壳聚糖回收鱼糜漂洗液中蛋白质效果的研究

薛超轶，梁鹏，钟机

（福建农林大学食品科学学院，福建福州350000）

壳聚糖回收鱼糜漂洗液中蛋白质效果的研究

薛超轶，梁鹏*，钟机

（福建农林大学食品科学学院，福建福州350000）

以壳聚糖作为鱼糜漂洗液蛋白质絮凝剂，考察了时间、壳聚糖添加量、作用温度及pH值等因素对壳聚糖回收蛋白质效果的影响。设置鱼糜漂洗液的pH值为6.0，对回收水溶性蛋白质的条件进行了优化。结果表明：作用时间60min、壳聚糖添加量为0.01 g/mL、作用温度为35℃时为最佳回收条件。在此条件下，鱼糜漂洗液中水溶性蛋白质的回收率高达50.79%，试验结果为鱼糜漂洗液的高值化利用提供了重要的参考依据。

壳聚糖；鱼糜漂洗液；水溶性蛋白；回收效果

鱼糜具有调理简便、细嫩味美且耐储藏等优点，颇受消费者喜爱。在鱼糜生产过程中，漂洗是一道重要的工序，通过漂洗可除去鱼糜中的酶，血色素和一些含氮化合物等，对制品的色泽、质构、气味等起到重要作用。但是鱼糜在漂洗加工过程中会造成大量的蛋白质损失，损失量约占全部鱼肉蛋白质的30%～40%［1］，其中鱼糜漂洗液中水溶性蛋白含量高达到9.0 mg/mL［2］，说明鱼糜漂洗液中含有大量的水溶性蛋白。但是，目前鱼糜漂洗液大多排入海水中，未得以充分利用，不仅极大地造成了资源浪费，而且污染了海洋环境，增加了海水的生物耗氧量，使海水富营养化，成为产生赤潮的潜在因素［2］。因此，对如何从鱼糜漂洗液中回收蛋白质的研究显得尤为重要，回收和利用鱼糜漂洗液中蛋白质，不仅能增加企业的效益，而且可以显著降低海水中化学耗氧量，大大减少废水处理的成本［3］，对于节能减排、建设资源节约性和环境友好型社会具有重要的意义。

目前，回收蛋白质的一般方法有等电点沉淀法［4］、絮凝法［2］、膜分离法［5］。其中，絮凝法可以分为无机类和有机类两大类。无机类的如铁、铝的无机盐类及聚盐类等［6］，虽然蛋白质的回收率高，但由于无机絮凝剂的使用受pH影响较大、生成的絮体易碎，故处理后的水中仍含有较高浓度的金属离子，产生大量的含金属污泥，因此还需要进一步的处理。而天然有机高分子絮凝剂具有原料来源广泛、无毒无害、价格低廉［7］等特点。研究表明，壳聚糖是一种自然界中资源仅次于纤维素的第二大天然高分子聚合物，是一种阳离子氨基多糖物质，因其独特的结构优势，广泛应用于医药、食品、生工和工业领域。此外，壳聚糖在一定的条件下还具有吸附蛋白质的功能［8］，用壳聚糖作为絮凝剂处理蛋白废水不会引入有毒物质，而且絮凝物富含蛋白质，无毒无害，经进一步处理可作为动物饲料或食品添加剂。

为进一步回收和利用鱼糜漂洗液中的水溶性蛋白，本研究拟采用壳聚糖作为回收絮凝剂，考察作用时间、壳聚糖用量、温度、pH值等因素对壳聚糖回收水溶性蛋白效果的影响，试验结果对鱼糜加工企业提升经济效益具有重要的意义。

1　材料与方法

1.1材料

鱼糜漂洗液：福建农林大学食品科学学院实验室自制；壳聚糖（脱乙酰度达90%，黏度为0.7 Pa·s）：青岛海汇生物有限公司；盐酸、氢氧化钠（化学纯）：国药集团。

1.2仪器

UV-1601型分光光度计：北京瑞利分析仪器公司；PB-10 pH计：上海锡为科学仪器有限公司。

1.3方法

1.3.1鱼糜漂洗液制备

制备方法：用5倍体积的蒸馏水分3次清洗鱼肉得到的漂洗液，然后于4 000 r/min离心机离心15 min，上清液置于冰箱4℃冷藏备用。

1.3.2蛋白质标准曲线的绘制

将牛血清白蛋白配制成10 mg/mL的标准溶液。分别取蛋白质标准溶液（10 mg/mL）0、0.2、0.4、0.6、0.8 mL和1.0 mL于试管中，不足1 mL则用蒸馏水补齐至1.0 mL，然后各试管均加入4.0 mL双缩脲试剂，室温下反应30 min。用分光光度计在540 nm波长条件下测定吸光值。以蛋白质质量浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标做标准曲线。

1.3.3水溶性蛋白质的回收

取20 mL 8.5 mg/mL的漂洗液于100 mL烧杯中，用盐酸或氢氧化钠调pH值至定值，加入定量的壳聚糖絮凝剂。置于离心管中，4 000 r/min条件下离心5 min。测定上清液中的蛋白质吸光值，计算回收率，平行处理3次，结果取其平均值。

1.3.4壳聚糖絮凝条件的优化

1.3.4.1pH值对回收效果的影响

设5组试验，每组取20 mL鱼糜漂洗液，用盐酸和氢氧化钠调整漂洗液的pH值分别为5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0。然后分别添加壳聚糖絮凝剂0.2 g于上述体系中，温度和时间分别控制在30℃和60 min，平行处理3次，结果取其平均值。

1.3.4.2壳聚糖添加量对回收效果的影响

设5组试验，每组取20 mL鱼糜漂洗液，分别加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g壳聚糖絮凝剂，浓度分别表示为：0.005、0.01、0.015、0.02、0.025 g/mL。pH值和温度分别控制在6.0和30℃，时间为60 min，观察添加量对回收率的影响。平行处理3次，结果取平均值。

1.3.4.3温度对回收效果的影响

设5组试验，每组取20 mL鱼糜漂洗液，温度分别设25、30、35、40℃和45℃，pH值调至6.0，每组均加入0.3 g壳聚糖絮凝剂，水浴时间为60 min。平行处理3次，结果取平均值。

1.3.4.4时间对回收效果的影响

设5组试验，每组取20 mL鱼糜漂洗液，水浴加热时间分别设为20、40、60、80、100 min，每组均加入0.2 g壳聚糖絮凝剂，pH值调至6.0，温度为30℃。平行处理3次，结果取平均值。

1.3.4.5回收水溶性蛋白质的正交试验

在单因素试验的水平上设计L9（34）正交试验，考察水浴时间、壳聚糖添加量和温度3个因素对蛋白质回收率的影响，因素水平表见表1。

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

1.4检测方法

1.4.1水溶性蛋白的测定

采用双缩脲法，用分光光度计于540 nm处比色测定［9］。

1.4.2pH值测定

采用PB-10pH计测定。

1.4.3蛋白质回收率

1.4.4透光率

用分光光度计在540 nm处测定，用双缩脲试剂与蒸馏水的混合液作为对照。

2　结果与讨论

2.1蛋白质标准曲线

蛋白质的标准曲线见图1所示。可见，蛋白质质量浓度在0～10 mg/mL范围内与吸光值之间的线性关系良好。因此，后续试验中检测蛋白质质量浓度时，可根据此标准曲线进行计算。

图1　牛血清蛋白的标准曲线Fig.1　Strandard curve of bovine serum albumin

2.2壳聚糖絮凝条件的优化

2.2.1pH值对回收效果的影响

pH值对壳聚糖回收鱼糜漂洗液中蛋白回收效果的影响见图2所示。

图2　pH值对蛋白质回收率的影响Fig.2　Effect of pH on protein recovery rate

鱼糜漂洗液中水溶性蛋白质的初始浓度为8.5 mg/ mL。如图2所示，随着pH值为上升，回收率逐渐降低，当体系的pH值为7.0左右时，回收率趋于稳定。大于7.0以后继续增大pH值，不利于回收。可能是漂洗液中蛋白质的等电点在4.5～5.5，在等电点时蛋白质分子以两性离子形式存在，其分子净电荷为零，即正负电荷相等，此时蛋白质分子颗粒在溶液中因没有相同电荷的相互排斥，分子相互之间的作用力减弱，其颗粒极易碰撞凝聚而产生沉淀。所以蛋白质在等电点时其溶解度最小，最易形成沉淀物。

2.2.2壳聚糖的添加量对回收效果的影响

壳聚糖的添加量对壳聚糖回收鱼糜漂洗液中蛋白回收效果的影响见图3所示。

如图3所示，随着壳聚糖添加量的逐渐增加，蛋白质回收率也随之增加。壳聚糖添加量为0.015 g/mL左右时蛋白质回收率达到最大（45.56%），继续添加则回收率逐渐减小，具体原因尚待进一步研究。综合考虑使用成本和回收率的影响，选择0.015 g/mL为最佳使用量。

图3　添加量对蛋白质回收率的影响Fig.3　Effect of additive amount of chitosan onprotrin recoveryrate

2.2.3温度对回收效果的影响

温度对壳聚糖回收鱼糜漂洗液中蛋白回收效果的影响见图4所示。

图4　温度对蛋白质回收率的影响Fig.4　Effect of temperature on protein recovery rate

从图4可以看到温度从25℃升高到40℃的过程中蛋白质回收率逐步增大，继续升温时蛋白质回收率明显增大。推测原因是温度过高，蛋白质变性结块而易于除去。从高回收率和节约能源两方面考虑，选择温度25℃为最佳回收温度。

2.2.4水浴加热时间对回收效果的影响

处理时间对壳聚糖回收鱼糜漂洗液中蛋白回收效果的影响见图5所示。

图5　水浴时间对蛋白质回收率的影响Fig.5　Effect of reaction time on protein recovery rate

从图5可以看到，时间从20 min～60 min过程中蛋白质回收率明显增大，随时间延长蛋白质回收率先降低，原因可能为时间过长，壳聚糖与蛋白质的作用力因温度升高而减弱，导致已被壳聚糖吸附的蛋白质不能再被牢固的吸附，从而回收率降低。80 min后趋于稳定。

2.2.5正交试验结果

正交试验结果如表2。

表2　正交试验结果及分析Table 2　Design and result of orthogonal test

由蛋白质回收率的极差分析可以看出，影响蛋白质回收率的各因素主次顺序应为C（温度）>A（水浴时间）=B（壳聚糖添加量）。极差分析得到的优化组合为A2B1C3或A3B1C3，即温度35℃，壳聚糖的添加量0.01 g/mL，水浴时间为60 min或80 min。

综合以上分析并结合实际生产，壳聚糖从鱼糜漂洗水中回收水蛋白质的最佳工艺条件为水浴时间60 min，壳聚糖絮凝剂的添加量0.01 g/mL，温度35℃。在该工艺条件下进行验证试验，得出蛋白质回收率50.79%。

3　结论

本试验采用壳聚糖作为鱼糜漂洗液蛋白质的絮凝剂，考察了主要影响絮凝效果的几个因素，包括作用温度、壳聚糖添加量、时间及pH值等，优化了工艺，得出作用时间60 min、壳聚糖添加量为0.01 g/mL、作用温度为35℃时，回收率可以达到最大。这一研究结论可为相关鱼糜加工企业废弃物高值化利用提供参考。

［1］李流川，娄永江，杨文鸽.鱼糜加工废水中蛋白质回收工艺的优化［J］.食品与生物技术学报，2013，32（7）：743-748

［2］许永安，吴靖娜，苏捷，等.壳聚糖絮凝法回收鱼糜漂洗水中水溶性蛋白质的工艺研究［J］.南方水产科学，2011，7（3）：1-7

［3］周世辉，师绍琪，蒋展鹏，等.城市生活污水强化一级处理中絮凝剂的选择研究［J］.给水排水，1999（11）：14-16

［4］安国民，杨晓民.从粉丝废水中回收饲料蛋白粉的研究［J］.河北北方学院学报（自然科学版），2005（5）：59-61

［5］吕斯濠，刘力，王晓玉，等.膜技术处理大豆乳清废水的研究［J］.哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2002，18（6）：647-650

［6］吴勤民，赵希荣.不同絮凝剂在肠衣废水蛋白质回收中的应用研究［J］.轻工科技，2007，23（11）：8-10

［7］王一鸣.有机高分子絮凝剂的应用与研究进展［J］.四川环境，2009，28（3）：71-74

［8］蒋明，娄金生，谢水波，等.壳聚糖絮凝剂处理水源水中有机物的试验研究［J］.水处理技术，2005，31（5）：15-18

［9］白凤翎.双缩脲法测定饲料中蛋白质含量［J］.粮食与饲料工业，2003（3）：46-47

Recovering Soluble Protein from Surimi Washings with Chitosan

XUE Chao-yi，LIANG Peng*，ZHONG Ji
（College of Food Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350000，Fujian，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

薛超轶（1995—），男（汉），本科在读，研究方向：食品化学。

梁鹏（1985—），男（汉），讲师，博士，研究方向：水产品加工。

2015-04-02