南极磷虾粉的氨基酸组成比较分析范文

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摘要：【目的】通过研究南极磷虾粉过筛、脱脂和脱氟预处理前后的氨基酸组成与营养价值变化，为建立基于制备小分子活性肽的南极磷虾粉蛋白质基料品质标准提供理论基础。【方法】对预处理前后南极磷虾粉的5种基本成分和18种水解氨基酸进行测定,同时比较其氨基酸含量与组成和营养价值。【结果】经预处理后南极磷虾粉的蛋白源成分得到有效富集，蛋白质质量分数从61.38%提升至73.80%，蛋白质总质量的损失率为9.27%，脱氟率为82.03%。制得的低氟蛋白质基料氨基酸含量符合FAO/WHO认可的优质蛋白质源，达到了特级鱼粉中氨基酸的评级标准，且氨基酸组成的变化不明显。【结论】经过筛、脱脂和脱氟制备低氟南极磷虾粉蛋白质基料不影响其氨基酸组成模式，且蛋白质损失率＜10%，可作为提取南极磷虾粉小分子活性肽的前处理方法。

关键词：南极磷虾粉；预处理；氨基酸组成；营养价值

南极磷虾粉是目前市面上南极磷虾原料的主要流通方式之一[1]，相对于冷冻虾砖，南极磷虾粉具有储存方便、流通成本低等优点。目前，南极磷虾粉多作为饲料蛋白源直接参与水产养殖饲料的加工[2-3]，附加值较低，缺乏在食品加工业中的应用。南极磷虾粉富含蛋白质、油脂、甲壳素和矿质元素等有效成分，其中蛋白质占比最高，蛋白质中必需氨基酸组成齐全、含量均衡，具有开发高价值食源蛋白制品的潜力，亦是其主要的加工利用点[4-5]。新鲜南极磷虾蛋白质提取工艺已比较成熟，相比之下，南极磷虾粉蛋白质经历了蒸煮、脱水和蒸汽烘干等船载加工过程，蛋白质特性发生了改变，虾壳中氟的迁移作用使得虾肉中氟的含量升高[6-8]。故新鲜南极磷虾制备蛋白制品的技术路线对南极磷虾粉的参考价值有限，有待进一步研究。市售南极磷虾粉存在脱脂粉和不脱脂粉两类产品。而南极磷虾粉脂质组成复杂，包括游离脂肪酸、磷脂、甘油三酯、甾醇、虾青素、维生素等，因其极性的差异单一的溶剂无法将其完全提取[9]。因此，从食品加工中原料的全价值利用角度考虑，南极磷虾粉中脂质的提取方法有待进一步优化。而制约南极磷虾粉可食化利用的原因有二：一是南极磷虾粉成分复杂，不易分离；二是南极磷虾粉中氟含量水平异常高，具有食品安全隐患。因此，富集蛋白源成分同时降低氟的残留水平是实现南极磷虾粉蛋白质可食化利用的前提。南极磷虾的虾壳及其脏器是氟的主要富集源[6]，适宜粒径的过筛处理可初步分离南极磷虾粉的该部分。南极磷虾油含有丰富的不饱和脂肪酸[10]，但其在南极磷虾粉中易氧化，对南极磷虾粉的长期储存会产生不利影响，且会影响后期膜分离步骤等蛋白源成分富集的过程，因此有必要对原料行脱脂处理。为解决上述问题，本课题组在前期工作中系统分析了南极磷虾粉的营养成分，确定了将南极磷虾粉以550μm孔径过筛和正己烷-乙醇（体积比9:1）脱脂两步预处理步骤[11]，但氟的含量仅减少约10%。为制备用于食品加工的低氟南极磷虾粉蛋白质基料，本研究从食品营养学的角度考察过筛、脱脂和脱氟3步预处理对南极磷虾粉氨基酸组成的影响，并对氨基酸的营养价值进行评价。

1材料与方法

1.1材料与试剂南极磷虾粉，由中国水产有限公司提供，经冷链运输至实验室在4℃冰箱储存，测得水分质量分数为7.79%、蛋白质质量分数为61.38%、脂肪质量分数为14.49%、灰分质量分数为14.92%、氯化物质量分数为2.21%。所用试剂均为分析纯，购自广州化学试剂厂。

1.2仪器与设备T25数显高速分散均质机，德国IKA公司；FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；AllegraX-30R离心机，贝克曼库尔特有限公司；L-8900全自动氨基酸分析仪，株式会社日立制作所；EYELAWFO-700送风干燥箱，东京理化器械株式会社；VADODEST450全自动凯氏定氮仪，德国格哈特分析仪器有限公司；其余为实验室常见玻璃与金属仪器。

1.3方法1.3.1蛋白质基料的制备称取1000.00g南极磷虾粉，过孔径550μm筛处理，加入料液比1∶10（g/mL）的正己烷-乙醇（体积比9∶1）在室温下超声波脱脂2h，收集脱脂粉后在60℃下烘干，加入料液比1∶3（g/mL）的超纯水，充分均质[11]。脱氟处理参考胡玲萍等[12]的方法，略作修改：用10mol/L和2mol/L的磷酸溶液调节均质液pH为4.5，超声振荡30min并维持pH恒定。待反应结束后在4℃、4000g条件下离心10min，取沉淀部分重复上述步骤。最后将所得沉淀调节其pH至中性，冻干后密封储存备用。1.3.2基本成分的测定分别测定南极磷虾原粉、过筛粉、脱脂粉、脱氟粉的水分、蛋白质、灰分、粗脂肪、氯化物和氟含量。水分测定参照GB5009.3-2016，蛋白质测定参照GB5009.5-2016，灰分测定参照GB5009.4-2016，粗脂肪的测定参照GB5009.6-2016，氯化物的测定参照GB5009.44-2016，氟含量的测定参考GB/T5009.18-2003中规定的氟离子选择电极法测定食品中的氟。所有实验组平行测定3次，计算不同预处理（过筛、脱脂、脱氟）后南极磷虾粉的质量损失率与蛋白质损失率：G'=（a/b）×100%；P'=（c/d）×100%；S'=（e/f）×100%；式中：G'，质量损失率，%；a，预处理后质量，g；b，预处理前质量，g；P'，蛋白质损失率，%；c，预处理后蛋白质质量分数，%；d，预处理前总蛋白质量分数，%；S'，脱氟率，%；e，脱氟前氟质量分数，mg/kg；f，脱氟后氟质量分数，mg/kg。1.3.3氨基酸组成的测定分别测定南极磷虾原粉、孔径550nm过筛粉和脱脂粉的氨基酸组成，测定方法参照GB5009.124-2016食品中氨基酸的测定，其中色氨酸含量采用碱水解处理方法。1.3.4营养价值评价方法参考FAO/WHO1973年建议的氨基酸评分标准模式，并与鸡蛋蛋白质作为理想蛋白质的氨基酸模式进行比较，分别计算南极磷虾原粉、孔径550nm过筛粉、脱脂粉、脱氟粉的氨基酸评分（Aminoacidscore，AAS)、化学评分（Chemicalscore,CS）和必需氨基酸指数（Essentialaminoacidindex,EAAI），具体计算方法见文献[13-15]。1.3.5数据处理与分析所有实验均平行测定3次，数据采用Origin2017和SPSS进行进一步统计分析。

2结果与分析

2.1预处理对南极磷虾粉基本成分的影响图1和图2显示了过筛、脱脂、脱氟预处理对南极磷虾基本成分含量、总质量、蛋白质质量和氟含量的影响。过筛处理对基本成分含量与组成无明显影响，但粉基总质量和蛋白质质量有所减少。经过筛后，南极磷虾粉的质量损失率为8.40%，蛋白质损失率为6.29%，由此计算筛上物中蛋白质质量分数为46.43%，这与已报道的南极磷虾壳中蛋白质含量相近[16]，且明显高于凡纳滨对虾、克氏原螯虾等常见养殖虾虾壳部分的蛋白质含量[17-18]，由此推测南极磷虾壳可能具有结合蛋白质的特性。经脱脂处理后，南极磷虾粉质量进一步损失约15.83%，其脱脂率超过了90%，而蛋白质质量仅损失约1.39%。说明该脱脂方法在有效除去南极磷虾粉油脂的同时对其蛋白质含量无明显影响。进一步的脱氟处理表明，经脱氟处理后，南极磷虾粉中的氟质量分数降低约82.03%。经预处理后，南极磷虾粉的蛋白质质量分数从61.38%提升至71.14%，蛋白质质量损失率约为9.27%，脱氟率为82.03%，氟质量分数为（228.07±13.27）mg/kg。

2.2预处理对南极磷虾粉氨基酸含量与组成的影响由表1知，预处理（过筛、脱脂、脱氟）前后每100g南极磷虾粉的氨基酸总量由471.80mg/g增加至577.15mg/g，提升约22.33%，制得的脱脂粉中必需氨基酸占氨基酸总量的39.26%，高于FAO/WHO的推荐值35.38%，符合FAO/WHO认可的优质蛋白质源。目前，我国尚无有关虾粉氨基酸评级的行业标准，但本研究经预处理南极磷虾粉制得的蛋白质加工基料已达到特级鱼粉中氨基酸的评级标准（Mel≥15.00mg/g,Lys≥35.00mg/g），具有良好的开发价值。此外，预处理对南极磷虾粉氨基酸组成无明显影响，图3进一步对比了预处理前后南极磷虾粉必需氨基酸、限制氨基酸、支链氨基酸和芳香族氨基酸四类主要的功能氨基酸组成，预处理步骤不改变其氨基酸组成模式，表明该预处理方案可行。预处理后南极磷虾粉中支链氨基酸所占比例为18.17%，芳香族氨基酸所占比例为8.10%。其中，支链氨基酸是人体骨骼肌的重要组成部分，也是其重要的能源，骨骼肌氧化供能时，支链氨基酸对氨基酸供能总量的贡献值超过了60%，骨骼肌在休息状态时，支链氨基酸的能量贡献值亦接近14%[19]。此外，芳香族氨基酸参与构成了生物体肾上腺素、去甲状腺素的前体物质。同时，支链氨基酸/芳香族氨基酸的比值达2.24，接近正常人和哺乳动物的比例。因此，摄入南极磷虾粉有助于维持机体的营养与代谢平衡。同时，南极磷虾粉中精氨酸和赖氨酸含量较高，对于以谷物食品为主的我国居民而言，可有效弥补赖氨酸的摄入不足。赖氨酸亦是人乳中的第一限制性氨基酸[20]。精氨酸并非人体必需氨基酸，但有研究表明其有助于儿童的生长发育和伤口的愈合[21]。总体而言，南极磷虾粉经预处理制得的蛋白质加工基料的氨基酸组成合理，是开发高价值保健品的潜在原料。

2.3预处理对南极磷虾粉氨基酸营养价值的影响将表1中的氨基酸组成换算成每克氮中氨基酸毫克数后，以鸡蛋蛋白质的标准分值为基准，参照FAO/WHO建议的氨基酸评分标准模式对南极磷虾粉预处理过程中氨基酸营养价值的变化进行评价[5]，分别计算其AAS、CS及EAAI，结果见表2。AAS和CS是以不同思路分析样品蛋白质组成和利用率的关系，EAAI则表示的是被测样品必需氨基酸含量与标准鸡蛋蛋白质的拟合程度[22]。由表2和图4可知，预处理后南极磷虾粉各氨基酸评价指标均有明显提高。对比发现，经预处理后南极磷虾粉的AAS接近或大于1.00，CS≥0.5，表明其氨基酸的均衡性及丰度得到有效提高，符合蛋白质加工基料的品质要求。AAS和CS分析显示，该基料中第一限制性氨基酸均为Val。而第二限制性氨基酸的分析结果有所不同，其中AAS显示为Thr，CS显示为Met+Cys。基料的EAAI为65.81，相比预处理前评分提高约37.97%，蛋白质品质明显改善。

3结论

过筛、脱脂和脱氟预处理步骤提高了原料粉氨基酸的AAS、CS及EAAI评分，使其超过了特级鱼粉的氨基酸评级标准，且对氨基酸组成无明显影响。同时，氟质量分数降低约82.03%。该预处理过程中南极磷虾粉的蛋白质损失率仅为9.27%，表明其有助于南极磷虾粉蛋白源成分的富集与进一步加工。系统分析预处理粉的氨基酸组成发现，南极磷虾粉中必需氨基酸、限制氨基酸、支链氨基酸和芳香族氨基酸含量突出，符合FAO/WHO认可的优质蛋白质源，其氨基酸组成特性可作为运动员、母婴及免疫力低下人群的保健食品原料，具有开发优质小分子活性肽的潜力。该蛋白质基料的进一步酶解与膜分离工艺有待进一步研究。

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作者：全沁果 段伟文 曾雪鸽 陈铭 张泽伟 郝记明 刘书成 吉宏武 单位：广东海洋大学食品科技学院