魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)熱水浸提明膠的性質(zhì)及其成膜性能的影響

姚　　峰，陳書霖，唐蘭蘭，郝更新，蘇文金，2，翁武銀，2，*

（1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，福建廈門361021；2.福建省食品微生物與酶工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361021）

魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)熱水浸提明膠的性質(zhì)及其成膜性能的影響

姚峰1，陳書霖1，唐蘭蘭1，郝更新1，蘇文金1，2，翁武銀1，2，*

（1.集美大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，福建廈門361021；2.福建省食品微生物與酶工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建廈門361021）

以羅非魚(yú)皮為原料，考察了熱水浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠性質(zhì)及其成膜性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，明膠的黏度和凝膠強(qiáng)度都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)利用明膠制備成蛋白膜時(shí)，膜的機(jī)械性能也呈現(xiàn)相同的變化趨勢(shì)。當(dāng)熱水浸提液中的魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，提取的明膠其凝膠強(qiáng)度為281g，制備的明膠蛋白膜其抗拉伸強(qiáng)度為60MPa。然而，明膠的氨基酸組成和蛋白組分都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的差異。根據(jù)差示掃描量熱分析和圓二色譜分析的結(jié)果，表明利用魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%浸提時(shí)，提取的明膠其無(wú)規(guī)則卷曲程度相對(duì)較小，結(jié)果形成的明膠蛋白膜的熱穩(wěn)定性最高。

羅非魚(yú)皮，明膠，熱水浸提，魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，凝膠性能，成膜性能

明膠是一種具有良好的凝膠性、成膜性和生物可降解性的天然高分子材料，已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。近年來(lái)由于瘋牛病、口蹄疫等頻繁爆發(fā)和宗教信仰等原因，以及市場(chǎng)對(duì)明膠制品需求量的不斷增加，利用魚(yú)類加工副產(chǎn)物制備明膠已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。由于魚(yú)類生活環(huán)境溫度都低于陸生動(dòng)物，魚(yú)類膠原中的亞氨基酸（脯氨酸和羥脯氨酸）含量都較低，因此利用魚(yú)皮、魚(yú)鱗等提取的明膠其凝膠形成能和熱穩(wěn)定性都比陸生動(dòng)物明膠差［1-3］。有研究表明魚(yú)皮魚(yú)鱗中還存在內(nèi)源性蛋白酶，明膠在提取過(guò)程中蛋白容易被酶解，導(dǎo)致明膠的凝膠性能和成膜性能下降［4-5］。雖然提高浸提溫度可以抑制蛋白的酶解，但高溫也會(huì)使明膠發(fā)生熱降解，導(dǎo)致提取的魚(yú)皮明膠成膜性能發(fā)生下降［6］。鄭惠彬等［7］研究了pH和提取溫度對(duì)羅非魚(yú)魚(yú)鱗明膠性質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在pH4，70℃的條件下浸提的魚(yú)鱗明膠其凝膠性能和成膜性能都最好。另一方面，也有研究報(bào)道將明膠成膜液的起始蛋白質(zhì)量濃度提高到一定程度，可避免高溫干燥導(dǎo)致明膠膜機(jī)械性質(zhì)的下降［8］，暗示了熱水浸提中的魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有可能對(duì)明膠的提取產(chǎn)生一定的影響。然而，目前有關(guān)浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取明膠性質(zhì)的影響還未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文以羅非魚(yú)魚(yú)皮為原料，考察魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)熱水浸提明膠的凝膠性能和成膜性能的影響，為魚(yú)類明膠提取工藝優(yōu)化提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

羅非魚(yú)皮當(dāng)?shù)氐乃a(chǎn)市場(chǎng)；DC蛋白試劑盒美國(guó)Bio-Rad公司；羥脯氨酸試劑盒南京建成生物工程研究所；甘油，分析純國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉，分析純廣東光華化學(xué)廠有限公司；鹽酸，分析純西隴化工股份有限公司；分子量標(biāo)準(zhǔn)物美國(guó)Fermentas公司。

UV-8000A型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上海元析儀器有限公司；日立835-50型高速氨基酸分析儀日本日立制造所；TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀美國(guó)Food Technology公司；UM113型攪拌脫泡機(jī)日本Unix有限公司；PSX智能型恒溫恒濕箱浙江寧波萊福科技有限公司；厚度儀日本Ozaki MFG公司；差示掃描量熱儀瑞士梅特勒-托利多公司；WSC-S型測(cè)色色差計(jì)上海精密科學(xué)儀器有限公司；J-715-150S型圓二色譜儀JASCO日本分光株式會(huì)社；LVDV-C型數(shù)顯粘度計(jì)美國(guó)Brookfield公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1魚(yú)皮明膠的提取魚(yú)皮明膠的提取參考陳書霖等［9］報(bào)道的方法并做些許改動(dòng)。羅非魚(yú)皮利用3倍原料重量的0.05mol/L NaOH-20%酒精-1.0%H2O2溶液于5℃下浸漬24h除去脂肪和非膠原蛋白，用冰水漂洗至中性，再加入3倍原料重量的0.05mol/L HCl溶液于室溫下浸漬0.5h后，用清水漂洗至溶液的pH接近中性，然后通過(guò)冷凍干燥成干品備用。將冷凍干燥的魚(yú)皮和水按不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（7.5%、10.0%、12.5%、15.0%）進(jìn)行混合，于80℃下水浴浸提1h后，迅速冷卻至室溫，離心（15000×g，25℃，20min），將獲得的上清液通過(guò)冷凍干燥制備成明膠樣品，保存在-18℃供以下實(shí)驗(yàn)使用。

1.2.2氨基酸組成分析稱取一定量的明膠樣品放在可完全密封的消化管中，加入6.0mol/L的HCl溶液，于110℃下消化22h，通過(guò)蒸餾除去鹽酸并稀釋至適宜濃度后利用氨基酸分析儀進(jìn)行測(cè)定，其中羥脯氨酸的含量利用試劑盒進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3明膠的粘度將不同魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)下提取的明膠樣品配制成6.67%的膠液，放在60℃下利用數(shù)顯粘度計(jì)測(cè)量明膠的粘度，其中轉(zhuǎn)速為100r/min，旋轉(zhuǎn)平衡穩(wěn)定后記錄數(shù)值。

1.2.4明膠凝膠的制備和凝膠強(qiáng)度測(cè)定明膠凝膠的制備參考Jongjareonrak等［10］報(bào)道的方法。將60℃下溶解的明膠溶液濃度調(diào)整為6.67%（W/V），裝入高3cm、直徑3.5cm的不銹鋼罐中，放在5℃冰箱中凝固18h制備成凝膠。明膠的凝膠強(qiáng)度利用TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀在室溫下進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定條件為下壓距離為4mm，下壓速度為30mm/min。凝膠強(qiáng)度值用“g”表示。

1.2.5SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE） SDSPAGE根據(jù)Laemmli等［11］的方法進(jìn)行測(cè)定，其中濃縮膠和分離膠的濃度分別為4%和6%。將魚(yú)皮明膠利用蒸餾水溶解后調(diào)制成蛋白濃度為1mg/mL的電泳樣品，在10mA恒定電流下進(jìn)行電泳，利用考馬斯亮藍(lán)R-250進(jìn)行染色，再用脫色液（甲醇∶乙酸∶水=3∶1∶6，V/V/V）脫色至背景完全透明為止。

1.2.6明膠蛋白膜的制備明膠蛋白膜的制備和性能測(cè)定參考翁武銀等［12］報(bào)道的方法。將不同固形物濃度的明膠樣品加入適量蒸餾水于室溫下溶脹30min后，利用60℃水浴使明膠完全溶解，根據(jù)Lowry法［13］測(cè)定明膠蛋白溶液的濃度后將明膠蛋白濃度調(diào)整至2%（w/v），添加明膠蛋白質(zhì)量20%（W/W）的甘油并脫泡，將調(diào)制好明膠蛋白成膜液澆注在有機(jī)硅樹(shù)脂上并放在溫度（25±1）℃、相對(duì)濕度（RH）50%±5%的恒溫恒濕箱中干燥24h，然后揭膜繼續(xù)放在恒溫恒濕箱中平衡48h，供以下實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。

1.2.6.1膜的機(jī)械性能將明膠膜樣品切成45mm× 15m（長(zhǎng)×寬）的矩形長(zhǎng)條，利用厚度儀測(cè)定膜的厚度，然后利用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)膜進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，采用100N的力量感應(yīng)元，初始間隔為30mm，拉伸速率為60mm/min。明膠膜的抗拉伸強(qiáng)度（TS）和斷裂伸長(zhǎng)率（EAB）按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

TS（MPa）=F/S

式中，F(xiàn)為膜斷裂時(shí)承受的最大張力（N），S為膜的斷裂面積（m2）。

EAB（%）=（E/30）×100

式中，E為膜斷裂時(shí)被拉伸的長(zhǎng)度（mm）。

1.2.6.2膜的顏色和透明度明膠膜的顏色利用WSC-S測(cè)色色差儀進(jìn)行測(cè)定，顏色以參數(shù)L*（黑-白）、a*（綠-紅）、b*（藍(lán)-黃）的值表示。其中標(biāo)準(zhǔn)白板的L*為91.86，a*為-0.88、b*為1.42。明膠膜的透明度值（T）根據(jù)Hoque等［14］的方法利用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定，掃描波長(zhǎng)范圍為200～800nm，膜的透明度值按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

透明度值=－lgT600/x

式中，T600為膜的在600nm下的透光率，x為膜的厚度（mm），透明度值越高表示蛋白膜越不透明。

1.2.7差示掃描量熱分析（DSC）利用差示掃描量熱分析儀測(cè)定明膠膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），儀器用金屬銦進(jìn)行校準(zhǔn)。明膠膜用液氮研磨成粉末后放在真空干燥機(jī)中干燥一周，精確稱取一定量的干燥樣品，利用空坩堝作為參比，以10℃/min的速率從-30℃升溫至200℃進(jìn)行第1次掃描，然后快速降溫，采用相同條件進(jìn)行第2次掃描。利用配套的數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)DSC曲線進(jìn)行分析。明膠膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）為掃描曲線上轉(zhuǎn)變斜線的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度。

1.2.8圓二色譜分析（CD） 利用圓二色譜儀對(duì)明膠溶液和明膠膜進(jìn)行掃描，掃描波長(zhǎng)范圍為190～260nm，掃描速率為100nm/min，光程為lmm。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0軟件（SPSS Inc，Chicago，IL，USA）對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（ANOVA），顯著性檢驗(yàn)方法為Duncan多重檢驗(yàn)，顯著水平為0.05［15］。

2　結(jié)果與分析

2.1魚(yú)皮明膠的性質(zhì)

2.1.1魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠氨基酸組成的影響表1顯示了熱水浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)羅非魚(yú)皮明膠氨基酸組成的影響。由表1可以看出，任意一個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)下提取的魚(yú)皮明膠，含量最高的氨基酸都是甘氨酸，其含量約占總氨基酸的35.0%，接近藍(lán)鯊魚(yú)皮明膠［3］和鱈魚(yú)、鮭魚(yú)、鯰魚(yú)等魚(yú)皮明膠中的甘氨酸含量［16］。羅非魚(yú)皮明膠的脯氨酸約占總氨基酸的12.0%，高于巨型鯰魚(yú)皮明膠［10］，類似于灰色扳機(jī)魚(yú)皮明膠［17］，但低于羅非魚(yú)鱗明膠［18］。脯氨酸是環(huán)狀氨基酸，對(duì)膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著重要的作用，它的含量容易受生活環(huán)境的影響，通常淡水魚(yú)的魚(yú)皮明膠中脯氨酸含量都比海洋魚(yú)的魚(yú)皮明膠高。而且，由脯氨酸羥基化而來(lái)的羥脯氨酸由于含有-OH基團(tuán)，具有較強(qiáng)的氫鍵結(jié)合能力，可起到進(jìn)一步穩(wěn)定三股螺旋結(jié)構(gòu)的作用［19］。本研究提取的羅非魚(yú)魚(yú)皮明膠的亞氨基酸（脯氨酸和羥脯氨酸）含量為17.7%～18.1%，與鰩魚(yú)［20］、灰色扳機(jī)魚(yú)［17］、巴沙魚(yú)［21］等淡水魚(yú)魚(yú)皮提取的明膠接近，高于三文魚(yú)［22］和鱈魚(yú)［1］等海水魚(yú)魚(yú)皮明膠。這些結(jié)果表明了羅非魚(yú)皮明膠可能具有良好的凝膠形成能和成膜性能。然而，熱水浸提液中的魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)羅非魚(yú)皮明膠氨基酸組成沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的影響。

表1　羅非魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠氨基酸組成的影響（殘基數(shù)/ 1000個(gè)殘基）Table 1　Amino acid composition of gelatin extracted from tilapia skin at various concentration（residues per 1000 total amino acid residues）

表2　魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠的黏度和凝膠強(qiáng)度的影響Table 2　Effect of skin concentration on viscosity and gel strength of gelatin extracted from tilapia skin

2.1.2魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠蛋白組分的影響在熱水浸提液中不管采用哪一種質(zhì)量分?jǐn)?shù)的魚(yú)皮，利用羅非魚(yú)皮提取的明膠中蛋白的主要組分都是β肽鏈（約230ku）、α1肽鏈（約120ku）和α2肽鏈（約110ku）（圖1）。這與劉朝霞等報(bào)道的I型膠原蛋白類似［23］。除了這些主要組分以外，本研究還發(fā)現(xiàn)一些未能進(jìn)入分離膠的高分子成分（HMWP）和少量的蛋白降解條帶。Limpisophon等［16］利用80℃浸提1h提取鯊魚(yú)皮明膠時(shí)，也發(fā)現(xiàn)提取的蛋白組分中除了β肽鏈和α肽鏈以外，還含有少量的降解蛋白。吳菲菲等［24］采用同樣的方法提取羅非魚(yú)鱗明膠時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)提取的明膠含有較多的160ku和80ku的蛋白條帶。鄭惠彬等［7］的研究表明羅非魚(yú)鱗中存在內(nèi)源性堿性蛋白酶，利用堿性條件提取明膠會(huì)導(dǎo)致蛋白發(fā)生酶解，但采用酸性條件進(jìn)行浸提時(shí)明膠會(huì)發(fā)生熱降解［7］。在本研究中提取的明膠蛋白組分沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的降解條帶，一方面是在偏酸性的條件下進(jìn)行提取，另一方面有可能是浸提溶液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，能夠抑制明膠蛋白在80℃下浸提時(shí)發(fā)生的熱降解。

圖1　不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下提取的羅非魚(yú)皮明膠的SDS-PAGEFig.1　SDS-PAGE of gelatin extracted from tilapia skin at various concentration

表2顯示了魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取的明膠黏度和凝膠強(qiáng)度的影響。隨著熱水浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，魚(yú)皮明膠的黏度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)達(dá)到最大值。而且，相同的變化趨勢(shì)也在明膠的凝膠強(qiáng)度中發(fā)現(xiàn)。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)提取的羅非魚(yú)皮明膠其凝膠強(qiáng)度可以達(dá)到281g，略高于Kasankala等利用草魚(yú)皮提取的明膠（267g）［25］。據(jù)報(bào)道，明膠的蛋白分子量和亞氨基酸含量能夠影響它的粘度和凝膠強(qiáng)度［26-27］。然而，在本研究中卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這樣的趨勢(shì)，這可能是熱水浸提液中魚(yú)皮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要對(duì)提取明膠蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定程度的影響。

2.2魚(yú)皮明膠蛋白膜的性質(zhì)

2.2.1魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠膜機(jī)械性能的影響圖2顯示了不同魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠膜機(jī)械性能的影響。隨著魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，利用羅非魚(yú)皮提取的明膠制備的蛋白膜其抗拉伸強(qiáng)度（TS）和斷裂延伸率（EAB）都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。這種趨勢(shì)與明膠的黏度和凝膠強(qiáng)度的變化趨勢(shì)（表2）相一致。在熱水浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%時(shí)，利用提取的明膠制備的蛋白膜其TS可以達(dá)到60MPa，接近牛皮、豬皮明膠制備的蛋白膜［28］，表明利用該條件提取的明膠具有替代動(dòng)物明膠用于生產(chǎn)蛋白膜。膜在外觀幾乎接近白色。另一方面，表3還顯示了熱水浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)制備的明膠膜透光度值的影響，其中透明度值越高表明膜越不透明。膜的透明度值隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，表明利用低質(zhì)量分?jǐn)?shù)提取的明膠制備的蛋白膜具有較好的透明性能。這可能是提取液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，浸提過(guò)程溶解在單位體積的明膠中的色素越多，結(jié)果導(dǎo)致膜的透明度降低。

圖2　不同魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠膜的機(jī)械性能影響Fig.2　Effect of skin concentration on mechanical properties of gelatin films prepared using tilapia skin

2.2.2魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠膜顏色和透明度的影響

蛋白膜的色澤在一定程度上也會(huì)影響消費(fèi)者對(duì)可食膜的接受程度，因此測(cè)定了利用不同魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提取的明膠制備的蛋白膜的顏色（表3）。不管采用哪一種魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)提取的明膠，形成的膜其L*、a*、b*值沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著性的差異，均與白板的參數(shù)值（L*=91.86，a*=-0.88，b*=1.42）接近，表明這些明膠

表3　不同魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠膜的顏色和透明度值的影響Table 3　Effect of skin concentration on the color and transparency value of gelatin films prepared using tilapia skin

2.2.3魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠膜熱穩(wěn)定性的影響利用差示掃描量熱儀分析了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)提取的魚(yú)皮明膠制備的蛋白膜的熱穩(wěn)定性（圖3）。在一次掃描中，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，魚(yú)皮明膠膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)（圖3a）。同樣的變化趨勢(shì)也在二次掃描中觀察到（圖3b）。然而，二次掃描獲得的魚(yú)皮明膠蛋白膜的Tg明顯高于一次掃描，這可能是明膠蛋白膜的結(jié)合水在一次掃描升溫中揮發(fā)掉，導(dǎo)致在二次掃描中膜的Tg出現(xiàn)上升。有研究報(bào)道，明膠膜機(jī)械強(qiáng)度與Tg之間的正相關(guān)［3］。類似的現(xiàn)象在本研究中也存在，Tg越高膜的TS也越大（圖2和圖3）。

圖3 羅非魚(yú)魚(yú)皮明膠膜的DSC曲線Fig.3　DSC curves of tilapia skin gelatin films

2.2.4魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)明膠二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響通常，膠原變性形成明膠會(huì)使蛋白的三股螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞導(dǎo)致圓二色譜在220nm附近的正峰消失［29］。而且，有文獻(xiàn)報(bào)道在200nm附近處的負(fù)峰強(qiáng)度可以代表無(wú)規(guī)則卷曲的程度，負(fù)峰強(qiáng)度越大代表無(wú)規(guī)則卷曲程度越大［30-32］。圖4（a）顯示了明膠溶液的圓二色譜圖，結(jié)果表明提取的魚(yú)皮明膠中都不存在三股螺旋結(jié)構(gòu)，但在魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%和12.5%條件下提取的明膠，它們的無(wú)規(guī)則卷曲程度比利用魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%和15.0%提取的明膠小。一般，在熱水浸提過(guò)程中魚(yú)皮膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞轉(zhuǎn)變成無(wú)規(guī)則卷曲，逐漸轉(zhuǎn)變成明膠溶解到水中。據(jù)報(bào)道，膠原轉(zhuǎn)變成明膠有三種可能性，三股螺旋體完全松開(kāi)，或一條肽鏈完全松開(kāi)，或三條肽鏈松開(kāi)后仍有少量的氫鍵聯(lián)結(jié)在一起［33］。因此，根據(jù)圖4（a）的結(jié)果推測(cè)如下：隨著熱水浸提液中魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，熱對(duì)魚(yú)皮膠原的破壞逐漸減弱，溶解出來(lái)的明膠中肽鏈松開(kāi)后可能氫鍵聯(lián)結(jié)的程度增強(qiáng)導(dǎo)致無(wú)規(guī)則卷曲的含量逐漸減少；然而當(dāng)進(jìn)一步提高提取液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，魚(yú)皮的三股螺旋結(jié)構(gòu)更不容易受熱破壞，能夠溶解出來(lái)的明膠其氫鍵聯(lián)結(jié)程度可能較小，導(dǎo)致無(wú)規(guī)則卷曲程度出現(xiàn)增加。當(dāng)明膠溶液干燥形成蛋白膜后，圓二色譜圖在220nm附近出現(xiàn)了一定程度的正吸收峰，表明成膜后可能形成少量的三股螺旋結(jié)構(gòu)。有文獻(xiàn)［34］報(bào)道這種結(jié)構(gòu)屬于類膠原三股螺旋結(jié)構(gòu)。值得注意的是，與明膠溶液相比較，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%和12.5%提取的明膠制備的蛋白膜其負(fù)峰強(qiáng)度與其他兩組蛋白膜的差距明顯增大（圖4b）。這可能是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.5%和15.0%提取的明膠其蛋白分子間相互作用力較弱，經(jīng)過(guò)干燥濃縮后結(jié)果就更明顯。而且，根據(jù)表2、圖2和圖4的分析結(jié)果，魚(yú)皮明膠的二級(jí)結(jié)構(gòu)中無(wú)規(guī)則卷曲程度越高，明膠的凝膠性能和成膜性能也越差。

圖4　明膠溶液（a）及其蛋白膜（b）的圓二色譜Fig.4　CD spectra of gelatin solution（a）and gelatin film（b）

3　結(jié)論

熱水浸提液中魚(yú)皮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，提取的明膠其凝膠性能和成膜性能也將不同。利用魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.0%進(jìn)行提取明膠時(shí)，提取的明膠的黏度和凝膠強(qiáng)度最大，而且利用該明膠制備的蛋白膜機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性也是最好。然而，浸提液的魚(yú)皮質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取的明膠的蛋白組分和氨基酸組成沒(méi)有產(chǎn)生顯著的影響。根據(jù)圓二色譜的分析結(jié)果，表明熱水浸提液中魚(yú)皮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要影響提取明膠的無(wú)規(guī)則卷曲程度，結(jié)果影響明膠的凝膠性能和成膜性能。

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Effect of skin concentration on properties and film-forming ability of gelatin from tilapia skin by hot-water extraction

YAO Feng1，CHEN Shu-lin1，TANG Lan-lan1，HAO Geng-xin1，SU Wen-jin1，2，WENG Wu-yin1，2，*
（1.College of Food and Biological Engineering，Jimei University，Xiamen 361021，China；2.Fujian Provincial Key Laboratory of Food Microbiology and Enzyme Engineering，Xiamen 361021，China）

The effect of skin concentration on properties and film-forming ability of gelatin from tilapia skin by hot-water extraction was investigated.As a result，both the viscosity and gel strength of gelatin were increased with increasing the skin concentration in the hot water from 7.5%to 10.0%，while decreased when the skin concentration was further increased.Similar trend was also observed in the mechanical properties of films prepared from gelatin.When skin concentration in the hot-water was 10.0%，the gel strength of extracted gelatin was 281g and tensile strength of prepared films was 60MPa.However，no significant differences in the amino acid composition and protein fractions were found irrespective of skin concentration in the extraction water.Based on the results of differential scanning calorimeter and circular dichroism，it was concluded that when gelatin was extracted from tilapia skin with hot-water at skin concentration of 10.0%，the degree of random coil in the gelatin was relatively low，while the thermal stability of gelatin films was the highest.

tilapia skin；gelatin；hot-water extraction；skin concentration；gel properties；film-forming ability

TS254.9

A

1002-0306（2015）10-0114-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.015

2014－09－09

姚峰（1989－），男，碩士研究生，主要從事蛋白質(zhì)化學(xué)和水產(chǎn)加工副產(chǎn)物綜合利用方面的研究。

翁武銀（1974－），男，博士，教授，主要從事蛋白質(zhì)化學(xué)和水產(chǎn)加工方面的研究。

福建省杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目（2014J06013）；國(guó)家自然科學(xué)基金（31271984）。