微波法提取魚鱗膠原蛋白及其性質研究

摘要：以淡水魚加工后的下腳料魚鱗為原料，采用微波法提取其中的膠原蛋白，設計單因素試驗和正交試驗考察乙酸濃度、微波功率、微波處理時間和料液比對魚鱗中膠原蛋白提取率的影響。結果表明，優(yōu)化的提取工藝條件為微波功率400 W、0.6 mol/L的乙酸溶液作提取劑、料液比m魚鱗∶V乙酸=1∶25（g/mL）、微波處理時間5 min，此條件下膠原蛋白提取液中羥脯氨酸含量為186.358 mg/g，膠原蛋白提取率為41.37%。對提取的魚鱗膠原蛋白進行性質測定，結果表明魚鱗膠原蛋白的吸水性0.466 g/g、溶解性100%、乳化性51.67%、乳化穩(wěn)定性91%、吸油性2.8 mL/g、起泡性84%，綜合性質較好。

關鍵詞：膠原蛋白；魚鱗；微波法提?。恍再|

中圖分類號：TS254.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）03-0662-03

中國每年淡水魚加工業(yè)的廢棄物總量在200萬t以上，其中魚鱗約占15%[1-3]。魚鱗主要成分是Ⅰ型膠原蛋白和羥基磷灰石，其中膠原蛋白可用于制作生物醫(yī)用材料等，有較高的經濟價值[4，5]。對淡水魚加工生產中的下腳料魚鱗進行綜合利用研究，提高水產品加工水平，可帶來較好的經濟效益和社會效益。目前魚鱗膠原蛋白的主要制備方法有水提法、酶解法、酸法等[6]，但在大規(guī)模生產中的應用還有一定局限性。微波法萃取是近年發(fā)展起來的一種新型提取技術，具有選擇性高、萃取效率高、節(jié)約能源等優(yōu)點。本試驗采用微波法從魚鱗中提取膠原蛋白，并對所提取膠原蛋白的性質進行研究，為實現(xiàn)魚鱗膠原蛋白的大規(guī)模生產奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

混合魚鱗取自西昌農貿市場。主要試劑包括羥脯氨酸（Hyp）標準液、對二甲基氨基苯甲酸顯色試劑、高氯酸、氯胺T溶液、胃蛋白酶、大豆色拉油、活性炭等。主要儀器有立式電熱鼓風干燥箱、微波爐、粉碎機、旋轉黏度計、高速離心機、試驗用微型粉碎機、組織搗碎機、冷凍干燥機等。

1.2 試驗方法

1.2.1 魚鱗膠原蛋白的提取 新鮮混合魚鱗用清水洗凈，0.1 mol/L NaOH浸泡24 h[7]，0.6 mol/L HCl浸泡24 h，蒸餾水洗凈，36 ℃干燥后粉碎[8]。加入乙酸溶液后采用微波處理一段時間以提取膠原蛋白[9]。在膠原蛋白粗提液中加入3～5 g活性炭，攪拌30 min，紗布過濾后4 000 r/min離心20 min，傾出上清液，重復操作1次，過濾得到膠原蛋白液。用比色法測定膠原蛋白液中的羥脯氨酸含量，由于淡水魚鱗膠原蛋白中羥脯氨酸含量是相對固定的，因此試驗過程中以羥脯氨酸含量表示膠原蛋白的含量[10]。將膠原蛋白粗提液置于不銹鋼托盤中，于冰箱冷凍室內凍結成冰，冷凍干燥機預冷至-45 ℃后放入凍結樣品，開啟真空泵冷凍干燥20 h以上，得膠原蛋白干制品[11]。

設計單因素試驗和正交試驗考察乙酸濃度、微波處理時間、微波功率和料液比對膠原蛋白提取率的影響[12，13]。①乙酸濃度。分別以濃度為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol/L的乙醇濃度作為提取劑，在料液比1∶20（m魚鱗∶V乙酸，g/mL，下同）、微波功率500 W的條件下提取3 min。②微波處理時間。在料液比1∶20、微波功率500 W、0.6 mol/L的乙酸溶液作為提取劑的條件下分別提取1、2、3、4、5、6、7 min。③微波功率。以0.6 mol/L的乙酸溶液為提取劑、微波處理時間3 min、料液比1∶20，微波功率分別為100、200、300、400、500、600、700、800 W。④料液比。微波處理時間3 min、0.6 mol/L的乙酸溶液作提取劑、微波功率500 W，料液比分別為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40。⑤正交試驗。設置四因素三水平正交試驗進一步考察微波功率、乙酸濃度、料液比和微波處理時間對膠原蛋白提取率的影響，正交試驗因素與水平見表1。

1.2.2 膠原蛋白性質研究 參考金成[5]、段蕊等[14]的方法測定所提取魚鱗膠原蛋白的吸水性、溶解性、乳化能力、乳化穩(wěn)定性、吸油性和起泡性等。

2 結果與分析

2.1 魚鱗膠原蛋白提取條件的優(yōu)化

2.1.1 乙酸濃度對膠原蛋白提取率的影響 乙酸濃度對膠原蛋白提取率的影響結果見圖1。由圖1可以看出，隨著乙酸濃度的增加，提取液中羥脯氨酸含量呈先升高后降低的趨勢，乙酸濃度為0.7 mol/L時膠原蛋白提取率最高。

2.1.2 微波處理時間對膠原蛋白提取率的影響 不同微波處理時間對膠原蛋白提取率的影響結果見圖2。由圖2可以看出，隨著微波處理時間的延長，提取液中的羥脯氨酸含量先升高，微波處理時間為4 min時膠原蛋白提取率最高，之后隨著處理時間的延長膠原蛋白提取率反而下降。

2.1.3 微波功率對膠原蛋白提取率的影響 微波功率對膠原蛋白提取率的影響結果見圖3。由圖3可知，隨著微波功率的升高提取液中羥脯氨酸的含量先增加，微波功率為500 W時膠原蛋白提取率最高，微波功率繼續(xù)升高，提取液中羥脯氨酸的含量反而降低。

2.1.4 料液比對膠原蛋白提取率的影響 料液比對膠原蛋白提取率的影響結果見圖4。由圖4可知，隨著提取溶劑乙酸溶液用量的增加，提取液中羥脯氨酸的含量呈先升高后下降的變化趨勢，但總的變化幅度不大。料液比為1∶25時膠原蛋白提取率最高。

2.1.5 正交試驗結果 正交試驗結果見表2。由表2可知，各因素對魚鱗膠原蛋白提取率的影響由大到小依次為料液比、微波處理時間、微波功率、乙酸濃度。最佳試驗條件組合為A1B1C2D3，即微波功率400 W、0.6 mol/L的乙酸溶液作提取劑、料液比1∶25、微波處理時間5 min。最佳試驗條件組合不在正交試驗組合中，故在該條件下進行驗證試驗，所得膠原提取液中羥脯氨酸含量為186.358 mg/g，高于所有正交試驗組合的結果，表明正交試驗結果是可行的。魚鱗膠原蛋白干燥后稱重，計算得到膠原蛋白提取率為41.37%。

2.2 膠原蛋白性質測定結果

1）吸水性。測定吸水性試驗前后膠原蛋白的質量，吸水率=（吸水前膠原蛋白質量-吸水后膠原蛋白質量）/吸水前膠原蛋白質量，吸水性為0.466 g/g。

2）溶解性。取膠原蛋白0.3 g溶于20 mL蒸餾水中，靜置，調節(jié)pH 7，定容至25 mL，4 000 r/min離心15 min，離心后的液體無分層現(xiàn)象，說明膠原蛋白的溶解性很好，達到100%。

3）乳化性。經乳化性試驗后膠原乳化層體積為15.5 mL，總高度為30 mL，乳化性為51.67%。膠原蛋白乳化穩(wěn)定性測定結果顯示微波法提取的魚鱗膠原蛋白乳化穩(wěn)定性為91%，與乙酸提取法所得的膠原蛋白乳化穩(wěn)定性相差不大。

4）吸油性。微波法提取的魚鱗膠原蛋白的吸油性為2.8 mL/g。

5）起泡性。微波法提取的魚鱗膠原蛋白的起泡性為84%。

3 小結與討論

采用微波法提取魚鱗中膠原蛋白，在單因素試驗的基礎上設計正交試驗考察乙酸濃度、微波功率、微波處理時間和料液比對魚鱗中膠原蛋白提取率的影響。得到優(yōu)化的提取條件為微波功率400 W、0.6 mol/L 的乙酸溶液作提取劑、料液比1∶25、微波處理時間5 min，此時提取液中羥脯氨酸含量為186.358 mg/g，魚鱗膠原蛋白提取率達到41.37%，在今后的試驗中還可繼續(xù)優(yōu)化提取條件提高提取率。

試驗提取到的魚鱗膠原蛋白的吸水性0.466 g/g，溶解性100%、乳化性51.67%、乳化穩(wěn)定性91%、吸油性2.8 mL/g、起泡性84%，綜合性質較好。試驗結果可為魚鱗膠原蛋白的開發(fā)利用奠定基礎。

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