中华绒螯蟹加工副产物酶解工艺条件优化及酶解液呈鲜特性研究

耿星华1,张佳汇2,刘太昂3,史羽瑶1,王锡昌1*

(1.上海海洋大学 食品学院,上海 201306;2.上海太太乐食品有限公司,上海 201812;3.上海真谱信息科技有限公司,上海 201900)

摘要为高效利用中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)(又称“河蟹”)加工副产物,以河蟹加工中产生的副产物为原料,利用响应面法进行酶解工艺条件优化,并探究酶解液的呈鲜特性;以感官评价、水解度、蛋白质利用率为指标,确定最优试验用酶;以水解度为评价指标,通过响应面法确定最佳酶解工艺条件,并对最佳工艺条件下酶解液的呈鲜效果进行测定。结果表明:最佳酶解工艺条件为酶解时间4 h、加酶量1 609 U/g底物、酶解温度46 ℃、酶解pH 6.0,在此条件下,水解度(DH)为20.47%;酶解液的鲜味氨基酸、呈味核苷酸(AMP)含量分别比酶解前增加了33.83 mg/100 g、18.33 mg/100 g;酶解液的电子舌响应值分析确定其鲜味强度显著上升(P<0.05),其感官评价显示鲜味特征明显,鲜味感官评价与电子舌响应值分析趋势一致。研究表明,河蟹加工副产物经酶解后整体鲜味显著提高,可开发具有河蟹鲜味的独特调味基料。

关键词中华绒螯蟹;加工副产物;酶解;响应面法;工艺条件优化;呈鲜特性

中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)又称“河蟹”,因其肉质嫩、滋味佳和营养高而广受欢迎[1]。近年来,国内淡水养殖业发展迅速,根据《2024中国渔业统计年鉴》,2023年中国河蟹产量高达88.86万t[2]。河蟹的主要食用方式为蒸煮或腌制,一些个体较小、断肢残肢的河蟹,经济价值较低,通常河蟹加工厂会将这些低值河蟹的可食用部位单独取出进行增值化加工,如蟹肉制作蟹松[3],蟹黄和蟹膏等用于蟹黄包、蟹黄面的馅料制作和蟹油提取[4]。河蟹工厂化熟制加工中,取完蟹肉、蟹黄/蟹膏后,产生的包括蟹壳、蟹脚、碎骨、骨筋及其残留的蟹肉、蟹黄/蟹膏等统称为河蟹加工副产物,约占河蟹整体质量的55%。这些加工副产物大多被直接废弃或者掩埋,资源浪费的同时也污染环境[5-6],即使一部分会通过压榨、烘干等工艺加工成饲料,但产品利用率和附加值均较低,亟需相关研究以促进河蟹加工副产物的利用增值。

河蟹加工副产物的主要成分为甲壳质、碳酸钙、蛋白质、脂质等,现有研究主要集中于提取甲壳素和蟹油,鲜有对加工副产物中的蛋白质进行提取和利用,造成了蛋白质资源的浪费。吴洁茹等[7]发现,河蟹副产物中含有大量的蛋白质(约占比30%)、脂质和矿物质,除这些基础营养物质外,不饱和脂肪酸和必需氨基酸含量同样也较为丰富,且鲜味氨基酸约占游离氨基酸总量的36%,是制作调味基料的良好原料[8-9]

蛋白酶酶解具有效率高,易控制,条件温和,不破坏氨基酸构型等优点,属于绿色加工范畴[10],因此,常将酶解技术应用于食品加工。王婧等[11]将小黄鱼(Pseudosciaena polyactis)下脚料通过碱性蛋白酶和风味蛋白酶进行同步酶解,结果表明,必需氨基酸和呈味氨基酸均有所增加,酶解产物有浓郁的小黄鱼香味。张修正等[12]采用碱性蛋白酶和风味蛋白酶对鱿鱼(Loligo)加工副产物进行双步酶解后制备鲜味酶解液,所得酶解液鱿鱼特征鲜味明显。Teng等[13]从南极磷虾(Euphausia superba)综合利用的角度出发,利用两步酶解辅助提取方法,生产的虾油和酶解物均显示出较高的抗氧化能力。Wang等[14]使用风味酶处理螃蟹副产物,提取出螃蟹调味剂。符慧靖等[15]通过酶解法制备河蟹副产物(蟹壳)酶解液,得到了小肽、氨基酸等易于被人体吸收的风味前体物质,还发现通过酶解能较大程度地保留河蟹的鲜味。上述研究说明,水产品适用于通过蛋白酶酶解技术制备酶解液,且具有较好的鲜味特征,但目前对河蟹加工副产物酶解液的工艺研究及其呈鲜特性进行评价的系统性研究尚且不足。

因此,本研究中以河蟹加工副产物为原料,探究了酶解的最佳工艺条件,期望通过蛋白酶酶解技术,制备具有独特的蟹特征风味浓郁的酶解液,并对酶解液的呈鲜特性进行分析,以期研制一款咸鲜味醇厚的调味基料,从而破解工厂化河蟹加工副产物利用增值低的问题。

1 材料与方法

1.1 材料

河蟹加工副产物 上海宝岛蟹业有限公司河蟹加工厂现场取样,之后立即将河蟹加工副产物置于4 ℃密封箱中,运回实验室。

试剂:碱性蛋白酶(2×105 U/g)(万康生物科技有限公司);中性蛋白酶(5×104 U/g)、复合蛋白酶(1×105 U/g)、木瓜蛋白酶(1×105 U/g)、风味蛋白酶(1×105 U/g)(河南万盛实业有限公司);氢氧化钠,氢氧化钾,三氯乙酸,高氯酸(国药集团化学试剂有限公司)。

仪器:DHG-9140A鼓风干燥箱(上海慧泰仪器制造有限公司);SE-150高速粉碎机(永康市圣象电器有限公司);T10 basic均质机(德国IKA);HH-2水浴锅(常州国华电器有限公司);H1850R离心机(湖南湘仪);UV-1800PC紫外可见分光光度计(中国上海美谱达公司);E2695高效液相色谱仪(美国 Waters);LA8080氨基酸自动分析仪(日本日立公司);Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪(丹麦 FOSS)。

1.2 方法

1.2.1 河蟹加工副产物的处理 河蟹加工副产物参考GB/T 39122—2020[16]进行手工处理,然后用剪刀剪成2 cm×2 cm的小块,于50 ℃烘箱中烘干30 min,随后用高速粉碎机粉碎处理1 min,并使各部分混合均匀。分装在密封袋中,-40 ℃±2 ℃下贮存。

1.2.2 5种蛋白酶酶活的测定 蛋白酶酶活参考GB/T 23527.1—2023中的紫外分光光度法[17]进行测定。

1.2.3 河蟹加工副产物的酶解 称取5.0 g河蟹加工副产物,按照副产物∶超纯水=1∶3(w/v)的比例混合,通过均质机以13 200 r/min匀浆处理30 s。分别在中性蛋白酶、碱性蛋白酶、复合蛋白酶、木瓜蛋白酶和风味蛋白酶的最佳条件(厂家提供及预试验确定)下对河蟹加工副产物进行酶解。酶解产物在95 ℃下加热15 min灭酶,4 ℃下以4 000 r/min离心15 min,取上清液,置于-20 ℃冰箱中冷冻保存以供后续使用。

1.2.4 5种酶解液的感官评价、水解度和蛋白质利用率测定 感官评价由12人组成的专业评定小组完成,年龄22~26岁,6男6女。感官员先看酶解液的色泽和澄清度,再闻气味,最后品尝滋味,取10 mL抿入口中,停留6~8 s后吐出,以超纯水漱口,两样品间间隔5 min。结果采用百分制,剔除异常值后取平均值[18],评价标准见表1。

表1 酶解液的感官评价标准

Tab.1 Sensory evaluation standard for enzymatic hydrolysate

分值score色泽color澄清度clarification气味odors滋味taste100黄色澄清透明鲜香咸鲜味厚重,无腥味80浅黄色澄清微香咸鲜味,能感觉到腥味60棕黄色轻微浑浊甜腥微鲜,有腥味但能接受40棕色较浑浊腥香微苦,腥味较重20深棕色浑浊苦腥苦味、腥味重,难以接受

注:总体可接受度=0.2*色泽+0.2*澄清度+0.3*气味+0.3*滋味。

Note:Overall acceptability=0.2*color+0.2*clarification+0.3*odor+0.3*taste.

总蛋白氮的测定参照GB 5009.5—2016所规定的凯氏定氮法[19]。氨基酸态氮的测定参照GB 5009.235—2016所规定的酸度计法[20]。水解度按公式(1)所示

DH=(Y1-Y0)/(Ym-Y0)×100/%

(1)

式中:Y1为酶解液中氨基酸态氮含量(g/100 mL);Y0为酶解前溶液中的氨基酸态氮含量(g/100 mL);Ym,原料中的总蛋白氮含量(g/100 mL)。

参照GB 5009.5—2016中的凯氏定氮法[19]测定蛋白氮,蛋白质利用率按如公式(2)所示

(2)

式中:酶解液中的总蛋白氮含量(g/100 mL);原料中的总蛋白氮含量(g/100 mL)。

1.2.5 单因素试验 水解度与酶解液的鲜味有关,单因素试验以水解度作为最优工艺条件优化的评价指标。根据预试验结果取料液比的固定值为1∶3(w/v)。考察酶解时间(A)、加酶量(B)、酶解温度(C)、酶解pH(D)4个因素对水解度(DH)的影响。单因素试验的初始条件:酶解时间3 h、加酶量1 500 U/g底物、酶解温度50 ℃、酶解pH 6.0。然后将各因素的优化值带入后续试验。

1.2.6 响应面试验 采用Design-Expert 13软件中的Box-Behnken方法进行试验设计,以水解度为评价指标,确定最优的酶解工艺条件。

1.2.7 游离氨基酸的测定 参照周纷等[21]的方法并略作修改。准确称取酶解前后样品各2.0 g,加入15 mL 5%的三氯乙酸(w/v),常温超声15 min,于4 ℃冰箱中静置2 h。随后在4 ℃下以10 000 r/min离心10 min。取上清液5 mL于25 mL离心管中,调pH 2.0±0.2后定容至10 mL容量瓶中,采用0.22 μm水膜过滤后,使用氨基酸自动分析仪进行测定。

1.2.8 呈味核苷酸的测定 参照周纷[21]的方法并略作修改。准确称取酶解前后样品各10.0 g,立即加入10.0 mL 10%的高氯酸,超声5 min,随后在4 ℃下以10 000 r/min离心15 min。取上清液调pH至5.8±0.2,静置30 min,定容至50 mL容量瓶,采用0.22 μm水膜过滤后,使用高效液相色谱仪进行测定。

1.2.9 电子舌响应值的测定 参照韩昕苑等[22]的方法并略作修改。分别准确称取酶解前后样品2 g,加入25 mL超纯水,超声5 min,随后在4 ℃下以10 000 r/min离心15 min后,过滤至100 mL容量瓶中,滤液定容至100 mL即为样品溶液,取20 mL样品溶液加入60 mL超纯水,共计80 mL,置于电子舌专用进样杯中,在室温条件下使用电子舌仪器进行测定。每个样品数据采集7次,结果取平均值。

1.2.10 滋味感官评价 在此环节中,操作流程与“1.2.4节”一致,参考GB/T 12310—2012[23]并略作修改。采用5分制对酶解前后样品的鲜味进行感官评价,分数越高代表样品滋味越好,评价标准见表2。

表2 整体滋味评价标准

Tab.2 Overall evaluation standard for tastes

分值score滋味taste1口感差、异味腥味强,基本无咸鲜味2口感适中、异味腥味适中,有咸鲜味3口感较好、异味腥味较淡,咸鲜味较大4口感好、异味腥味很淡,咸鲜味较厚重5口感很好、异味腥味基本品尝不到,咸鲜味厚重

1.3 数据处理

所有试验均设置3个平行样品,数据结果以平均值±标准差(mean±S.D.)表示,采用SPSS 26.0软件进行显著性分析,显著性差异设为0.05,极显著性差异设为0.01,所有图片均由Origin 2022软件绘制。

2 结果与分析

2.1 最优蛋白酶的选取

从表3可见,5种蛋白酶的测定酶活均与标注酶活有显著性差异(P<0.05),说明蛋白酶产品的酶活存在虚标,或者在存放期间蛋白酶有所失活,故按照测定酶活进行后续试验。

表3 5种蛋白酶酶活测定

Tab.3 Enzyme activity determination of five proteases

蛋白酶protease标注酶活/(U·g-1)labeledenzymeactivity测定酶活/(U·g-1)measurementenzymeactivity显著性significance中性蛋白酶neutralprotease5000032000±1500∗∗碱性蛋白酶alkalineprotease200000149000±1000∗∗复合蛋白酶complexprotease10000081000±2000∗∗木瓜蛋白酶papain10000079000±2100∗∗风味蛋白酶flavorprotease10000091000±3000∗

注:*表示显著性差异(P<0.05);**表示极显著性差异(P<0.01),下同。

Note:*means significant difference(P<0.05);**means very significant difference(P<0.01),et sequentia.

从图1可见,5种蛋白酶酶解液的感官评价存在差异,其中风味蛋白酶酶解液澄清透明,气味和滋味优良,咸鲜味厚重,无腥味,具备明显的河蟹特征风味,因此,相比而言风味蛋白酶的感官评价得分最高。

图1 5种蛋白酶酶解液的感官评价雷达图

Fig.1 Sensory rating radar chart of five proteases enzymatic hydrolysate

5种蛋白酶酶解液的感官评价、水解度和蛋白质利用率情况见表4,其中评价指标总得分权重系数确定参照田湖莲等[24]的方法,权重集W={滋味感官评价W1;水解度W2;蛋白质利用率W3},其中W1=0.45;W2=0.35;W3=0.20。蛋白酶酶切位点不同导致酶解液呈味不同[25],酶解液的滋味会影响消费者的第一直观印象和对产品的喜爱程度,感官评价指标的权重最大(W1=0.45);水解度的大小与河蟹加工副产物中蛋白质被水解成游离氨基酸的程度有关,游离氨基酸的增多会增强酶解液的滋味,水解度评价指标的权重次之(W2=0.35);蛋白质利用率表示河蟹加工副产物中总蛋白氮能被加工利用的程度,也与酶解液的滋味有关,蛋白质利用率评价指标的权重W3=0.20。

表4 5种蛋白酶酶解液的感官评价、水解度、蛋白质利用率情况

Tab.4 Sensory evaluation,hydrolysis degree,and protein utilization rate of five proteases hydrolysate

蛋白酶protease感官评价sensoryevaluation水解度/%hydrolysisdegree蛋白质利用率/%proteinutilizationrate总得分totalscore中性蛋白酶neutralprotease75.60c14.62±0.68a24.14±0.30b43.97b碱性蛋白酶alkalineprotease58.00d10.63±0.44b26.59±1.34a35.14c复合蛋白酶complexprotease80.80b10.63±0.53b15.31±1.51c43.14b木瓜蛋白酶papain57.40d6.13±0.68c11.78±0.21d30.34d风味蛋白酶flavorprotease84.40a16.82±0.21a24.56±0.12b48.78a

注:不同列的小写字母表示不同蛋白酶感官评价、水解度、蛋白质利用率和总得分差异显著(P<0.05)。

Note:lower case letters in different columns indicate significant differences insensory evaluation,hydrolysis degree,protein utilization rate and total score of different proteases(P<0.05).

从表4可见,5种蛋白酶在各自最适酶解条件下得到的酶解液,感官评价、水解度和蛋白质利用率3个指标得分均存在差异,且均为风味蛋白酶的得分最高。风味蛋白酶酶解液总得分与中性、复合蛋白酶酶解液总得分存在显著性差异(P<0.05),与碱性、木瓜蛋白酶总得分存在极显著性差异(P<0.01),风味蛋白酶的总得分最高,故选用风味蛋白酶进行后续试验。相关研究中,符慧靖等[15]研究发现,使用风味蛋白酶对低值河蟹进行酶解,其酶解液表现出较强的蟹味,试验结果与本研究结果一致。

2.2 单因素试验结果

通过风味蛋白酶对河蟹加工副产物进行酶解,以酶解时间、加酶量、酶解温度和酶解pH进行单因素试验。

从图2(a)可见,随着A(酶解时间)延长,DH(水解度)先显著增加(0~4 h)后无明显变化(4~5 h),这是因为延长A可以提高底物与酶的接触机率,加快酶解反应速率,因此DH的增幅较大;随着A的延长导致酶的酶解能力下降;并且随着反应的进行酶的量减少,水解度增幅放缓[26]。因此,最佳酶解时间为4 h。

图2 单因素试验结果

Fig.2 Test result of single factor

从图2(b)可见,随着B(加酶量)增加,DH(水解度)先显著增加(1 000~1 750 U/g底物)后无明显变化(1 750~2 000 U/g底物),可能是因为B的增加提高了单位体积内的酶浓度,使酶与底物的接触率增加,提升了酶解效率,DH提高;随着B达到一定程度时,大部分底物被反应,无法占据所有酶的活性中心,DH也无法得到提高[27],并且酶解后产物可能会与未作用的酶形成复合物,酶的活性位点结合效率下降[28]。因此,最佳加酶量为1 750 U/g底物。

从图2(c)可见,随着C(酶解温度)升高,DH(水解度)先显著增加(30 ℃~50 ℃)后显著降低(50 ℃~70 ℃),可能是温度上升使分子热运动加剧,分子间有效碰撞概率上升,因此DH大幅增加;C继续升高,对水解速率产生了抑制作用,这是因为C会影响蛋白酶分子的次级键结构,酶发生变性,酶解能力减弱[29]。因此,最佳酶解温度为50 ℃。

从图2(d)可见,随着D(酶解pH)增加,DH(水解度)先显著增加(pH 5~6)后显著降低(pH 6~9),这是因为酶对酸碱性敏感,碱性过高破坏了酶的空间结构,影响了底物与酶分子的稳定性,从而使酶无法与底物结合[30]。因此,最佳水解度为6。

将本试验单因素试验结果与风味蛋白酶的最适酶解条件对比发现,二者基本一致,说明风味蛋白酶适用于酶解河蟹加工副产物。为了确定河蟹加工副产物的最适酶解条件,可通过响应面法进一步优化酶解条件。

2.3 响应面试验结果

在单因素试验的基础上以酶解时间(A)、加酶量(B)、酶解温度(C)、酶解pH(D)4个因素为影响因子,采用四因素三水平的响应面法进行酶解工艺条件的优化。响应面试验设计水平见表5。响应面的试验设计及结果见表6。

表5 响应面试验设计水平表

Tab.5 Response surface experimental design level table

试验水平experimentallevel试验因子experimentalfactorsA/hB/(U·g-1底物)C/℃DpH-131500405.0041750506.0152000607.0

表6 响应面试验设计及结果

Tab.6 Experimental design and results of response surface experiments

试验号experimentnumber因素factorA时间/htimeB加酶量/(U·g-1底物)enzymedosageC温度/℃temperatureDpH水解度/%hydrolysisdegree131750406.020.12231750606.0.16.06351750406.017.87451750606.017.78541500505.019.88641500507.017.97742000505.017.12842000507.018.65941500406.018.981041500606.017.291142000406.019.031242000606.015.591331750505.018.211451750505.017.591531750507.016.351651750507.019.151741750405.019.361841750605.017.161941750407.019.352041750607.016.292131500506.019.352251500506.017.592332000506.017.232452000506.017.592541750506.020.122641750506.019.762741750506.020.062841750506.020.18

2.3.1 回归模型建立与显著性检验分析 试验共28个试验点,其中24个为析因点,4个为中心点。建立水解度(DH)与酶解时间(A)、加酶量(B)、酶解温度(C)、酶解pH(D)的多项式回归方程:DH=20.03+0.020 8A-0.487 5B-1.21C-0.130 0D+0.530 0AB+0.992 5AC+0.855 0AD-0.437 5BC+0.860 0BD-0.215 0CD-1.14A2-0.962 9B2-1.14C2-0.861 7D2

方差分析结果见表7,模型的决定系数R2=0.944 6,说明回归方程拟合程度较好;校正系数RAdj2=0.884 9,说明该模型能决定88.49%响应值变化。试验值与预测值接近,表明模型可较好解释响应值的变化[15]。回归模型的P<0.01,失拟项P=0.06>0.05,说明模型的拟合程度较好,具有统计学意义。4个因素对水解度影响程度的大小顺序为:C>B>D>A

表7 回归模型的方差分析

Tab.7 Analysis of variance of regression equation

差异来源source平方和squaresum自由度degreesoffreedom均方meansquareF值F-valueP值P-value显著性significance模型model47.4000143.390015.8300<0.0001∗∗A-时间0.005210.00520.02440.8784B-加酶量2.850012.850013.34000.0029∗∗C-温度17.6200117.620082.3800<0.0001∗∗D-pH0.202810.20280.94830.3479AB1.120011.12005.25000.0392∗AC3.940013.940018.43000.0009∗∗AD2.920012.920013.67000.0027∗∗BC0.765610.76563.58000.0810BD2.960012.960013.83000.0026∗∗CD0.184910.18490.86460.3694A27.740017.740036.1700<0.0001∗∗B25.560015.560026.01000.0002∗∗C27.750017.750036.2500<0.0001∗∗D24.450014.450020.83000.0005∗∗残差residual2.7800130.2138失拟项lostproposal2.6800100.26767.69000.0600不显著纯误差pureerror0.104430.0348总和aggregate50.180027

2.3.2 响应面和等高线图分析 从图3(a)、(d)、(f)可见,时间-加酶量(AB)、加酶量-温度(BC)、温度-pH(CD)交互作用引起响应曲面较小幅度变化,表明ABBCCD彼此交互作用不显著,与方差分析结果一致。这与吴泽龙等[31]对南美白对虾酶解工艺的研究中酶解温度与酶解时间相互作用对水解度的影响结果一致。

图3 响应面和等高线图分析

Fig.3 Response surface and contour plots

从图3(b)、(c)、(e)可见,时间-温度(AC)、时间-pH(AD)、加酶量-pH(BD)交互作用引起响应曲面较大幅度变化,表明ACADBD彼此交互作用显著,与方差分析结果一致。这与陈瑜等[32]的酶解pH与酶解时间相互作用对三疣梭子蟹水解度的影响和罗伟[33]的加酶量与pH交互作用对贻贝水解度的影响结果一致。

2.3.3 验证试验 通过分析回归方程,对上述工艺条件进行优化,得到了模型的极点值:酶解时间4 h、加酶量1 609 U/g底物、酶解温度46 ℃、酶解pH 6.0,预测水解度为20.36%。将极值点与风味蛋白酶最适酶解条件对比发现,加酶量和酶解温度更加精确,说明酶解条件更适用于河蟹加工副产物。为验证其可靠性,在优化的工艺条件下重复3次验证试验,得到实际水解度平均值为20.47%,接近预测值,证明通过响应面法优化得到的酶解条件有效可靠。

2.4 酶解效果评价

基于风味蛋白酶最优酶解工艺条件制备的酶解液,为了判断其呈鲜特性,进行了游离氨基酸、呈味核苷酸、电子舌、鲜味感官评价等4个指标的测定。

2.4.1 酶解前后游离氨基酸评价 河蟹主要的特征滋味为鲜味和甜味。从表8可见,酶解液中的游离氨基酸总量为504.66 mg/100 g,较酶解前增加了32.8%。鲜味氨基酸含量提高至65.57 mg/100 g,较酶解前增加了33.83 mg/100 g。

表8 中华绒螯蟹加工副产物酶解前后游离氨基酸比较

Tab.8 Comparison among free amino acids in Eriocheir sinensis processing by-products before and after enzymatic hydrolysis mg/100 g

氨基酸freeaminoacid滋味贡献tastecontribution酶解前含量contentbeforeenzymatichydrolysis酶解后含量contentafterenzymatichydrolysis显著性significance酶解后TAVTAVafterenzymatichydrolysis谷氨酸Glu鲜(+)14.40±0.0147.48±1.07∗∗1.58天冬氨酸Asp鲜(+)17.34±0.4218.09±0.59∗0.18甘氨酸Gly甜(+)2.13±0.519.69±0.34∗∗0.07苏氨酸Thr甜(+)9.87±0.0113.14±0.03∗0.05丝氨酸Ser甜(+)23.98±0.0224.91±0.01∗0.17丙氨酸Ala甜(+)159.03±0.36210.33±0.54∗∗3.51赖氨酸Lys甜/苦(-)25.09±0.0526.47±0.02∗0.53脯氨酸Pro甜/苦(+)40.04±0.6147.47±0.42∗0.16ΣUFAAs鲜(+)31.74±0.3965.57±1.16∗∗-ΣSFAAs甜(+)260.14±0.52332.01±0.84∗∗-ΣTFAA379.88±1.32504.66±0.85∗∗-

注:*表示酶解前、后氨基酸含量有显著性差异(P<0.05);**表示酶解前、后氨基酸含量有极显著性差异(P<0.01)。

Note:* means significant difference in amino acid content before and after enzymatic digestion(P<0.05);** means that very significant difference in amino acid content before and after enzymatic digestion is very significant(P<0.01).

2.4.2 酶解前后呈味核苷酸评价 从表9可见,酶解后AMP、IMP、GMP总量为110.98 mg/100 g,其中AMP的含量显著高于其他产物(P<0.05),为105.68 mg/100 g,比酶解前增加了18.33 mg/100 g。

表9 中华绒螯蟹加工副产物酶解前后呈味核苷酸比较

Tab.9 Comparison among flavor nucleotides in Eriocheir sinensis processing by-products before and after enzymatic hydrolysis mg/100 g

核苷酸flavornucleotide滋味贡献tastecontribution酶解前含量contentbeforeenzymatichydrolysis酶解后含量contentafterenzymatichydrolysis显著性significance酶解后TAVTAVafterenzymatichydrolysis酶解前EUCEUCbeforeenzymatichydrolysis酶解后EUCEUCafterenzymatichydrolysisAMP鲜(+)87.35±0.60105.68±0.48∗∗2.11IMP鲜/甜(+)3.27±0.083.68±0.03∗0.150.37±0.031.62±0.08GMP鲜(+)0.18±0.061.62±0.04∗0.13

注:*表示酶解前、酶解后核苷酸含量有显著性差异(P<0.05);**表示酶解前、后核苷酸含量有极显著性差异(P<0.01)。

Note:* means significant difference in nucleotide content before and after enzymatic digestion(P<0.05);** means that very significant difference in nucleotide content before and after enzymatic digestion is very significant(P<0.01).

2.4.3 酶解前后电子舌评价 从图4(a)可见,酶解前后电子舌传感器响应值主要集中在甜味(ANS)、苦味(SCS)、酸味(AHS)3个传感器上。酶解后的酶解液鲜味(NMS)传感器响应值显著升高,而ANS、SCS、AHS的响应值均呈现降低。从图4(b)可以看出,PC1和PC2的累计方差贡献率为99.9%。

图4 中华绒螯蟹加工副产物酶解前后电子舌雷达和主成分分析

Fig.4 Radar plots of E-tongue,principal component analysis of Eriocheir sinensis processing by-products before and after enzymatic hydrolysis

2.4.4 酶解前后鲜味感官评价 鲜味程度会直接影响消费者对产品的喜爱程度,酶解前后样品的鲜味分值结果见图5。满分为5分,酶解前为2.5分,酶解后达到了4.6分,酶解前后有极显著性差异(P<0.01)。

图5 河蟹加工副产物酶解前后的鲜味分值

Fig.5 Umami scores of Eriocheir sinensis processing by-products before and after enzymatic hydrolysis

3 讨论

3.1 酶解前后游离氨基酸分析

鲜味的特征物质主要为谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp),酶解液中二者含量约占游离氨基酸总量的12.99%。Glu含量为47.48 mg/100 g,占游离氨基酸总量的9.4%,且Glu的TAV为1.58,说明Glu是酶解液的关键滋味活性物质,对呈鲜特性有显著贡献。

另外,呈甜味特征的氨基酸,丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro)、赖氨酸(Lys)含量也较高,分别达到了210.33、47.47、26.47 mg/100 g,且Ala的TAV为3.51,说明其对酶解液的甜味特征有显著贡献。甜味氨基酸不仅可以增加呈味的复杂性,还能与Glu、Asp等鲜味氨基酸构成蟹特征风味浓郁的滋味[34]。酶解液中甘氨酸(Gly)含量为9.69 mg/100 g,虽与其他甜味氨基酸含量有显著性差异(P<0.05),但少量的Gly可减少苦味以及其他不好的滋味,对酶解液良好滋味的提升有较大作用。

本研究与Chen等[35]与Hgreis等[36]通过酶解南极磷虾和锈斑蟳(Linnaeus)获得酶解液的研究结果具有相似性,但本研究中酶解液的鲜味、甜味氨基酸增量更多,可能是因为风味蛋白酶具有专一性,与河蟹加工副产物特定的蛋白质位点反应,蛋白质的构象发生改变,肽键断裂,将蛋白质降解成了氨基酸,鲜味、甜味氨基酸含量增多,使得酶解液具有较强的鲜味。

Lee等[37]通过酶解红雪蟹(Chionoecetes japonicus)副产物制备酶解蛋白水解物,发现其富含游离氨基酸且主要是必需氨基酸,因此得出螃蟹的副产物可作为氨基酸基天然调味料的结论。本试验中也得到了相同的结果,即酶解后鲜味游离氨基酸含量显著增加使得酶解液鲜味增强,说明通过风味蛋白酶酶解河蟹加工副产物能大幅提升酶解液的滋味。

3.2 酶解前后呈味核苷酸分析

除游离氨基酸外,河蟹的整体鲜味感知还与呈味核苷酸的组成及变化有关。5′-鸟苷酸(GMP)、5′-肌苷酸(IMP)和5′-腺苷酸(AMP)是河蟹加工副产物中主要的3种呈味核苷酸,它们除自身具有鲜味外,还可以与谷氨酸钠(MSG)共同作用起到协同增鲜的效果。

本研究中AMP含量最高且显著高于其他产物,这与赵铁鑫[38]研究结果一致,可能是因为酶具有专一性和选择性,仅针对特定的底物进行反应,进而有效地释放出呈味核苷酸,从而提高了它们的含量。

就TAV而言,AMP的TAV为2.11,说明AMP是酶解液中关键的滋味活性成分。AMP含量在一定范围内的变化会影响河蟹加工副产物酶解液体系的呈味特性,以100 mg/100 g为分界线,当AMP含量少于该值时,体系呈甜味;当AMP含量多于该值时,体系的鲜味增强而甜味被削弱[21]。酶解液中AMP的含量为105.68 mg/100 g,高于100 mg/100 g,因此酶解液中的AMP表现为鲜味,并且酶解后AMP含量是酶解前的1.2倍。这与Wu等[39]研究结果一致,说明AMP对河蟹加工副产物酶解液呈鲜味特性有显著贡献。AMP不仅能增强酶解液的鲜味特性,还能与IMP相结合,抑制苦味、增强水产品特有的甜味和咸味,提高水产品的鲜味强度[29],以上结果表明,酶解能有效提高呈味核苷酸,尤其是AMP的含量,有利于增强酶解液的鲜味特性。

从表9可见,河蟹加工副产物酶解液的EUC值为1.62 mg/100 g,酶解后EUC值为酶解前的4.4倍,表明酶解可大幅提升河蟹加工副产物酶解液的鲜味,这与呈味物质的TAV值分析结果一致。综上,酶解液的呈鲜特性较好,有望在河蟹加工副产物生产调味基料中应用。

味精当量(equivalent umami concentration,EUC)广泛应用于鲜味氨基酸与核苷酸协同交互作用的评价中,是鲜味特征的评价方法[37]。从表9可见,河蟹加工副产物酶解液的EUC为1.62 mg/100 g,说明100 g酶解液的鲜味强度相当于1.62 g味精产生的鲜味。

3.3 酶解前后电子舌分析

酶解后NMS传感器响应值显著升高,说明酶解液的鲜味突出,可能与蛋白酶将河蟹加工副产物中的蛋白质酶解,导致鲜味氨基酸、阴阳离子间相互作用有关[40],表明河蟹加工副产物酶解液具有开发鲜味调味基料产品的潜质。

3.4 酶解前后鲜味感官评价分析

与酶解前样品相比,酶解后样品的整体咸鲜味更浓厚,可能是因为蛋白酶将河蟹加工副产物中的蛋白质分解,形成了更多的鲜味氨基酸[32]。鲜味感官评价结果与电子舌分析结果具有一致性。总体来看,与前期的研究成果相一致[26,40]

4 结论

1)通过蛋白酶筛选试验,确定了风味蛋白酶为酶解河蟹加工副产物的最佳蛋白酶。通过响应面法优化出了酶解的最佳工艺条件:酶解时间4 h、加酶量1 609 U/g底物、酶解温度46 ℃、酶解pH 6.0,此时水解度最大,达到了20.47%。最佳酶解工艺条件下得到的酶解液鲜味、甜味氨基酸和呈味核苷酸含量显著上升(P<0.05),酶解液鲜味特征明显,与电子舌、鲜味感官评价的结果具有一致性。

2)通过EUC值可知,100 g河蟹加工副产物酶解液的鲜味强度与1.62 mg/100 g的鲜味强度相匹配,具有独特的蟹鲜味,呈鲜特性较好,说明酶解对鲜味提升有较大贡献。综上所述,酶解液具有较好的呈鲜特性,通过酶解工艺可提高河蟹加工副产物综合利用程度,可用于研制咸鲜味醇厚的调味基料,能够有效解决工厂化河蟹加工副产物利用增值的难点。

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Optimization of enzymatic hydrolysis process conditions for Eriocheir sinensis processing by-products and its umami characteristics of enzymatic hydrolysate

GENG Xinghua1,ZHANG Jiahui2,LIU Taiang3,SHI Yuyao1,WANG Xichang1*

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China;2.Shanghai Tota Le Food Company Limited,Shanghai 201812,China;3.Shanghai Zhenpu Information Technology Company Limited,Shanghai 201900,China)

AbstractTo utilize efficiently processing byproducts of Chinese mitten crabs (Eriocheir sinensis),we used the byproducts as raw materials,optimized enzymatic hydrolysis conditions via response surface methodology,and investigated the umami characteristics of the hydrolysate.The enzyme for the experiment was determined based on sensory evaluation,degree of hydrolysis (DH),and protein utilization rate.Using DH as the evaluation index,the optimal enzymatic hydrolysis conditions were established via response surface methodology,and the umami-enhancing effect of the hydrolysate under these conditions was assessed.The results showed that the optimal enzymatic hydrolysis conditions were:hydrolysis time of 4 h,enzyme dosage of 1 609 U/g substrate,temperature of 46 ℃,and pH 6.0.Under these conditions,the DH reached 20.47%.The content of umami amino acids and flavor nucleotides in the hydrolysate increased by 33.83 mg/100 g and 18.33 mg/100 g,respectively,compared to pre-hydrolysis.Electronic tongue analysis confirmed a significant increase in umami intensity (P< 0.05) after hydrolysis,and sensory evaluation indicated a pronounced umami flavor,with results consistent with the electronic tongue data.These results demonstrate that enzymatic hydrolysis significantly enhances the overall umami taste of crab processing byproducts,making them suitable for developing unique umami-rich seasoning bases with distinct crab flavor.

Key wordsEriocheir sinensis; processing by-products; enzymatic hydrolysis; response surface methodology; process conditions optimization; umami characteristics

中图分类号TS 254.4

文献标志码A

DOI10.16535/j.cnki.dlhyxb.2024-186

文章编号2095-1388(2025)02-0250-13

收稿日期2024-09-02

基金项目国家重点研发计划重点专项(2023YFD2401503)

作者简介耿星华(2000—),女,硕士研究生。E-mail:1874515901@qq.com

通信作者王锡昌(1964—),男,博士,教授。E-mail:xcwang@shou.edu.cn