草魚魚鱗檸檬法脫灰工藝的優化

李秋雨，劉紅梅，李 彥，羅 燦，劉 焱

（1.湖南農業大學食品科學技術學院，湖南長沙 410128；2.湖南省發酵食品工程技術中心，湖南長沙 410128；3.芷江侗族自治縣農業農村局，湖南芷江 419100；4.長沙理工大學化學與食品工程學院，湖南 長沙 410128）

0 引言

在傳統的生產加工過程中，膠原蛋白的來源物質主要以陸生動物的皮或者骨為主，但由于宗教信仰和動物性流行病（瘋牛病等） 的影響，膠原蛋白的原料來源在一定程度上受到了限制[1-3]。有研究表明，魚鱗主要是由蛋白質、灰分構成，而蛋白質主要為膠原蛋白。因此，從魚鱗中回收利用膠原蛋白，可以彌補常規來源膠原蛋白的不足，增加淡水魚的附加值。魚鱗中灰分的主要成分為羥基磷灰石、磷酸鈣、磷酸鎂等物質，其中羥基磷灰石含量最高，是灰分中的主要成分，其與膠原蛋白互相黏附，緊密結合，這種結構會使膠原蛋白的提取難度增大[4-6]。因此，在提取膠原蛋白前必須將魚鱗的灰分除去。目前，灰分的去除方法主要有鹽酸法、檸檬酸法及EDTA 法[7-12]。但EDTA 價格昂貴，無法實現工業化脫灰，而鹽酸價格雖然便宜，卻會破壞魚鱗中的蛋白質[13]。因此，選擇檸檬酸作為脫灰劑，以新鮮的草魚魚鱗為試驗對象，通過單因素試驗和正交試驗，對草魚魚鱗脫灰工藝的最佳條件進行研究，為后續進一步研究魚鱗膠原蛋白作基礎[14-17]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

新鮮草魚魚鱗，收集于長沙馬王堆水產品市場；檸檬酸、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、95%乙醇、無水乙醚、石油醚、鹽酸、三乙醇胺、鈣指示劑、乙二胺四乙酸二鈉等，均為分析純，國藥集團化學試劑公司提供。

1.1.2 主要儀器設備

SX-4-10 型馬弗爐，天津市泰斯特儀器有限公司產品；KDN-103F 型全自動凱氏定氮儀，上海纖檢儀器有限公司產品；SXT-02 型索氏抽提器，上海洪紀儀器設備有限公司產品。

1.2 方法

1.2.1 樣品預處理

篩選出新鮮完整、無破損的草魚魚鱗，用蒸餾水多次清洗，直至將魚鱗表面的細砂、土礫等雜質去除干凈，將魚鱗表面的水分自然晾干，備用。

1.2.2 單因素試驗設計

（1） 不同檸檬酸質量分數對脫灰的影響。將預處理后的魚鱗樣品在4 ℃條件下，料液比為1∶16，檸檬酸質量分數梯度設置為2%，4%，6%，8%，10%，12%，浸泡6 h 對魚鱗中灰分的脫除率進行測定，探究不同檸檬酸質量分數對魚鱗脫灰效果的影響。

（2） 不同料液比對脫灰的影響。將預處理后的魚鱗樣品在4 ℃條件下，檸檬酸質量分數為10%，料液比設置為1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18，1∶20，浸泡6 h，將魚鱗表面用蒸餾水清洗干凈，對魚鱗中灰分的脫除率進行測定，探究不同料液比對魚鱗脫灰效果的影響。

（3） 不同浸泡時間對脫灰的影響。將預處理后的魚鱗樣品在4 ℃條件下，料液比為1∶16，檸檬酸質量分數為10%，浸泡時間設置為2，4，6，8，10，12 h，將魚鱗表面用蒸餾水清洗干凈，對魚鱗中灰分的脫除率進行測定，探究不同浸泡時間對魚鱗脫灰效果的影響。

1.2.3 正交試驗設計

為探究檸檬酸質量分數、料液比、浸泡時間這3 個因素對魚鱗脫灰效果的影響，設計魚鱗脫灰工藝L9（34）的正交試驗表。

1.2.4 草魚魚鱗基本成分的測定

（1） 水分含量的測定。參照GB 5009.3—2016 中的第一法進行[18]。

（2） 灰分的測定。參照GB 5009.4—2016 中的第一法進行[19]。

（3） 脂肪含量的測定。參照GB 5009.6—2016 中的索氏抽提法進行[20]。

（4） 蛋白質含量的測定。參照GB 5009.5—2016中的凱氏定氮法進行[21]。

1.2.5 魚鱗中灰分脫除率的測定

草魚魚鱗中灰分脫除率的大小可以作為灰分脫除效果的判斷依據，灰分脫除率的計算公式如下：

式中：m1——新鮮草魚魚鱗中灰分的含量，mg；

m2——酸處理后樣品中灰分的殘留量，mg。

1.2.6 數據統計與分析

數據采用平均值±標準偏差的表示方式，并用DPS 2018 進行統計學分析，通過LSD 法進行組間顯著性檢驗，顯著水平為p＜0.05；利用Origin 2018 軟件繪制試驗結果圖。

2 結果與分析

2.1 草魚魚鱗脫灰工藝單因素試驗結果

2.1.1 檸檬酸質量分數對樣品脫灰效果的影響

檸檬酸質量分數與樣品灰分脫除率的關系見圖1。

圖1 檸檬酸質量分數與樣品灰分脫除率的關系

從圖1 可以看出，草魚魚鱗灰分的脫除率隨著檸檬酸質量分數的升高呈現先迅速升高后緩慢降低的趨勢，檸檬酸質量分數為6%時，灰分的脫除率最高，為96.86%；檸檬酸質量分數高于6%時，隨著檸檬酸質量分數的逐漸升高，魚鱗灰分的脫除率反而有所降低，這可能是因為當檸檬酸質量分數達到反應體系的最佳值時，再繼續增大檸檬酸質量分數可能會使檸檬酸與鈣結合，結合的物質附著在魚鱗的表面，阻止魚鱗中灰分的脫除，從而影響魚鱗中灰分的脫除效果。由此可以確定，該因素的3 個水平為4%，6%，8%。

2.1.2 料液比對樣品脫灰效果的影響

料液比與樣品灰分脫除率的關系見圖2。

從圖2 可以看出，魚鱗中灰分的脫除效果隨著料液比的增加而增大，當料液比為1∶14 時，隨著料液比的增大，灰分的脫除率從94.73%增加到99.63%；而當料液比大于1∶14 時，灰分的脫除率雖然在增加，但增加的幅度極小，幾乎可以忽略不計。由此可以確定，該因素的3 個水平為1∶12，1∶14，1∶16。

圖2 料液比與樣品灰分脫除率的關系

2.1.3 浸泡時間對脫灰效果的影響

浸泡時間與樣品灰分脫除率的關系見圖3。

圖3 浸泡時間與樣品灰分脫除率的關系

從圖3 可以看出，隨著浸泡時間的增長，魚鱗中灰分的脫除率呈現先大幅度增加后平穩增加的趨勢。當浸泡時間少于6 h 時，灰分的脫除率從94.08%增加到97.86%，增加了3.78%；當浸泡時間多于6 h 時，魚鱗中灰分的脫除率從97.86%增加到98.09%，增加了0.23%，增加的幅度較小。由此可以確定，該因素的3 個水平為4，6，8 h。

2.2 草魚魚鱗脫灰工藝正交試驗結果

根據單因素試驗的結果，確定檸檬酸質量分數、料液比、脫灰時間這3 個因素的3 個水平，為了明確各因素對脫灰效果影響的顯著性，采用LSD 法對正交試驗的結果做方差分析。

樣品脫灰工藝正交試驗因素與水平設計見表1，魚鱗脫灰工藝L9（34）正交試驗結果見表2，方差分析結果見表3。

表1 樣品脫灰工藝正交試驗因素與水平設計

從表2 可以看出，草魚魚鱗中灰分的脫除率最高為99.63%，此時因素的組合為A1B2C2，影響魚鱗中灰分脫除效果的主次關系為因素B＞因素C＞因素A。從表3 可以看出，因素B 及因素C 對脫灰效果的影響顯著（p＜0.05），因素A 對脫灰效果的影響不顯著（p＞0.05）。分析試驗結果可知，草魚魚鱗中灰分的脫除效果最佳的組合為A1B2C2，這與正交試驗結果一致。因此，魚鱗脫灰的最佳工藝條件為A1B2C2，即以1∶14 的料液比和質量分數為4%的檸檬酸溶液處理魚鱗6 h 可使魚鱗中99.63%的灰分被脫去。

表2 魚鱗脫灰工藝L9（34）正交試驗結果

表3 方差分析結果

2.3 草魚魚鱗脫灰前后基本成分的變化

魚鱗脫灰前后基本成分的含量見表4。

表4 魚鱗脫灰前后基本成分的含量/%

從表4 可以看出，新鮮草魚鱗樣品中水分含量為12.66%，灰分含量為21.35%，總蛋白含量為56.6%，脂肪含量為0.235%，經過脫灰處理后魚鱗樣品中水分含量為14.43%，總灰分含量為0.44%，總蛋白含量為83.04%，脂肪含量為0.076%。結果表明，未經脫灰處理的魚鱗中灰分含量較高，會阻礙膠原蛋白的提取，而經脫灰處理后魚鱗中的灰分含量低于2%，符合企業對灰分的要求。在脫灰的過程中脂肪含量降低到0.076%，這可能是因為魚鱗中部分脂肪隨著檸檬酸溶液而流失。

3 結論

通過檸檬酸法研究草魚魚鱗脫灰的最優工藝條件，結果顯示脫灰的最佳工藝條件為檸檬酸的質量分數4%，料液比1∶14，浸泡時間6 h。在該工藝條件下，魚鱗中99.63%的灰分被脫去，魚鱗中剩余的灰分為0.37%，灰分含量符合企業生產加工的要求（低于2%）。有研究表明，魚鱗中脂肪與膠原蛋白緊密結合，其不利于膠原蛋白的提取。因此，為獲得目的膠原蛋白，在此之前還要對魚鱗樣品進行脫脂處理。但魚鱗樣品經過脫灰處理后，魚鱗中脂肪的含量從0.235%降低至0.076%，脂肪含量幾乎可以忽略不計。因此，經該工藝處理的魚鱗，不僅可以最大程度地脫除灰分，還可以為后續的試驗節省脫脂這一預處理的時間。