自组装双频超声辅助装置的性能评估及其在鱼鳞血管紧张素转换酶抑制剂提取中的应用研究

本研究针对鱼鳞资源高值化利用难题，开发了28/68 kHz双频超声辅助(UA)系统，结合复合酶解技术优化鱼鳞水解工艺。通过响应面法(RSM)确定最佳条件为0.78 mg/mL alcalase/flavoenzyme复合酶、181.26 W功率处理99.53分钟，获得ACE抑制活性达97.55%的水解产物。该装置较商用设备降低组件温升(12.7°C vs 15.7°C)，功率转换率提升至89.2%，为水产加工副产物开发功能性肽提供新技术路径。

　　

在全球水产加工业快速发展的背景下，每年产生数百万吨鱼鳞等副产物，这些富含胶原蛋白的资源常被直接丢弃造成环境污染。传统酶解法提取生物活性肽存在效率低、耗时长等问题，而单频超声处理易导致局部过热和酶失活。如何通过技术创新实现鱼鳞高值化利用，成为食品科学和生物医学领域的重要课题。

台湾实践大学食品营养与生物技术系的研究团队在《LWT》发表最新成果，通过自主研发双频超声辅助(UA)装置，结合复合酶解技术成功从牛奶鱼(Chanos chanos)鳞片中高效提取血管紧张素转换酶抑制剂(ACE inhibitor)。该研究创新性地采用28/68 kHz双频协同作用，通过声压密度优化(0.10 W/g水)和RSM工艺调控，解决了传统方法提取效率低的关键难题。

研究首先对自组装UA设备进行系统评估，采用声压计测定不同液位(3/6/9 cm)下的声压分布，通过温度传感器监测组件温升和介质升温，并计算功率转换率(89.2%)和损耗率(19.4%)等关键参数。在鱼鳞酶解实验中，比较了alcalase/flavoenzyme等不同酶组合的效果，优化pH(6.0)、酶浓度(0.6-1.0 mg/mL)等单因素条件后，采用Box-Behnken设计进行三因素三水平RSM优化。最终产物通过ELISA法测定ACE抑制活性，并评估DPPH自由基清除能力和还原力等抗氧化指标。

在装置性能方面，双频UA(28/68 kHz)较单频表现出更均匀的声压分布，位置1的声压水平达最高值。关键的是，该装置在0.10 W/g水声压密度下连续工作30分钟时，组件温升(12.7±3.2°C)显著低于商用设备(15.7±2.9°C)，且功率损耗降低约50%。这种优势源于对角排列的双振荡器设计，有效避免了异常气泡导致的能量衰减。

酶解工艺优化结果显示，alcalase/flavoenzyme复合酶组的ACE抑制活性(97.55%)显著优于单酶处理(p<0.05)。RSM模型(R²=0.98)表明，UA功率(X₁)与处理时间(X₂)存在显著交互作用(p<0.05)，181.26 W功率处理99.53分钟为最优条件。值得注意的是，延长处理时间促进小分子肽(<3 kDa)释放，但超过100分钟会导致酶结构破坏。

产物的生物活性评估显示，优化组不仅ACE抑制活性突出，其DPPH自由基清除率和还原力(相当于0.82 mg/mL抗坏血酸)也显著提升(p<0.05)。这归因于UA处理暴露了色氨酸等芳香族氨基酸，且水解产物富含天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)等带电残基，增强了电子传递能力。

该研究首次证实双频UA协同复合酶解可同步提升鱼鳞肽的ACE抑制活性和抗氧化能力，为开发抗高血压功能性食品提供了新思路。但99.53分钟的处理时长仍显较长，未来需进一步优化频率切换模式。从循环生物经济视角看，这项技术为水产加工废弃物的高值化利用开辟了绿色路径，具有重要的产业化应用前景。