何 云 包建強(qiáng) （上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海市浦東新區(qū) 201306）

關(guān)于魚骨成分分析的研究進(jìn)展

何 云 包建強(qiáng) （上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海市浦東新區(qū) 201306）

為使人們更全面地了解魚骨的價(jià)值，在綜述魚骨的營養(yǎng)價(jià)值、結(jié)構(gòu)組成、生化成分、有效成分研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，總結(jié)介紹了魚骨結(jié)構(gòu)組成的特點(diǎn)及對有效成分提取的影響，不同魚骨的生化成分組成及含量，有效成分的提取方法、性質(zhì)及應(yīng)用等，以期為其進(jìn)一步研究與開發(fā)利用提供參考。

魚骨；營養(yǎng)價(jià)值；結(jié)構(gòu)組成；生化成分；有效成分

我國是一個(gè)漁業(yè)大國，自1989年起水產(chǎn)品總產(chǎn)量一直居世界首位，2007年我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)4 747.52萬t，約占世界漁業(yè)總產(chǎn)量的1/3[1]。隨著漁業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展、水產(chǎn)品消費(fèi)的快速增長，以魚骨為主的下腳料數(shù)量也在不斷增加。以鮟鱇魚為例，在加工處理過程中，產(chǎn)生的下腳料約占魚體質(zhì)量的60%以上，其中魚骨約占下腳料總量的70%[2-4]。由于人們對魚骨的價(jià)值缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，加上產(chǎn)業(yè)鏈的不完善，魚骨等下腳料通常被直接丟棄，或經(jīng)過粗加工作為低值魚粉用于飼料行業(yè)，造成環(huán)境污染或資源浪費(fèi)。而當(dāng)今社會(huì)，資源危機(jī)、環(huán)境污染等問題日益突出，因此充分利用好魚骨資源意義重大。本文綜述了魚骨的營養(yǎng)價(jià)值、結(jié)構(gòu)組成、生化成分、有效成分等方面的研究進(jìn)展，旨在使人們更全面地了解魚骨的價(jià)值，以期為其進(jìn)一步研究與開發(fā)利用提供參考。

1 我國水產(chǎn)品產(chǎn)量現(xiàn)狀

我國內(nèi)陸水域遼闊，水產(chǎn)品資源豐富。2015年，我國水產(chǎn)品產(chǎn)量達(dá)6 690萬t，比上年增長3.5%；其中，魚類海水產(chǎn)品1 255.3萬t，比上年增長4.4%；魚類淡水產(chǎn)品2 883.3萬t，比上年增長4.1%（見表1）。由此可見，近年來我國漁業(yè)發(fā)展迅速，水產(chǎn)品產(chǎn)量持續(xù)高速增長，特別是海水產(chǎn)品正在被廣大群眾所認(rèn)可。然而，由于我國的水產(chǎn)品加工率不足，特別是魚類資源加工，因此在加工過程中產(chǎn)生了大量下腳料，主要包括魚皮、魚內(nèi)臟、魚鱗、魚排魚頭、魚骨及附著殘肉等，約占魚鮮重的60%。

表1 2010-2015年我國水產(chǎn)品產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

2 魚骨的營養(yǎng)價(jià)值與成分分析

2.1 魚骨的營養(yǎng)價(jià)值

目前魚骨資源的開發(fā)已得到世界各國的廣泛重視，尤其是日、美等國對新鮮魚骨食品的開發(fā)研究已走在世界前列。隨著研究技術(shù)的提高與深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)了魚骨的營養(yǎng)成分，肯定了魚骨的食用價(jià)值。據(jù)研究，新鮮魚骨的營養(yǎng)價(jià)值最高，骨骼中含有加強(qiáng)皮層細(xì)胞代謝和防止衰老的膠原、骨膠原及軟骨素；魚骨中含有多種脂肪酸及最重要的必需脂肪酸（亞油酸），均衡的氨基酸比例，高水平的必需氨基，大量的鎂、鈉、鐵、鋅、鉀、鈣磷鹽、生物活性物質(zhì)、VA、VD、VB2、VB12及大腦不可缺少的磷脂質(zhì)、磷蛋白，可作為優(yōu)質(zhì)食用油及營養(yǎng)素的來源。因此，新鮮魚骨類食品享有多種美稱，如“新型食品”、“高級營養(yǎng)品”、“世紀(jì)功能性食品”等。現(xiàn)在市場上魚骨類產(chǎn)品的品種繁多，大體上可分為兩大類：骨類提取物系列產(chǎn)品和全骨利用系列產(chǎn)品，其中骨類提取物系列主要包括骨油、骨膠原蛋白、明膠、蛋白胨、水解動(dòng)物蛋白、鈣磷制劑等[5]；全骨利用系列主要有骨漿、骨糊、骨泥、休閑食品、調(diào)味品等，此類產(chǎn)品可作為肉類替代品，或添加到其它食品中制成骨類系列食品，如骨味汁、骨味素、骨味肉、骨松、骨泥肉餅干、面條等。但目前因我國消費(fèi)者對魚骨類產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)還不夠，給我國魚骨類食品的開發(fā)帶來了很大障礙，因此，在我國魚骨類產(chǎn)品的開發(fā)具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2 魚骨的生化成分

2.2.1 魚骨的基本化學(xué)組成

魚骨含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、鈣、磷等營養(yǎng)成分，部分魚骨的基本化學(xué)組成（見表2）。從含水量上看，不同種類魚骨的含水量不同，但均低于20%，其原因可能是樣品預(yù)處理方法的不同。魚骨中含有豐富的粗蛋白和灰分[6]，如蛋白含量約占干物質(zhì)總量的26%～41%，其中鱈魚骨的粗蛋白含量最高，達(dá)40.67%[7]；灰分含量約占干物質(zhì)總量的20%～60%，其中，以白鰱魚頭為主的淡水魚骨灰分含量最高，達(dá)58.2%。魚骨組織是由骨基質(zhì)和骨礦物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)雜有機(jī)體，骨基質(zhì)中膠原成分約占90%，此外是非膠原蛋白質(zhì)，其中魚骨中的蛋白質(zhì)以膠原蛋白主，并以I型膠原蛋白為主，而Ⅰ型原膠原蛋白的前體為型原膠原蛋白，在結(jié)構(gòu)上比Ⅰ型膠原蛋白多2個(gè)末端前肽結(jié)構(gòu)（C-前肽與N-前肽）。

此外，海水魚骨中的鈣含量也較為豐富，約占20%。魚骨鈣大多以羥基磷灰石結(jié)晶形式存在，羥基磷灰石中磷酸鈣和氫氧化鈣的溶解度低（25 ℃溶解度為0.02和0.16），且魚骨中羥基磷灰石鈣與膠原纖維有機(jī)結(jié)合，外部還有水合殼的保護(hù)，通常溶出量甚微[8，9]。同時(shí)，魚骨中鈣磷比為2∶1～1∶1，易于人體吸收，因此魚骨是一種較好的補(bǔ)鈣食品。

2.2.2 魚骨的氨基酸組成

表2 魚骨的基本化學(xué)組成分析[6-15]

魚骨中氨基酸種類豐富，人體必需氨基酸除色氨酸未測定或未檢出外，其余7種均被檢測到（見表3）。海水魚鱗和淡水魚鱗的氨基酸組成較為相似，以天冬氨酸、谷氨酸、脯氨酸、甘氨酸、丙氨酸、精氨酸為主，其中天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸均是氨基酸系列的鮮味物質(zhì)。金槍魚魚骨中，必需氨基酸含量達(dá)26.6%，鱘魚魚骨中必需氨基酸含量達(dá)14.98%，因此，魚骨是一種優(yōu)良的氨基酸補(bǔ)充劑。

表3 魚骨的氨基酸組成分析[7,11,12,14-16]（單位%）

2.3 魚骨中提取的有效成分

2.3.1 魚骨膠原

膠原蛋白是一個(gè)蛋白質(zhì)家族，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)18～19個(gè)成員，按其分布位置及性能可分為Ⅰ-Ⅺ型不等。骨膠原是典型的Ⅰ型膠原，膠原纖維相互交聯(lián)形成骨網(wǎng)，使骨骼具有彈性和韌性，骨礦物質(zhì)便充填在膠原纖維間的空隙中[17]。Ⅰ型膠原蛋白約占魚骨有機(jī)組分的90%，骨膠原為基質(zhì)礦化提供了結(jié)構(gòu)場所，也為促進(jìn)礦化的物質(zhì)和抑制礦化的物質(zhì)提供了功能發(fā)揮區(qū)間，為骨基質(zhì)礦化奠定了基礎(chǔ)。骨骼中的鈣是以羥基磷灰石沉積的方式存在，并以骨膠原為黏合劑固定下來。隨著年齡的增長，骨Ⅰ型膠原的數(shù)量、結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生顯著變化，并影響成骨細(xì)胞、破骨細(xì)胞的成熟分化以及骨基質(zhì)的礦化，甚至導(dǎo)致骨質(zhì)疏松[18]。

魚骨中主要含I型膠原。I型膠原由2條α1- 肽鏈及1條α2-肽鏈組成，少量由3條α1- 肽鏈組成。3條多肽鏈每條都向左旋轉(zhuǎn)形成左手螺旋結(jié)構(gòu)，肽鏈間以共價(jià)鍵、氫鍵、范德華力相互結(jié)合形成右手超螺旋結(jié)構(gòu)。魚骨膠原通過不同的提取條件和方法，可得到不同的產(chǎn)品，如膠原、明膠、膠原多肽或膠原蛋白。膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)未改變，保留生物活性；明膠的三螺旋結(jié)構(gòu)已改變，肽鏈間還有少量氫鍵，溶于熱水，冷卻成凝膠；膠原多肽的三螺旋結(jié)構(gòu)徹底松開，降解成肽段（或明膠分子片段）。

膠原蛋白產(chǎn)品目前已被廣大消費(fèi)者熟知與接受，其獨(dú)特的品質(zhì)，可在許多食品中作為功能物質(zhì)和營養(yǎng)成分。同時(shí)，膠原蛋白也被應(yīng)用在預(yù)防疾病類食品、補(bǔ)充蛋白質(zhì)類食品、延緩衰老類保健品中[19]。研究結(jié)果表明，膠原肽能有效提高細(xì)胞OP G、RANKL、mRN A的相對表達(dá)量，以間接對破骨細(xì)胞的成熟及活化進(jìn)行調(diào)控[7]。

2.3.2 可溶性鈣

脫鈣是魚骨膠原提取工藝中非常重要的一步，目前采用較多的是酸法脫鈣和E D T A脫鈣。酸法脫鈣中通常采用鹽酸、乙酸、檸檬酸作為脫鈣液。楊?yuàn)檴橻7]研究發(fā)現(xiàn)，活性鈣最佳提取條件為：提取溫度100 ℃、時(shí)間120 min，酸混合比例1∶2，酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%，在此條件下提取率高達(dá)96.15%，其中酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對結(jié)果的影響最為顯著。菅景穎[20]通過分步酶水解試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合酶水解能力均高于各單一酶水解能力，且添加順序?qū)λ舛鹊闹涤酗@著影響；以木瓜蛋白酶中堿性蛋白酶的水解效果最好；對水解產(chǎn)物的分子量分析結(jié)果表明,其分子量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于膠原蛋白，證明其已被分解，且其分子量呈連續(xù)分布，大多分布在幾千到萬千道爾頓之間。劉文穎[21]以三文魚骨為原料制備海洋骨膠原低聚肽鈣，并利用RP－HPLC對其進(jìn)行分離純化，收集得到8個(gè)組分峰，然后利用Q－TOF質(zhì)譜儀測定肽序列，共分析出22個(gè)肽段；其中19個(gè)肽段的分子量在1 000 u以下，其余3個(gè)肽段的分子量在1 000～1 050 u之間，均為不高于十肽的小肽。EDTA脫鈣法是一種螯合劑脫鈣技術(shù)，具有pH近中性、對組織破壞小、能較好地保存生物活性等優(yōu)點(diǎn)，在近年來的研究中得到廣泛使用。

2.3.3 魚骨膠原肽

魚骨膠原肽是魚骨膠原或明膠的降解產(chǎn)物，一般采用酶解方法制備，類似于魚蛋白水解液的制備。許多商用蛋白酶已用于生產(chǎn)膠原水解產(chǎn)物和膠原多肽，如胰蛋白酶、堿性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶等。酶的專一性可影響水解產(chǎn)物的分子大小、產(chǎn)量、游離氨基酸成分、多肽的氨基酸順序，進(jìn)而影響水解產(chǎn)物的生物活性。蛋白水解產(chǎn)物的平均分子量是決定生物特性的最重要因素之一，可用超濾膜系統(tǒng)來獲得所需分子大小和高生物活性的多肽片段[10]。

國內(nèi)外對膠原肽的生物活性進(jìn)行了大量研究，包括抗氧化活性、高血壓抑制性、抗菌活性、礦物質(zhì)約束力、降脂功效、免疫調(diào)節(jié)活性，且發(fā)現(xiàn)其有助于皮膚、骨頭或關(guān)節(jié)健康。近年來，關(guān)于魚類膠原肽的研究漸多，主要集中在魚皮膠原肽部分，但對魚骨膠原肽的研究報(bào)道較少。影響膠原肽提取工藝的因素有溫度、時(shí)間、料液比、酶的種類、加酶量和pH?？疾焯崛」に嚨闹笜?biāo)有水解度、多肽得率以及所提膠原蛋白的功能特性等。楊露[6]研究表明，馬面魚骨膠原多肽具有較強(qiáng)的抗氧化功能特性，超濾后的膠原多肽的純度更好，還原力達(dá)0.833，對羥自由基的清除率和對Dpph的清除作用分別達(dá)90%和85%。由此可知，馬面魚骨膠原多肽的抗氧化效果顯著。孟昌偉[22]研究發(fā)現(xiàn)，堿性蛋白酶水解鮰魚骨膠原蛋白的最佳工藝條件為酶解溫度45 ℃、料液比（w/v）4∶50、加酶量4%、pH 8、酶解時(shí)間3 h，在此條件下，水解度可達(dá)39.49%；風(fēng)味蛋白酶進(jìn)行分步酶解的最佳工藝條件為酶解溫度50 ℃、加酶量4%、pH 7.5、酶解時(shí)間3 h，在此條件下，水解度達(dá)47.2%，水解產(chǎn)物的風(fēng)味在一定程度上也得到了改善。楊?yuàn)檴橻7]以鱈魚為原料，采用正交實(shí)驗(yàn)確定了制備鱈魚膠原蛋白的最佳工藝條件為鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%、酸處理時(shí)間18 h、提取溫度70 ℃、提取時(shí)間8 h，樣品提取率可達(dá)98.02%。

2.3.4 魚骨螯合鈣

多肽螯合鈣由蛋白質(zhì)水解的多肽與鈣離子絡(luò)合而成，稱為第四代補(bǔ)鈣產(chǎn)品，具有比氨基酸螯合鈣更多的優(yōu)點(diǎn)。張經(jīng)坤等[23]認(rèn)為人體對鈣的吸收分為三步：在胃里消化、鈣離子與短肽或者氨基酸在小腸內(nèi)螯合、被小腸吸收，之后根據(jù)機(jī)體需要，多肽與鈣離子自動(dòng)斷開供人體利用，且保持了各自的功能特性。

2.3.5 魚骨多肽螯合鈣

多肽-金屬元素螯合物是一類具有重要生物活性的新型有機(jī)金屬化合物。多肽與金屬離子配合時(shí)，不僅多肽的N-端氨基和C-端羧基能夠與金屬離子形成螯合鍵，而且多肽側(cè)鏈上的羰基和亞氨基也可以參與配位，因此，與氨基酸金屬元素螯合相比，多肽與金屬元素能獲得更高的螯合率，且其螯合物的穩(wěn)定性也會(huì)更高。金屬元素與肽配合或配合后在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)，能借助肽的轉(zhuǎn)運(yùn)、吸收特點(diǎn)和機(jī)制，以螯合物整體的形式通過小腸被主動(dòng)吸收，提高金屬元素的吸收利用率，進(jìn)而增強(qiáng)體內(nèi)酶的活性，提高蛋白質(zhì)、脂肪和維生素的利用率，體現(xiàn)較高的生物學(xué)效價(jià)[24]。所以，多肽-金屬元素螯合物比無機(jī)形式的金屬具有更高的生物吸收率，既可滿足動(dòng)物體內(nèi)機(jī)體對蛋白質(zhì)的需求，又能促進(jìn)動(dòng)物體內(nèi)機(jī)體對金屬元素的吸收，因此，多肽-金屬元素螯合物作為一種新型金屬有機(jī)化合物引起了人們越來越廣泛的關(guān)注[25]。高菲等[26]以海洋魚骨膠原肽和氯化鈣為原料制備多肽鈣螯合物，并對骨膠原肽及其螯合產(chǎn)物進(jìn)行分子量分布測定和紅外光譜分析，說明生成一種新型的海洋魚骨膠原肽鈣螯合物，具有潛在的營養(yǎng)保健價(jià)值和功能應(yīng)用前景。楊燊等[27]以低值魚為原料，制備其蛋白多肽，并與鈣元素絡(luò)合生成多肽-鈣螯合物，研究了螯合物的氧化性和抗菌活性，結(jié)果表明，多肽螯合鈣抗氧化作用相當(dāng)于生育酚的94.43%；經(jīng)過80%乙醇沉淀的螯合物對枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌的抗菌效果較為顯著。劉閃[10]在白鰱魚頭綜合開發(fā)與利用中，以白鰱魚頭為原料優(yōu)化膠原多肽螯合鈣的工藝，并測出白鰱魚頭含有55%（干基）左右的蛋白質(zhì)，鈣含量高達(dá)27.3%，是一種優(yōu)良鈣源。

2.3.6 魚骨硫酸軟骨素

硫酸軟骨素是類糖胺聚糖，易溶于水，不溶于乙醇等有機(jī)溶劑，廣泛存在于人和動(dòng)物的骨骼、軟骨、肌腱、韌帶等組織中。硫酸軟骨素作為一種藥物，主要用來治療關(guān)節(jié)炎和冠心病[28,29]，對神經(jīng)痛、偏頭痛、動(dòng)脈粥樣硬化等[30]也有一定療效。硫酸軟骨素傳統(tǒng)上主要從豬、牛、羊等畜類軟骨組織中提取獲得，來源和工藝較為單一。近年來，海洋生物作為新的藥用資源日漸受到重視，有研究從孔鰩、魷魚中提取硫酸軟骨素,魚骨等下腳料資源豐富，提高魚骨的附加值，是整個(gè)漁業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的出路。張小軍[31]用20%氯化鈉堿溶液浸提，在pH 7.8 條件下除去中性蛋白，在pH 2.5條件下除去酸性蛋白，然后用70%（v/v）乙醇沉淀獲得鮟鱇魚硫酸軟骨素。經(jīng)分析表明，它是單一糖胺聚糖，紅外光譜吸收特征顯示其為硫酸軟骨素C。周躍鋼[32]通過證明GAG同MK、HGF和PTN有高或較高的親和性，暗示鮐魚軟骨GAG的硫酸軟骨素有可能通過調(diào)節(jié)生長因子的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑而對某些疾病發(fā)揮治療作用，具有潛在的藥用開發(fā)價(jià)值。李銀塔[33]通過酶法提取工藝對硫酸軟骨素進(jìn)行分離和提取，得到從魚骨中提取硫酸軟骨素的最佳工藝參數(shù)分別為：醋酸桿菌濃度為4.4 g/100 mL，pH為6, 乙醇體積分?jǐn)?shù)為66%，提取率達(dá)2%。李圣男[34]研究表明，鱘魚骨中硫酸軟骨素的最佳提取條件為超聲時(shí)間30 min、堿濃度2.0%、料液比1∶8。硫酸軟骨素在10.0～1 000 mg/L線性良好，檢出限為2.0 mg/kg，回收率為92%～101%，RSD為1.07%。

3 結(jié) 語

通過對魚骨成分研究狀況的總結(jié)分析可知，魚骨具有較高的利用價(jià)值，但國內(nèi)對魚骨成分的研究還很有限，魚骨生化成分的分析僅限于幾種淡水魚和海水魚，且對魚骨有效成分的研究主要集中在魚骨膠原方面。我國漁業(yè)資源十分豐富，魚的種類和生活環(huán)境不同，其魚骨生化成分會(huì)有很大差異，因此這方面的研究還有待加強(qiáng)。魚骨膠原的熱穩(wěn)定性是影響膠原應(yīng)用的重要性質(zhì)，膠原肽的分子量決定其生物特性，因此還需深入研究各種魚骨膠原及膠原肽的性質(zhì)。目前，魚骨中有效成分的提取工藝只涉及單一成分，如何充分有效利用魚骨資源，綜合提取魚骨有效成分是未來研究的方向?！?/p>

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2017-03-01