酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的響應面優化提取

梁巧榮等

摘要：以優化提取率為目標，采用響應面法考察液料比、乙酸濃度、時間和溫度4因素對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響。結果表明，乙酸濃度、時間、溫度對提取率的影響顯著，最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時間6.2 h，溫度63 ℃，此條件下得到的提取率為9.88%。

關鍵詞：羅非魚鱗；膠原蛋白；響應面法

中圖分類號：TS254.1 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）02-0395-03

Optimizing the Extraction of Acid Soluble Tilapia Scale Collagen by

Response Surface Methodology

LIANG Qiao-rong，JI Ying-jun，LIU Yong，WEI Shou-lian

（School of Chemical and Engineering， Zhaoqing University， Zhaoqing 526061， Guangdong，China）

Abstract： Using extraction rate as target the extraction of the acid soluble tilapia scale collagen was optimized by response surface method on four factors including ratio of liquid to solid， acetic acid concentration， time and temperature. The results showed that the acetic acid concentration， time and temperature had significant influence on the extraction rate. The best extraction rate was 9.88% when it is at 63 ℃ for 6.2 hours with liquid to solid ratio of 30∶1 and acetic acid concentration of 1.2 mol/L.

Key words： tilapia scales； collagen； response surface methodology

肇慶市是廣東省羅非魚重點產區和出口重要基地，主要以冷凍魚片形式出口歐美。在魚片加工過程中會產生大量魚鱗等下腳料，這些下腳料一般用作動物飼料，深加工利用程度很低，這樣不但浪費寶貴的蛋白資源，而且還可能造成環境污染。

魚鱗約占魚體重5%，含有豐富膠原蛋白。膠原蛋白具有良好的生物相容性、生物降解性和低免疫排斥性，被廣泛應用于日用化工、食品、醫藥、化妝品等領域[1-3]。膠原蛋白基生物醫用材料在人造皮膚、人造血管、藥物載體、創傷修復等領域的應用受到廣泛關注[1，4]，在全球每年銷售額已超過40億美元。因此，開發新的膠原蛋白資源特別是魚類膠原蛋白受到重點關注[5，6]。本研究對酸溶性魚鱗膠原蛋白的提取工藝進行響應面優化，建立提取工藝模型，探索最佳提取條件，以期為進一步開發利用魚鱗膠原蛋白提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅非魚鱗由恒興水產公司提供；乙酸、高氯酸、羥脯氨酸、氯胺T、對二甲基氨基苯甲醛、乙二醇甲醚等試劑均為分析純。

TD3C800B型離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司），DFY-250A型高速組織粉碎機（上海比朗儀器有限公司），754型紫外可見分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 酸溶性魚鱗膠原蛋白制備工藝 羅非魚鱗→清洗干凈→脫脂除鈣→干燥→粉碎→懸浮液→酸提→離心→上清液→透析→干燥→酸溶性膠原蛋白。

1.2.2 酸溶性魚鱗膠原蛋白提取率的測定 將除雜魚鱗粉與一定濃度的乙酸溶液配成懸浮液，在一定溫度下恒溫酸提一段時間后，離心，取上清液參照文獻[7，8]的方法測定其羥脯氨酸含量。以羥脯氨酸為標準品，其標準曲線的回歸方程為Y=0.347 3X-0.012 67 （R2=0.998 8）。酸溶性魚鱗膠原蛋白提取率按下式計算：

式中，m為除雜魚鱗粉的質量，g；C為提取液羥脯氨酸的濃度，g/mL；V為提取液的體積，mL。

1.2.3 響應面試驗設計 根據單因素試驗的結果和中心復合設計原理，以提取率為優化目標，選擇液料比、乙酸濃度、時間、溫度進行4因素3水平響應面試驗。試驗因素水平編碼表見表1。

2 結果與分析

2.1 響應面試驗結果分析

響應面試驗設計與試驗結果見表2。采用Design-Expert軟件對試驗數據進行分析，得到提取率與液料比、乙酸濃度、時間、溫度的回歸方程（實際值）為：

2，說明回歸方程極顯著，試驗誤差小。另外，失擬項P值為0.371 7，差異不顯著，說明該回歸方程能較好地描述酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取。

由表4可知，乙酸濃度、時間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著。各因素對提取率影響大小順序為乙酸濃度、溫度、時間、液料比。另外，AD、BC、B2、C2、D2對提取率的影響顯著。

2.2 響應面分析

液料比、乙酸濃度、時間與溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率影響的響應曲面與等高線見圖1。從圖1可知，因素乙酸濃度的曲面比較陡，軸向等高線比較密，說明乙酸濃度對提取率的影響最顯著；而液料比的曲面平緩，軸向等高線在試驗范圍內沒有觀察到，表明液料比對提取率的影響最不顯著。另外，從圖1中各圖等高線的形狀還可知，因素B與C交互作用顯著，B與D、C與D有一定的交互作用；A與D的等高線形狀和曲面為鞍形，交互作用顯著。

2.3 最佳提取工藝的確定與試驗驗證

由Design-Expert得到酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時間6.2 h、溫度62.6 ℃，提取率的預測值為10.17%。根據試驗情況，確定最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時間6.2 h、溫度63 ℃。在此條件下進行平行試驗3次，得到提取率平均值為9.88%，相對誤差為2.85%。結果表明該回歸方程用于分析酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取是可靠的。

3 小結與討論

采用響應面法對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取進行了優化。因素乙酸濃度、時間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著，各因素對提取率的影響大小為乙酸濃度、溫度、時間、液料比。最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時間6.2 h、溫度63 ℃，此條件下的提取率為9.88%，與預測值相比無顯著差異。

參考文獻：

[1] 劉 永，崔英德，尹國強，等.組織工程用蛋白基水凝膠[J].材料導報，2008，22（8）：25-28.

[2] ROCHE S， RONZIERE M C， HERBANGE D， et al. Native and DPPA cross-linked collagen sponges seeded with fetal bovine epiphyseal chondrocytes used for cartilage tissue engineering[J]. Biomaterials，2006，22（1）：9-18.

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[7] 張俊杰，曾慶孝.比色法測定魚鱗中羥脯氨酸的研究[J].食品科技，2004（4）：83-85.

[8] 郭恒斌，曾慶祝，閆 磊，等.分光光度法測定魚皮中羥脯氨酸含量[J].現代食品科技，2007，23（7）：81-83.

2.3 最佳提取工藝的確定與試驗驗證

由Design-Expert得到酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時間6.2 h、溫度62.6 ℃，提取率的預測值為10.17%。根據試驗情況，確定最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時間6.2 h、溫度63 ℃。在此條件下進行平行試驗3次，得到提取率平均值為9.88%，相對誤差為2.85%。結果表明該回歸方程用于分析酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取是可靠的。

3 小結與討論

采用響應面法對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取進行了優化。因素乙酸濃度、時間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著，各因素對提取率的影響大小為乙酸濃度、溫度、時間、液料比。最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時間6.2 h、溫度63 ℃，此條件下的提取率為9.88%，與預測值相比無顯著差異。

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2.3 最佳提取工藝的確定與試驗驗證

由Design-Expert得到酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時間6.2 h、溫度62.6 ℃，提取率的預測值為10.17%。根據試驗情況，確定最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時間6.2 h、溫度63 ℃。在此條件下進行平行試驗3次，得到提取率平均值為9.88%，相對誤差為2.85%。結果表明該回歸方程用于分析酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取是可靠的。

3 小結與討論

采用響應面法對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取進行了優化。因素乙酸濃度、時間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著，各因素對提取率的影響大小為乙酸濃度、溫度、時間、液料比。最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時間6.2 h、溫度63 ℃，此條件下的提取率為9.88%，與預測值相比無顯著差異。

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