南极磷虾原粉、过筛粉、脱脂粉、脱氟粉中蛋白质、脂肪含量的检测

预处理前后南极磷虾粉的氨基酸组成比较广东海洋大学学报Journal of Guangdong Ocean University第 38卷 第 6期2018年 12月Vol.38 No.6Dec. 2018 全沁果等：预处理前后南极磷虾粉的氨基酸组成比较第6期43 全沁果 ,段伟文 ,曾雪鸽 ,等 .预处理前后南极磷虾粉的氨基酸组成比较 [J].广东海洋大学学报 , 2018, 38(6): 42-47. 预处理前后南极磷虾粉的氨基酸组成比较 全沁果 1，段伟文 1，曾雪鸽 1，陈铭 1，张泽伟 1，郝记明 1,2,3,4，刘书成 1,2,3,4，吉宏武 1,2,3,4 （1.广东海洋大学食品科技学院 // 2.广东省水产品加工与安全重点实验室 // 3.广东省海洋食品工程技术研究中心 //4.广东普通高等学校水产品深加工重点实验室，广东 湛江 524088） 摘 要：【目的】通过研究南极磷虾粉过筛、脱脂和脱氟预处理前后的氨基酸组成与营养价值变化，为建立基于制 备小分子活性肽的南极磷虾粉蛋白质基料品质标准提供理论基础。【方法 】对预处理前后南极磷虾粉的 5种基本成 分和 18种水解氨基酸进行测定 ,同时比较其氨基酸含量与组成和营养价值。【结果 】经预处理后南极磷虾粉的蛋 白源成分得到有效富集，蛋白质质量分数从 61.38%提升至 73.80%，蛋白质总质量的损失率为 9.27%，脱氟率为 82.03%。制得的低氟蛋白质基料氨基酸含量符合 FAO/WHO 认可的优质蛋白质源，达到了特级鱼粉中氨基酸的评 级标准，且氨基酸组成的变化不明显。【结论 】经过筛、脱脂和脱氟制备低氟南极磷虾粉蛋白质基料不影响其氨基 酸组成模式，且蛋白质损失率＜10%，可作为提取南极磷虾粉小分子活性肽的前处理方法。 关键词：南极磷虾粉；预处理；氨基酸组成；营养价值 中图分类号 ：TS254.4 文献标志码 ：A 文章编号 ：1673-9159（2018）06-0042-06 doi ：10.3969/j.issn.1673-9159.2018.06.007 Comparative Composition of Amino Acids in Antarctic Krill Meals Before and after Pretreatments QUAN Qin-guo1，DUAN Wei-wen1，ZENG Xue-ge1，CHEN Ming1， ZHANG Ze-wei1，HAO Ji-ming1,2,3,4，LIU Shu-cheng1,2,3,4，JI Hong-wu1,2,3,4 （1. College of food Science and Technology , Guangdong Ocean University // 2. Guangdong Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety // 3. Guangdong Marine Food Engineering and Technology Research Center // 4. Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Products of Guangdong Higher Education Institution , Zhanjiang 524088, China ） Abstract : 【Objective 】To stablishes a quality standard of protein base material based on small molecule active peptides in Antarctic krill meals. It analyzed the differences of composition and nutritional value of amino acids in Antarctic krill meals before and after pretreatments which consisted of screening with 30 mesh, degreasing with n-hexane-ethanol (9∶1) and renovating fluorine with food grade phosphoric acid.【Method 】5 species basic ingredients (moisture, protein, crude fat, ash, chloride) and 18 species hydrolyzed amino acids (Asp, Thr, Ser, Glu, Gly, Ala, Val, Met, Ile, Leu, Tyr, Phe, His, Lys, Arg, Pro, 收稿日期 ：2018-07-03 基金项目 ：国家虾蟹产业技术体系建设 (CARS-48) 第一作者 ：全沁果（1991—），男，硕士研究生，研究方向为水产品加工及利用。E-mail ：qinguo_quan@163.com 通信作者 ：吉宏武（1962—），男，教授，博导，研究方向为水产品精深加工与保鲜技术。E-mail ：jihw62318@163.com Cys, Trp) in Antarctic krill meal were detected in this paper.【Result 】The results showed that the protein components was enriched significantly by raising from 61.38% to 71.14% protein contents which lost 9.27% protein masses. Furthermore, 82.03% of fluorine was reduced and the amino acid compositions altered was not significantly after the pretreatments in Antarctic krill meals, but the nutritional value was significantly improved which complied with FAO/WHO approved quality protein sources and exceeded the evaluation criteria of special grade fishmeal.【Conclusion 】The result showed that low-fluorine protein base material of Antarctic krill meal was prepared by screening, degreasing and renovating fluorine and did not affect its amino acid composition patterns. The protein loss rate was <10% which could be used as a pretreatment method for extracting small molecule active peptides of Antarctic krill meal. Key words : Antarctic Krill meals; pretreatment; composition of amino acid; nutritional value 南极磷虾粉是目前市面上南极磷虾原料的主 要流通方式之一 [1]，相对于冷冻虾砖，南极磷虾粉 具有储存方便、流通成本低等优点。目前，南极磷 虾粉多作为饲料蛋白源直接参与水产养殖饲料的 加工 [2-3]，附加值较低，缺乏在食品加工业中的应用。南极磷虾粉富含蛋白质、油脂、甲壳素和矿质元素 等有效成分，其中蛋白质占比最高，蛋白质中必需 氨基酸组成齐全、含量均衡，具有开发高价值食源 蛋白制品的潜力，亦是其主要的加工利用点 [4-5]。新 鲜南极磷虾蛋白质提取工艺已比较成熟，相比之 下，南极磷虾粉蛋白质经历了蒸煮、脱水和蒸汽烘 干等船载加工过程，蛋白质特性发生了改变，虾壳 中氟的迁移作用使得虾肉中氟的含量升高 [6-8]。故新 鲜南极磷虾制备蛋白制品的技术路线对南极磷虾 粉的参考价值有限，有待进一步研究。 市售南极磷虾粉存在脱脂粉和不脱脂粉两类 产品。而南极磷虾粉脂质组成复杂，包括游离脂肪 酸、磷脂、甘油三酯、甾醇、虾青素、维生素等，因其极性的差异单一的溶剂无法将其完全提取 [9]。因此，从食品加工中原料的全价值利用角度考虑，南极磷虾粉中脂质的提取方法有待进一步优化。而 制约南极磷虾粉可食化利用的原因有二：一是南极 磷虾粉成分复杂，不易分离；二是南极磷虾粉中氟 含量水平异常高，具有食品安全隐患。因此，富集 蛋白源成分同时降低氟的残留水平是实现南极磷 虾粉蛋白质可食化利用的前提。 南极磷虾的虾壳及其脏器是氟的主要富集源 [6]，适宜粒径的过筛处理可初步分离南极磷虾粉的该 部分。南极磷虾油含有丰富的不饱和脂肪酸 [10]，但 其在南极磷虾粉中易氧化，对南极磷虾粉的长期储 存会产生不利影响，且会影响后期膜分离步骤等蛋 白源成分富集的过程，因此有必要对原料行脱脂处 理。为解决上述问题，本课题组在前期工作中系统 分析了南极磷虾粉的营养成分，确定了将南极磷虾 粉以 550μm 孔径过筛和正己烷 -乙醇（体积比 9:1）脱脂两步预处理步骤 [11]，但氟的含量仅减少约 10%。为制备用于食品加工的低氟南极磷虾粉蛋白 质基料，本研究从食品营养学的角度考察过筛、脱 脂和脱氟 3步预处理对南极磷虾粉氨基酸组成的影 响，并对氨基酸的营养价值进行评价。 1 材料与方法 1.1 材料与试剂 南极磷虾粉，由中国水产有限公司提供，经冷 链运输至实验室在 4 ℃冰箱储存，测得水分质量分 数为 7.79%、蛋白质质量分数为 61.38%、脂肪质量 分数为 14.49%、灰分质量分数为 14.92%、氯化物 质量分数为 2.21%。 所用试剂均为分析纯，购自广州化学试剂厂。 1.2 仪器与设备 T25数显高速分散均质机，德国 IKA 公司； FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公 司；Allegra X-30R 离心机，贝克曼库尔特有限公司； L-8900全自动氨基酸分析仪，株式会社日立制作 所；EYELA WFO-700送风干燥箱，东京理化器械 株式会社；VADODEST 450全自动凯氏定氮仪，德 国格哈特分析仪器有限公司；其余为实验室常见玻 璃与金属仪器。 1.3 方法 1.3.1 蛋白质基料的制备 称取 1 000.00 g 南极磷 虾粉，过孔径 550μm 筛处理，加入料液比 1∶10 （g/mL ）的正己烷 -乙醇（体积比 9∶1）在室温下 超声波脱脂 2 h ，收集脱脂粉后在 60 ℃下烘干，加 入料液比 1∶3（g/mL ）的超纯水，充分均质 [11]。脱氟处理参考胡玲萍等 [12]的方法，略作修改：用 10mol/L 和 2 mol/L 的磷酸溶液调节均质液 pH 为 4.5，超声振荡 30 min 并维持 pH 恒定。待反应结束后在 4 ℃、4 000 g 条件下离心 10 min ，取沉淀部分重复 上述步骤。最后将所得沉淀调节其 pH 至中性，冻 干后密封储存备用。 1.3.2 基本成分的测定 分别测定南极磷虾原粉、过筛粉、脱脂粉、脱氟粉的水分、蛋白质、灰分、粗脂肪、氯化物和氟含量。水分测定参照 GB 5009.3-2016，蛋白质测定参照 GB 5009.5-2016，灰 分测定参照 GB5009.4-2016，粗脂肪的测定参照 GB 5009.6-2016，氯化物的测定参照 GB 5009.44-2016，氟含量的测定参考 GB/T5009.18-2003中规定的氟 离子选择电极法测定食品中的氟。所有实验组平行 测定 3次，计算不同预处理（过筛、脱脂、脱氟）后南极磷虾粉的质量损失率与蛋白质损失率： 式中：G'，质量损失率，%；a ，预处理后质量，g ； b ，预处理前质量，g ；P'，蛋白质损失率，%；c ，预处理后蛋白质质量分数，%；d ，预处理前总蛋白 质量分数，%；S'，脱氟率，%；e ，脱氟前氟质量 分数，mg/kg ；f ，脱氟后氟质量分数，mg/kg 。 1.3.3 氨基酸组成的测定 分别测定南极磷虾原 粉、孔径 550nm 过筛粉和脱脂粉的氨基酸组成，测定方法参照 GB 5009.124-2016食品中氨基酸的 测定，其中色氨酸含量采用碱水解处理方法。 1.3.4 营养价值评价方法 参考 FAO/WHO1973年建议的氨基酸评分标准模式，并与鸡蛋蛋白质作 为理想蛋白质的氨基酸模式进行比较，分别计算南 极磷虾原粉、孔径 550nm 过筛粉、脱脂粉、脱氟 粉的氨基酸评分（Amino acid score ，AAS )、化学 评分（Chemicalscore,CS ）和必需氨基酸指数 （Essential amino acid index, EAAI ），具体计算方法 见文献 [13-15]。 1.3.5 数据处理与分析 所有实验均平行测定 3次，数据采用 Origin 2017和 SPSS 进行进一步统计 分析。 2 结果与分析 2.1 预处理对南极磷虾粉基本成分的影响 图 1和图 2显示了过筛、脱脂、脱氟预处理对 南极磷虾基本成分含量、总质量、蛋白质质量和氟 含量的影响。过筛处理对基本成分含量与组成无明 显影响，但粉基总质量和蛋白质质量有所减少。经 过筛后，南极磷虾粉的质量损失率为 8.40%，蛋白 质损失率为 6.29%，由此计算筛上物中蛋白质质量 分数为 46.43%，这与已报道的南极磷虾壳中蛋白质 含量相近 [16]，且明显高于凡纳滨对虾、克氏原螯虾 等常见养殖虾虾壳部分的蛋白质含量 [17-18]，由此推 测南极磷虾壳可能具有结合蛋白质的特性。经脱脂 处理后，南极磷虾粉质量进一步损失约 15.83%，其 脱脂率超过了 90%，而蛋白质质量仅损失约 1.39%。说明该脱脂方法在有效除去南极磷虾粉油脂的同 时对其蛋白质含量无明显影响。进一步的脱氟处理 表明，经脱氟处理后，南极磷虾粉中的氟质量分数 降低约 82.03%。经预处理后，南极磷虾粉的蛋白质 质量分数从 61.38%提升至 71.14%，蛋白质质量损 失率约为 9.27%，脱氟率为 82.03%，氟质量分数为 （228.07±13.27）mg/kg 。 图 1 预处理对南极磷虾粉基本成分的影响 Fig. 1 Effect of the pretreatments on the basic components of Antarctic Krill meal 图 2 预处理对南极磷虾粉总质量分数、蛋白质质量分数 和氟质量分数的影响 Fig. 2 Effect of the pretreatments on the total mass, protein mass and fluorine content of Antarctic Krill meal 2.2 预处理对南极磷虾粉氨基酸含量与组成的影响 由表 1知，预处理（过筛、脱脂、脱氟）前后 每 100g 南极磷虾粉的氨基酸总量由 471.80 mg/g 增 加至 577.15 mg/g ，提升约 22.33%，制得的脱脂粉 中必需氨基酸占氨基酸总量的 39.26%，高于 FAO/WHO 的推荐值 35.38%，符合 FAO/WHO 认可 的优质蛋白质源。目前，我国尚无有关虾粉氨基酸 评级的行业标准，但本研究经预处理南极磷虾粉制 得的蛋白质加工基料已达到特级鱼粉中氨基酸的 评级标准（Mel ≥15.00 mg/g, Lys ≥35.00 mg/g ），具 有良好的开发价值。 表 1 预处理前后南极磷虾粉氨基酸含量与组成 （ X ± S , n =3 ） Table 1 Amino acid composition of Antarctic Krill meal before and after the pretreatments 氨基酸名称 原粉 过筛粉 脱脂粉 脱氟粉 质量分数/ （mg/g） 百分比/ % 质量分数/ （mg/g） 百分比/ % 质量分数 （mg/g） 百分比/ % 质量分数/ （mg/g） 百分比/ % 天冬氨酸（Asp） 51.73±1.07 10.98 50.62±1.23 10.73 65.30±1.29 10.98 63.74±1.02 11.04 苏氨酸（Thr）a 20.76±0.36 4.41 20.19±0.31 4.28 26.86±0.40 4.52 26.03±0.31 4.51 丝氨酸（Ser） 19.87±0.39 4.22 19.84±0.37 4.21 25.63±0.47 4.31 24.86±0.79 4.31 谷氨酸（Glu） 71.80±1.44 15.24 72.65±1.32 15.40 91.73±1.74 15.43 88.34±1.17 15.31 甘氨酸（Gly） 21.44±0.46 4.55 21.03±0.40 4.46 26.79±0.53 4.53 25.94±0.62 4.49 丙氨酸（Ala） 27.01±0.43 5.73 26.53±0.51 5.62 34.51±0.70 5.81 33.01±0.91 5.72 缬氨酸（Val）a, c 23.18±0.30 4.92 23.42±0.28 4.96 29.24±0.54 4.92 28.75±0.33 4.98 蛋氨酸（Met）a 13.96±0.27 2.96 14.68±0.19 3.11 17.53±0.29 2.95 17.19±0.42 2.98 异亮氨酸（Ile）a, c 23.53±0.42 4.99 23.75±0.35 5.03 29.80±0.62 5.01 29.18±0.26 5.06 亮氨酸（Leu）a, c 38.60±0.83 8.19 38.91±0.71 8.25 49.04±0.84 8.25 47.90±1.22 8.30 酪氨酸（Tyr）d 16.29±0.24 3.46 16.50±0.22 3.50 21.30±0.37 3.58 21.83±0.28 3.78 苯丙氨酸（Phe）a, d 20.90±0.28 4.44 20.93±0.43 4.44 26.88±0.41 4.52 26.05±0.44 4.51 组氨酸（His）b 19.33±0.31 4.10 18.20±0.37 3.86 22.81±0.31 3.84 22.03±0.52 3.82 赖氨酸（Lys）a 34.07±0.61 7.23 34.41±0.64 7.29 42.79±0.70 7.20 41.47±0.80 7.19 精氨酸（Arg）b 30.57±0.54 6.49 30.37±0.58 6.44 37.76±0.76 6.35 35.82±0.59 6.21 脯氨酸（Pro） 17.34±0.37 3.68 19.01±0.34 4.03 20.94±0.43 3.52 20.17±0.63 3.49 胱氨酸（Cys） 12.62±0.18 2.68 12.43±0.23 2.63 15.16±0.19 2.55 14.80±0.17 2.56 色氨酸（Trp）a 8.19±0.12 1.74 8.33±0.15 1.77 10.31±0.24 1.73 10.04±0.16 1.74 氨基酸总量 471.19 471.80 594.38 577.15 必需氨基酸总量 183.19 38.88 184.62 39.13 232.45 39.10 226.61 39.26 限制氨基酸总量 49.90 10.59 48.57 10.30 60.57 10.19 57.85 10.02 注：a.必需氨基酸；b.限制氨基酸；c.支链氨基酸；d.芳香族氨基酸。百分比：各氨基酸质量与氨基酸总量的比值 Note ：a. essential amino acids, b. restricted amino acids, c. branched chain amino acids, d. aromatic amino acids. Percentage: ratio of the mass of each amino acid to the total amount of amino acids 此外，预处理对南极磷虾粉氨基酸组成无明显 影响，图 3进一步对比了预处理前后南极磷虾粉必 需氨基酸、限制氨基酸、支链氨基酸和芳香族氨基 酸四类主要的功能氨基酸组成，预处理步骤不改变 其氨基酸组成模式，表明该预处理方案可行。预处 理后南极磷虾粉中支链氨基酸所占比例为 18.17%，芳香族氨基酸所占比例为 8.10%。其中，支链氨基 酸是人体骨骼肌的重要组成部分，也是其重要的能 源，骨骼肌氧化供能时，支链氨基酸对氨基酸供能 总量的贡献值超过了 60%，骨骼肌在休息状态时，支链氨基酸的能量贡献值亦接近 14%[19]。此外，芳 香族氨基酸参与构成了生物体肾上腺素、去甲状腺 素的前体物质。同时，支链氨基酸 /芳香族氨基酸的 比值达 2.24，接近正常人和哺乳动物的比例。因此，摄入南极磷虾粉有助于维持机体的营养与代谢平 衡。同时，南极磷虾粉中精氨酸和赖氨酸含量较高，对于以谷物食品为主的我国居民而言，可有效弥补 赖氨酸的摄入不足。赖氨酸亦是人乳中的第一限制 性氨基酸 [20]。精氨酸并非人体必需氨基酸，但有研 究表明其有助于儿童的生长发育和伤口的愈合 [21]。总体而言，南极磷虾粉经预处理制得的蛋白质加工 基料的氨基酸组成合理，是开发高价值保健品的潜 在原料。 A 表示必需氨基酸和限制氨基酸；B 表示支链氨基酸和芳香族氨基酸 A means essential amino acids and restricted amino acids, B means branched chain amino acids and aromatic amino acids 图 3 预处理前后南极磷虾粉氨基酸组成的对比 Fig. 3 Comparative of amino acid composition in Antarctic krill meal before and after pretreatment 2.3 预处理对南极磷虾粉氨基酸营养价值的影响 将表 1中的氨基酸组成换算成每克氮中氨基酸 毫克数后，以鸡蛋蛋白质的标准分值为基准，参照 FAO/WHO 建议的氨基酸评分标准模式对南极磷虾 粉预处理过程中氨基酸营养价值的变化进行评 价 [5]，分别计算其 AAS 、CS 及 EAAI ，结果见表 2。 表 2 预处理前后南极磷虾粉的 AAS ，CS 及 EAAI Table 2 AAS , CS and EAAI of Antarctic Krill meal before and after pretreatment 鸡蛋蛋白 预处理 评分 模式 氨基酸 FAO 推荐值 鸡蛋蛋白 标准分值 原粉 分值 预处理 粉分值 AAS Ile 2.50 0.63 0.88 Leu 4.38 0.59 0.83 Lys 3.44 0.66 0.91 Thr 2.50 0.55 0.79 Val 3.13 0.49 0.70 Trp 0.63 0.87 1.20 Met+Cys 2.19 0.81 1.10 Phe+Tyr 3.75 0.66 0.96 CS Ile 3.31 0.48 0.67 Leu 5.34 0.49 0.68 Lys 4.41 0.52 0.71 Thr 2.92 0.48 0.67 Val 4.10 0.38 0.53 Trp 0.99 0.56 0.76 Met+Cys 3.86 0.47 0.63 Phe+Tyr 5.65 0.45 0.64 EAAI 47.70 65.81 AAS 和 CS 是以不同思路分析样品蛋白质组成 和利用率的关系，EAAI 则表示的是被测样品必需 氨基酸含量与标准鸡蛋蛋白质的拟合程度 [22]。由表 2和图 4可知，预处理后南极磷虾粉各氨基酸评价 指标均有明显提高。对比发现，经预处理后南极磷 虾粉的 AAS 接近或大于 1.00，CS ≥0.5，表明其氨 基酸的均衡性及丰度得到有效提高，符合蛋白质加 工基料的品质要求。AAS 和 CS 分析显示，该基料 中第一限制性氨基酸均为 Val 。而第二限制性氨基 酸的分析结果有所不同，其中 AAS 显示为 Thr ，CS 显示为 Met+Cys 。基料的 EAAI 为 65.81，相比预处 理前评分提高约 37.97%，蛋白质品质明显改善。 一 预 处 理 前 A 氨基酸评分 AAS ；B 表示化学评分 CS C means Amino acid score （AAS ）, D means Chemical score （CS ） 图 4 预处理前后南极磷虾粉氨基酸评分的对比 Fig. 4 Comparative of amino acid scores in Antarctic krill meal before and after pretreatment 3 结论 过筛、脱脂和脱氟预处理步骤提高了原料粉氨 基酸的 AAS 、CS 及 EAAI 评分，使其超过了特级 鱼粉的氨基酸评级标准，且对氨基酸组成无明显影 响。同时，氟质量分数降低约 82.03%。该预处理过 程中南极磷虾粉的蛋白质损失率仅为 9.27%，表明 其有助于南极磷虾粉蛋白源成分的富集与进一步 加工。系统分析预处理粉的氨基酸组成发现，南极 磷虾粉中必需氨基酸、限制氨基酸、支链氨基酸和 芳香族氨基酸含量突出，符合 FAO/WHO 认可的优 质蛋白质源，其氨基酸组成特性可作为运动员、母 婴及免疫力低下人群的保健食品原料，具有开发优 质小分子活性肽的潜力。该蛋白质基料的进一步酶 解与膜分离工艺有待进一步研究。 参 考 文 献 [1] 刘志东 ,陈雪忠 ,黄洪亮 ,等 .南极磷虾粉加工与贮藏 技术研究进展 [J].食品工业科技 , 2016, 37(16):357-361. 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