酶解河蟹边角料制备调味汁的加工工艺研究

朱亚军，吴浩然，林 琳，姜绍通，陆剑锋*

（合肥工业大学食品与生物工程学院安徽省农产品精深加工重点实验室农产品生物化工教育部工程研究中心，安徽 合肥 230009）

河蟹学名中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis），是我国淡水养殖中重要的经济蟹类之一[1]。因其滋味佳、高营养而深受消费者喜爱[2]。近年来，河蟹养殖业快速发展，2019年其养殖产量为77.87万t，相比于2018年增加2.88%[3]。目前我国河蟹的食用方式主要为蒸煮，但其作为一种季节性的水产品且难以长期保持鲜活，不能均衡供应市场[4]。加工体系不完善，产品种类单一等问题，严重影响了河蟹的综合利用和经济效益[5]。

近年来，部分河蟹被制作成醉蟹、蟹粉（蟹肉）、盐渍蟹、酱渍蟹等深加工制品，销售于生产淡季，延长了河蟹的上市期并且能保持较好的肉质和蟹独特的风味[6]。但随之而来的河蟹加工下脚料和边角料的利用问题也亟待解决，据报道[7]，蟹类下脚料中仍含有丰富的蛋白质，是优良的食物资源。

蟹类分割加工过程中产生的蟹壳、蟹脚和内脏等通常称为下脚料，而边角料则是包括碎蟹肉、碎蟹黄、碎骨和骨筋等残渣[8]。蟹类作为名贵的水产品，其边角料中仍含有多种营养成分，之前的研究发现，河蟹边角料中蛋白质、脂肪和矿物质含量丰富，含有大量不饱和脂肪酸和必需脂肪酸，且必需氨基酸种类满足人体营养需求，营养价值很高；其中鲜味氨基酸占氨基酸总量的36%左右，是制作调味料的良好原料[9]。目前，有相关研究人员利用梭子蟹类下脚料制备抗氧化肽[10]，以梭子蟹下脚料为原料，利用酶法制备蛋白水解物[11]，采用溶剂法提取梭子蟹下脚料中的蟹油[12]或将虾蟹下脚料加工成海鲜调味制品[13]等。TREMBLAY A等[14]设计膜工艺浓缩雪蟹烹饪的废水，发现其可以转化为食品工业的天然香气。梁攀[15]将盘锦河蟹的蟹壳干燥后粉碎，采用发酵法结合酶法从蟹壳粉中制备甲壳素。阿拉姆[16]以蟹壳为原料制备壳聚糖，可以用于吸附溶液中的重金属离子。江晨浩等[17]对废弃蟹壳进行活化和碳化处理，采用共沉淀的方法将Fe3O4附载到蟹壳炭上，所制备磁性蟹壳活性炭具有高吸附能力，可实现快速磁分离。但有关蟹类边角料的加工利用研究较少，尤其是我国产量日益增加的淡水河蟹。

本文以河蟹分割加工后的边角料为原料，采用酶法水解制备美拉德反应液，并在此基础上研究河蟹调味汁的制备工艺，以期为河蟹边角料的有效加工利用提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

河蟹加工边角料：明光市永言水产食品有限公司；5'肌苷酸二钠＋5'鸟苷酸二钠（I+G）、料酒、味精、盐、白糖、卡拉胶、淀粉和焦糖色：合肥家乐福超市。

盐酸、浓硫酸、甲醛、氢氧化钠、硼酸、木糖、碱性蛋白酶（2.0×104U/g）：国药集团化学试剂北京有限公司；试验所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FA1104N电子分析天平：上海民桥精密科学仪器有限公司；PHS-3C型精密酸度计：上海虹益仪器仪表有限公司；HZ-2两孔数显水浴锅：江苏金坛市环宇科学仪器厂；RZ-5286A旋转蒸发仪：巩义市予华仪器有限责任公司；T18高速分散器：德国IKA公司；CT15RT台式高速冷冻离心机：上海天美生化仪器设备工程有限公司；ICAP-7400电感耦合等离子发射光谱仪：美国赛默飞世尔科技公司；DHG-9123J精密恒温鼓风干燥箱：上海三发科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

河蟹加工边角料运输时加冰块保温，并置于-18 ℃冷冻储存备用。

1.3.2 河蟹调味料制备工艺流程与操作要点

操作要点：

酶解：取一定量河蟹边角料，按比例加入蒸馏水，混合后用高速分散器均质匀浆后置于恒温水浴锅中，待温度达到碱性蛋白酶最适温度，加入酶并充分搅拌使混合均匀，将溶液的pH值调至蛋白酶的最适pH值。在酶的最适反应条件下反应4 h，酶解后将反应液在温度100 ℃条件下进行灭酶15 min，灭酶后冷却至室温，6 000 r/min离心15 min，得到上清液为酶解液。

调味料基液的制备：根据前期的预实验，将4%木糖加入上述酶解工艺得到的酶解液中，在115 ℃下进行美拉德反应1 h，以提高风味，从而得到制备河蟹调味料的基液。

调味和杀菌：在90 ℃恒温水浴中进行河蟹调味汁的调味和杀菌，取100 mL美拉德反应液，加入白砂糖、盐、料酒、味精、I+G、淀粉、卡拉胶、焦糖色素，搅拌均匀后盖上瓶盖，使辅料均匀溶解在基液中，然后于90 ℃继续水浴加热30 min进行巴氏灭菌，即得河蟹调味料。

1.3.3 酶解条件工艺优化

（1）酶解条件优化单因素试验

在预试验的基础上，以水解度为评价指标，选择蛋白酶添加量（200 U/g、400 U/g、600 U/g、800 U/g、1 000 U/g、1 200 U/g）、酶解液pH值（7、8、9、10、11、12）、料液比（1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6）（g∶mL）、酶解时间（1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h）和酶解温度（40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃）5个因素进行单因素试验。优化单个因素时，其他4个酶解条件均取第三水平（即蛋白酶添加量600 U/g，酶解液pH值9，料液比1∶3，酶解时间3 h，酶解温度50 ℃）。

（2）酶解工艺优化正交试验

正交试验设计参考单因素试验结果，选择碱性蛋白酶添加量、温度、pH值、料液比为评价因素进行4因素3水平的L43正交试验，因素与水平如表1所示。

表1 酶解工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for enzymolysis process optimization

1.3.4 配方工艺优化

（1）配方优化单因素试验

在预试验的基础上，以调味汁的感官评分为评价指标，在添加0.05%的I+G、0.2%的卡拉胶以及0.1%的焦糖色的相同条件下，选择白砂糖（2%、4%、6%、8%、10%、12%）、味精（2%、4%、6%、8%、10%、12%）、盐（2%、4%、6%、8%、10%、12%）、淀粉（1%、2%、3%、4%、5%、6%）和料酒（1%、2%、3%、4%、5%、6%）添加量5个因素进行单因素试验，优化单一因素时其余4个酶解条件均取第三水平（即糖6%，味精6%，盐6%，淀粉3%，料酒3%）。

（2）配方优化正交试验

根据单因素试验结果分析，选取白砂糖添加量、味精添加量、食盐添加量和淀粉添加量进行4因素3水平的L43正交试验，因素与水平见表2。

表2 调味汁配方优化正交试验因素与水平Table 2 Factors and levels of orthogonal experiments for sauce formula optimization

1.3.5 水解度测定方法

水解度按BLANQUET S等[18]的方法测定，水解度表示为酶解后溶液中氨基酸态氮含量和酶解前溶液中氨基酸态氮含量之比。

1.3.6 感官评定方法

根据毕军华等[19]所述方法进行感官评价，对河蟹调味汁的品质及食用效果进行评价。评价小组的组成为5名固定人员，小组成员皆经过感官评价培训后具有一定评价经验。各项目按比重确定最后得分，产品的最终得分为评价小组的平均得分，河蟹调味汁的感官评分标准如表3所示。

表3 河蟹调味汁感官评定标准Table 3 Sensory evaluation standards of crab sauce

1.3.7 理化及卫生指标测定

（1）总氮量

按GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法测定。

（2）氨基酸态氮含量

按GB 5009.235—2016《食品安全国家标准食品中氨基酸态氮的测定》的方法。

（3）污染物含量

称取干燥样品0.2 g，用体积比为5∶2的HNO3/HClO4消解样品至溶液呈无色，随后加入蒸馏水定容至10 mL。采用原子吸收光谱法和火焰原子吸收光谱法测定样品溶液中铬、无机砷和铅的含量。

（4）微生物指标

测定菌落总数、大肠杆菌数、沙门氏菌数和金黄色葡萄球菌数分别采用GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》、GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》、GB4789.4—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验》、GB 4789.10—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验》中描述的方法进行。

1.3.8 挥发性风味物质测定

挥发性风味物质检测采用顶空固相微萃取技术，根据葛孟甜等[20]的方法进行测定，通过将气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析检测到的挥发性化合物与美国国家标准与技术研究院（national institute of standards and technology，NIST）11和Wiley 7.0的MS库的参考质谱进行比较（匹配度高于80%），对其挥发性成分进行鉴定。

1.3.9 数据分析

使用Excel 2016软件进行数据分析，数据结果表示为“平均值±标准差”。

2 结果与分析

2.1 酶解条件优化单因素试验结果与分析

2.1.1 酶添加量对河蟹边角料水解度的影响

由图1可知，河蟹边角料的水解度随着添加碱性蛋白酶量的增加而增加，酶的添加量为600 U/g时，水解度达到最高（26.47%），当碱性蛋白酶的添加量继续增加时，水解度的变化逐渐减缓。由米氏方程可知，当底物浓度较高时，酶被底物所饱和，随着蛋白酶量的增加，底物的相对浓度降低，更多的酶与底物结合，产生更多的酶促反应产物，因此水解度提高。当酶量继续增加，而底物浓度恒定，没有更多的底物与酶结合进行反应，水解度逐渐不再明显变化[21]。因此碱性蛋白酶的最佳添加量为600 U/g河蟹边角料。

图1 酶添加量对河蟹边角料水解度的影响Fig. 1 Effect of protease addition on hydrolysis degree of crab scraps

2.1.2 酶解液pH值对河蟹边角料水解度的影响

由图2可知，当pH在7～10时，河蟹边角料的水解度随酶解液pH值的升高而增加，pH=10时水解度达到最大（24.41%）。随着pH值的继续增大，水解度呈降低的趋势。这是因为碱性蛋白酶的空间结构会被碱性过高的酶解液破坏，酶的活性从而降低[22]。因此酶解液的最适pH值为10。

图2 pH值对河蟹边角料水解度的影响Fig. 2 Effect of pH on hydrolysis degree of crab scraps

2.1.3 料液比对河蟹边角料水解度的影响

由图3可知，河蟹边角料的水解度随着料液比增加先增大后减小，料液比为1∶4（g∶mL）时水解度最大。料液比较小时导致酶解液体系的黏稠度增大，酶制剂和酶解产物不易扩散；料液比较高时底物浓度低，酶和底物作用小，蛋白质不能被完全酶解[23]。由此确定，河蟹边角料和酶解液的最佳比例为1∶4（g∶mL）。

图3 料液比对河蟹边角料水解度的影响Fig. 3 Effect of solid and liquid ratio on hydrolysis degree of crab scraps

2.1.4 酶解时间对河蟹边角料水解度的影响

由图4可知，在0～4 h内，河蟹边角料酶解液的水解度随着酶解时间的增加而增大，酶解时间在4 h后，水解度变化不大。时间过短导致酶解不充分，随反应时间的增加，反应液中的蛋白质逐渐与酶反应产生酶解产物，因此水解度增加，酶解时间大于4 h后，一方面底物或许已经被完全水解，另一方面时间过长可能导致酶的部分失活，水解度的变化趋势逐渐平缓[24]。因此，最佳的酶解时间为4 h。

图4 酶解时间对河蟹边角料水解度的影响Fig. 4 Effect of hydrolysis time on hydrolysis degree of crab scraps

2.1.5 酶解温度对河蟹边角料水解度的影响

由图5可知，河蟹边角料的水解度随着酶解温度的升高先增加后降低，水解度在50 ℃时达到峰值。这主要是由于酶的活性随着酶解温度的升高逐渐增强，随之加快了酶促反应，水解程度增加。当温度超过酶的最适温度后，酶分子结构中的次级键受到破坏而解体，酶的活性因酶蛋白发生变性而减弱，酶解反应速率下降，水解度降低[25]。由此确定50 ℃为酶解反应的最适温度。

图5 酶解温度对河蟹边角料水解度的影响Fig. 5 Effect of enzymolysis temperature on hydrolysis degree of crab scraps

2.2 河蟹边角料的酶解条件优化正交试验结果与分析

以碱性蛋白酶添加量（A）、温度（B）、pH值（C）和料液比（D）为评价因素，以水解度为评价指标，进行4因素3水平正交试验，优化酶解条件，试验结果与分析见表4，方差分析见表5。

由表4和表5可知，不同因素对酶解效果的影响程度为：酶添加量＞酶解液pH值＞料液比＞酶解温度。碱性蛋白酶添加量对结果影响极显著（P＜0.01），pH值对结果影响显著（P＜0.05），直观结果表明酶解的最佳条件组合为A3B1C3D2，极差分析得到酶解条件最佳组合为A3B1C1D2，A3B1C1D2条件下测得的水解度24.09%，比A3B1C3D2条件下的23.73%略高。因此A3B1C1D2是最佳的酶解条件组合，即料液比1∶4（g∶mL），添加650 U/g碱性蛋白酶，酶解温度45 ℃，酶解pH=10.5，酶解时间4 h。

表4 河蟹边角料的酶解条件优化正交试验结果及分析Table 4 Results and analysis of orthogonal tests for hydrolysis conditions optimization of crab scraps

表5 正交试验结果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal experiments results

2.3 调味汁配方优化

2.3.1 采用美拉德反应增香制备调味汁原液

按照正交试验所得最优酶解条件组合得到酶解液，根据前期实验结果，取4%的木糖与酶解液混合均匀，置于115 ℃温度下进行美拉德反应，1 h后将反应增香后的调味汁的调配原液保存待用。在此条件下得到的美拉德反应液中含有氨基酸态氮0.532 g/100 mL。

2.3.2 调味汁配方优化单因素试验结果与分析

根据上述酶解条件优化后得到河蟹边角料的美拉德反应液，在相同体积的美拉德反应液中分别添加一定量的糖、味精、盐、淀粉和料酒，将调味汁应用于凉拌菜和清炒菜中（调味汁和菜的比例约为1∶4），分析糖、味精、盐、淀粉和料酒对调味汁感官评分的影响，结果见图6。

图6 调味汁配方优化单因素试验结果Fig. 6 Single factor experiments results for formula optimziation of sauce

由图6A可知，河蟹调味汁感官评分随着糖的增加先增加后下降，白砂糖的添加量为8%时，感官评分达到峰值。这是由于少量糖的加入对提高蟹味调味汁的口感和颜色有很大帮助[26]，但调味汁的白砂糖添加过量导致产品甜度太高而影响了食用体验。由图6B可知，随着味精的添加，河蟹调味汁的感官评分的变化趋势为先上升后降低，但总体变化不大，当味精添加至6%时感官评分相对较高。由图6C可知，评分随食盐量的增加呈先升后降的趋势，当食盐的用量为6%时评分达到峰值。盐对调味汁的影响主要在口感滋味，产品中加入适量的盐可以改善河蟹调味汁的口感，而当加入过量的盐时，调味汁的咸甜平衡遭到破坏，感官品质下降。由图6D可知，调味汁的评分随淀粉量的增加先增后降，且下降幅度较大，感官评分达到峰值时的淀粉添加量为2%～3%。淀粉对河蟹调味汁的影响主要在产品的粘稠度方面[27]，适量的淀粉可以增加调味汁的粘稠口感，提高食用者的感官体验，而过多的添加淀粉会导致调味汁黏稠度过高而影响产品的品质。由图6E可知，河蟹调味汁的感官评分受料酒的影响较小，随着料酒的添加，感官评分变化趋势为先上升后下降，在添加3%的料酒时达到峰值。由结果可见，最佳的调味汁配方为糖添加量8%、味精6%、食盐6%、淀粉2%、料酒3%。

2.4 调味汁配方优化正交试验结果与分析

以白砂糖（A）、味精（B）、食盐（C）和淀粉（D）添加量为评价因素，以感官评分为评价指标，进行4因素3水平正交试验，优化河蟹调味汁配方，试验结果与分析见表6，方差分析见表7。

表6 河蟹调味汁正交试验结果及分析Table 6 Results and analysis of orthogonal experiments of crab sauce

表7 调味汁配方优化正交试验结果方差分析Table 7 Variance analysis of orthogonal experiments results of formula optimization of sauce

极差分析得到，调味汁调配效果受各因素的影响程度为：糖用量＞淀粉用量＞味精用量＞盐用量，其中糖和淀粉的添加量对产品感官评分的影响极显著（P＜0.01），味精添加量对产品感官有显著影响（P＜0.05）。由表6可知，直接分析最优组合A1B3C3D3与计算分析的最优组合A1B3C2D3不完全一致，设计验证试验进一步确定配方的最佳组合方案。

验证试验可知，A1B3C3D3的感官评分（78.68分）略低于A1B3C2D3的感官评分（79.63分）。因此得出，A1B3C2D3为河蟹调味汁的最优配方，即在添加100 mL河蟹边角料美拉德反应液（含氨基酸态氮0.532 g）的基础上，按比例加入7%的糖、6%的盐、2.5%的淀粉、7%的味精、2%的料酒。另外还需添加0.2%的卡拉胶、0.05%的I+G和0.1%的焦糖色。

2.5 挥发性风味物质测定

河蟹调味汁中的风味物质测定结果见表8。由表8可知，河蟹调味汁中检测出10种醛类、8种酮类、4种醇类、4种酯类、3种酸类、2种呋喃类、2种吡嗪类和5种烃类挥发性风味化合物，共计38种。河蟹调味汁产品的挥发性风味物质主要是醛类、酮类和酯类化合物，这3类化合物的相对含量占比最高，分别为28.99%、16.21%和5.96%。醛类化合物是一种阈值很低，可以提供花香和油脂香的化合物[28]，可以为河蟹增加鲜香，它在河蟹的风味中占重要地位[29]。醇类是一种可以提供花果香及黄油香的化合物，但其阈值较高[30]，对河蟹调味汁的风味影响较小。酯类是一种非常重要的可提供花果香和奶油香的呈香化合物[31]，而且阈值很低。据检测，河蟹调味汁中还存在有含量高达3.85%的乙酸乙基酯，此外，还检测到如苯甲酸乙酯、2-氯苯乙酯和2-甲氧基-4-（2-丙烯基）-乙酸苯酯等酯类化合物，这些风味物质给河蟹调味汁带来了浓浓的酯香风味。

表8 河蟹调味汁中的风味物质测定结果Table 8 Determination results of flavor compounds in crab sauce

续表

2.6 河蟹调味汁感官、理化及卫生指标

测定该河蟹调味汁产品的感官、理化及微生物指标，并参考GB 10133—2014《食品安全国家标准水产调味品》、DB35/T 900—2009《海鲜水解调味料》和NY/T 1710—2009《绿色食品水产调味品》中的指标进行对比，结果见表9。

由表9可知，本工艺制作的河蟹调味汁产品具有调味汁特有的色泽、形态和滋气味，并且经检测，该产品的理化指标和微生物指标在相关标准范围内。

表9 河蟹调味汁感官、理化及卫生指标及国标控制标准Table 9 Organoleptic, physicochemical, hygienic indexes and national control standards of crab sauce

3 结论

该研究以河蟹分割加工后的边角料为原料，在探究优化酶解边角料工艺的基础上，以酶解液为基液开发一款河蟹调味汁。根据单因素试验结果，选择料液比、加酶量、酶解温度和pH四个主要影响因素进行正交试验，正交试验结果表明：在料液比1∶4（g∶mL）的河蟹边角料反应液中添加650 U/g碱性蛋白酶，45 ℃，pH=10.5条件下，酶解4 h得到酶解液的水解度最佳，为24.09%。采用美拉德反应对酶解液进行增香，以100 mL美拉德反应液（含氨基酸态氮0.532 g）为基液，添加7%的味精、6%的盐、7%的白砂糖、2.5%的淀粉、2%的料酒、0.2%的卡拉胶、0.05%的I+G和0.1%的焦糖色，得到口感最优的河蟹调味汁，其感官评分为79.63分。对所调配的河蟹调味汁中的挥发性风味物质进行检测分析，根据初步建立的河蟹调味汁的感官、理化及微生物指标，本产品的各项指标均在相关标准范围内。