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热水提取罗非鱼鱼皮胶原蛋白的研究

2016-4-30 20:53:23      点击:

热水提取罗非鱼鱼皮胶原蛋白的研究

【摘要】    摘要:目的 研究热水水解法提取罗非鱼鱼皮胶原蛋白的最佳工艺及检测鱼皮胶原蛋白的氨基酸组成。 方法 采用热水水解提取法,探讨于不同温度、pH值、提取时间和液固化等因素对罗非鱼鱼皮胶原蛋白提取的影响,并和多因素正交试验确定最佳工艺流程。 结果 罗非鱼鳞胶原蛋白热水提取最佳提取工艺为温度90℃,pH 值6.0,固液比1:13,时间2h,蛋白得率为212mg/g原料。特征氨基酸羟脯氨酸为9.7%。 结论 研究建立的热水水解法提取罗非鱼皮胶原蛋白纯度高、色泽洁白无异味。

【关键词】  罗非鱼 鱼皮 胶原蛋白

胶原蛋白是一种高分子蛋白质,是细胞外基质的主要成分,对维持皮肤、血管壁弹性,保持毛发、保持结实而有弹性、指甲柔软亮泽,提高软骨的润滑性等都有重要作用。它存在于人体皮肤、骨骼、牙齿、肌腱等部位,主要生理机能是粘合结缔组织。胶原具有很强的生物活性和生物功能,能参与细胞的迁移、分化和增殖,使骨骼、肌腱、软骨和皮肤具有一定的机械强度。胶原因为其较弱的抗原性和良好的生物相容性,在烧伤、创伤、眼角膜疾病、美容、矫形、硬组织修复、创面止血等医药卫生领域用途广泛[1~3]。也广泛应用于食品包装、肉制品添加剂、胶原小食品、保健食品等[3]。

近几年来,胶原蛋白的开发与利用已引起人们广泛的关注。胶原蛋白中含有丰富的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸,其水解产物中还含有丰富的生理活性肽,这些特性使胶原蛋白及水解产物在医疗、保健及美容方面具有良好的应用前景[4]。由于欧洲疯牛病和口蹄疫的影响,以牛皮、猪皮作为主要原料的胶原蛋白的安全性受到人们的质疑,人们开始以鱼皮、鱼骨等海洋生物材料代替猪、牛皮作为提取胶原蛋白的新原料,海洋生物胶原蛋白与猪、牛等陆生动物的胶原蛋白相比,其特性、组成及溶液的性质都存在显著不同。开发利用海洋鱼类中的胶原蛋白,不仅可以保护环境,扩大胶原蛋白的原料来源,同时拓宽了胶原蛋白的应用范围[5]。鱼皮胶是由鱼皮中的胶原转变而成的一种明胶,其主要成分是生胶质,粘度很高,胶凝强度超过一般的动物胶,并具有良好的生物活性[6]。本文利用罗非鱼加工的下脚料鱼皮,采用热水浸提法提取鱼皮胶原蛋白,设计正交实验对胶原蛋白的提取工艺进行优化, 找出了最佳的提取工艺。

1  材料与方法

1.1  材料  罗非鱼鱼皮为海南泉溢食品有限公司提供。全部分析试剂和仪器均为市售分析纯或生化级试剂和实验室常用仪器。

1.2  测定方法  水分按GB/T 5009.3;粗蛋白GB/T 5009.5;粗脂肪GB/T 5009.6;灰分GB/T 5009.4;可溶性蛋白考马斯亮蓝染色法;氨基酸GB/T5009.124。

1.3  罗非鱼样品处理及提取鱼皮胶原蛋白的工艺路线  罗非鱼鱼皮去鳞→ 洗净→提取→过滤→高速离心→浓缩→喷雾干燥→胶原蛋白

2  结果

2.1  罗非鱼鱼皮的主要成分的测定  经测定,罗非鱼鱼皮中的粗蛋白、粗脂肪和水分分别为23.0%、2.5%和74.0%,灰尘分为1.12%。鱼皮中蛋白质有23%,如果以干基计,可达88.5%,十分丰富。

2.2  热水提取鱼皮胶原蛋白条件的优化  称取鱼皮,加入一定量的水,在不同pH值、不同温度、不同时间进行水解,活性碳脱色、离心,去除黑皮与其他杂质。取其溶液2ml于100ml容量瓶,加水稀释到刻度。从容量瓶取2ml于比色管中,加入2ml考马斯亮蓝法测定,加水至刻度,摇均匀,放置10min, 分光光度仪测吸光度。分别从pH、温度、固液比、时间进行单因子的实验。

2.2.1  pH值对鱼皮胶原蛋白提取的影响  pH值对鱼皮胶原蛋白提取的影响见图1。从图1可知,在低pH值下,鱼皮蛋白得率低于中性和碱性条件下,在中性偏酸时蛋白溶出较多,在中性和弱碱性、中等碱性条件下略微减少;原因可能是在低pH值下,蛋白的溶解性下降,同时溶解的蛋白质在酸性条件下部分被水解成氨基酸。

图1  pH值对鱼皮胶原蛋白提取的影响(略)

2.2.2  温度对鱼皮胶原蛋白提取的影响  温度对鱼皮胶原蛋白提取的影响见图2,从2图可知,30℃~80℃内蛋白得率随温度升高变化较快,80℃到100℃之间蛋白得率变化较小,当温度进一步升高时蛋白质提取率不再升高。考虑到温度过高对蛋白质破坏作用,选择温度在90℃之内。

图2  温度对鱼皮胶原蛋白提取的影响(略)

2.2.3  液料比对鱼皮胶原蛋白提取的影响  液料比对鱼皮胶原蛋白提取的影响见图3,从图3可知,从5倍加水量到10倍加水量条件下,提取的蛋白得率几乎呈线性增长,从10倍到13倍液料之间有较小幅度增长,当加水量达到20倍时提取率反而有微小下降趋势。考虑加水量过多增加浓缩与干燥的能耗,所以选择提取液料比在7~13之间为佳。

图3  液料比对鱼皮胶原蛋白提取的影响(略)

2.2.4  水解时间对鱼皮胶原蛋白提取的影响  水解时间对鱼皮胶原蛋白提取的影响见图4,从图4可知,在0.5~1.5h的时间内,蛋白得率变化较快,而在2h后,蛋白得率没有大的改变,之后反而有下降的趋势。

图4  水解时间对鱼皮胶原蛋白提取的影响(略)

2.3  热水提取多因子正交实验  通过前面单因素实验可以确定鱼皮胶原蛋白提取因素中提取温度、提取时间、液固比、pH值4个因素的适用范围,每个影响因素选择3个较佳值,然后利用正交实验确定最佳工艺,见表1。

表1  多因子正交实验表(略)

通过对鱼皮水解氨基酸的分析检测得出17 种常见氨基酸,氨基酸总量为79.5g/100g,其中鱼皮的特征氨基酸-羟脯氨酸约占总氨基酸的9.7%,甘氨酸约占氨基酸总量的21%,脯氨酸约占氨基酸总量的11.8%。7 种必需氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸)约占氨基酸总量13%。

3  小结

鱼皮胶原蛋白是一种分子量小、纯度高、易吸收、安全系数高的胶原蛋白,营养丰富。在保健食品、美容、医疗等方面有很高的应用价值。

本文以罗非鱼鱼皮为研究对象,测定了鱼皮的组分以及鱼皮胶原蛋白氨基酸组分;采用热水水解法提取胶原蛋白并对其工艺进行优化,确定了热水提法提取胶原蛋白的最佳条件是:提取温度90℃, 提取时间2h, 料液比1:13,pH值为6,罗非鱼鱼皮在最佳工艺条件下水解,通过脱色、过滤、浓缩、喷雾干燥可以得到纯度较高、色泽洁白、无异味的胶原蛋白。罗非鱼鱼皮来源广泛,制作胶原蛋白成本低,工艺简单,附加值高。