鲶鱼骨酶解物的制备、抑菌性能、抑菌机理及其在食品中的应用研究

我国是世界上水产品产量最大的国家,也是世界上唯一养殖量超过捕捞量的国家。我国水产养殖中淡水鱼资源十分丰富,其中鲶鱼养殖产业在我国有着良好的发展前景。随着生活水平的提高和消费习惯的逐渐改变,人们己经不再满足于吃鲜活鱼,而是更多地转向方便化、营养化和具有保健功能的鱼加工食品,这给鱼加工产业及其下脚料利用提供了良好的发展机遇和发展空间。目前,鲶鱼加工品是我国主要淡水鱼出口产品之一,产生的大量副产物未被很好地加以利用。鱼头及脊椎骨是鲶鱼产品加工过程中产生的主要下脚料,在鲶鱼加工副产物中所占比例极大,因此,本文以鲶鱼骨为原料,从鲶鱼骨理化性质,鲶鱼骨酶解工艺优化,鲶鱼骨酶解物抑菌性能、抑菌机理及其在食品中的应用三个方面对鲶鱼骨副产物高附加值利用进行了系统的研究。 本文首先研究了鲶鱼骨的理化性质和微观结构,鲶鱼骨的主要化学成分为蛋白质和灰分,分别占鱼骨的30.6%和50.4%,钙磷比为1.84；氨基酸组成中甘氨酸和脯氨酸含量较高,甘氨酸质量百分含量为4.917%,占总氨基酸质量的23.23%,为典型骨胶原的氨基酸组成；对鲶鱼骨进行红外扫描,结果表明除了在酰胺带区域有很多小峰外,其余特征峰与碳酸羟基磷灰石的红外特征峰基本吻合；用原子力显微镜对鲶鱼骨进行微观结构观测发现鲶鱼骨表面有清晰明显的孔洞结构和从孔洞发散出来的矿化胶原纤维。 根据鲶鱼骨的理化性质和微观结构,本文采用酶解和脱矿同步进行的方法对鲶鱼骨的酶解工艺优化进行研究。实验中直接以鲶鱼骨粉为原料,用胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶及碱性蛋白酶五种酶对其进行酶解并对酶解产物的抑菌效果进行筛选,结果表明胃蛋白酶酶解产物的抑菌效果最好。进而对胃蛋白酶的酶解工艺条件借助响应面法(Response surface method,RSM)进行优化,回归分析,得到抑菌效果最佳的酶解条件即pH 3.5,酶解时间4h,酶解温度40℃,底物浓度0.15g/ml,酶与底物比例1.97g/100 g。 对最佳酶解条件下得到的鲶鱼骨酶解物的抑菌性能进行研究,结果表明鲶鱼骨酶解物对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和藤黄微球菌均具有很好的抑制作用。以大肠杆菌为供试菌,对鲶鱼骨酶解物的热稳定性等抑菌性能进行研究,结果表明鲶鱼骨酶解物具有较好的耐热、耐储存及耐受紫外线照射的抑菌性能,且NaCl对其抑菌性能有协同增效作用。 以大肠杆菌为供试菌,对鲶鱼骨酶解物的抑菌机理进行了探索和研究。实验中将酶解物未作用的大肠杆菌作为对照组,采用生长曲线测定、膜通透性、SDS-PAGE分析、原子力显微镜和扫描电镜观察等实验方法研究酶解物的抑菌机理。实验结果表明加入鲶鱼骨酶解物后,大肠杆菌的生长曲线发生了明显的变化,酶解物作用的大肠杆菌生长缓慢,没有出现和对照组一样的对数生长,这种差异说明鲶鱼骨酶解物能够减缓并最终抑制大肠杆菌的生长。加入酶解物后,电导率立刻高于对照组,随着时间的延长而增大,而对照组的电导率几乎没有变化；表征核酸含量的OD260值随时间的延长明显增加,6h后增加速度逐渐变缓,随后趋于稳定,而对照组的大肠杆菌的OD260值一直趋于稳定；葡萄糖含量随时间的延长明显增加,4h后增加速度开始变缓,而对照组葡萄糖含量随时间的延长呈下降趋势;经酶解物作用的大肠杆菌菌体的蛋白电泳谱带与对照组的相比呈现明显差别,对照组大肠杆菌菌体的谱带随时间的延长,变化不明显,而经酶解物作用后的实验组,随时间的延长蛋白谱带明显变浅,一些谱带甚至消失。这些都说明酶解物改变了大肠杆菌细胞膜的通透性,使胞内物质大量外泄,并且随时间的延长泄漏量明显增加。原子力显微镜观察到对照组的大肠杆菌菌体形态饱满、表面光滑,而经酶解物处理6h后,大肠杆菌菌体发生严重皱缩,完全失去正常形态。透射电镜观察到对照组大肠杆菌基本呈现形态饱满、胞质均匀,细胞壁与细胞膜完整,可见核区；酶解物作用0.5 h后,大肠杆菌较对照组发生了明显的变化,部分菌体出现皱缩现象,大部分菌体胞质减少,细胞膜受损,仅在菌体的一侧可见细胞膜,已不见核区；经酶解物作用6h的大肠杆菌与作用0.5h的大肠杆菌相比,则发生了进一步的变化,菌体基本上都发生了皱缩,胞质进一步减少,部分菌体已完全没有胞质,己完全不见细胞膜,只剩下一个空壳。可以推断,反应的第一步是酶解物与大肠杆菌表面带有大量负电荷的基团结合,然后在菌体表面发生界面接触反应,进而导致菌体细胞膜受损,表面形成孔洞,胞内物质外泄,最终抑制大肠杆菌生长。 最后将鲶鱼骨酶解物分别用于香肠和酸奶生产。鲶鱼香肠中酶解物的添加量为1.5%时防腐效果最佳；酸奶中酶解物的添加量为0.15%时既可促进酸奶酸化,又能使酸奶具有良好的物理和感官性能。这说明鲶鱼骨酶解物可以很好地应用于食品加工。