綠鰭馬面鲀魚皮明膠的制備工藝研究

靳挺 武玉學 包哲隈 馬澤鋒 張昂 袁晨宇 吳志革

摘要 [目的]利用綠鰭馬面鲀魚皮為原料制備明膠，探究魚皮明膠制備的影響因素，獲取最優工藝條件。[方法]通過單因素試驗研究NaOH處理時間、乙酸處理時間、提取溫度、提取時間對明膠得率的影響。在單因素試驗的基礎上進行正交試驗，篩選綠鰭馬面鲀魚皮明膠制備最優工藝條件。[結果]在優化的試驗條件下，得出綠鰭馬面鲀魚皮明膠制備工藝的最優組合為NaOH處理時間1.0 h，乙酸處理時間3 h，提取溫度80 ℃，提取時間4 h，綠鰭馬面鲀魚皮明膠的得率達15.74%。[結論]該研究可為魚皮等下腳料的開發利用提供科學依據。

關鍵詞 明膠;制備;綠鰭馬面鲀;魚皮

中圖分類號 TS-254.9? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）12-0180-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.046

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Preparation of Gelatin from Navodon septentrionalis Fish Skin

JIN Ting， WU Yu xue，BAO Zhe wei et al

（College of Biochemical Engineering， Ningbo Tech University， Ningbo， Zhejiang 315100）

Abstract [Objective]To prepare gelatin from fish skin of Navodon septentrionalis， and explore the factors affecting the preparation of fish skin gelatin and obtain the optimal process conditions. [Method]The factors such as processing time of fish skin by NaOH， processing time of fish skin by acetic acid， extracting temperature， extracting time were researched by single factor experiment and the optimum conditions were obtained by the orthogonal experiments. [Result]The optimal conditions for gelatin preparation were as following： processing time by NaOH 10 h， processing time by acetic acid 3 h， extracting temperature 80 ℃， extracting time 4 h. Under the optimum conditions， the yield of gelatin was up to 15.74%. [Conclusion] The research can provide scientific basis for the development and utilization of fish skin and other leftovers.

Key words Gelatin;Preparation;Navodon septentrionalis;Fish skin

明膠是由動物（如牛、豬等）的皮、骨等含膠原蛋白豐富的組織，經預處理轉化后在適當溫度下進行提取，然后加工生成的具有三元螺旋結構的高分子多肽聚合物[1]。明膠本身無毒，且具有良好的生物相容性和生物可降解性，廣泛用于食品、制藥、攝影及化妝品工業等領域[2-3]。

近年來，由于牛、豬等動物所攜帶傳播的各種傳染病（如瘋牛病、口蹄疫）在全球肆虐，美國食品與藥品管理局（FDA）認為應將明膠從基本安全（generally regarded as safe）名單中刪除，有不少國家減少或禁止了牛、豬來源的明膠的生產、使用和進口[4-5];另一方面，由于宗教信仰，猶太教和伊斯蘭教消費者排斥和拒絕使用以豬皮（骨）生產的明膠及其制品[6-7]。甚至有不法企業以工業用皮革為原料生產明膠，導致以此“明膠”為原料生產的膠囊中重金屬鉻（Cr）含量嚴重超標[8-9]，給人們生命安全帶來巨大危害。鑒于此，人們逐漸尋求以其他動物膠原（如魚皮、魚鱗等）作為原材料，開發新型明膠資源。汪薇等[10]利用斑點叉尾鮰魚皮制備明膠并對其膠凝性能進行優化研究;盧航等[11]以羅非魚魚鱗為原料，通過熱水提取法制備了魚鱗明膠。這些研究表明，從水產原料中制備明膠可能是一條有效途徑。

綠鰭馬面鲀（Navodon septentrionalis）屬單角鲀科，是我國重要的海洋經濟魚類之一，主要產于東海、渤海及黃海[12]，年產量大，通常將其剝皮后食用及加工，因此又稱剝皮魚、橡皮魚等。然而，魚皮等加工下腳料常作為廢物丟棄，既污染環境，又浪費資源。筆者以綠鰭馬面鲀魚皮為原料，優化明膠制備工藝，旨在為后續魚皮開發利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

綠鰭馬面鲀魚皮：購于浙江省寧波東裕菜市場，儲存于-18 ℃冰箱中，使用前解凍，自來水清洗;乙酸、氫氧化鈉及其他試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器設備

GZX-9140電熱恒溫鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司生產;HH-S型水浴鍋，鞏義市英峪予華儀器廠生產;電子天平、DELTA 320 pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司生產。

1.3 試驗方法 魚皮明膠制備工藝流程[10]：魚皮→剪碎→NaOH 溶液處理→水洗至中性→醋酸溶液處理→水洗至中性→熱水浴提膠→過濾→干燥→明膠成品。

1.4 試驗設計

分別考察 NaOH處理魚皮時間、乙酸處理魚皮時間、提取溫度、提取時間對魚皮明膠得率的影響，得出單因素的優化工藝條件。

在單因素試驗的基礎上，進行正交試驗L9（34），以魚皮明膠得率為指標，考察工藝條件對其的影響。

1.5 明膠得率的計算 魚皮明膠得率按下式計算：

Y=X1X0×100%

式中，Y為魚皮明膠得率;

X0為魚皮干重（g）;

X1為明膠質量（g）。

2 結果與分析

2.1 NaOH處理魚皮時間對明膠得率的影響

將魚皮剪碎，采用0.1 mol/L NaOH處理魚皮，處理時間分別設為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，考察NaOH處理時間對明膠得率的影響，結果見圖1。由圖1可知，0.5～1.5 h，隨著處理時間的延長，明膠得率逐漸上升。NaOH可以打開膠原纖維分子間和分子內的共價鍵和非共價鍵，釋放出原膠原分子，熱水提膠可使穩定膠原螺旋的氫鍵斷裂，從而釋放出明膠[13];隨著處理時間的延長，雜蛋白與膠原分子的結合力減弱，在熱水提膠時雜蛋白逐漸溶出，雖然表面上看，明膠得率有所提高，但是對于明膠的質量將產生不利影響。因此，綜合考慮NaOH處理魚皮時間為1.5 h。

2.2 乙酸處理魚皮時間對明膠得率的影響

魚皮經0.1 mol/L NaOH處理1.5 h，水洗至中性，再用0.1 mol/L 乙酸處理，處理時間分別設為2、3、4、5、6 h，考察乙酸處理時間對明膠得率的影響，結果見圖2。由圖2可知，經乙酸處理3 h后，明膠得率達到最高，后隨處理時間的延長，明膠得率逐漸下降。究其原因，隨著乙酸處理時間的延長，維持膠原三維螺旋結構的作用力被破壞，明膠得率上升[10];隨著乙酸作用時間的進一步延長，膠原肽鏈被降解，產生的膠原量下降，進而導致明膠得率下降。

2.3 提取溫度對明膠得率的影響

魚皮經NaOH、乙酸處理后，水浴熬膠提取明膠，提取溫度分別設為40、50、60、70、80 ℃，考察提取溫度對明膠得率的影響，結果見圖3。由圖3可知，隨著提取溫度的升高，明膠得率呈逐漸增大的趨勢。魚皮經過堿、酸預處理后，膠原分子間的非共價鍵被破壞，釋放出膠原分子，在加水熬膠過程中，有利于轉化為明膠，從而提高明膠得率。溫度為40～50℃，明膠得率迅速增大;繼續升溫，得率趨勢變得平緩。原因可能是40 ℃是魚皮膠原由螺旋向無規卷曲轉變的溫度，這種轉變破壞了膠原的三股螺旋結構，加熱可破壞膠原分子的次級鍵和少部分肽鍵，使α鏈斷裂，導致α鏈和少量α鏈聚集體進入溶液，形成可溶的明膠，這與汪薇等[10]和Montero等[14]的研究結果一致。

2.4 提取時間對明膠得率的影響

魚皮經NaOH、乙酸處理后，70 ℃水浴熬制提取明膠，提取時間分別設為1、2、3、4、5 h，考察提取時間對明膠得率的影響，結果見圖4。由圖4可知，隨著提取時間的延長，明膠得率先下降后升高，在3 h達到最高;進一步延長提取時間，明膠得率反而下降。原因可能是提取時間短，膠原分子解螺旋的比例小，釋放出的α肽鏈少，高分子量的多聚體組分過多，導致魚皮明膠得率較低[10];隨著提取時間的延長，膠原分子進一步解螺旋，α肽鏈的量增多，明膠得率增多;而提取時間過長則引起明膠的降解，導致明膠得率下降。

2.5 正交試驗結果

根據單因素試驗的結果，篩選出各因素較優水平（表1）進行正交試驗。通過正交試驗得到不同工藝條件下，明膠得率的試驗結果（表2），據此可得出優選試驗方案為A1B2C3D3，即NaOH處理時間1.0 h，乙酸處理時間3 h，提取溫度80 ℃，提取時間4 h。各因素對明膠得率的影響作用表現為提取溫度>提取時間>乙酸處理時間> NaOH處理時間。在優化的試驗條件下，綠鰭馬面鲀魚皮明膠的得率達15.74%。

3 結論

該研究采用酸堿法預處理綠鰭馬面鲀魚皮，加熱提取制備明膠，通過單因素試驗研究了NaOH處理時間、乙酸處理時間、提取溫度、提取時間對明膠得率的影響。并在此基礎上進行了正交試驗，得出了優化的試驗條件。結果表明，最優組合為NaOH處理時間1.0 h，乙酸處理時間3 h，提取溫度80 ℃，提取時間4 h，綠鰭馬面鲀魚皮明膠的得率達15.74%。

該研究報道了利用綠鰭馬面鲀魚皮為原料制備明膠，下一步要對制備的明膠進行性質分析及再利用，為魚皮等下腳料的開發利用打下堅實技術基礎。

參考文獻

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