鱼下脚料综合利用之研究近况与发展趋势(已发表综述)

鱼下脚料综合利用之研究近况与发展趋势

摘要：众所周知，鱼在加工的过程中，必然会产生大量的下脚料，如果不进行有效的处理．不仅会造成环境的污染，而且会浪费大量的宝贵营养成分。因此鱼加工下脚料的开发利用越来越受到重视，吸引了化学化工、食品、生物、医药、环境保护等众多领域的学者。本文对近年来鱼下脚料综合利用的研究情况作一简单的综述，并对其发展趋势进行了预测。
关键词：鱼下脚料；综合利用；研究近况；发展趋势

1.简介
众所周知，鱼在加工的过程中，必然会产生大量的下脚料(包括鱼头、鱼皮、鱼鳍、鱼尾、鱼骨及其残留鱼肉)，其重量约占原料鱼的40%—55%[1]。如果不进行有效的处理．不仅会造成环境的污染，而且会浪费大量的宝贵营养成分。例如，鱿鱼内脏含有20％一30％的粗脂肪，对其脂肪酸组成进行气相色谱分析表明：不饱和脂肪酸占86％，ω系列脂肪酸占37％，其中EPA占12％，DHA占24％[2];鲢鱼鱼头、鱼皮、鱼骨刺混合物中蛋白质含量达14％，油脂为9.22％；鳗骨、鳗头等废弃物中含有丰富的蛋白质、磷脂质、软骨素、维生素等[3]。如果能充分利用这些成分不仅可提高鱼类加工的附加值，同时可减少环境污染，开创良好的经济与社会效益。
在我国，鱼加工下脚料的利用途径[4]主要包括：（1）加工成饲料鱼粉；〔2〕鱼头、鱼骨加工成鱼骨糊、鱼骨粉、鱼香酥；(3)从鱼内脏中提取鱼油，提炼EPA、DHA制品；(4)从鱼鳞中提取鱼鳞胶；（5）鱼皮制革；(6)鱼肚（鱼鳔经清洗浸洗干燥而成）的加工。
但是随着食品科技的发展，尤其是水产加工业的发展，人们对鱼类加工的附加值提出了更高的要求；而且随着人们生活水平的提高，诸如鱼骨糊等低附加值的产品已不能满足人们对“完美”饮食的追求；另外，人口的增长，食物资源的日益短缺要求我们必须综合利用现有资源，提高鱼体的利用价值，因此鱼加工废弃物的开发利用越来越受到重视，吸引了化学化工、食品、生物、医药、环境保护等众多领域的学者[4]。
本文的目的就是综述鱼下脚料综合利用的研究近况，并对其发展趋势进行预测。
2.研究近况
2.1从胃粘膜中提取凝乳酶作为小牛皱胃酶的代用品
凝乳酶的传统来源是从小牛皱胃中提取。然而随着干酪工业的发展，据统计全世界每年要宰杀5000万头小牛，以获得凝乳酶，造成全球性小牛短缺。为缓和小牛凝乳酶供应的紧张状态，长期以来，科学家们千方百计地寻找小牛凝乳酶的代用品[5]。近来，J.E.P.Tavares等人[6]从金枪鱼胃粘膜中发现了价格更为低廉的代用品。
步骤如下：金枪鱼胃的清洗——去除胃的内膜——切段并均质（均质时加入等量的盐水，盐的加入量为水与胃组织总重的25%）——-20℃过夜——将均质物搅拌成浆状并离心（35000转/分，4℃，1小时，重复两次）——上清液浓缩十倍（旋转蒸发器或冷冻干燥）——粗胃蛋白酶原——活化（加入0.1N HCl溶液调节pH=4.0,20-25℃保持1小时，然后加入0.1N NaOH溶液调节pH=5.0）
研究表明，获得的凝乳酶与皱胃酶有类似之处：（1）两者活化时所需的pH都在4.0-6.0之间；（2）乳的温度在21-38℃之间时，两者的凝乳能力相仿；（3）两者凝乳的能力都受乳的pH影响且凝乳所需pH都在5.5-6.3之间。不同的是即使pH在6.4以上凝乳酶的活性损失也不如皱胃酶明显。
尽管如此，金枪鱼凝乳酶制得的奶酪在风味，质构等方面却逊于皱胃酶，尤其是在持水力方面，金枪鱼凝乳酶制得的奶酪切开的表面会有水分渗出。因此，利用金枪鱼凝乳酶代替皱胃酶去生产奶酪目前仅仅在技术上是可行的，要实现其商业应用还有待进一步研究。
2.2酸贮液体鱼蛋白（饲料添加剂）的生产
酸贮液体鱼蛋白(fish silage)是指鱼或鱼下脚料经绞碎后加酸(或由糖蜜及乳酸菌发酵产酸)抑止其***细菌生长，加速其自身酶的作用所制成的液状饲料。
2.2.1生物学方法（发酵）
步骤如下[7,8]：将沙丁鱼下脚料剁碎——加入15%（w/w）的糖蜜（也可以用玉米淀粉、木薯粉、麦粉等多糖类）——加入5%发酵剂（由植物乳酸菌在加有0.3%酵母提取物，1% 酪蛋白蛋白胨的糖蜜30℃培养48小时制得）——22±2℃密闭发酵（30天后pH可由7降至4左右，并保持稳定，其产品可直接使用）——发酵产物

产物中非蛋白质氮的大幅增加表明有些蛋白质是以多肽和氨基酸的形式存在，因此酸贮液体鱼蛋白有很好的可消化吸收性，而且其赖氨酸、蛋氨酸的含量甚至高于鱼粉[9]。
2.2.2化学法（直接加酸）[8]
步骤如下：将原料绞碎——加入适量的酸（无机酸如硫酸、盐酸等，或有机酸如甲酸、丙酸等，也可用无机酸与有机酸混合液，搅拌均匀）——放置于耐酸容器中液化，贮存，并定期搅拌——产品
一般如使用硫酸、盐酸，产品达到pH=2时，可获得较好的保藏效果。如使用有机酸，可以用甲酸、醋酸或丙酸,甲酸效果比醋酸好，而丙酸效果虽好，但价格较贵，因此常用甲酸。甲酸除了能加速液化外还有杀菌作用，一般使产品PH 达到4左右，此时产品对容器的腐蚀性较小，且产品贮藏性好，使用方便，不需预先中和。因此，许多国家生产液体鱼蛋白都采用甲酸。使用无机酸的优点是价格比有机酸便宜，但对容器的耐腐蚀性要求较高，而且投喂前必须预先中和。
研究表明，制得的酸贮液体鱼蛋白作为饲料添加剂用于肉鸡、蛋鸡、仔猪、肉猪及养鱼等方面确实能取得较好的效果。但产品还有一定的局限性，（1）酸贮液体鱼蛋白的水分一般在80％左右，因此贮藏、运输等均需较大的体积；（2）产品的矿物质，维生素等营养成分组成有待进一步研究；（3）三甲胺是鱼腥味的来源，由于三甲胺并未显著降低，产品仍具有一定的的鱼腥味。
2.3 蛋白质的回收
鱼类下脚料中含有丰富的蛋白质，如何充分利用这些低价的蛋白质资源一直受到广大学者的关注。现在对蛋白质的利用途径主要有两种：（1）碱式提取（2）将蛋白质用酶水解并回收其水解产物。
2.3.1 碱式提取
杨萍[10]等人在研究青鳞鱼下脚料水解蛋白的过程中，确定了青鳞鱼下脚料中蛋白质碱萃取的最佳工艺条件，即常温，PH9.0，加水量为原料重的5倍，据报道其萃取率可高达93.06％。
另外，Irineu Batista[11]对鳕鱼下脚料中蛋白质的碱式提取进行了研究，他报道的最佳工艺条件为：常温，PH12.0（NaOH溶液），时间60分钟，加水量为原料重的10倍，然后将PH调节到5.0(HCl溶液)，使溶于碱液中的蛋白质等电沉淀，蛋白质回收率为80.6%，未等电沉淀而溶于碱液中的蛋白质可能是肌浆蛋白质或肌原纤维蛋白质，往这部分碱液加入0.38%的Na6(PO3)6, 可回收93.2%的溶解蛋白。 据Batista[11]报道，与鳕鱼下脚料中蛋白质氨基酸组成相比，回收的溶解蛋白中赖氨酸，苯丙氨酸，缬氨酸，异亮氨酸等多种必需氨基酸都有所增加，而等电沉淀蛋白质中赖氨酸，缬氨酸，异亮氨酸等多种必需氨基酸同样有所增加。但是对于提取出的粗蛋白的化学组成，功能特性以及其保藏稳定性等性质还不清楚。
2.3.2水解蛋白的制备
洪江[12]在研究鳗鱼头水解蛋**末的加工工艺时，确定了制备鳗鱼头水解蛋白的最佳工艺条件：将鳗鱼头洗净绞碎，按1：1加入水混合均匀，再加入0.2％木瓜蛋白酶，49℃恒温水解7小时，升温至54℃再恒温水解l 7小时。
杨萍[10]等人确定了青鳞鱼下脚料蛋白酶水解的最佳条件：原料：水＝1：5，PH 9.0，温度60℃，酶浓度2.0％，水解时间30min；但是其中各种氨基酸均有所损失，以赖氨酸、谷氨酸、亮氨酸的损失率比较大。
另外段振华[13]等人对如何降低鳙鱼下脚料酶法水解过程中产生的苦味进行了研究, 发现NFC复合酶的水解物，水解度最高，苦味分低,其水解条件为pH8.0，温度50℃，复合酶中的两种组分(E1：E2)质量比为1：2且同时加入，酶的总量为0.7％。他们还研究了加热和脱脂两种预处理对水解度的影响，结果表明，它们均不利于酶的水解作用。
然而赵玉红[14]等人通过用Alcalase水解脱脂前后的链鱼下脚料,比较了脂肪的抽提对水解过程及蛋白水解物的影响,证明除去脂肪，不仅可以提高蛋白水解物的DH(水解度)、NR(氮回收率)，而且水解物的质量有很大改善。两种不同结论的得出可能是由于采用的原料不同,水解酶不同,水解条件不同,具体原因有待进一步研究.
2. 4抗高血压组分的提取
许多学者在沙丁鱼，虾，贝类的肌肉以及水解产物中都发现了对血管紧缩素转化酶ACE有抑制作用的缩氨酸，于是人们又将目光转向了鱼下脚料，通过高效液相色谱分离也得到了某些ACE抑制组分。
步骤[15]如下：沙丁鱼下脚料（-18℃）绞碎——加入磷酸(25ml/kg) ——室温下（24℃）保存3天——自溶产物离心（8，600×g,20分钟）——回收上清液，将其冷却至-18℃半小时（去除脂肪结块）——加入CaO调节pH=7——再次离心（10，000×g,20分钟）——取上清液
对产物进行高效液相色谱分离，发现8个不同组分。各组分对血管紧缩素转化酶ACE都具有较好的抑制效果。
由于血管紧缩素转化酶ACE的特异性抑制剂（例如缩氨酸）能够起到降低血压的作用，因此该8个组分有望用于制药领域。另外，研究[15]还发现鳕鱼鱼头的水解产物进行分离后得到的9个组分中有5个组分也同样对血管紧缩素转化酶ACE具有良好的抑制效果。值得遗憾的时，各个组分的化学组成以及具体作用还未得到证实，其前体以及转化过程也需进一步研究。
2.5鱼露的生产
鱼露也称鱼酱油(fish sauce),是采用与酱油相类似的传统发酵工艺制成的一种营养丰富、味道鲜美，具有良好水产风味的氨基酸调味液。
2.5.1自然发酵法
传统加工方法采用的原料为低价值海水鱼类和鱼下脚料。然而通过对以白鲢鱼下脚料为原料酿造的鱼露进行分析研究，并将其与日本鱼露，福州鱼露对比发现，单纯使用鱼下脚料为原料酿造的鱼露颜色较好（呈深红棕色），非挥发性有机酸和还原糖的含量高，钙含量远远高于其它两种商品鱼露和大豆酱油；铁、锌、磷、镁含量也丰富；而且含有丰富的天冬氨酸、谷氨酸和人体所有的必需氨基酸，必需氨基酸所占的比例较高[16]。
2.5.2多酶法
由于传统的鱼露生产工艺采用自然发酵法生产，生产周期很长，生产规模小，难以进行自动化连续生产。近年来，许多学者将目光转向酶技术，并取得了突破性进展。邓尚贵[17]等人确定了以多酶法生产鱼露的新工艺：同时用1.5％枯草杆菌碱性蛋白酶和1.5％枯草杆菌中性蛋白酶在PH= 7.0、50℃条件下对青鳞鱼下脚料水解120min后再加入2％风味酶继续水解60 min。对采用新工艺制备鱼露的主要营养成分进行分析，结果表明，新工艺鱼露氨基酸氮含量略高于国标的上限值．总氮则比国标值上限高得多，而食盐则比国标值上限略低，也就是说新工艺鱼露的质量略高于国标的要求。
2.6 胶原蛋白的回收
秦玉青[18]等人采用酶法促溶和热水提取两种方法对鱿鱼皮中的胶原蛋白进行回收利用，以其回收率为依据，得出胃蛋白酶5℃酶解72h和100℃水提6h分别为酶法提取和热水提取的最佳条件。而采用酶法促溶要得到较高的胶原蛋白回收率和较好的酶提液色泽，胃蛋白酶促溶温度宜控制在15℃以下。
另外，S. Morimura[19]等人对回收的胶原蛋白（鲱鱼下脚料中提取）进行水解，发现其产物中色氨酸，苏氨酸，亮氨酸，组氨酸等多种氨基酸的含量甚至超过胶原蛋白标样；而且该产物还有降低血压等生理活性。
然而秦玉青[18]等人采用酶法促溶获得的胃蛋白酶酶解液鱼腥味较大，他们尝试用活性碳、β—环糊精等处理，效果都不明显，如何有效去除鱼腥味还需继续研究。
2.7其它研究进展
Claire Hellio[20]等人用乙醇从鱼的背部皮肤及粘液中提取得到了抗细菌，抗真菌成分，研究发现这些成分对细菌，真菌具有很好的抑制作用，而且不会对小鼠的纤维原细胞产生毒害作用，因此具有开发成药用制剂的可能。
F.Laos[21]等人报道将鱼下脚料与锯末、木屑制备混合肥料，步骤如下：虹鳟鱼下脚料——加入1/3重量的疏松剂（锯末、木屑1：1 v/v）——混合均匀，放置于密闭的PVC管反应器——20天后重新混合一次——产品（90-100天）。
魏民[22]曾报道制取鱼鳞胶、鱼皮胶等鱼胶后的胶渣以及鱼品加工厂剩下的鱼鳞鱼鳍可用来制取角蛋白。可溶性角蛋白是一种表面活性物质,能用作洗涤剂的活性物,因其具有良好的乳化性能，还能用作农药的乳化剂，轻微水解后则可用作泡沫灭火剂。制取可溶角蛋白的方法是：把角蛋白的原料用10倍量浓度为10％的硫化钠溶液浸泡，浸泡过程中应不断搅拌，角蛋白即逐渐溶入水中。如果浸泡温度是20℃，则制得的蛋白质可溶于弱碱液中；如果温度是80℃，则制得的蛋白质可溶于水中。20℃时的收率为90—95％，80℃时为75—80％。
另外，鱼下脚料与草炭(peat)可以加工成混合肥料，作为蘑菇的培养料使用，而且其酸提取液具有丰富的营养素，可用来代替培养基，或者作为发酵基质（fermentation substrate）使用[23]。
3.发展趋势
尽管近年来对鱼下脚料综合利用的研究越来越多并取得了很多进展，但综合利用鱼下脚料的整体水平并未显著提高，如何综合利用鱼下脚料仍然是一个亟待解决的问题。其未来的发展趋势，笔者认为主要涉及以下几个方面：（1）许多研究还存在着或多或少的缺陷，例如鱼腥味的残留，某些营养成分的损失（有时损失率较大）等等，因此未来的研究应对现有的研究进一步完善，解决这些尚未解决的问题。（2）大多数研究只是针对某一种鱼，由于鱼的品种不同，其营养成分组成也不同，加工工艺自然就有差异，某一种鱼的加工工艺不一定适合另一种鱼，确定每一种鱼的最佳工艺条件以及成本较低附加值较高的优化产品仍然需要大量的研究。（3）科技的进步给我们带来了许多先进的技术，高效液相色谱，超临界萃取，膜分离等等，如何将这些技术应用于水产加工，从而提取到回收率较大、纯度较高的高附加值产品值得我们深思。（4）另外，以上介绍的绝大多数研究还仅仅停留在理论水平，有些还存在某些缺陷，如何尽快打破这些技术难题所造成的“瓶颈”并将其产业化，也是未来的发展方向。
相信在不久的将来，通过众多领域学者的密切配合和不懈努力，我国鱼类的综合利用水平一定会上一个新台阶。

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