龚志强，王 朋，赵玉谨，罗红宇

(浙江海洋学院食品与医药学院，浙江舟山316022)



金枪鱼碎肉水解液喷雾干燥工艺优化及抗氧化活性研究

龚志强，王 朋，赵玉谨，罗红宇*

(浙江海洋学院食品与医药学院，浙江舟山316022)

[目的]研究金枪鱼碎肉水解液喷雾干燥条件及喷雾干燥产物的抗氧化活性。[方法]以干燥的蛋白肽粉产量为指标，对入口温度、干燥时间及进样速度进行研究，并采用正交试验优化了喷雾干燥工艺。[结果]优化的喷雾干燥条件为入口温度145 ℃，干燥时间65 min，进样速度3 ml/min时，蛋白肽粉产量为14.55 g/L，所得产物颜色较浅，粒度均匀，水溶性较好，气味芬芳。干燥肽粉对DPPH自由基半数清除率为25.48 mg/ml，羟自由基的半数清除率为28.81 mg/ml，还原力随肽粉溶液浓度增加而增加。[结论]在一定条件下喷雾干燥得到的金枪鱼碎肉水解液对清除DPPH自由基、羟自由基具有良好的效果，有较强的抗氧化能力，操作方法简易，生产周期短，成本较低，具有较高的工业利用价值。

喷雾干燥；肽粉产量；抗氧化性能

喷雾干燥是将原料液用雾化器将料液喷成雾滴分散于热气流中, 并用热空气(或其他气体)与雾滴直接接触，使料液所含水分快速蒸发而获得粉粒状产品的一种干燥过程。利用该方法可从料液直接获得粉末产品，不仅综合了蒸发、结晶、颗粒分级及粉碎等操作，而且所得产品的粒度均匀，有速溶性且干燥时间短。原料液可以是溶液、乳浊液或悬浮液，也可以是熔融液或膏状物。干燥产品可以根据需要, 制成粉状、颗粒状、空心球状或团粒状。喷雾干燥技术至今已有一百多年的发展史，自1865年喷雾干燥最早用于蛋品处理以来, 这种由液态经雾化和干燥在极短时间直接变为固体粉末的过程, 已经取得了长足的进步，它使许多有价值但不易保存的物料得以大大延长保质期, 使一些物料便于包装、使用和运输, 同时也简化了一些物料的加工工艺。自20世纪初欧洲用喷雾干燥技术开发出脱脂牛乳干燥以来, 现在已经广泛运用于食品、化工、医药、环保、催化剂、染料、颜料、色素、精细化工品、林化产品、天然提取物、环境保护等领域[1-6]。

金枪鱼在加工成生鱼片和罐头的过程中，产生大量的下脚料，约占总质量的50%～70%，且含有大量的生物活性物质，如抗氧化肽、抗微生物肽以及降血压肽等，具有较高的应用价值。人体内的内源性自由基清除系统，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、还原型谷胱甘肽等，在消除体内的多余自由基上发挥了重要作用，但是目前由于环境、食物、压力及年龄等因素，人们体内自由基水平过高已对健康造成严重威胁。因此，摄入一些外源性抗氧化剂可以更好地配合内源性自由基保护机体[7]。故笔者通过生物酶解金枪鱼碎肉下脚料制备水解肽溶液，研究了肽溶液的喷雾干燥优化工艺及抗氧化活性。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1原料。金枪鱼碎肉，购于浙江省宁波市丰盛食品有限公司。

1.1.2主要试剂。DPPH、95%乙醇、PBS、水杨酸、铁氰化钾、三氯乙酸，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；胰酶，4 000 U/g，南宁庞博生物有限公司；风味酶，2.0×106U/g, 南宁庞博生物有限公司。

1.1.3主要仪器。SD-06AG型喷雾干燥机，英国LABPLANT公司；PHS-3C型精密酸度计，上海精密科学仪器有限公司；UV-2102C型紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；TD5A-WS型，湘仪离心机仪器有限公司；CU420型电热恒温水箱，上海益恒实验仪器有限公司；HH-6型数显恒温循环水浴锅、SHA-C型(数显)水浴恒温振荡器，常州国华电器有限公司；奥豪斯CP214-JY19精密电子天平，奥豪斯仪器(上海)有限公司；TD5000(5000 g/1g)型电子天平，余姚市金诺天平仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1蛋白水解液制备方法。参照文献[8]方法，采用异丙醇，将原料于 50 ℃下脱脂 1.5 h，干燥成粉末，将粉末与水以1∶3混匀按以下条件进行酶解反应：温度45 ℃、时间6 h、体系pH 7.0、胰蛋白酶和木瓜蛋白酶的添加量分别为 15 000 U/g 和 45 000 U/g，反应结束后，经过滤、透析去盐处理，获得金枪鱼碎肉蛋白水解液。

1.2.2DPPH自由基清除率的测定。取2 ml肽粉溶液，加入2 ml浓度为0.04 g/L的DPPH溶液，混合均匀，于避光处反应30 min；反应结束后，在3 500 r/min条件下离心10 min，取上清液，产物在517 nm处测其吸光值为Ai；后以等体积的磷酸盐缓冲溶液(PBS)取代DPPH溶液，其他操作同上，作为空白组，在517 nm处测定其吸光值，记为Aj；再以等体PBS取代肽粉溶液，其他操作同上，作为对照组，在517 nm处测其吸光值，记为A0；按下式计算肽粉溶液对DPPH自由基的清除率:

E(DPPH)=[1-(Ai-Aj)]×100%/A0

1.2.3羟自由基(·OH)的清除率的测定。参照文献[8]方法，取2 ml肽粉溶液，依次加入 2 ml 6 mmol/L的FeSO4、2 ml 6 mmol/L的H2O2,混匀后静置10 min，加入2 ml 6 mmol/L水杨酸混匀后静置30 min，在510 nm处测其吸光值，记为Ai；后用等体积的双蒸水代替水杨酸，其他操作同上，作为空白组，测得的吸光值记为Aj；再以等体积双蒸水代替水解物，其他操作同上，作为对照组，测得的吸光值记为A0；按下式计算肽粉对羟自由基(·OH)的清除率:

E(·OH)=[1-(Ai-Aj)]×100%/A0

1.2.4还原力的测定。参照文献[8]方法，取样品1.0 ml，依次加入1.0 ml 0.2 mol/L pH 6.6的PBS和1.0 ml 1%的K3Fe(CN)6，混合均匀后，在50 ℃水浴中保温20 min。反应结束后，溶液体系需立即降温制冷，并加入1.0 ml 10%的三氯乙酸，摇匀，在3 000 r/min下离心5 min。取上清液2.0 ml，加入2.0 ml双蒸水和0.8 ml 0.1% FeCl3，混合均匀，静置10 min后测定波长700 nm处吸光值，记为OD700。酶解液在波长700 nm的吸光值越大表示还原力越强，抗氧化能力越高[8-10]。

2 结果与分析

2.1 喷雾干燥工艺的研究

2.1.1入口温度对蛋白肽粉产量的影响。按照“1.2.1”方法制备蛋白水解液12 L，均分为12组，每组1 L，设置进样速度3 ml/min，分别在95、100、105、110、115、120、125、130、135、140、145、150、155 ℃温度下干燥1 h，测定干燥所得肽粉的质量，结果如图1所示。

图1 入口温度对蛋白肽粉产量的影响

由图1可知，随着温度的升高，蛋白肽粉的产量呈现增加趋势。蛋白溶液流经喷雾管道后，成为雾滴状，温度升高，加快雾滴中的水分蒸发，瞬间使雾滴干燥成粉末，肽粉产量不断增加。当温度为145 ℃时，最大产量为14.52 g/L；但是当温度超过145 ℃后，由于温度过高，导致水解液中的肽发生褐变，肽链断裂，出现黏稠、凝结成块的现象，部分肽粉亦高温失活,导致蛋白肽粉产量下降。因此在后续试验中，选择145 ℃作为入口温度[11]。

2.1.2干燥时间对蛋白肽粉的产量的影响。按照“1.2.1”方法制备蛋白水解液1 L，设置入口温度145 ℃，进样速度3 ml/min，干燥时间分别设定为35、40、45、50、55、60、65、70、75、80 min，测定蛋白肽粉的质量，所得结果如图2所示。

图2 干燥时间对蛋白肽粉的产量的影响

如图2所示，随着干燥时间的延长，蛋白肽粉的含量呈逐渐增加的趋势；当干燥时间超过60 min后，由于收集管口温度较高，导致肽粉发生高温熔融或软化凝聚现象而降低了肽粉产量。因此，试验中每隔60 min，需收集产品，以有效提高回收率，降低损耗。

2.1.3进样速度对蛋白肽粉产量的影响。按照“1.2.1”方法制备蛋白水解液5 L，设置入口温度145 ℃，干燥时间60 min，设定进样速度分别为1、2、3、4、5 ml/min，分别测定干燥肽粉的质量，结果如图3所示。

图3 进样速度对蛋白肽粉产量的影响

由图3可见，随着进样速度的提高，干燥的肽粉产量呈先上升后下降的趋势，当流速小于3 ml/min时，样品的供给量不足，产量与损耗较低；当进样速度为3 ml/min左右时，产量能够达到最大值；然而随着进样速度进一步增大，产量开始下降，分析主要原因为样品的单位时间内供给量增大，部分不能完全干燥且含水量较高的蛋白肽造成喷雾口轻度堵塞，导致产量下降，当进样速度继续增大，喷雾口完全被堵塞时，无法获得产品。因此，该试验选择进样为3 ml/min。

2.2 喷雾干燥工艺优化在单因素试验基础上，采用3因素3水平[L9(33)]正交试验，研究喷雾干燥温度、干燥时间、进样速度对蛋白肽粉产量的影响，表1为因素水平设计，表2为试验结果分析。

表1 正交试验因素水平设计

表2 正交试验结果

2.3 蛋白肽粉的抗氧化活性

2.3.1对DPPH自由基清除率的影响。DPPH自由基的清除率常作为衡量各种抗氧化剂清除自由基能力的反应底物[12-15]。该试验研究了不同浓度的肽粉对DPPH的清除率，结果如图4所示。结果显示，肽粉浓度对DPPH的清除率满足方程y=1.463 4x+14.579，R2=0.984 6，根据该方程得出肽粉对DPPH的半数清除率为25.48 mg/ml。该结果表明，该试验制备的蛋白肽粉具有一定的DPPH自由基清除能力，所得结果与孙骞等的试验具有相似的结论[16]。

图4 不同浓度肽粉对DPPH自由基清除率的影响

2.3.2肽粉浓度对羟自由基清除率的影响。羟自由基在活性氧基团中化学性质最活泼，它能与细胞中的糖、氨基酸核苷等大分子发生反应，而且反应速度极快，具有很强的破坏性和毒性[17]。该试验研究了不同浓度的肽粉对羟自由基(·OH)的清除率，结果如图5所示。结果显示，肽粉浓度对羟自由基(·OH)的清除率满足方程y=1.605 8x-2.124 6，R2=0.997 5，半数清除率为28.81 mg/ml。说明该试验制备的蛋白肽粉具有一定的清除羟自由基(·OH)的能力。

图5 不同肽粉浓度对羟自由基(·OH)清除率的影响

2.3.3肽粉还原力的测定。评价某化合物抗氧化活性的另一个重要指标是其总还原能力，在一般情况下，物质的还原能力与抗氧化能力呈正相关。通过测定还原能力，可以判定该物质是否为优良的电子供体[12,15]。该试验研究了不同浓度肽粉的还原力，结果如图6所示。由图6可以看出，还原能力随着肽粉浓度的增加而增加，与DPPH自由基和羟自由基的清除率变化趋势相同。

图6 肽粉还原力的测定

3 结论与讨论

蛋白干燥的主要方法有真空冷冻干燥、喷雾干燥等方法和微波干燥法。真空冷冻干燥具有低消耗、操作简单，适用于实验室应用，缺点是干燥周期长，易受盐、有机溶剂等成分的影响，且运行成本高。而喷雾干燥具有生产能力大、工艺简单、易于工业化放大、干燥时间短等优点，但是由于温度过高容易造成蛋白活性降低甚至失活，所以对喷雾干燥工艺的研究很重要。在该试验中，优化的喷雾干燥工艺为温度145 ℃，干燥时间65 min时，进样速度为3 ml/min时，产量可以达到14.55 g/L。所得干燥肽粉具有一定的抗氧化能力，DPPH自由基的半数清除率为25.48 mg/ml，羟自由基的半数清除率28.81 mg/ml，还原力随肽粉溶液浓度增加而增加。

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Optimizating Spray Drying Process for Tuna Meat Hydrolysate and Antioxidant Activity

GONG Zhi-qiang, WANG Peng, ZHAO Yu-jin, LUO Hong-yu*

(Food and Medicine School, Zhejiang Ocean University, Zhoushan, Zhejiang 316022)

[Objective] To study tuna meat hydrolyzate spray drying conditions and the influence of spray drying to hydrolysate antioxidant activity. [Method] With dried protein peptide power as index, the inlet temperature, drying time and filling speed was studied, and the spray drying process was optimized by using orthogonal experiment. [Result] The optimized conditions of spray-drying is the inlet temperature 145 ℃, the drying time 65 min, the sampling rate 3 ml/min, the protein power yield 14.55 g/L, products is shallow, epigranular, solvable and aromatic. Dry peptide powder on DPPH free radical clearanceID50is 25.48 mg/ml, hydroxyl free radical half of the clearance is 28.81 mg/ml, reducing power increases with the increase of peptide powder solution concentration. [Conclusion] Tuna meat hydrolyzate under certain conditions of spray drying has good effect to remove DPPH free radical, hydroxyl free radica and has great antioxidant ability. The techonlogy is simple and has short production cycle, lower cost and higher industrial utilization value.

Spray drying; Peptide powder production; Antioxygenic property

浙江省优先主题重点社会发展项目(2009C03017-2)。

龚志强(1994-)，男，江西上饶人，本科生，专业：食品科学与工程。*通讯作者，教授，博士，从事水产品加工与贮藏研究。

2014-12-12

S 986

A

0517-6611(2015)04-297-03