关于鱼骨成分分析的研究进展

何 云 包建强 （上海海洋大学食品学院，上海市浦东新区 201306）

关于鱼骨成分分析的研究进展

何 云 包建强 （上海海洋大学食品学院，上海市浦东新区 201306）

为使人们更全面地了解鱼骨的价值，在综述鱼骨的营养价值、结构组成、生化成分、有效成分研究进展的基础上，总结介绍了鱼骨结构组成的特点及对有效成分提取的影响，不同鱼骨的生化成分组成及含量，有效成分的提取方法、性质及应用等，以期为其进一步研究与开发利用提供参考。

鱼骨；营养价值；结构组成；生化成分；有效成分

我国是一个渔业大国，自1989年起水产品总产量一直居世界首位，2007年我国水产品总产量达4 747.52万t，约占世界渔业总产量的1/3[1]。随着渔业生产的迅猛发展、水产品消费的快速增长，以鱼骨为主的下脚料数量也在不断增加。以鮟鱇鱼为例，在加工处理过程中，产生的下脚料约占鱼体质量的60%以上，其中鱼骨约占下脚料总量的70%[2-4]。由于人们对鱼骨的价值缺乏足够的认识，加上产业链的不完善，鱼骨等下脚料通常被直接丢弃，或经过粗加工作为低值鱼粉用于饲料行业，造成环境污染或资源浪费。而当今社会，资源危机、环境污染等问题日益突出，因此充分利用好鱼骨资源意义重大。本文综述了鱼骨的营养价值、结构组成、生化成分、有效成分等方面的研究进展，旨在使人们更全面地了解鱼骨的价值，以期为其进一步研究与开发利用提供参考。

1 我国水产品产量现状

我国内陆水域辽阔，水产品资源丰富。2015年，我国水产品产量达6 690万t，比上年增长3.5%；其中，鱼类海水产品1 255.3万t，比上年增长4.4%；鱼类淡水产品2 883.3万t，比上年增长4.1%（见表1）。由此可见，近年来我国渔业发展迅速，水产品产量持续高速增长，特别是海水产品正在被广大群众所认可。然而，由于我国的水产品加工率不足，特别是鱼类资源加工，因此在加工过程中产生了大量下脚料，主要包括鱼皮、鱼内脏、鱼鳞、鱼排鱼头、鱼骨及附着残肉等，约占鱼鲜重的60%。

表1 2010-2015年我国水产品产量统计

2 鱼骨的营养价值与成分分析

2.1 鱼骨的营养价值

目前鱼骨资源的开发已得到世界各国的广泛重视，尤其是日、美等国对新鲜鱼骨食品的开发研究已走在世界前列。随着研究技术的提高与深入，人们逐渐认识了鱼骨的营养成分，肯定了鱼骨的食用价值。据研究，新鲜鱼骨的营养价值最高，骨骼中含有加强皮层细胞代谢和防止衰老的胶原、骨胶原及软骨素；鱼骨中含有多种脂肪酸及最重要的必需脂肪酸（亚油酸），均衡的氨基酸比例，高水平的必需氨基，大量的镁、钠、铁、锌、钾、钙磷盐、生物活性物质、VA、VD、VB2、VB12及大脑不可缺少的磷脂质、磷蛋白，可作为优质食用油及营养素的来源。因此，新鲜鱼骨类食品享有多种美称，如“新型食品”、“高级营养品”、“世纪功能性食品”等。现在市场上鱼骨类产品的品种繁多，大体上可分为两大类：骨类提取物系列产品和全骨利用系列产品，其中骨类提取物系列主要包括骨油、骨胶原蛋白、明胶、蛋白胨、水解动物蛋白、钙磷制剂等[5]；全骨利用系列主要有骨浆、骨糊、骨泥、休闲食品、调味品等，此类产品可作为肉类替代品，或添加到其它食品中制成骨类系列食品，如骨味汁、骨味素、骨味肉、骨松、骨泥肉饼干、面条等。但目前因我国消费者对鱼骨类产品的认识还不够，给我国鱼骨类食品的开发带来了很大障碍，因此，在我国鱼骨类产品的开发具有广阔的发展前景。

2.2 鱼骨的生化成分

2.2.1 鱼骨的基本化学组成

鱼骨含有丰富的蛋白质、脂肪、钙、磷等营养成分，部分鱼骨的基本化学组成（见表2）。从含水量上看，不同种类鱼骨的含水量不同，但均低于20%，其原因可能是样品预处理方法的不同。鱼骨中含有丰富的粗蛋白和灰分[6]，如蛋白含量约占干物质总量的26%～41%，其中鳕鱼骨的粗蛋白含量最高，达40.67%[7]；灰分含量约占干物质总量的20%～60%，其中，以白鲢鱼头为主的淡水鱼骨灰分含量最高，达58.2%。鱼骨组织是由骨基质和骨矿物质构成的复杂有机体，骨基质中胶原成分约占90%，此外是非胶原蛋白质，其中鱼骨中的蛋白质以胶原蛋白主，并以I型胶原蛋白为主，而Ⅰ型原胶原蛋白的前体为型原胶原蛋白，在结构上比Ⅰ型胶原蛋白多2个末端前肽结构（C-前肽与N-前肽）。

此外，海水鱼骨中的钙含量也较为丰富，约占20%。鱼骨钙大多以羟基磷灰石结晶形式存在，羟基磷灰石中磷酸钙和氢氧化钙的溶解度低（25 ℃溶解度为0.02和0.16），且鱼骨中羟基磷灰石钙与胶原纤维有机结合，外部还有水合壳的保护，通常溶出量甚微[8，9]。同时，鱼骨中钙磷比为2∶1～1∶1，易于人体吸收，因此鱼骨是一种较好的补钙食品。

2.2.2 鱼骨的氨基酸组成

表2 鱼骨的基本化学组成分析[6-15]

鱼骨中氨基酸种类丰富，人体必需氨基酸除色氨酸未测定或未检出外，其余7种均被检测到（见表3）。海水鱼鳞和淡水鱼鳞的氨基酸组成较为相似，以天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、精氨酸为主，其中天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸均是氨基酸系列的鲜味物质。金枪鱼鱼骨中，必需氨基酸含量达26.6%，鲟鱼鱼骨中必需氨基酸含量达14.98%，因此，鱼骨是一种优良的氨基酸补充剂。

表3 鱼骨的氨基酸组成分析[7,11,12,14-16]（单位%）

2.3 鱼骨中提取的有效成分

2.3.1 鱼骨胶原

胶原蛋白是一个蛋白质家族，现已发现18～19个成员，按其分布位置及性能可分为Ⅰ-Ⅺ型不等。骨胶原是典型的Ⅰ型胶原，胶原纤维相互交联形成骨网，使骨骼具有弹性和韧性，骨矿物质便充填在胶原纤维间的空隙中[17]。Ⅰ型胶原蛋白约占鱼骨有机组分的90%，骨胶原为基质矿化提供了结构场所，也为促进矿化的物质和抑制矿化的物质提供了功能发挥区间，为骨基质矿化奠定了基础。骨骼中的钙是以羟基磷灰石沉积的方式存在，并以骨胶原为黏合剂固定下来。随着年龄的增长，骨Ⅰ型胶原的数量、结构会发生显著变化，并影响成骨细胞、破骨细胞的成熟分化以及骨基质的矿化，甚至导致骨质疏松[18]。

鱼骨中主要含I型胶原。I型胶原由2条α1- 肽链及1条α2-肽链组成，少量由3条α1- 肽链组成。3条多肽链每条都向左旋转形成左手螺旋结构，肽链间以共价键、氢键、范德华力相互结合形成右手超螺旋结构。鱼骨胶原通过不同的提取条件和方法，可得到不同的产品，如胶原、明胶、胶原多肽或胶原蛋白。胶原的三螺旋结构未改变，保留生物活性；明胶的三螺旋结构已改变，肽链间还有少量氢键，溶于热水，冷却成凝胶；胶原多肽的三螺旋结构彻底松开，降解成肽段（或明胶分子片段）。

胶原蛋白产品目前已被广大消费者熟知与接受，其独特的品质，可在许多食品中作为功能物质和营养成分。同时，胶原蛋白也被应用在预防疾病类食品、补充蛋白质类食品、延缓衰老类保健品中[19]。研究结果表明，胶原肽能有效提高细胞OP G、RANKL、mRN A的相对表达量，以间接对破骨细胞的成熟及活化进行调控[7]。

2.3.2 可溶性钙

脱钙是鱼骨胶原提取工艺中非常重要的一步，目前采用较多的是酸法脱钙和E D T A脱钙。酸法脱钙中通常采用盐酸、乙酸、柠檬酸作为脱钙液。杨姗姗[7]研究发现，活性钙最佳提取条件为：提取温度100 ℃、时间120 min，酸混合比例1∶2，酸质量分数15%，在此条件下提取率高达96.15%，其中酸质量分数对结果的影响最为显著。菅景颖[20]通过分步酶水解试验发现，复合酶水解能力均高于各单一酶水解能力，且添加顺序对水解度的值有显著影响；以木瓜蛋白酶中碱性蛋白酶的水解效果最好；对水解产物的分子量分析结果表明,其分子量要远远小于胶原蛋白，证明其已被分解，且其分子量呈连续分布，大多分布在几千到万千道尔顿之间。刘文颖[21]以三文鱼骨为原料制备海洋骨胶原低聚肽钙，并利用RP－HPLC对其进行分离纯化，收集得到8个组分峰，然后利用Q－TOF质谱仪测定肽序列，共分析出22个肽段；其中19个肽段的分子量在1 000 u以下，其余3个肽段的分子量在1 000～1 050 u之间，均为不高于十肽的小肽。EDTA脱钙法是一种螯合剂脱钙技术，具有pH近中性、对组织破坏小、能较好地保存生物活性等优点，在近年来的研究中得到广泛使用。

2.3.3 鱼骨胶原肽

鱼骨胶原肽是鱼骨胶原或明胶的降解产物，一般采用酶解方法制备，类似于鱼蛋白水解液的制备。许多商用蛋白酶已用于生产胶原水解产物和胶原多肽，如胰蛋白酶、碱性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶等。酶的专一性可影响水解产物的分子大小、产量、游离氨基酸成分、多肽的氨基酸顺序，进而影响水解产物的生物活性。蛋白水解产物的平均分子量是决定生物特性的最重要因素之一，可用超滤膜系统来获得所需分子大小和高生物活性的多肽片段[10]。

国内外对胶原肽的生物活性进行了大量研究，包括抗氧化活性、高血压抑制性、抗菌活性、矿物质约束力、降脂功效、免疫调节活性，且发现其有助于皮肤、骨头或关节健康。近年来，关于鱼类胶原肽的研究渐多，主要集中在鱼皮胶原肽部分，但对鱼骨胶原肽的研究报道较少。影响胶原肽提取工艺的因素有温度、时间、料液比、酶的种类、加酶量和pH。考察提取工艺的指标有水解度、多肽得率以及所提胶原蛋白的功能特性等。杨露[6]研究表明，马面鱼骨胶原多肽具有较强的抗氧化功能特性，超滤后的胶原多肽的纯度更好，还原力达0.833，对羟自由基的清除率和对Dpph的清除作用分别达90%和85%。由此可知，马面鱼骨胶原多肽的抗氧化效果显著。孟昌伟[22]研究发现，碱性蛋白酶水解鮰鱼骨胶原蛋白的最佳工艺条件为酶解温度45 ℃、料液比（w/v）4∶50、加酶量4%、pH 8、酶解时间3 h，在此条件下，水解度可达39.49%；风味蛋白酶进行分步酶解的最佳工艺条件为酶解温度50 ℃、加酶量4%、pH 7.5、酶解时间3 h，在此条件下，水解度达47.2%，水解产物的风味在一定程度上也得到了改善。杨姗姗[7]以鳕鱼为原料，采用正交实验确定了制备鳕鱼胶原蛋白的最佳工艺条件为盐酸质量分数4%、酸处理时间18 h、提取温度70 ℃、提取时间8 h，样品提取率可达98.02%。

2.3.4 鱼骨螯合钙

多肽螯合钙由蛋白质水解的多肽与钙离子络合而成，称为第四代补钙产品，具有比氨基酸螯合钙更多的优点。张经坤等[23]认为人体对钙的吸收分为三步：在胃里消化、钙离子与短肽或者氨基酸在小肠内螯合、被小肠吸收，之后根据机体需要，多肽与钙离子自动断开供人体利用，且保持了各自的功能特性。

2.3.5 鱼骨多肽螯合钙

多肽-金属元素螯合物是一类具有重要生物活性的新型有机金属化合物。多肽与金属离子配合时，不仅多肽的N-端氨基和C-端羧基能够与金属离子形成螯合键，而且多肽侧链上的羰基和亚氨基也可以参与配位，因此，与氨基酸金属元素螯合相比，多肽与金属元素能获得更高的螯合率，且其螯合物的稳定性也会更高。金属元素与肽配合或配合后在动物机体内的转运，能借助肽的转运、吸收特点和机制，以螯合物整体的形式通过小肠被主动吸收，提高金属元素的吸收利用率，进而增强体内酶的活性，提高蛋白质、脂肪和维生素的利用率，体现较高的生物学效价[24]。所以，多肽-金属元素螯合物比无机形式的金属具有更高的生物吸收率，既可满足动物体内机体对蛋白质的需求，又能促进动物体内机体对金属元素的吸收，因此，多肽-金属元素螯合物作为一种新型金属有机化合物引起了人们越来越广泛的关注[25]。高菲等[26]以海洋鱼骨胶原肽和氯化钙为原料制备多肽钙螯合物，并对骨胶原肽及其螯合产物进行分子量分布测定和红外光谱分析，说明生成一种新型的海洋鱼骨胶原肽钙螯合物，具有潜在的营养保健价值和功能应用前景。杨燊等[27]以低值鱼为原料，制备其蛋白多肽，并与钙元素络合生成多肽-钙螯合物，研究了螯合物的氧化性和抗菌活性，结果表明，多肽螯合钙抗氧化作用相当于生育酚的94.43%；经过80%乙醇沉淀的螯合物对枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果较为显著。刘闪[10]在白鲢鱼头综合开发与利用中，以白鲢鱼头为原料优化胶原多肽螯合钙的工艺，并测出白鲢鱼头含有55%（干基）左右的蛋白质，钙含量高达27.3%，是一种优良钙源。

2.3.6 鱼骨硫酸软骨素

硫酸软骨素是类糖胺聚糖，易溶于水，不溶于乙醇等有机溶剂，广泛存在于人和动物的骨骼、软骨、肌腱、韧带等组织中。硫酸软骨素作为一种药物，主要用来治疗关节炎和冠心病[28,29]，对神经痛、偏头痛、动脉粥样硬化等[30]也有一定疗效。硫酸软骨素传统上主要从猪、牛、羊等畜类软骨组织中提取获得，来源和工艺较为单一。近年来，海洋生物作为新的药用资源日渐受到重视，有研究从孔鳐、鱿鱼中提取硫酸软骨素,鱼骨等下脚料资源丰富，提高鱼骨的附加值，是整个渔业产业升级的出路。张小军[31]用20%氯化钠碱溶液浸提，在pH 7.8 条件下除去中性蛋白，在pH 2.5条件下除去酸性蛋白，然后用70%（v/v）乙醇沉淀获得鮟鱇鱼硫酸软骨素。经分析表明，它是单一糖胺聚糖，红外光谱吸收特征显示其为硫酸软骨素C。周跃钢[32]通过证明GAG同MK、HGF和PTN有高或较高的亲和性，暗示鲐鱼软骨GAG的硫酸软骨素有可能通过调节生长因子的信号转导途径而对某些疾病发挥治疗作用，具有潜在的药用开发价值。李银塔[33]通过酶法提取工艺对硫酸软骨素进行分离和提取，得到从鱼骨中提取硫酸软骨素的最佳工艺参数分别为：醋酸杆菌浓度为4.4 g/100 mL，pH为6, 乙醇体积分数为66%，提取率达2%。李圣男[34]研究表明，鲟鱼骨中硫酸软骨素的最佳提取条件为超声时间30 min、碱浓度2.0%、料液比1∶8。硫酸软骨素在10.0～1 000 mg/L线性良好，检出限为2.0 mg/kg，回收率为92%～101%，RSD为1.07%。

3 结 语

通过对鱼骨成分研究状况的总结分析可知，鱼骨具有较高的利用价值，但国内对鱼骨成分的研究还很有限，鱼骨生化成分的分析仅限于几种淡水鱼和海水鱼，且对鱼骨有效成分的研究主要集中在鱼骨胶原方面。我国渔业资源十分丰富，鱼的种类和生活环境不同，其鱼骨生化成分会有很大差异，因此这方面的研究还有待加强。鱼骨胶原的热稳定性是影响胶原应用的重要性质，胶原肽的分子量决定其生物特性，因此还需深入研究各种鱼骨胶原及胶原肽的性质。目前，鱼骨中有效成分的提取工艺只涉及单一成分，如何充分有效利用鱼骨资源，综合提取鱼骨有效成分是未来研究的方向。——

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2017-03-01