1.1生產過程中氨基酸受損,容易形成酸奶化學降解法是最早的一種水解方法。雖然方法簡單,價格低廉,但所需要的酸濃度高,反應條件劇烈,生產過程中氨基酸受損嚴重,而且還會使L-氨基酸轉變成D-氨基酸,形成Lys-Ala這樣的有毒物質,且難以按照要求來控制水解程度,對設備損害也比較嚴重,故目前較少采用。1.2蛋白質水解蛋白酶水解法條件溫和,能在一定條件下進行定位水解分裂產生特定的肽,且易于控制水解進程,氨基酸不會被破壞,構型也不發(fā)生變化,因而目前多采用這種方法來制備水解蛋白。蛋白質水解酶可來源于植物(如木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶、無花果蛋白酶等)、動物(如胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶等)和微生物(霉菌蛋白酶、細菌蛋白酶等)。不同的酶有不同的性質,在水解過程中會受到溫度、pH值、酶的添加量、水解時間、底物的種類等多種因素的影響。如胃蛋白酶和胰蛋白酶雖都是內切酶,但二者又有不同的作用位點。因而水解出的產品風味也不同。因此,在蛋白水解過程中,酶的選擇是關鍵。1.2.1單酶親水(1)疏水性氨基酸胃蛋白酶是一種疏水專一性內切蛋白酶,它主要水解亮氨酸與纈氨酸、酪氨酸與亮氨酸以及芳香族氨基酸之間的肽鍵,亮氨酸和纈氨酸都是疏水性氨基酸,芳香族氨基酸也幾乎都是疏水性氨基酸,水解之后,這些疏水性氨基酸大部分位于肽鏈末端,苦味相對較低。胃蛋白酶水解效果易受到pH值的影響,水解度不高,在40℃、pH2.0、水解時間8h、酶添加量2.5%條件下水解魷魚皮水解度為9.1%。(2)蛋白水解液ph值比低胰蛋白酶也是一種疏水專一性內切蛋白酶,它能專一水解與賴氨酸或精氨酸結合的肽鍵,因而可使大部分疏水性氨基酸位于肽鏈末端,故蛋白水解液苦味值相對較低。胰蛋白酶的水解效果易受到酶添加量的影響,水解度比胃蛋白酶略高,在45℃、pH6.5、水解時間4h、酶添加量1.5%條件下水解魷魚皮水解度為19.6%。(3)枯草桿菌蛋白酶水解產物的活性枯草桿菌蛋白酶是一種非疏水專一性內切蛋白酶,水解產物中疏水性氨基酸位于肽鏈末端較少,獲得的苦味肽含量較高,使枯草桿菌蛋白酶水解產物苦味較強?？莶輻U菌蛋白酶水解蛋白質的水解度相對較高,在45℃、pH7.0、加酶量3000U/g、水解時間5h的條件下水解度可達43%。一般來說,微生物來源的蛋白酶水解的蛋白液口感不如動物蛋白酶和植物蛋白酶好。(4)活性氨基酸水解蛋白的特點Alcalase是一種疏水專一性內切蛋白酶,主要作用于含有酪氨酸、苯丙氨酸及色氨酸的肽鍵,所以它水解蛋白所得的產物中疏水性氨基酸較多地位于肽鏈的末端,因而產生的苦味肽比其它非疏水專一性蛋白酶要少,苦味值相對較低。Alcalase水解蛋白質的水解度可達25%。Alcalase具有底物專一性,用它來水解鯊魚、小香魚、青魚蛋白時具有很好的效果,但是水解鮭魚卻效果不佳。(5)最高水解度和水水水比木瓜蛋白酶是一種內切酶,一般優(yōu)先分解精氨酸、苯丙氨酸的肽鍵,水解速度快,約150min即可達到最高水解度,價格低廉,但是水解液的風味差。張立彥等比較復合蛋白酶、復合風味蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶及中性蛋白酶水解蟹肉的效果,試驗表明,木瓜蛋白酶水解率最高,pH5.0、溫度60℃、E/S為4000U/g、固液比1∶2.5條件下水解1小時,水解率可達47%。(6)蛋白質水解比例風味蛋白酶是一種內切和外切復合蛋白酶,能徹底地水解蛋白質,水解度可達70%以上。用這種酶水解蛋白質所得的蛋白水解液的風味比其它蛋白酶的水解液都要好,避免了中度酶解通常產生的苦味。1.2.2雙酶反應(1)胃蛋白酶用量對水解效果的影響胃、胰復合酶水解度比單酶水解度高,胰蛋白酶(3091U/g)用量為1.5%水解3h和胃蛋白酶(8584U/g)用量2.5%水解2h,水解效果最好。隨著水解時間的延長,水解度明顯提高,但苦味強度卻上升平緩。蛋白質水解度可達86.2%,蛋白質回收率達82.3%,明顯優(yōu)于單酶水解。(2)水解液與單酶的比較按魚糜中蛋白質含量的4.57%加入胰蛋白酶和木瓜蛋白酶,酶活力比為1∶1,55℃下反應7h,水解度與單酶相比明顯提高,蛋白水解液中含有較多的二肽、三肽等低分子肽,氨基酸種類齊全,基本無苦味。(3)3發(fā)揮果汁氨基酸、氨基酸、氨基酸含量的影響在溫度50℃、水解時間4.5h、加酶量為枯草桿菌蛋白酶:木瓜蛋白酶60u/g:40u/g、料液比1∶1.1~1.5、pH7.0條件下水解鰻魚效果最好,水解度較高,水解液基本無苦味,鮮味氨基酸含量較高,風味較好。2口感水解中的痛苦肽蛋白質水解之后其可溶性、熱穩(wěn)定性及營養(yǎng)特性得到了改善,但同時卻產生了大量的苦味肽,這些苦味肽的形成引起食品的風味缺陷,限制了蛋白質水解產物的應用。因此也有很多學者致力于水解物中苦味肽的掩蓋和脫苦方法的研究。2.1蛋白質水解肽鏈的熱膨脹苦味肽的苦味主要是由疏水性氨基酸引起的。在完整的球蛋白分子中,大部分疏水性側鏈藏在內部,它不接觸味蕾,感覺不到苦味。當?shù)鞍踪|水解時,肽鏈含有的疏水性氨基酸充分暴露出來,接觸味蕾產生苦味。水解蛋白質中苦味肽的苦味強度受許多因素的影響,除與酶的來源種類有一定的關系外,疏水性氨基酸的含量、序列及所處的位置、空間結構、分子量(肽鏈的長度)等也影響其苦味。2.2酶法水解魚蛋白的研究魚蛋白水解物的苦味與蛋白質中原有的氨基酸組成有關,特別是與疏水性氨基酸有關。在酶解魚蛋白過程中,當水解達到一定程度后,水解液中的苦味肽(小肽)會大幅增加,使其味道變苦,如果能控制水解度,使肽鏈具有足夠的長度將疏水性氨基酸埋藏在它的結構內部,就能減少苦味。王長云等用低酶水解法在限定酶量(50IU/ml)、pH值(6.5-7.0)、溫度(40℃)、時間(1.5h)條件下使鳀魚蛋白質水解不充分,形成大量可溶性蛋白質和少量氨基酸、多肽等,避免苦味肽的產生,從而減小了苦味。另一方面,當水解度非常高的時候苦味肽被水解成分子量很小的肽或氨基酸,這時苦味也會減弱或消失。周濤酶解鮐魚蛋白的實驗結果表明,在水解度低于20%時,水解液無苦味,但氮利用率較低,當水解度達30%時,水解液苦味達到頂峰,之后隨著水解度增加,苦味值很快下降,水解度達31%以上時,水解液苦味基本消失,氮利用率可達80%。目前,對蛋白水解中產生的苦味一般采用理化脫苦和酶法脫苦兩種方法。理化脫苦主要有吸附、萃取、沉淀、層析、掩蓋等;酶法脫苦就是向水解物中加入外肽酶將苦味肽進一步水解,從而達到脫苦的目的。2.2.1物理和提取(1)脫苦脫腥劑的使用:聚苯丙烯酰胺樹脂,酵母蛋白蛋白水解物經活性炭脫苦之后,其口感會有很大的改善,但是這種方法不實用,因為脫苦的同時會損失很多色氨酸(63%)、苯丙氨酸(36%)、精氨酸(30%)。聚苯丙烯樹脂也可以脫除蛋白水解物的苦味,它是通過吸附水解物中的β-乳球蛋白而將苦味去除的,聚苯丙烯樹脂除去了含有苦味肽的高分子多肽,而且?guī)缀醪粫淖兯猱a物中的氨基酸組成。酵母也是一種很好的脫苦脫腥劑,向水解液中加入一定量的酵母粉,35℃下培養(yǎng)1h,苦味即可脫除。目前其作用機理還不是很清楚,可能是由于酵母疏松的結構對腥臭物質的吸附作用,酵母粉中含有的多種酶也可能以腥臭物質(如醛、酮等大分子物質)為底物轉化為無腥臭物質,從而達到脫腥臭的效果。(2)去除痛苦體系用共沸異丁醇(72.8%異丁醇和27.2%水的混合物)提取酶蛋白水解產物中的苦味可取得很好的效果,是一種可普遍使用的去除苦味復合物的方法。但必需氨基酸及其它氨基酸損失較大,大大影響其營養(yǎng)價值。此外,還可用乙醚萃取,它不僅可除去水解液中的苦味腥味,還可除去部分脂肪。除此之外,還有乙醇、異丙基乙醇都可作為萃取劑除去水解液中的苦味。(3)等電沉淀疏水性多肽在等電點附近有很小的溶解性,因此可以通過調節(jié)pH值使其沉淀而將苦味去除。(4)柱層析脫苦苦味肽中含有大量的疏水性氨基酸,因此用能結合疏水性基團的柱層析可將苦味肽去除,如硅膠層析柱、酚甲醛樹脂層析柱、己基-瓊脂糖凝膠柱,但是從目前的研究結果看,采用柱層析脫苦不徹底。(5)聚磷酸鹽對人員水解的影響向蛋白水解液中加入一些能掩蓋蛋白水解液苦味的物質,使苦味物質不會與味蕾接觸而達到去苦的目的。水解過程中添加聚磷酸鹽可去除酪蛋白水解物的苦味,明膠或糖膠也有類似的效果,尤以甘氨酸的掩蓋效果最佳。此外,環(huán)狀糊精因為它有包埋疏水性肽的能力對苦味也有掩蓋作用,但其掩蓋效果不是很好,所需環(huán)糊精的使用量也很大。此外,添加磷脂和溶血磷脂也有去除苦味的效果。2.2.2酶法的處理(1)牛奶養(yǎng)魚酶水解液肽鏈氮氨肽酶是一種外肽酶,它是通過作用于多肽和蛋白質肽鏈氮端的疏水性氨基酸,使其釋放出來,達到脫苦的目的。來自AeromonascaviaeT-64的氨肽酶可以將牛奶酪蛋白和大豆蛋白的酶水解液肽鏈氮端的疏水性氨基酸切除,從而將苦味去除。來自嗜熱鏈球菌(Streptococcusthermophilus)的氨肽酶對肽鏈氮端含有精氨酸和芳香環(huán)氨基酸的肽具有高度的專一性,它可將苦味肽水解,釋放芳香環(huán)氨基酸而將苦味去除。(2)肽酶處理殼蛋白的活性羧肽酶是通過作用于肽鏈碳端的疏水性氨基酸,使其釋放出來,達到脫苦的目的。用小麥羧肽酶處理酪蛋白胃蛋白酶水解液后,游離氨基酸增加,苦味減弱。魷魚肝臟中的絲氨酸羧肽酶可以將大豆蛋白和玉米麩質的胃蛋白酶和胰蛋白酶復合水解的產物中的苦味去除,這種酶對含有疏水性氨基酸的肽鏈碳端具有專一性。但是這種酶來源有限,因而其使用也受到了限制。(3)水性氨基酸的疏水性高濃度的蛋白質水解物與蛋白酶在一定條件下可以形成凝膠狀蛋白質物質,稱為塑蛋白。疏水性的氨基酸在水中的溶解度很小,它們相互聚集成小顆粒,并形成了不溶性的塑蛋白。疏水性氨基酸殘基的聚集使它們隱藏起來,不能與味蕾接觸,從而去除了苦味。但是,這種方法得不到可溶性的蛋白水解物。具有可逆性,在進一步加工過程中,苦味可能重新形成。3現(xiàn)階段對魚蛋白水解物的脫腥、脫苦研究中的若干問題酶法制備的魚蛋白水解物營養(yǎng)價值高、水溶性好,可制備低分子肽制品、精制氨基酸、海鮮調味品、營養(yǎng)口服液等高質量水解蛋白制品,有很好的發(fā)展前景。但是利用魚類加工下腳料和海洋低值魚來制備這些高質量的水解蛋白制品仍然有許多問題沒有解決。如何利用魚類下腳料和海洋低值魚來制備高質量的水解蛋白制品仍然是一個亟待解決的問題。其未來的研究方向,筆者認應圍繞以下幾個方面進行。(1)目前,許多研究還存在一定的缺陷,例如魚腥味的殘留、苦味肽的產生,雖然得到了重視,但還是沒能得到有效的解決。在各種風味營養(yǎng)液中,不管其營養(yǎng)價值如何,若未能的效地解決其脫腥、脫苦問題,將制約高質量產品的開發(fā)與發(fā)展,因此,應重點開展對魚蛋白水解物的脫腥、脫苦方法的研究。(2)水產品的種類多、原料特性差異較大。魚的種類不同,其營養(yǎng)組成成分也不同,所選擇的酶和最佳作用條件自然就有差異,某一種魚的酶解最佳作用條件不一定適合另一種魚,確定每一種可用于酶解的魚的最