By-products from fish-I bone (chondroitin, bone meal)

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1 By-products from fish-I bone (chondroitin, bone meal)

2 I. 魚粉(fish meal) * 世界上每年所捕獲的魚，約有三分之一 用來生產魚粉作為飼料原料。 * 主要生產國有秘魯、智利、中國、泰國
、美國及丹麥。

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4 1. 全魚粉生產方法 大部份魚粉的生產方式，是先將魚蒸煮 ，再經擠壓將其中大部份的魚油及水份 去除後，與予乾燥壓縮成餅。
可概分為乾處理與濕處理二類方法。

5 (1) 乾處理(dry rendering)--
用於低脂魚類(lean fish)或魚骨 低脂魚→磨碎→蒸煮→擠壓→ (固體)：粉碎→乾燥→冷卻→魚粉 (液體)：加熱沉降→油(回收)、黏稠液( 丟棄)

6 (2) 濕處理(wet rendering)— 用於多脂魚類(fatty fish) 多脂魚→磨碎→蒸煮→擠壓→
(固體，含水率40-60%)：破碎→乾燥→ 粉碎→冷卻→魚粉 (液體)：過濾或離心→固體(回收至上述流 程)、液體(黏稠液)加熱至91℃→沉降→ 離心→油(回收)、黏稠液→減壓濃縮(5- 50%固形物)→濃縮魚固形物(concentrated fish solid)→貯存或回添至魚粉(全魚粉， whole meal)

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8 乾處理與濕處理生產魚粉之比較 乾處理 濕處理 操作方式 批式、慢 連續式、快 產能 低 高 成本/產能 貴 便宜 操作難易 簡單 複雜
乾處理 濕處理 操作方式 批式、慢 連續式、快 產能 低 高 成本/產能 貴 便宜 操作難易 簡單 複雜 操作變化(彈性) 多 少 低脂魚魚油回收率 魚溶漿產率 無 有 魚油品質 色暗、品質低 色亮、品質高 水溶物 通常無

9 各單元製程目的 a. 蒸煮 b. 擠壓 c. 破碎 d. 乾燥 e. 粉碎 * 殺菌 * 蛋白質變性、酵素失活 * 使油脂易萃出
* 脫水、脫脂 * 液狀物精濃縮可製成魚溶漿 c. 破碎 * 增加乾燥速率 d. 乾燥 * 脫水 * 蛋白質變性凝固、酵素失活 e. 粉碎 * 魚粉之粉碎通常在出貨前再進行 * 避免增加表面積，減少氧化及吸濕

10 (3) 其他--如溶劑萃取法(solvent extraction)
利用酸、鹼、過氧化氫、二氧化硫等溶劑 萃取，再進行脫溶劑處理

11 2. 魚粉品質 (1) 外觀 大部份的魚粉，都呈黃色的粉末狀 a. 白魚粉 * 鱈、助宗鱈和鰈魚等白色肉魚，肌肉中的脂質和肌 紅素含量少
* 魚粉呈淡黃色，在儲藏期間較不容易變色、變質 * 飼料效果較好 b. 紅魚粉 * 迴游性紅色肉魚含高量脂質及色素，肉質呈暗紅色 * 魚粉呈黃褐色，在儲藏期間脂質較易氧化、酸敗 * 飼料效果較白魚粉差

12 (2) 組成份 a. 粗成分 蛋白質含量50～70％ 脂肪含量2～12％(未經萃取魚油者更高) 鹽含量1.3～4％ b. 胺基酸 魚粉比大豆粉含有較高量的lysine及 methionine

13 c. 脂肪酸 * 沙丁魚所含的ω-3脂肪酸含量最高，其次 為白魚和鯷魚 * 魚粉中的不飽和油脂極易遭到氧化而產生 有毒的游離根，並使所含的能量降低 * 在儲存期間如發生氧化，會引起發熱，胺 基酸的降解，有時候更會發生自然燃燒

14 (3) 保存 a.魚粉易遭到源自生物胺的污染 b.已經發生腐敗及發霉的魚粉，在熱處理 時，會生成糜爛素（gizzerosine）和組織 胺（histamine） c.這類物質將會增加禽類胃酸的分泌，會 造成其沙囊的腐蝕和病變

15 生物胺: 一些低分子量的脂肪族（aliphatic）、脂環羥族（alicyclic）及雜環族（heterocylic）等之有機性鹼基化合物，為動、植物及微生物代謝過程之產物，廣泛存在於各類食物及生物體，尤其是發酵食品如乳酪、酒、肉類等之發酵製品。在發酵食品之發酵過程中因微生物生長產生脫羧基酵素（decarboxylase）將特定胺基酸轉變為生物胺類及CO2。

16 (4) 製造與品質 注意原料的鮮度，蒸煮時間及乾燥溫度 a. 若縮短蒸煮時間致未煮熟 * 組織所含油脂無法分離完全 * 蛋白質之熱凝固也不夠 -- 壓榨機不能徹底乾榨 -- 乾燥不易進行 * 製品大多是顏色太深 * 製品為脂肪含量過高的劣質魚粉

17 b. 乾燥溫度太高或加熱不均勻 * 易引起蛋白質變性或焦化現象 * 導致胺基酸成分及利用率之降低。 * 製程中添加抗氧化劑可延長保存時間 -- 避免變質 -- 並可改善脂肪利用率，提高熱能10～ 20％

18 (5) 利用 a. 是平衡狀態良好蛋白質（well balanced protein）的極佳來源 b. 魚粉因對豬和雞隻的適口性極佳，故通 常都用在幼豬、雛雞，這段胺基酸需求 量最高時期的教槽飼料中。 * 在屠宰前的一段時間應避免在飼料中添 加魚粉，避免所含豐富的胺（amine） 會造成宰製出來的肉品帶有魚腥味

19 * 蛋雞飼糧中魚粉的添加量只要超過1～ 2%，就會導致雞蛋帶有魚腥味 * 為防止飼糧中礦物質過量的補充，魚粉 的限量添加是有必要的，添加量應以2 ～10％為限 牛--2g/kg/day 雞--5% 母雞--10% 豬 g/day 羊 g/day

20 c. 優質的魚粉還可用以生產peptone * 生化試劑peptone * 工業peptone d. 魚粉可進一步製造藥用水解蛋白注射液
魚粉水解→加熱→排氨→中和→高壓熱處理→低溫 冷處理→酸性和鹼性過濾→濃縮→乾燥→粉碎 * 工業peptone 生產技術與前者基本相同，但要求不高，或無須進 行高壓熱處理與低溫冷處理以及酸性和鹼性過濾等 環節 d. 魚粉可進一步製造藥用水解蛋白注射液

21 3. 骨粉 (bone meal) (1) 以生魚就近放置在海灘上藉由陽光晒乾 而製成的產品 (2) 利用冷凍工廠、魚罐頭工廠切除下來的
骨頭、魚頭、魚尾等下腳經脫水粉碎製 成之產品 通稱為魚骨粉，因蛋白質含量較低，品質 更遜一籌

22 4. 濃縮魚蛋白 (fish protein concentrate, FPC)
以全魚或其副產物經脫水、脫脂、無味、 無臭的安定的粉狀產品 可提供人類食用 又稱為fish flour、edible fish meal

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24 (1) 原料來源 * 理論上任何一種可食用的魚類均可用來 製造魚蛋白 * FDA只認可鱈魚類(hake)
* 加拿大的食品藥物指導局認可青魚或 相類似的鯡魚、沙丁魚及鯷魚 (商業成本考量)

25 (2) 製程 鮮魚除去鰓及內臟 ↓ 水洗並切成小片泡在水中 沸騰之後使成魚肉漿 脫骨後離心分離水分 魚肉漿經熱水洗一次後再離心分離
用異丙醇為溶劑反覆抽取脂肪

26 脫脂的蛋白質脫溶劑處理(使剩餘的溶劑或一些引起怪味的物質完全除去)
↓ 蛋白質經離心分離 (溶劑可收回再用) 脫脂的蛋白質脫溶劑處理(使剩餘的溶劑或一些引起怪味的物質完全除去) 魚蛋白質在蒸汽加熱器中乾燥 經磨碎、篩濾、裝袋 去內臟的濃縮魚蛋白 (Eviscerated fish protein，EFP) (未去內臟者，即為FPC)

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28 (3) 依產品型態可分為三大類 a. A型FPC * 先用有機溶劑對原料脫脂﹑脫臭，再進 行乾燥﹑粉碎﹑篩析的製品 * 無色﹑無味﹑無臭，有可口性，蛋白質 含量67.5％以上，脂肪含量低於0.75％ * 營養價值較高，但生產成本也高，且缺 乏復水性能，故較少有合適用途

29 b. B型FPC 製法與A型相同，只是脂肪含量要求低 於3% c. C型FPC * C型的製法與飼料魚粉相同，只是原料 鮮度和衛生條件適於供人食用 * 由於未經脫色﹑脫臭和脫脂，具有帶腥 味﹑顏色深﹑含脂肪多等缺點

30 (4) 製程目標與要求 與魚粉類似，惟需更注意衛生安全，不 得有病源菌 a. 移除水分以濃縮蛋白質 b. 移除大部分脂肪以防止多不飽和脂肪酸 氧化 c. 減少加工中蛋白質營養成分損失 d. 確保最終產品的衛生安全 e. 儘量降低生產成本

31 FPC被視為GRAS，但仍注意下列製程CCP
* 原料魚本身不可含有毒素 * 避免環境污染使原料魚產生毒素生物濃縮 (biological concentration) * 避免來自魚骨中的氟使FPC含氟量過高 (應低於100ppm) * 殘留溶劑儘量去除 * 避免微生物污染

32 (5) 品質 a. 產品品質要求(FDA) * 蛋白質含量不能低於75％ * 溶劑殘留之異丙醇應低於250ppm，若使 用二氯乙烷時其量應低於5ppm * 氟含量要少於100ppm

33 b. 比較FPC與EFP * EFP中含蛋白質92％以上，而全魚FPC 僅含81～82％蛋白質 * 但EFP成本要高20％ (因製一磅的EFP要用81/2磅的魚，而製一磅的全魚蛋白僅需61/2磅的魚) * EFP與其他來源蛋白質比較 -- EFP離胺酸含量佔其總蛋白的10％ -- 甲硫酸胺含量高（PER高） -- 其他必要胺基酸的含量幾乎與乳酪、 牛肉的蛋白質不相上下

34 (6) 液化蛋白質 a. 是以低值魚類和新鮮的加工廢棄物為原 料的濃縮魚蛋白

35 b. 製程 原料 ↓ 添加蛋白酶，保持適當溫度使之消化數小時 離心分離 分離開油﹑液和固形物 溶劑經有機溶劑除臭 濃縮 噴霧乾燥
易溶於水的粉狀製品

36 c. 品質與用途 * 由酵素水解法製得的分解液常帶苦味 * 選用蛋白質分解能力較弱的蛋白酶，或 利用autolysis水解，則苦味減少 * 原料中含有內臟，也會使製品有較強的 苦味 * 此種製品適於消化道病患者或做過胃切 除手術者食用

37 II. 軟骨素 (chondroitin) 軟骨素通常以硫酸化方式，如軟骨素-4-
硫酸(chondroitin-4-sulfate)或軟骨素-6- 硫酸(chondroitin-6-sulfate)，存在於動 物組織 水產副產物中軟骨素含量較高者包括： 鯊魚鰭(17%)、花枝皮(13%)、鯊魚骨 (12%)、魟魚(10%)

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39 1. 化學結構 (1) 組成 a. 組成單元 軟骨硫素（chondroitin sulphate, CS）
是一種由D-glucuronic acid和N-acetyl galatosamine重複單位組成的硫酸化 黏多醣 (於1854年由Fisher和Boedker發現)

40 b. 鍵結 CS的重複單位是由D- glucuronic acid和 N-acetyl galatosamine以β-（1-3）鍵結 構成之dimer，再以β-（1-4）鍵結成直 鏈聚合物。 (有3種isoforms--同形異構物)

41 chondroitin sulphate A
（chondroitin 6-sulphate, C-6-S）

42 chondroitin sulphate B
（dermatan sulphate, DS）

43 chondroitin sulphate C
（chondroitin 4-sulphate, C-4-S）

44 (3) 分佈 於人體中CS廣泛分佈在軟骨與結締組織 、血管壁和膀胱、中樞神經系統、角膜 、肌腱、臍帶、皮膚、肺與骨中 這些分佈不同的CS各自有其獨特的生理 意義

45 a. C-6-S存在於各組織的血管壁中以及關 節軟骨（articular cartilage）和其他部位 軟骨 b. 成長中或是未成熟的關節軟骨則是含有 相同含量的C-4-S和C-6-S c. C-4-S和dermatan sulphate(DS)多分佈於 各組織間隙

46 [藉由檢測有研究指出出不同chondroitin
sulphate異構物的分佈與表現，可以作為 臨床病理的檢驗工具] * C-6-S不存在於風濕性關節炎和退化性 關節炎的軟骨中 * 風濕性關節炎患者的血管壁中只檢測出 C-4-S和DS的存在

47 (4) 與蛋白質結合 a. 軟骨硫素屬於glycosaminoglycan，故CS 通常會與core protein以共價鍵結的方式 形成proteoglycan。 b. 在結締組織中，CS以還原端共價鍵結於 polypeptide主幹上，使基質（ground substance）具有黏彈性

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49 c. 蛋白質-黏多醣在結締組織之物理行為 扮演重要角色 如組織間潤滑液 (ex.關節），或存在於 elastin與collagen微纖維間，collagen纖 維係藉由黏多醣-蛋白質之交互作用來 穩定。

50 黏多醣症(mucopolysaccharidosis-MPS)
--黏多醣(glycosaminoglycans) 可維持皮膚及 結締組織的彈性，因較易衰老(彈性疲乏)， 需要較快的代謝以推陳出新。 --造成MPS的原因是身體裡的細胞缺少 lysozyme ，無法將黏多醣聚合物分解成水 溶性的小分子排出體外。 --若基因產生突變，細胞內的黏多醣堆積， 使得細胞脹大並破壞細胞的生理。不但使 身體外觀變形，亦使身體的功能愈來愈差

51 2. Preparation Acid extraction method Enzymatic extraction method
Alkaline extraction method -- 以10% NaOH溶液於40℃下液化， 可得濃度8%的白色軟骨素

52 (2) Acid extraction method
Dicing： The bones were diced (approximately 1 mm3) and thoroughly mixed. Incubation： Diced sample was incubated in 10 volumes of water at pH 4.5 and 37℃ for 7 h. pH adjustment： The pH was occasionally checked and adjusted to 4.5 with acetic acid if increased Centrifuging： The incubation mixtures were then centrifuged to obtain the supernatant (acidic water soluble fraction) and tissue residue.

53 (3) Enzymatic extraction method
a. condroitinase Pretreatment： Bones are rinsed with ice-cold PBS (0.15M NaCl/10mM sodium phosphate buffer, pH7.4). Tissue cleansing： Connective tissue is trimmed away and the tracheas opened along the dorsal aspect. Dissection： Squares of tissue (7mm×7mm) are dissected from the underlying cartilage and placed in various media

54 * CS is isolated from cartilage using extensive papain
Isolation： * CS is isolated from cartilage using extensive papain digestion and mild alkaline borohydride (reducing agent) treatment * Cartilage is freed from surrounding tissues and additionally de-fatted by incubation in 5 volumes of acetone (precipitates lipids) (16 hr at 43℃) * washing with demineralized water. Extraction： CS preparations are treated with chondroitinase ABC (specific for CS) (5 mIU/l CS) in 25 mM Tris-HCl (pH 8.0), 2 mM MgAcetate (precipitates CS) for 16hr at 37℃. (CS preparation is evaluated by digestion with specific glycosidases.) purification and lyophilization： CS is obtained as a white powder.

55 b. pepsin Pretreatment：
the extracted cartilage is placed in Ham's F-12 medium containing L-glutamine (0.2mM), penicillin (1i.u./ml), streptomycin (1µg/ml) and amphotericin B (2.5µg/ml) for 1h. Tissue cleansing： * The tissue is then rinsed twice * transferred to sterile titanium nets in sterile Petri dishes (four pieces/dish) and covered with Ham's F-12 medium supplemented with -glutamine (0.2mM), transferrin (10µg/ml), cortisol (0.5µM), sodium selenite (30nM), retinoic acid (10ng/ml), insulin (5µg/ml), penicillin (1i.u./ml), streptomycin (1µg/ml) and amphotericin B (2.5µg/ml).

56 Enzyme treatment： Lyophilization：
By using activated pepsin to digest (frees the bulk of bovine protein but cleavage of prion bonds are unlikely due to lack of prion protein susceptibility to proteases) cartilage. (The product represents a full spectrum of glycosaminoglycans including chondroitin-4-and-6 sulfates, plus dermatan sulfates, chondroitin polysulfates, herparin and hyaluronic acid.) Lyophilization： The final extract is then lyophilized or dried by other means and placed in capsules usually consisting of 500 to 800mg CS and in some cases may even contain papain.

57 3. 用途 (1) 癌症治療(cancer treatment) 腫瘤(tumor)生長須有提供脈管生長
(angio-genesis)的微血管網(capillary network)滋養，因此醫學界認為抗脈管 生長物質(anti-angio-genesis substance) 能抑制血管擴張(blood vessel development)，故為一種具抗癌作用 (anticancer)的潛力療法。

58 以鯊魚軟骨(shark cartilage)為例：
a. 鯊魚軟骨是一種黏多醣(MPS ， Muco- polysaccharides)並含有C-4-S及C-6-S b. 鯊魚軟骨中具有特強的抗脈管生長的特 性，對於抑制惡性腫瘤(malignant tumor) 擴張的效果比牛軟骨(bovine cartilage)約 高1000倍。

59 a. chondroitin sulphate可抑制關節骨膜軟骨 鈣化現象 b. 幫助維持關節的柔軟與強韌性，保持關 節運作正常
(2) 強化關節功能 a. chondroitin sulphate可抑制關節骨膜軟骨 鈣化現象 b. 幫助維持關節的柔軟與強韌性，保持關 節運作正常 c. 促進關節軟骨的修復 d. 在關節炎的時候還會抑制elastase和 hyaluronidase對軟骨的傷害，改善關節 滑囊液的品質 (因此利用CS和glucosamine以健康食品的方式減緩關節炎造成的 不適，預防及幫助治療關節炎、風濕、痛風、骨刺等症狀)

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62 (3) 強化骨骼 含有天然鈣、磷等之礦物質，幫助牙齒 的生長和骨骼強化、避免骨質疏鬆症、 延緩老化現象。 (4) 其他 在生物醫學上的研究與應用如下： a. CNS(中樞神經系統)相關疾病的治療 b. 藥物傳輸系統Drug delivery system c. Scaffold for tissue engineering： SC可與膠原蛋白作成matrix scaffold， 應用於組織工程上

63 d. 治療心肌梗塞與心血管疾病 e. 降低血中膽固醇含量 f. 減低腎結石的排出 g. 眼科上的應用：因CS的高保水力，可作 成eye-lotion，應用於乾眼症的治療或是 隱形眼鏡的潤滑液。或是將CS作成薄膜 ，於眼科手術時保護內皮與上皮細胞 h. 抗凝血作用 i. 傷口癒合

64 III. 其他產品 1. 磷灰石(Calcium apatite) 多以氫氧基磷灰石【calcium hydroxyaptite, Ca10(PO4)6(OH)2】型態 作為人工骨骼之生醫材料

65 2. 魚骨漿(fish bone paste) (1) 製程 凍結狀態下的鮪魚骨→以切割機
(chopper--comitorol)微細化至 mm →經超微細切機(supper mascolloidal)超 微粒化至 mm→製成超微粒的 魚骨漿 (2) 用途 可作為魚漿添加物質，提高產品白度及 鈣含量

66 3. 骨鈣粉 (1) 製程 a. 酵素水解 * 生鮮魚骨乾燥並磨粉 * 酵素水解骨粉 b. 固液分離 * 分解液過濾 * 濾液濃縮
* 殘渣淨化處理→乾燥→微粒化→骨鈣粉

67 (2) 用途 a. 濃縮分解液—調味 b. 鯊魚骨鈣粉 * 粗成分 粗灰份—80%(以磷酸鈣為主) 蛋白質—2% 粗脂肪—1% * 營養增強劑 * 增加煉製品彈性

68 4. 鰻骨粉 (1) 製程 a. 乾燥 至水分低於10%，以利保存 b . 降低硬度 以高壓殺菌輔進行蒸氣處理(121℃、30
分，鰻骨硬度降低至原有硬度(有1/4超 過1.5 kg/cm2)的4%) c. 粉碎 (2) 用途 營養增強劑 (鈣磷比約1.0：2.2)

69 5. 鰻骨油 * 鰻油中之EPA及DHA含量並不高 * 據坊間非正式試用效果顯示，有很好之 保健效果，故推測
-- 與鰻油內含有較高的Vit A.(約豬油的5 倍、大豆沙拉油的7倍)有關 -- 可能含有某些未解明之生理活性物質 * 鰻骨油之抽取，可用 -- cooking method -- solvent extraction method -- cooking extraction method

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71 (1) 煮取法 最方便之方法，亦即以高溫濕式煎熬法 行之，過程大致如下圖。 (2) 有機溶劑萃取法 萃油率最高，可達90%以上 (3) 蒸煮酵素處理法 萃油率約70-90%，但製程時間短(降低成 本)，且可同時獲得魚溶漿(silage)

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73 (3) 蒸煮酵素處理法 a. 煮沸： 於沸水中熬煮，避免微生物生長或酵素 分解而腐臭 b. 酵素分解： 調整煮液pH至4.6左右，加入蛋白水解 酵素(如鳳梨酵素)及抗氧化劑(如BHT)進 行水解 c. 骨液分離： 水解後的鰻骨可一節一節分開，以濾網 濾得骨節並沖洗，即可得潔白的鰻骨(回 收率約14%)及消化液(濾液)

74 d. 油液分離： 消化液加熱至80℃以上，油脂上浮，移 除下層水溶液後，上層油以熱水充分洗 滌，離心去除雜質，可得粗鰻骨油(回收 率約20%) e. 脫酸處理： 添加鹼液中和粗鰻骨油之脂肪酸 f. 脫色處理： 以脫色劑(酸性白土或活性炭)脫色處理 g. 脫臭處理： 真空及高溫(約200℃)下以蒸氣脫臭處理