金火喜, 張治國(guó), 郜海燕
浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院食品科學(xué)研究所, 浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 杭州 310021
生物技術(shù)是以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合其他基礎(chǔ)科學(xué)的科學(xué)原理,采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),按照預(yù)先的設(shè)計(jì)改造生物體或加工生物原料,以提供產(chǎn)品為人類社會(huì)服務(wù)的技術(shù)。生物技術(shù)包括發(fā)酵工程、酶工程、細(xì)胞工程、基因工程和蛋白質(zhì)工程技術(shù)等,其中發(fā)酵工程技術(shù)、酶工程技術(shù)等與人類生活息息相關(guān),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境和醫(yī)藥等眾多行業(yè)之中。
水產(chǎn)品是海洋和淡水漁業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)植物及其加工產(chǎn)品的統(tǒng)稱。水產(chǎn)品種類繁多,因其口味鮮美,富含活性肽、?;撬岷筒伙柡椭舅岬榷喾N高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值物質(zhì)而備受消費(fèi)者青睞。水產(chǎn)業(yè)是我國(guó)最早進(jìn)行市場(chǎng)化改革的領(lǐng)域。過(guò)去十年,中國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量持續(xù)快速增長(zhǎng),中國(guó)水產(chǎn)品出口已經(jīng)躍居世界首位,約占世界水產(chǎn)品貿(mào)易總額的10%。但隨著水產(chǎn)品資源的日益枯竭和人們生活品質(zhì)的提高,傳統(tǒng)的水產(chǎn)品養(yǎng)殖和加工技術(shù)已面臨著巨大的挑戰(zhàn)。將先進(jìn)的新技術(shù)應(yīng)用到水產(chǎn)品的養(yǎng)殖、加工及保鮮過(guò)程中就顯得越來(lái)越重要。加大養(yǎng)殖密度、將低值水產(chǎn)品加工成高附加值產(chǎn)品、延長(zhǎng)保鮮期限等都能明顯增加經(jīng)濟(jì)效益。將現(xiàn)代生物技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)品中能解決這一系列問(wèn)題,為水產(chǎn)品加工業(yè)開(kāi)辟新的途徑。
隨著生物技術(shù)的發(fā)展,水產(chǎn)品養(yǎng)殖飼料得到了極大的豐富和擴(kuò)展。利用生物技術(shù)生產(chǎn)的飼料或飼料添加劑,對(duì)促進(jìn)養(yǎng)殖產(chǎn)品的生產(chǎn)性能,提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的健康水平有重要作用。利用特選的微生物菌種,對(duì)不同的原料進(jìn)行發(fā)酵制備的生物飼料來(lái)替代常規(guī)飼料,能促進(jìn)魚(yú)類的生長(zhǎng),提高魚(yú)體的生長(zhǎng)速度,降低飼料的餌料系數(shù),從而降低養(yǎng)殖成本。在鰻魚(yú)等高值水產(chǎn)品的養(yǎng)殖過(guò)程中,常用的飼料都是以價(jià)格昂貴的白魚(yú)粉作為主要蛋白源。潘雷等[1]以植物蛋白為基礎(chǔ),經(jīng)以芽胞桿菌為主的多種微生物發(fā)酵而成的酶解蛋白粉替代鰻魚(yú)飼料中的部分白魚(yú)粉,發(fā)現(xiàn)對(duì)鰻魚(yú)的生長(zhǎng)速度和成活率沒(méi)有不良影響,且有一定的促生長(zhǎng)效果。用此酶解蛋白粉替代白魚(yú)粉,既降低了生產(chǎn)成本,還提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
微生物制劑是從天然環(huán)境中篩選出來(lái)的微生物菌體,經(jīng)培養(yǎng)繁殖后可制成含有大量有益菌的活菌制劑。微生物制劑能有效控制和改善養(yǎng)殖水體微生態(tài)環(huán)境的水質(zhì),維持生態(tài)平衡,提高水產(chǎn)動(dòng)物的免疫能力,抑制病原菌的繁殖,從而減少疾病的發(fā)生,提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的成活率。目前在水產(chǎn)品養(yǎng)殖中應(yīng)用廣泛的有益微生物群種類很多,主要包括光合細(xì)菌、芽胞桿菌、乳酸菌和酵母菌等。溫世喜等[2]通過(guò)在水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘中加入微生物制劑,降低了養(yǎng)殖魚(yú)類發(fā)生病害的幾率,魚(yú)的成活率高,進(jìn)而由于水質(zhì)好,吃食旺盛,產(chǎn)量也高,增產(chǎn)增效效果明顯。微生物制劑應(yīng)用于泥鰍的高密度養(yǎng)殖中也取得非常顯著的效果,能促進(jìn)泥鰍快速生長(zhǎng),提高泥鰍的養(yǎng)殖密度[3]。
在水產(chǎn)品加工中,常規(guī)的機(jī)械法去皮、脫鱗和脫卵膜等加工過(guò)程非常費(fèi)時(shí),有時(shí)還會(huì)對(duì)水產(chǎn)品的肌肉組織和營(yíng)養(yǎng)成分造成損害。生物技術(shù),特別是酶技術(shù)用于去皮、脫鱗、脫卵膜中,其反應(yīng)溫和,不需使用強(qiáng)機(jī)械力和強(qiáng)酸強(qiáng)堿,可以更好地保存水產(chǎn)組織的原有性狀。
海洋水產(chǎn)品如貝類、魚(yú)類等都可以用酶法替代傳統(tǒng)的機(jī)械法和化學(xué)法脫除皮等不需要的組織,從而減少對(duì)肌肉組織的傷害,提高產(chǎn)品收率。用于水產(chǎn)品去皮的酶主要包括蛋白質(zhì)水解酶、糖苷酶和脂肪水解酶等。Gildberg等[4]研究發(fā)現(xiàn),利用魚(yú)消化道酶在pH 4.0條件下能夠很好地去除毛鱗魚(yú)皮。利用來(lái)源于魷魚(yú)內(nèi)臟的魷魚(yú)肝酶可用來(lái)脫除魷魚(yú)皮,方法簡(jiǎn)單,成本低,且保持了魷魚(yú)肌肉原有的性狀[5]。
魚(yú)制品加工中,去鱗是一個(gè)非常費(fèi)時(shí)的過(guò)程,且存在去鱗不完全、肌肉組織受損等問(wèn)題。挪威學(xué)者通過(guò)酶液浸泡魚(yú)體,使魚(yú)鱗與外表皮連接松弛,然后用水即可沖去鱗片[6]。利用該工藝每小時(shí)可加工1 300 kg黑線鱈,而處理1 t黑線鱈只需要60 g鱗酶。此項(xiàng)工藝不僅可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度,而且也降低了成本,具備良好的應(yīng)用前景。
水產(chǎn)品腥味的成分較復(fù)雜,有胺類、揮發(fā)性酸、烯醛等十多類物質(zhì),這些腥氣特征化合物的前體物質(zhì)主要是堿性氨基酸[7]。脫除腥味的方法有很多,包括物理法、化學(xué)法和生物法,其中生物法是指利用微生物或酶催化腥味物質(zhì)代謝轉(zhuǎn)變成無(wú)腥味無(wú)害的物質(zhì),從而達(dá)到去除腥味的效果。相比于物理法,生物法去腥更徹底,且不會(huì)對(duì)肌肉組織造成損害;相比于化學(xué)法則無(wú)需添加額外的化學(xué)物質(zhì),產(chǎn)品更安全。陳奇等[8]比較了液體煙薰料腌制脫腥法、紫蘇混合液腌制脫腥法、粉末活性碳脫腥法、有機(jī)紅茶脫腥法和酵母發(fā)酵脫腥法對(duì)淡水鰱魚(yú)和干海魚(yú)仔的脫腥效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)酵母發(fā)酵對(duì)海魚(yú)仔脫腥效果最理想。金晶等[9]采用發(fā)酵法對(duì)淡水魚(yú)魚(yú)糜進(jìn)行脫腥,發(fā)現(xiàn)脫腥效果顯著,由此加工制成的魚(yú)糜制品經(jīng)鑒定品質(zhì)良好。
很多蛋白質(zhì)在水解之后會(huì)形成由疏水性氨基酸組成的苦味肽,從而呈現(xiàn)出苦味。苦味的強(qiáng)弱與水解率、蛋白酶種類有關(guān)。使用脲酶可以降解鯊魚(yú)等魚(yú)肉中大量存在的尿素,從而祛除異味[10]。利用風(fēng)味蛋白酶對(duì)鱈魚(yú)蛋白水解產(chǎn)物進(jìn)行脫苦,在水解溫度55℃、酶的添加量3%、pH 5.5條件下,能獲得苦味低和鮮味高的脫苦產(chǎn)物[11]。
隨著科技和社會(huì)的進(jìn)步,人們生活水平不斷提高,低值水產(chǎn)品直接食用的價(jià)值越來(lái)越低,人們更趨向于食用水溶性好、低脂、高蛋白的水產(chǎn)品水解蛋白。故應(yīng)用生物技術(shù),特別是酶技術(shù)生產(chǎn)各種濃縮水解蛋白是水產(chǎn)品綜合利用的一條新途徑,具有廣闊的市場(chǎng)前景。王長(zhǎng)云等[12]采用蛋白酶水解法從鱈魚(yú)加工廢棄物鱈魚(yú)碎肉中提取制備的水解蛋白粉無(wú)苦味,有海鮮味,是優(yōu)良的蛋白質(zhì)制品。袁曉晴等[13]則用堿性蛋白酶水解鳙魚(yú)魚(yú)肉蛋白,獲得了高回收率的水解蛋白,其酶解物的氨基酸組成與鳙魚(yú)魚(yú)肉蛋白的氨基酸組成差別不大,很好地保持了魚(yú)肉蛋白的特定氨基酸成分。用蛋白酶水解魷魚(yú)頭、皮、鰭后制得的魷魚(yú)蛋白粉含有豐富的?;撬帷⒕S生素和鋅等成分,可直接食用,也可作為強(qiáng)化食品的原料[14]。
利用酶技術(shù)生產(chǎn)生物活性物質(zhì)或功能性食品成分是水產(chǎn)品加工中又一重要部分。Je等[15]用鯖魚(yú)腸道酶水解青鱈魚(yú)片加工廢棄物,經(jīng)過(guò)分離純化后可獲得抗氧化肽??寡趸膶?duì)羥基自由基有很好的清除能力,具有延長(zhǎng)食品保質(zhì)期和延緩衰老的功效。林麗云等[16]采用木瓜蛋白酶水解制備波紋巴非蛤活性肽復(fù)合物,同樣具有較強(qiáng)的抗氧化活性。ω-3不飽和脂肪酸,尤其是EPA和DHA,不僅是人體必需的營(yíng)養(yǎng)成分,而且在防治心血管疾病、抗癌、抗炎癥和健腦等方面也有功效。利用各種專一性強(qiáng)的脂肪水解酶處理水產(chǎn)品,可以起到富集EPA和DHA的作用。例如,利用專一性解脂假絲酵母脂肪酶對(duì)魚(yú)油進(jìn)行處理, 可以使EPA 和DHA的含量由原來(lái)的30%左右富集到47.9%左右[17]。用1,3位專一性脂酶,水解沙丁魚(yú)油,可使得其EPA和DHA含量由原來(lái)的29%提高到44.5%[18]。
隨著時(shí)代的發(fā)展,人們對(duì)生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高,傳統(tǒng)的調(diào)味品已滿足不了人們的要求。海鮮風(fēng)味調(diào)味品,不僅含有氨基酸、有機(jī)酸等呈味成分,還含有牛磺酸、活性肽和不飽和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)保健成分,既鮮美又營(yíng)養(yǎng),越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。與傳統(tǒng)強(qiáng)酸強(qiáng)堿分解法相比,應(yīng)用蛋白酶酶解各種水產(chǎn)品獲得海鮮風(fēng)味調(diào)味品的方法既高效又溫和,對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分破壞性小。選擇堿性蛋白酶和中性蛋白酶對(duì)青鱗魚(yú)下腳料進(jìn)行酶解,經(jīng)適當(dāng)調(diào)配可制得風(fēng)味濃郁的魚(yú)露[19]。以蝦皮為主要原料,經(jīng)米曲霉發(fā)酵可生產(chǎn)調(diào)味蝦醬,其氨基酸含量高,醬色鮮艷,口感好,醬香味和蝦鮮味濃郁[20]。Imm等[21]應(yīng)用復(fù)合風(fēng)味蛋白酶對(duì)紅海鱈魚(yú)肉進(jìn)行酶解,酶解產(chǎn)物中包括谷氨酸、精氨酸等風(fēng)味氨基酸的含量是未經(jīng)酶解魚(yú)肉中的6~9倍。
水產(chǎn)品因肉質(zhì)鮮美,風(fēng)味獨(dú)特,且富含不飽和氨基酸、活性肽和?;撬岬葼I(yíng)養(yǎng)保健成分而備受消費(fèi)者青睞。水產(chǎn)品的鮮度是其主要的品質(zhì)指標(biāo),是決定其價(jià)格的主要因素,再加上水產(chǎn)品本身容易腐爛變質(zhì),故水產(chǎn)品的保鮮是水產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),直接影響著其經(jīng)濟(jì)效益。目前,應(yīng)用于水產(chǎn)品的保鮮技術(shù)主要有低溫保鮮、化學(xué)保鮮、氣體保鮮、輻射保鮮和生物保鮮等。生物保鮮是近幾十年來(lái)食品保鮮領(lǐng)域的新技術(shù),引起了人們極大的關(guān)注,具有廣闊的應(yīng)用前景。生物保鮮主要包括微生物保鮮和酶法保鮮,主要涉及乳酸菌和假單胞菌等微生物種類,及溶菌酶、葡萄糖氧化酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶和脂肪酶等酶類。
乳酸菌產(chǎn)生的乳酸菌素是一種高效、無(wú)毒的生物保鮮劑,能抑制許多引起食品腐敗變質(zhì)的細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。另外,乳酸菌的代謝產(chǎn)物如乳酸、脂肪酸等可降低食物的pH,也可以抑制許多微生物的生長(zhǎng)。用乳酸菌素處理蝦肉糜后,細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖得到有效抑制,保質(zhì)期由2 d延長(zhǎng)至5~6 d,且對(duì)蝦肉糜的感官品質(zhì)無(wú)明顯影響[22]。然而,乳酸菌素一般只能抑制革蘭氏陽(yáng)性菌的生長(zhǎng),對(duì)革蘭氏陰性菌的抑制效果不理想。因此,為了起到全面的抑菌效果,乳酸菌一般配合EDTA或檸檬酸鹽等螯合劑使用,對(duì)水產(chǎn)品進(jìn)行協(xié)同保鮮。
溶菌酶是一類多糖水解酶,能水解細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖的β-1, 4 糖苷鍵,導(dǎo)致細(xì)菌自溶死亡,對(duì)沒(méi)有細(xì)胞壁的人體細(xì)胞無(wú)不利影響。溶菌酶廣泛存于鳥(niǎo)類、家禽的蛋清和哺乳動(dòng)物的眼淚、唾液、血液、鼻涕、尿液、乳汁及組織細(xì)胞中。溶菌酶對(duì)多種微生物有很好的抑菌甚至致死作用,且對(duì)人體無(wú)害,故在食品保藏中得到廣泛的應(yīng)用。利用溶菌酶對(duì)食品,包括水產(chǎn)品進(jìn)行保鮮,只需在食品上面直接噴灑一定濃度的溶菌酶溶液即可起到防腐保鮮作用。Hikima等[23]研究發(fā)現(xiàn),來(lái)源于日本囊對(duì)蝦的溶菌酶對(duì)多種弧菌及魚(yú)類病原菌具有有效的殺菌作用。藍(lán)蔚青等[24]用溶菌酶保鮮液浸泡帶魚(yú),然后置于4℃下貯藏,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其貯藏時(shí)間、感官品質(zhì)、微生物指標(biāo)等均明顯優(yōu)于未經(jīng)溶菌酶液處理的對(duì)照組。為了得到更好的保鮮效果,往往將溶菌酶與其他酶類或者保鮮技術(shù)聯(lián)合使用。如利用溶菌酶聯(lián)合EDTA對(duì)新鮮鱈魚(yú)片進(jìn)行浸漬保鮮,可有效抑制李斯特菌和其他腐敗菌的生長(zhǎng)繁殖,延長(zhǎng)保鮮期[25]。聯(lián)合溶菌酶與乳酸菌素對(duì)蟶肉進(jìn)行處理,保鮮效果更好,冷藏保鮮期明顯延長(zhǎng)[26]。
葡萄糖氧化酶能在有氧條件下將葡萄糖氧化成葡萄糖酸,不僅能除氧,防止水產(chǎn)品的氧化變質(zhì),還能降低水產(chǎn)品表面的pH,抑制細(xì)菌的生長(zhǎng),故其被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)品保鮮中。利用葡萄糖氧化酶對(duì)蝦類進(jìn)行防褐變保鮮處理,相比于常用抗氧化劑和防腐劑,蝦在長(zhǎng)時(shí)間的冷藏(4℃、120 h)和冷凍(-18℃、12個(gè)月)后具有更高的鮮度[27]。
其他應(yīng)用于水產(chǎn)品保鮮中的酶主要有谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶和脂肪酶等。利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶處理魚(yú)肉蛋白后, 會(huì)生成可食性的薄膜, 可直接用于水產(chǎn)品的保藏[28]。趙前程等[29]以果膠為原料, 通過(guò)酶解法制備出果膠酶解物, 并用于鮮活大菱鲆魚(yú)肉的保鮮的研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)果膠降解物具有明顯的保鮮效果。
生物技術(shù)在水產(chǎn)品養(yǎng)殖、加工和保鮮中應(yīng)用越來(lái)越普遍,尤其是隨著人們生活水平的提高,普通低值水產(chǎn)品已不能滿足人們的需求,充分利用一些低價(jià)值水產(chǎn)品來(lái)生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品顯得日益重要。利用生物技術(shù)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)水產(chǎn)品養(yǎng)殖、加工及保鮮技術(shù)的缺陷,既提高了生產(chǎn)率,降低了成本,又更好地保留了其營(yíng)養(yǎng)成分,提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
應(yīng)用于水產(chǎn)品加工、保鮮等過(guò)程中最重要,也最普遍的生物技術(shù)是酶工程技術(shù)。通過(guò)酶工程技術(shù)可以將原本低價(jià)值的水產(chǎn)品轉(zhuǎn)變成高附加值的產(chǎn)品,顯著提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。然而,水產(chǎn)品工業(yè)中酶的選擇取決于其成本、來(lái)源、反應(yīng)條件、穩(wěn)定性和對(duì)酶抑制劑或激活劑的敏感性等因素。大多數(shù)酶穩(wěn)定性差、對(duì)環(huán)境敏感,且來(lái)源受限,限制了其在水產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上的應(yīng)用前景。未來(lái)通過(guò)基因工程等技術(shù)改善酶的性質(zhì)和提高酶的產(chǎn)量將是酶開(kāi)發(fā)的主要方向。相信隨著科技和社會(huì)的進(jìn)步,生物技術(shù)在水產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。
參 考 文 獻(xiàn)
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