曹 環(huán)，周愛梅，*，葉雪麗，楊公明，馮仕蘇

（1.華南農業(yè)大學食品學院，廣東廣州510642；2.陽江市誼林海達速凍水產有限公司，廣東陽江529536）

噴霧干燥應用于對蝦加工廢棄物制造水解蛋白粉的研究

曹 環(huán)1，周愛梅1，*，葉雪麗1，楊公明1，馮仕蘇2

（1.華南農業(yè)大學食品學院，廣東廣州510642；2.陽江市誼林海達速凍水產有限公司，廣東陽江529536）

以南美白對蝦加工廢棄物（蝦頭，蝦殼）為原料，通過蛋白酶酶解處理后采用噴霧干燥工藝制造水解蛋白粉，重點研究進風溫度、入料濃度、助干劑添加量（蝦固形物與麥芽糊精比例）對水解蛋白粉品質的影響。結果表明，當噴霧干燥的進風溫度為190℃、入料濃度為15%、蝦固形物與麥芽糊精比例為4∶1時，所得到的水解蛋白粉品質最好，表現出水分含量低、色澤好、蝦香味濃郁，其氨基酸態(tài)氮含量為3.988%，水分含量為2.90%。

南美白對蝦，蝦頭，蝦殼，水解蛋白粉，噴霧干燥

南美白對蝦（Penaeus vannmei）學名凡納對蝦，是世界養(yǎng)殖產量最高的三大優(yōu)良蝦種之一，也是目前世界上三大養(yǎng)殖對蝦中單產量最高的蝦種之一［1］。我國南美白對蝦產量豐富，2007年，僅廣東省南美白對蝦的產量達到了35萬t。目前我國的南美白對蝦主要以出口為主，而出口產品主要是以無頭對蝦（蝦仁）為主，因此在加工過程中產生了大量的蝦頭蝦殼等加工廢棄物（約占整蝦30%～40%）。這些廢棄物中含有大量的蛋白質、多不飽和脂肪酸、VE、蝦青素和各種礦物質等成分［1］，同時還含有各種氨基酸及人體必需的微量元素［2］，是一種優(yōu)質的資源。但我國目前對這部分資源沒有進行有效利用，除少量被用于生產肥料或飼料、制備幾丁質之外，大部分被當作垃圾丟棄［2］，這樣不僅污染了環(huán)境，而且造成了極大的經濟浪費。因此，如何科學地利用南美白對蝦加工廢棄物，已成為亟需解決的問題。為此，本文以南美白對蝦加工廢棄物蝦頭、蝦殼為原料，通過蛋白酶酶解處理后采用噴霧干燥工藝制造水解蛋白粉。論文首先選取進風溫度、入料濃度及助干劑添加量（蝦固形物與麥芽糊精比例）三個因素進行單因素實驗，以噴霧過程的粘壁情況、水解蛋白粉的品質（含水量、氨基酸態(tài)氮含量、色澤及感官品質）確定三個因素的最佳實驗水平。在此基礎上進行正交實驗，以確定噴霧干燥的最佳工藝條件，獲得品質較好的水解蛋白粉。目前這方面的研究鮮見報道。本論文為探索南美白對蝦蝦頭、蝦殼廢棄物的綜合利用提供了一條新的途徑。

1 材料與方法

表1 水解蛋白粉評分標準

1.1 實驗材料

南美白對蝦蝦頭蝦殼 由陽江市誼林海達速凍水產有限公司提供，-18℃保存；Flavourzyme風味蛋白酶（74599U/g） 由諾維信生物技術有限公司提供；麥芽糊精（DE=18） 市售食用級原料；其它試劑 均為市售分析純。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 南美白對蝦蝦頭、蝦殼→清洗→搗碎→加酶水解→滅酶、過濾→真空濃縮→噴霧干燥→冷卻→粉碎→包裝→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 清洗、搗碎 南美白對蝦蝦頭蝦殼解凍后除去雜質，用清水清洗干凈，然后用高速組織搗碎機搗碎成均勻漿液。

1.2.2.2 加酶水解、滅酶過濾 稱取一定量的蝦頭蝦殼勻漿液，按1∶1加水混勻，加入風味蛋白酶，在60℃下水解6h。酶解結束后在90℃加熱30min滅酶，然后用四層紗布擠壓過濾兩次，得到蝦頭蝦殼酶解液。

1.2.2.3 真空濃縮 將蝦頭蝦殼酶解液在真空度為0.95MPa、轉速為5000r/min條件下進行真空濃縮，濃縮至固形物含量為35%左右時結束濃縮。

1.2.2.4 噴霧干燥 將濃縮后的蝦頭蝦殼酶解液在最佳干燥條件（進風溫度、入料濃度、助干劑添加量）下進行噴霧干燥，收集粉料，然后冷卻、包裝。

1.2.3 理化指標檢測和感官評定

1.2.3.1 水分的測定 采用直接干燥法（GB/T5009.3 -2003）測定。

1.2.3.2 氨基酸態(tài)氮的測定 采用甲醛滴定法［2］測定。

1.2.3.3 感官評分 由十位專業(yè)人員組成感官評價小組，對水解蛋白粉的色澤、風味、質地進行全面評價，具體見表1［3］。

1.2.3.4 蝦粉顏色的測定 用測色色差計測定蝦粉顏色，采用CIELAB表示系統(tǒng)，即L*a*b*表色系統(tǒng)。

2 結果與討論

2.1 噴霧干燥進風溫度的確定

噴霧干燥的工藝參數中，進風溫度是主要因素，它直接影響到噴霧干燥過程和最終產品的品質。選取不同的進風溫度對水解蛋白粉進行噴霧干燥，所得水解蛋白粉的粘壁情況、含水量、氨基酸態(tài)氮含量及其色澤和感官質量分別如表2、圖1和表3、表4所示。

表2 進風溫度對噴霧干燥粘壁情況的影響

圖1 進風溫度對含水量與氨基酸態(tài)氮含量的影響

2.1.1 進風溫度對水解蛋白粉理化性質的影響 在同等進風量條件下，干燥室的溫度越高，干燥進入干燥降速階段時間就越早，對應的干燥產品的含水量就越少，基本不會出現粘壁現象；但是過度高溫易使蛋白粉發(fā)生焦糖化反應和美拉德反應，產生焦糊味和蛋白質變性［4］。而當進風溫度較低時，干燥速度減慢，蛋白粉易形成大顆粒［5］。表2結果表明，進風溫度為190℃時水解蛋白粉粘壁少，蝦味較濃郁，干燥的效果最理想。隨溫度升高，水解蛋白粉含水量顯著降低（p＜0.05）。

由于蝦頭中含有豐富的蛋白質和還原糖類物質，這使得在噴霧干燥過程中，還原糖會與蛋白質發(fā)生美拉德反應，導致部分的氨基酸的損失，尤其是L-賴氨酸［6］。因此，隨著進風溫度的影響，游離氨基酸會有不同程度的損失。圖1結果表明，隨著進風溫度繼續(xù)升高，氨基酸態(tài)氮的含量呈下降趨勢。進風溫度170℃的氨基酸態(tài)氮含量與190℃的差異不明顯（p＞0.05）；150℃所得水解蛋白粉中氨基酸態(tài)氮含量最低，而170℃時最高。

2.1.2 進風溫度對水解蛋白粉感官性質的影響 由表3、表4可見，在進風溫度為170～210℃時，蝦粉的色澤無顯著區(qū)別（p＞0.05）。而在進風溫度為150℃的情況下，蝦粉的亮度減少，而紅色程度增加，有可能是由于霧滴沒有得到充分的干燥，蝦粉所含的水分較多而導致的。從總色差△E*ab可看出，190℃是最小的，表示其綜合顏色最淺。因此，噴霧干燥生產蝦粉的進風溫度不應該低于170℃，而選擇190℃左右可以得到較好的得分。因此，綜合考慮，確定選擇進風溫度190℃為最佳實驗水平。

表3 不同進風溫度對色澤的影響

表4 不同進風溫度對感官品質的影響

2.2 噴霧干燥入料濃度的確定

料液的入料濃度不僅會影響噴霧干燥的效果，而且還會影響到噴霧干燥的經濟成本。相對而言，噴霧干燥的熱效率較低，只有30%～40%左右［7］，因此，在入料之前對料液進行適當的濃縮可使成本大大降低。此外，對于同一物料，噴霧干燥時適宜濃度有助于形成大的干燥顆粒粒徑，稍大的粒徑有利于改善噴霧干燥后粉體的流動性和分散性，減少蝦粉的結團現象。選取不同的入料濃度進行噴霧干燥，實驗結果如表5～7和圖2所示。

表5 入料濃度對噴霧干燥粘壁情況的影響

2.2.1 入料濃度對水解蛋白粉理化性質的影響 入料濃度過低，霧滴中的水分比例大，在噴霧干燥過程中水分不能充分的蒸發(fā)，會發(fā)生粘壁的現象；入料濃度增大時，單個霧滴的含水量變小，在相同的干燥環(huán)境下干燥會更徹底。表5所示，入料濃度為15%、20%的粘壁現象少，而5%和10%的粘壁情況比較嚴重，特別是5%。但當濃度更大時，霧滴從外到內進行干燥，由于水解蛋白粉中含有一定量的糖類物質，較大液滴首先會在表面形成一層結構致密的玻璃體，從而阻止了內部水分的遷移［7］，導致干燥速度下降。

圖2所示，隨著入料濃度的增大，水解蛋白粉含水量呈下降趨勢。當濃度增加到15%時，水解蛋白粉的含水量最低，為2.9%；然而當濃度增加到20%時，含水量反而有所回升。

但是若物料長時間處于高溫階段，水解蛋白粉中的蛋白質易發(fā)生蛋白變性等現象。當濃度達到20%以上時，不僅水解蛋白粉的含水量會開始上升，而且營養(yǎng)物質也會開始損失。圖2所示，隨著入料濃度的提高，其水解蛋白粉中所含的氨基酸態(tài)氮含量呈規(guī)則上升的趨勢。這說明在相同的溫度條件下，入料濃度越高，其水解蛋白粉的氨基酸態(tài)氮的含量也越高，其中入料濃度15%的氨基酸態(tài)氮含量與20%的差異不明顯（p＞0.05）。

圖2 入料濃度對含水量與氨基酸態(tài)氮含量的影響

2.2.2 入料濃度對水解蛋白粉感官性質的影響 由表6所示，入料濃度為15%的水解蛋白粉亮度最高，顏色最好，總色差值最小。而表7表明，入料濃度為15%時水解蛋白粉的感官分數最高且色澤、香味、滋味和質地均較好。因此從以上分析來看，15%是一個比較理想的入料濃度，噴霧效果較好，含水量適中，粉體具有較好的分散性和流動性。

表6 不同入料濃度對色澤的影響

表7 不同入料濃度對感官品質的影響

2.3 噴霧干燥助干劑添加量（蝦固形物與麥芽糊精比例）的確定

蝦酶解液中含有大量的水分和較多的氨基酸、多肽和糖類等物質，若直接進行噴霧干燥會造成粘壁現象，出粉率會大大降低，影響噴霧效果。因此加入助干劑是非常必要的。選取不同的蝦固形物含量與麥芽糊精的比例進行噴霧干燥，實驗結果分別如表8、圖3所示。

2.3.1 助干劑添加量對水解蛋白粉理化性質的影響

水解蛋白粉中所含的氨基酸、多肽和還原糖共同存在的情況下，將其高溫處理易引起褐變反應，造成營養(yǎng)物質的損失，而麥芽糊精能夠起到干燥載體的作用，因此能有效地抑制褐變反應，在一定程度上減少營養(yǎng)物質的損失。圖3所示，隨麥芽糊精添加量的增加，水解蛋白粉的含水量呈下降的趨勢。但是在蝦固形物與麥芽糊精的比例為4∶1、3∶1和2∶1時，其水解蛋白粉的含水量變化不明顯（p＞0.05）。而圖3所示，加粉量在4∶1時，水解蛋白粉的氨基酸態(tài)氮含量較高，顯著高于3∶1和2∶1的情況（p＜0.05）。因此，為保證有較好的噴霧效果和良好的水解蛋白粉品質，確定加粉量比例4∶1為最佳實驗水平。

2.3.2 助干劑添加量對水解蛋白粉感官性質的影響

麥芽糊精是以淀粉為原料，其水溶性較好，能在噴霧的過程中形成均勻霧滴，起到良好的包埋效果和改善產品風味［8］。表8所示，添加麥芽糊精后不易出現粘壁現象，同時增加了水解蛋白粉的分散性和流動性。當添加量為4∶1時，粘壁較少，水解蛋白粉干燥度高，色澤較好，且有愉快的蝦味。

表8 麥芽糊精對噴霧干燥的影響

圖3 麥芽糊精對含水量與氨基酸態(tài)氮含量的影響

2.4 噴霧干燥工藝參數的優(yōu)化

為優(yōu)化水解蛋白粉的噴霧干燥工藝，在以上單因素實驗的基礎上做L9（34）正交實驗，結果如表9、表10所示。

表9 噴霧干燥正交實驗結果

由表10極差分析結果可得，各因素對水解蛋白粉中氨基酸態(tài)氮含量的影響的大小順序是：加粉量＞進風溫度＞入料濃度；對蝦粉感官評價影響的大小順序依次是：進風溫度＞加粉量＞入料濃度。

極差分析是在A2B1C3條件下所得的蝦粉具有較高的氨基酸態(tài)氮含量。直觀分析上看，感官分析的最佳組合是A2B3C3，即實驗5號。由于各因素對水解蛋白粉中氨基酸態(tài)氮含量的影響大小依次是：加粉量＞進風溫度＞入料濃度，因此前兩種組合中B1和B2均可。而從極差分析中又可以看出，在A2B3C3的條件下所得的蝦粉具有較高的感官評價，由于對蝦粉的感官評價的影響大小依次是進風溫度＞加粉量＞入料濃度，其中影響最小的也是B，即入料濃度，因此，從節(jié)能的角度來看，選取入料濃度為15%。

表10 噴霧干燥極差分析結果

綜上所述，正交實驗得到的最優(yōu)組合為A2B2C3，即進風溫度為190℃、入料濃度為15%、蝦固形物和麥芽糊精的比例為4∶1時，此條件下所得到的蝦粉的各項指標都是相對較佳的。

3 結論

采用噴霧干燥工藝制備南美白對蝦蝦頭、蝦殼水解蛋白粉的最佳工藝條件為：進風溫度190℃，入料濃度15%，蝦固形物與麥芽糊精比例為4∶1，其水解蛋白粉成品中氨基酸態(tài)氮含量為3.988%，水分含量為2.90%，感官評分為94分。水解蛋白粉在噴霧干燥過程中的粘壁現象很少，不易發(fā)生焦糖化反應和美拉德反應。且蛋白粉的含水量適中，粉體具有較好的分散性和流動性；色澤較優(yōu)，無褐變并且具有愉快的蝦味，質量較好。

［1］劉芳，葉克難.蝦頭、殼廢棄物的綜合利用［J］.水產養(yǎng)殖，2007，28（5）：30-32.

［2］段杉，丁惠心.酶法回收蝦頭和蝦殼中的蛋白質［J］.農產品加工，2008，12（1）：43-46.

［3］黃曉鈺，劉鄰渭.食品化學綜合實驗［M］.北京：中國農業(yè)大學出版社，2002：131-132.

［4］唐偉強，郭松旺.工藝參數對蛋白粉離心噴霧干燥質量問題的研究［J］.食品工業(yè)科技，2006，27（2）：53-55.

［5］葉劍芝.蜂蜜噴霧干燥加工工藝的研究［J］.合肥工業(yè)大學碩士學位論文，2007：14-16.

［6］菲尼馬.食品化學［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2003：342-344.

［7］范方宇.草莓粉噴霧干燥加工工藝的研究［D］.合肥工業(yè)大學碩士學位論文，2006：25-28.

［8］徐良增，許時嬰，楊瑞金.麥芽糊精［J］.糧食與油脂，2007（7）：36-37.

Study on the production of hydrolyzed protein powder from wastes of shrimp using spray drying

CAO Huan1，ZHOU Ai-mei1，*，YE Xue-li1，YANG Gong-ming1，FENG Shi-su2
（1.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；2.Yangjiang City Yelin Hoitat Quick Frozen Seafood Co.，Ltd.，Yangjiang 529536，China）

Shrimp head and shell，the wastes of white shrimp，was used as material to produce hydrolyzed protein powder by spraying drying after enzymatic treatment of proteinase.Emphases were laid on the effect of entering wind temperature，material density and the addition level of drying aid（the ratio of shrimp solid to maltodextrin）on the quality of hydrolyzed protein powder.Results showed hydrolyzed protein powder with best quality could be obtained when entering wind temperature was 190℃，material density was 15%and the ratio of shrimp solid to maltodextrin was 4∶1，which was demonstrated by low water content，good color and strong shrimp flavor of the hydrolyzed protein powder with amino acid nitrogen of 3.988%and water content of 2.90%.

white shrimp；shrimp head；shrimp shell；hydrolyzed protein powder；spray drying

TS254.9

B

1002-0306（2010）12-0272-04

2009-10-13 *通訊聯系人

曹環(huán)（1986-），女，碩士，研究方向：食品化學與營養(yǎng)。

廣東省企業(yè)技術創(chuàng)新項目。