鱿鱼内脏的营养价值 及综合利用研究进展

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(1.辽宁省海洋水产科学研究院,辽宁大连 116023; 2.大连海洋大学食品科学与工程学院,辽宁大连 116023)

鱿鱼,属软体动物门头足纲,具有生命周期短、繁殖力强和资源恢复迅速等特性[1]。其肉质、体色和风味类似于鲍鱼,但价格更加低廉,因而有“穷人的鲍鱼”的美称[2]。近年来,随着国内外深海捕捞技术的发展,鱿鱼已成为我国主要的海洋捕捞和水产加工品种。2016年,全国鱿鱼海洋捕捞量约为38万吨,其中以浙江和山东最多[3]。对比国外水产加工产业的利润,我国水产加工的利润率仅为10%～18%,远远落后于日本(113%)、美国(91%)和印度(44%)等国家[4]。目前,鱿鱼加工的品种主要为北太平洋鱿鱼、阿根廷鱿鱼和秘鲁鱿鱼,加工方式仍然处于粗放型阶段,主要包括生鲜和冰冻、冷冻、干烟熏制以及作为饲料或饵料等[5]。鱿鱼加工过程中会产生大量的下脚料,如头、足、内脏和表皮等,其极易腐烂变质难以保存,因此,除了一小部分被利用加工成鱼粉外,其余的一般都直接进行掩埋处理,这样既对环境造成了污染,又导致鱿鱼的附加值没有得到充分的开发利用。鱿鱼内脏是鱿鱼加工过程中产生的主要副产物,占鱿鱼湿重的15%[6],且极富营养价值。在当前向海洋索取食物、功能蛋白和特殊活性物质已成为世界各沿海国家进行海洋开发的重要内容的背景下,如果不对其加以充分开发利用,则会造成极大的资源浪费。因此,许多生产企业和研究学者试图开发和利用鱿鱼加工后的下脚料,除可变废为宝、减少浪费和环境污染外,还可以极大地提升鱿鱼深加工产品的经济价值,从而形成海洋生物技术加工的新型产业链。本文综述了近年来众多学者在鱿鱼内脏营养组成和综合开发利用方面的研究,以期为进一步推动鱿鱼精深加工产业的快速发展提供一定的理论参考。

1 鱿鱼内脏的基本营养组成

鱿鱼内脏和许多其他鱼类内脏一样,属于不可食用的部分,是鱿鱼加工过程中产生的最多的副产物。未经加工的鱿鱼内脏中水分含量约为50%,而在加工厂经过水洗后的内脏,其水分含量则达到70%以上,并且自由水的比例高于结合水[7]。如此高的水分含量使鱿鱼内脏变得更加容易腐败变质而难以保存。鱿鱼内脏含有丰富的营养物质,其中以蛋白质和脂肪为主。蛋白质约占内脏湿重的20%～25%,含有包括全部人体必需氨基酸在内的18种氨基酸,且富含呈味氨基酸。脂肪约占内脏湿重的20%～30%,不饱和脂肪酸尤其是EPA和DHA含量较高[2]。此外,鱿鱼内脏中还含有丰富的牛磺酸和许多微量元素,每100 g鱿鱼内脏中含牛磺酸299 mg[7]、钙51.46 mg、铁609.07 μg和磷95.88 μg[8]。

2 鱿鱼内脏不同化学组分的研究和利用

2.1 蛋白质的研究和利用

鱿鱼内脏由于其丰富的蛋白质含量而成为广大学者研究和利用的热点。有研究发现,鱿鱼内脏液化蛋白对南美白对虾有明显的摄食作用[9],而且其蛋白水解物对真鲷鱼和大黄鱼的生长也具有明显的促进作用[10]。因此,鱿鱼内脏具有极大的饲料开发价值,已逐渐成为渔业养殖过程中提高饲料转化率的一种重要替代品。目前,利用鱿鱼内脏已经开发出了鱿鱼浆(粉)、鱿鱼内脏粉和鱿鱼豆粉等产品,在应用于鱼虾等的养殖过程中取得了良好的效果,但长时间食用含有鱿鱼内脏的饲料也可能会导致重金属Cd的累积[11]。

制备生物活性肽是鱿鱼内脏蛋白质资源开发利用的主要方向。生物活性肽是指除了提供氮源和氨基酸等基本营养成分之外,对机体还具有许多潜在生理功能的蛋白质片段[12-13]。目前,除了部分学者采用亚临界水水解的方式从鱿鱼内脏中分离得到具有一定抗氧化活性的产物外[14-15],自溶和添加外源酶酶解是鱿鱼内脏生物活性肽制备的两种主要方式。但是,大多数学者研究的重点只是自溶或酶解条件的优化及水解产物的活性分析,真正通过逐级分离纯化得到某种具有特定活性的生物活性肽的报道还相对较少[16]。

2.1.1 鱿鱼内脏自溶 水产动物的自溶是指水产动物通过自身体内丰富的酶系成分,在一定条件下使其自身水解的过程[17]。鱿鱼内脏中含有丰富的内源蛋白酶,极易发生自溶现象。鱿鱼加工废弃物在自溶过程中部分蛋白质会被内源酶转化成小分子肽、氨基酸等成分,水解液营养丰富且氨基酸组成合理,可在此基础上通过添加食盐后进行保温酿制[18]或者是添加麸皮和面粉后接种米曲霉[19]、接种传统酱油曲[1]等方式得到鱿鱼酱油。目前,西班牙和日本等国市场上均已经有鱿鱼酱油的生产和销售,而国内市场上类似产品还很少。

相比于外源添加蛋白酶的方法,利用内源蛋白酶具有成本低、污染小的优势,而且内源蛋白酶的协同作用有利于功能型蛋白水解液的生成。但是,为了达到最佳自溶效果,自溶条件的选择和控制也至关重要。自溶条件对自溶效果的影响较大,但评价指标不同,自溶的最适条件也有所差别。部分鱿鱼内脏自溶条件与评价指标之间的关系见表1。温度和pH是影响鱿鱼内脏自溶的最为重要的两个因素。鱿鱼内脏自溶的最适温度均在45～50 ℃,略高于鱿鱼肝脏蛋白酶粗酶的最适反应温度(40 ℃)[24]。最适pH则随着所选择评价指标的不同而有较大差别,在酸性(pH4.5)、中性(pH7.0)和碱性(pH9.0)范围内均有所存在。不同条件下得到的自溶水解物,其抗氧化活性有所不同,如张开强等[22]分别在不同条件下利用鱿鱼内脏自溶得到的水解物,其抗氧化能力明显有所不同,其中一种DPPH自由基清除能力较强,而另外一种则还原能力较强,这主要是由于不同条件下的自溶过程中所发挥主要作用的内源酶的种类不同所造成的。

表1 部分鱿鱼内脏自溶最适条件与评价指标的研究结果Table 1 Research results of optimum conditions and evaluation index for squid viscera autolysis

2.1.2 鱿鱼内脏外源酶酶解 生物酶解法因其具有反应条件温和、水解过程容易控制等优点而已经得到广泛应用[25]。许多学者采用不同的评价指标对鱿鱼内脏进行了蛋白质酶解条件的优化。所选用的蛋白酶的种类主要包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶、动物蛋白酶、酸性蛋白酶和风味蛋白酶等,所采用的评价指标主要包括水解度、氨基态氮含量、氨基酸得率、抗氧化活性和ACE抑制活性等。由于生物蛋白酶的专一特性,不同蛋白酶对同一底物具有不同的酶解效果,因此,不同蛋白酶酶解鱿鱼内脏所得到的酶解液的生物活性也有所不同(表2)。朱瑶等[26]采用多种蛋白酶水解鱿鱼肝脏,结果发现中性蛋白酶酶解液的抗凝血活性和ACE抑制活性最强,而酸性蛋白酶酶解液的抗氧化活性则最强,这是由于不同种类蛋白酶的作用位点有所不同,从而导致所得到的水解液中肽段的氨基酸组成存在一定差异,而氨基酸组成是影响其生物活性尤其是抗氧化活性的主要因素。水解液的营养和风味也跟所用酶的种类有很大关系,通过合适的外源酶酶解可以得到营养组成丰富、具有良好风味的酶解液,进而可以开发出海味素[32]、鱿鱼味香精[4,33-34]等系列相关产品。此外,除了单酶酶解的方式,复合酶解在一定条件下也能够对鱿鱼内脏的水解产生显著的协同作用,水解效果相比单酶酶解更好[29]。

表2 部分鱿鱼内脏外源酶酶解试验的研究结果Table 2 Research results of squid viscera enzymolysis by exogenous enzymes

2.2 鱿鱼内脏脂肪的研究和利用

鱿鱼内脏的粗脂肪含量较高,脂肪酸组成与海鱼鱼肝油相似[35],不饱和脂肪酸含量占86%,其中EPA占12%,DHA占24%,是提取鱼油的良好原料[36]。目前,对鱿鱼内脏脂肪的研究主要集中在其油脂的提取、质量评价和精制方面,尚未实现大批量的制备。

油脂提取是利用各种物理化学作用,破坏原料组织和乳胶体结构,加速油脂分子的热运动,降低其黏度和表面张力,从而使油脂分离出来[37]。近年来,鱿鱼内脏油脂提取所采用的方法主要为水提法、有机溶剂法、淡碱水解法、酶法和超临界CO2萃取法等,部分研究所采用的具体提取条件和所得油脂的质量评价如表3所示。

表3 部分鱿鱼内脏油脂的提取方法与质量评价Table 3 Extraction methods and quality evaluation of squid viscera oil

不同提取方法所得到的油脂的不饱和脂肪酸含量、EPA含量和DHA含量均有很大差别,这与所用原料种类和提取方法有关。在上述提取方法中,有机溶剂法会存在溶剂残留,容易造成环境污染,且所得鱼油品质较差,已经逐渐被淘汰。直接水提法效率相对较低。淡碱水解法、超临界CO2萃取法和酶法是目前研究较多的提取鱿鱼内脏油脂的方法。淡碱水解法工艺已经十分成熟。但是,传统淡碱水解法使用的碱一般是氢氧化钠和氯化钠,提取废液中钠盐含量高,不能再利用,形成新的废弃物造成环境污染。而经过改进之后的钾法的提取工艺采用的碱则是氢氧化钾和氯化钾,该法能够解决钠盐的污染问题,产生的废液可以制作成用于农业生产的钾肥,从而达到保护环境的目的[37]。超临界CO2萃取法是一种新型油脂分离技术,具有高效、安全、无毒、无溶剂残留的优点,但该方法对设备要求高,成本较高,限制了其在领域内的进一步推广与应用。酶法由于其工艺条件温和、可控性强,且酶解液中含有丰富的小分子肽和氨基酸等营养成分,后续可被进一步进行开发利用[44],而成为鱿鱼内脏油脂提取最为常用的方法。常用的蛋白酶有中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、动物蛋白酶、碱性蛋白酶和胰蛋白酶等。此外,超声波辅助提取法也已经在鱿鱼内脏油脂的提取过程中得到了应用[40]。

鱿鱼内脏油脂的精制工艺主要包括水化脱胶、碱炼脱酸、活性炭脱色、真空脱臭等。虽然精制过程中油脂会有一定程度的损失,但是经过精制后油脂的质量可以得到明显提升,能够达到水产行业粗鱼油的相关标准,且精制过程对脂肪酸组成的影响比较小[45]。

此外,还有学者对鱿鱼内脏油脂的生物活性进行了一定的研究,发现其具有一定的体外抗氧化能力[38]和调节小鼠血脂平衡的作用[35]。

2.3 鱿鱼内脏其他功能性成分的研究和利用

鱿鱼内脏中除了含有丰富的蛋白质和脂肪外,还含有牛磺酸、糖蛋白、核酸和卵磷脂等其他一些功能性成分,具有潜在的开发利用价值。

2.3.1 牛磺酸 牛磺酸是一种非蛋白质结构氨基酸的特殊氨基酸,具有降低胆固醇、抑制胆结石、乳化脂肪和防止肝损伤等多种生物活性,在海洋生物体内含量相当丰富[46]。有研究表明,鱿鱼内脏中的牛磺酸含量(2.99 g/kg)要远高于体壁肌肉(1.43 g/kg)[7],因此可作为天然牛磺酸提取的潜在来源。杨广会等[47]通过自溶结合水提法提取得到了牛磺酸,其最优条件为自溶时间22 h、提取温度80 ℃、提取时间50 min和料液比1∶5。牛棚军[2]研究优化了鱿鱼内脏提油残渣中牛磺酸的提取及纯化工艺,其最优条件为提取温度60 ℃、乙醇浓度60%、料液比1∶15 (g/mL)和提取时间20 min,在此条件下,牛磺酸的提取率达到1.41%。牛磺酸提取液经离子交换柱分离纯化,浓缩结晶,最终牛磺酸得率为1.28%。

2.3.2 糖蛋白 糖蛋白是寡糖链与多肽以多种形式共价相连且具有生物活性的物质,天然糖蛋白具有抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力等生理活性[48]。章建设等[49]从鱿鱼内脏中提取、纯化得到糖蛋白,分子量在36～130 kDa之间,并通过动物实验证明其在10、30和100 mg/kg·d的剂量条件下能使小鼠体内单核巨噬细胞的吞噬能力增强,从而提高小鼠的免疫力。

2.3.3 核酸 核酸是生物赖以生存成长的大分子化合物,对生物的生长、发育和繁殖具有重要意义,是生命最基本物质之一。鱿鱼内脏中含有丰富的核酸,可从鱿鱼肝脏中提取分离核酸来实现对鱿鱼内脏的充分利用。解军等[50]从鱿鱼肝脏中分离纯化得到了纯度为87%～90%的核酸,可用于医药和食品工业。

2.3.4 卵磷脂 卵磷脂除了是构成生物膜的基本物质外,也是一种表面活性剂,在医药、食品和化工等领域均有着广泛的应用。Uddin等[51]从经过超临界二氧化碳法脱油处理后的鱿鱼内脏中分离得到卵磷脂,并通过HPLC法证实其主要由PC(80.5%)和PE(13.2%)两部分组成。随后,Yun等[52]在此基础上对鱿鱼内脏卵磷脂与聚乙二醇采用气体饱和溶液成粒技术(PGSS技术)进行制粒的条件进行了优化,得到了最适条件。尽管含有大量的长链多不饱和脂肪酸,但是鱿鱼内脏卵磷脂仍具有非常好的氧化稳定性。此外,周苗苗等[53]还发现鱿鱼卵磷脂能够改善东莨菪碱痴呆小鼠的学习记忆能力。

3 展望

尽管近年来对鱿鱼内脏的研究有很多,但大多数仍只是停留在诸如生物酶解和油脂提取的条件优化之类的初级阶段,由于缺乏真正有效且适合企业进行大规模生产的关键技术,导致整个行业的加工水平仍然比较落后,产品种类、形式单一,技术含量和附加值均比较低,综合利用程度不高。我国鱿鱼资源非常丰富,年产量接近40万吨,鱿鱼内脏作为鱿鱼加工过程中的主要副产物,其综合开发利用必将成为相关学者和生产企业持续关注的重点和热点。在未来对鱿鱼内脏的开发和利用过程中,除了进一步对其所含有的蛋白质和脂肪进行深入研究,开发相应的以生物活性肽或者EPA、DHA为主要成分的保健产品外,还必须要加大对其所含牛磺酸、卵磷脂等功能性成分的研究和开发力度。同时,研究范围不应该仅仅局限于某种单一物质的提取,而是要加强对鱿鱼内脏综合开发利用关键技术工艺的探索,达到一条生产线可以生产多种产品的目的,以此减少资源浪费,丰富产品种类,给企业带来较多的经济效益。