羅非魚魚皮膠原蛋白酶法提取工藝及特性研究

王 晴，錢玉梅，李紅俠，陳紅玲

(1.宿州學院，安徽 宿州 234000； 2. 宿州市天然產物與功能性食品工程技術研究中心，安徽 宿州 234000)

0 引言

近些年來，我國漁業(yè)發(fā)展迅速，已躋身于全球第一漁業(yè)大國，在加工生產過程中不可避免地產生魚皮、魚鱗、魚鰾等廢棄物，這些廢棄物的充分利用可以提高漁業(yè)加工的附加價值，增加經(jīng)濟效益，反過來促進漁業(yè)的發(fā)展[1-2]。經(jīng)研究表明魚皮中含有豐富的膠原蛋白，膠原蛋白是一種白色不透明無支鏈的纖維狀蛋白質，廣泛應用于醫(yī)藥、化妝品和食品工業(yè)中，例如功能食品、食品添加劑、食品包裝材料等[3]，因此以水產加工廢棄物魚皮為原料制備膠原蛋白具有廣闊的開發(fā)前景。以羅非魚魚皮為材料，采用胃蛋白酶法提取，利用單因素和正交試驗優(yōu)化胃蛋白酶酶法提取的最優(yōu)條件，并對胃蛋白酶法提取的膠原蛋白的溶解性能和保水性能進行研究，為水產膠原蛋白的進一步應用提供依據(jù)，以期提高漁業(yè)的附加價值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅非魚魚皮(廣東湛江水產有限公司)、胃蛋白酶、無水乙醇、氯化鈉、硫酸銅、氫氧化鈉、硫酸、氯胺T、乙酸等均為分析純(國藥集團化學試劑有限公司)等。

1.2 儀器與設備

SP-723分光光度計(上海光譜儀器有限公司)、GL-23M高速離心機(湖南湘儀集團)等。

1.3 試驗方法

1.3.1 羅非魚魚皮的預處理

將去鱗魚皮剪碎(約3 × 3 mm)，用 0.1 M NaOH溶液浸泡24 h，以去除脂肪和部分雜蛋白，然后洗至中性，再用正己烷浸泡脫脂24 h，真空冷凍干燥后，粉碎(10目)[4]。

1.3.2 胃蛋白酶法提取魚皮膠原蛋白單因素試驗

將粉碎后的魚皮置于含有胃蛋白酶(200 U/mg)的預冷0.5 M乙酸溶液中，調節(jié)pH，并于水浴鍋中在一定溫度下連續(xù)攪拌提取一定時間，取上清，緩慢加入NaCl至最終濃度0.9 M，鹽析過夜，然后2 500 g離心30 min，棄上清，將沉淀溶解于含1.0 M NaCl的Tris-HCl緩沖液中，再次于20 000 g離心1 h，取上清透析脫鹽48 h得到膠原蛋白提取液[5]。

1.3.3膠原蛋白提取率測定

羥脯氨酸含量按GB/T 9695.23-2008測定，膠原蛋白提取率含量按下式計算[4]：

其中，X——膠原蛋白提取率，%；c——羥脯氨酸含量；11.1——換算系數(shù).

1.3.4正交試驗

以單因素結果為依據(jù)建立因素水平表(表1)，以膠原蛋白提取率為評判指標，按照L9(34)正交表來進行試驗優(yōu)化方案的設計。

表1 正交試驗因素水平設計表

1.3.5 溶解性測定

酶解提取的膠原蛋白冷凍干燥，取一定質量溶于0.5 mol/L醋酸中，使得濃度為5 mg/mL。取5 mL分別調至pH為2、3、4、5、6、7、8、9，保持pH值不變，蒸餾水定容至10 mL， 4000 r/min離心15 min，，雙縮脲法測定上清液蛋白質含量，并同時將樣品溶于0.5 mol/L醋酸溶液，采用雙縮脲法測定樣品總蛋白含量，用公式(1)計算溶解性[6]。

(1)

1.3.6 保水性測定

量取50 mL蒸餾水，加入凍干后的膠原蛋白 0.05 g，攪拌，置于1000 r/min條件下離心5 min，棄分離水，稱量殘留物質量，并置于25℃干燥箱中，每隔20 min測一次質量，按公式(2)計算水分殘存率[6]，以測定其保水性強弱。

(2)

式中：Y表示水分殘存率%；m0表示離心剩余物質量/g；m表示每隔一段時間剩余物質量/g。

2結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1提取時間對膠原蛋白提取率的影響

設置酶解溫度40℃，料液比1:70，pH 3，酶解時間分別為5、10、15、20、25 h時，膠原蛋白的提取率如圖1所示，當提取時間較短時，膠原蛋白尚未被完全酶解，故隨著時間的延長，膠原蛋白與酶能夠充分結合，反應速率加快，膠原蛋白的酶解量不斷增大，膠原蛋白提取率也不斷增加，但當膠原蛋白提取率上升到某一極限值后，再延長提取時間則對膠原蛋白提取率影響較小[7]。因此，從使膠原蛋白充分被酶解且節(jié)省時間的角度考慮，最適宜提取時間選取15 h。

圖1 提取時間對膠原蛋白提取率的影響 圖2 提取溫度對膠原蛋白提取率的影響

2.1.2提取溫度對膠原蛋白提取率的影響

設置酶解時間15 h，料液比1:70，pH 3，酶解溫度分別為40、45、50、55、60、65℃時，膠原蛋白的提取率如圖2所示，在35～50 ℃時，膠原蛋白提取率隨溫度的上升持續(xù)增加，但當溫度超過50 ℃，膠原蛋白提取率出現(xiàn)下降，因為溫度過高，不利于胃蛋白酶活性的發(fā)揮，致使其酶解作用減弱[8]。因此，最適提取溫度選用50 ℃。

2.1.3料液比對膠原蛋白提取率的影響

設置酶解時間15 h，酶解溫度50 ℃，pH 3，料液比分別為1:40、1:50、1:60、1:70、1:80、1:90 g/mL時，膠原蛋白的提取率如圖3所示，料液比位于1:40至1:70之間，膠原蛋白提取率不斷上升，料液比為1:80時，膠原蛋白提取率開始下降，可能由于當液料比低于1:70時，膠原蛋白酶解時溶劑不充足，當料液比大于1:70時，溶劑開始過量，此時酶解液稀釋，膠原蛋白提取率反而降低[9]，因此料液比選為1:70。

2.1.4 pH對膠原蛋白提取率的影響

設置酶解時間15 h，酶解溫度50 ℃，料液比1:70，pH分別為1、2、3、4、5、6時，膠原蛋白的提取率如圖4所示，pH小于3時，膠原蛋白提取率隨酸性減少而增加，當pH值增加到3時，膠原蛋白提取率最大，隨后便隨著酸性減少而減低。且酸性越低降低越迅速，表明pH值過低或過高均會對胃蛋白酶的活性有所抑制，可能通過影響胃蛋白酶分子的構象、解離狀態(tài)及膠原蛋白的解離狀態(tài)，進而影響胃蛋白酶活力和酶解反應速率，另一方面，較高的pH可能引入更多的雜質離子，污染反應環(huán)境[10]。所以，胃蛋白酶提取膠原蛋白的最適pH為3。

圖3 料液比對膠原蛋白提取率的影響 圖4 pH對膠原蛋白提取率的影響

2.2 正交試驗結果

如表2所示，四個因素主次順序為A>B>C>D，最優(yōu)條件組合為A2B2C1D1，即最佳的提取條件為酶解時間15 h、酶解溫度50 ℃、料液比1:60、pH為2。按照最優(yōu)條件進行驗證試驗，測得膠原蛋白提取率為90.3%，高于表2中各組合的膠原蛋白提取率，說明了該方法可靠定，因此可用于優(yōu)化胃蛋白酶酶解提取膠原蛋白的最佳提取工藝條件。

表2 正交試驗結果

2.3 酶法提取膠原蛋白特性分析

2.3.1羅非魚魚皮膠原蛋白溶解性能

從圖5可以看出，隨著pH值的上升，羅非魚魚皮膠原蛋白的溶解度呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，在酸性條件下溶解性能大于堿性，且酸性越高，溶解性能越好，pH在3以下，膠原蛋白溶解度達70%以上，當pH超過3，溶解性能開始迅速下降，中性條件下，溶解性能僅為25%左右。膠原蛋白溶解性隨 pH 的變化跟其等電點位置有關，當處于等電點，兩性離子達到電荷平衡，溶解度達到最低，因此結果表明羅非魚魚皮膠原蛋白等電點位于7 附近。

圖5 羅非魚魚皮膠原蛋白溶解性能 圖6 羅非魚魚皮膠原蛋白保水性能

2.3.2羅非魚魚皮膠原蛋白保水性能

由圖6可以看出，胃蛋白酶法提取的羅非魚魚皮膠原蛋白水分殘存率隨時間增加現(xiàn)迅速后緩慢降低，但在360 min后仍保持在90%以上，可見其保水性能較好，可能由于胃蛋白酶酶切位點使得膠原蛋白暴露了較多的親水基團。

3 結論

研究了酶解時間、酶解溫度、料液比、pH對胃蛋白酶提取羅非魚魚皮膠原蛋白提取率的影響，得到最佳酶解條件：酶解時間15 h、酶解溫度50 ℃、料液比1:60、pH為2時，膠原蛋白提取率高達90.3%，該法提取的膠原蛋白溶解性能及保水性能較好，本研究為漁業(yè)資源的有效利用及膠原蛋白的進一步開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。