綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮明膠的制備工藝研究

靳挺 武玉學(xué) 包哲隈 馬澤鋒 張昂 袁晨宇 吳志革

摘要 [目的]利用綠鰭?cǎi)R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(yōu)工藝條件。[方法]通過單因素試驗(yàn)研究NaOH處理時(shí)間、乙酸處理時(shí)間、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)明膠得率的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，篩選綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮明膠制備最優(yōu)工藝條件。[結(jié)果]在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，得出綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮明膠制備工藝的最優(yōu)組合為NaOH處理時(shí)間1.0 h，乙酸處理時(shí)間3 h，提取溫度80 ℃，提取時(shí)間4 h，綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮明膠的得率達(dá)15.74%。[結(jié)論]該研究可為魚皮等下腳料的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 明膠;制備;綠鰭?cǎi)R面鲀;魚皮

中圖分類號(hào) TS-254.9? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2021）12-0180-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.046

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)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(dòng)物（如牛、豬等）的皮、骨等含膠原蛋白豐富的組織，經(jīng)預(yù)處理轉(zhuǎn)化后在適當(dāng)溫度下進(jìn)行提取，然后加工生成的具有三元螺旋結(jié)構(gòu)的高分子多肽聚合物[1]。明膠本身無(wú)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(yè)等領(lǐng)域[2-3]。

近年來(lái)，由于牛、豬等動(dòng)物所攜帶傳播的各種傳染?。ㄈ绡偱２?、口蹄疫）在全球肆虐，美國(guó)食品與藥品管理局（FDA）認(rèn)為應(yīng)將明膠從基本安全（generally regarded as safe）名單中刪除，有不少國(guó)家減少或禁止了牛、豬來(lái)源的明膠的生產(chǎn)、使用和進(jìn)口[4-5];另一方面，由于宗教信仰，猶太教和伊斯蘭教消費(fèi)者排斥和拒絕使用以豬皮（骨）生產(chǎn)的明膠及其制品[6-7]。甚至有不法企業(yè)以工業(yè)用皮革為原料生產(chǎn)明膠，導(dǎo)致以此“明膠”為原料生產(chǎn)的膠囊中重金屬鉻（Cr）含量嚴(yán)重超標(biāo)[8-9]，給人們生命安全帶來(lái)巨大危害。鑒于此，人們逐漸尋求以其他動(dòng)物膠原（如魚皮、魚鱗等）作為原材料，開發(fā)新型明膠資源。汪薇等[10]利用斑點(diǎn)叉尾鮰魚皮制備明膠并對(duì)其膠凝性能進(jìn)行優(yōu)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(chǎn)原料中制備明膠可能是一條有效途徑。

綠鰭?cǎi)R面鲀（Navodon septentrionalis）屬單角鲀科，是我國(guó)重要的海洋經(jīng)濟(jì)魚類之一，主要產(chǎn)于東海、渤海及黃海[12]，年產(chǎn)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(huán)境，又浪費(fèi)資源。筆者以綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮為原料，優(yōu)化明膠制備工藝，旨在為后續(xù)魚皮開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮：購(gòu)于浙江省寧波東裕菜市場(chǎng)，儲(chǔ)存于-18 ℃冰箱中，使用前解凍，自來(lái)水清洗;乙酸、氫氧化鈉及其他試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

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

1.3 試驗(yàn)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(yàn)設(shè)計(jì)

分別考察 NaOH處理魚皮時(shí)間、乙酸處理魚皮時(shí)間、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)魚皮明膠得率的影響，得出單因素的優(yōu)化工藝條件。

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行正交試驗(yàn)L9（34），以魚皮明膠得率為指標(biāo)，考察工藝條件對(duì)其的影響。

1.5 明膠得率的計(jì)算 魚皮明膠得率按下式計(jì)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(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaOH處理魚皮時(shí)間對(duì)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(shí)間分別設(shè)為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，考察NaOH處理時(shí)間對(duì)明膠得率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可知，0.5～1.5 h，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，明膠得率逐漸上升。NaOH可以打開膠原纖維分子間和分子內(nèi)的共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵，釋放出原膠原分子，熱水提膠可使穩(wěn)定膠原螺旋的氫鍵斷裂，從而釋放出明膠[13];隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，雜蛋白與膠原分子的結(jié)合力減弱，在熱水提膠時(shí)雜蛋白逐漸溶出，雖然表面上看，明膠得率有所提高，但是對(duì)于明膠的質(zhì)量將產(chǎn)生不利影響。因此，綜合考慮NaOH處理魚皮時(shí)間為1.5 h。

2.2 乙酸處理魚皮時(shí)間對(duì)明膠得率的影響

魚皮經(jīng)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(shí)間分別設(shè)為2、3、4、5、6 h，考察乙酸處理時(shí)間對(duì)明膠得率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可知，經(jīng)乙酸處理3 h后，明膠得率達(dá)到最高，后隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，明膠得率逐漸下降。究其原因，隨著乙酸處理時(shí)間的延長(zhǎng)，維持膠原三維螺旋結(jié)構(gòu)的作用力被破壞，明膠得率上升[10];隨著乙酸作用時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，膠原肽鏈被降解，產(chǎn)生的膠原量下降，進(jìn)而導(dǎo)致明膠得率下降。

2.3 提取溫度對(duì)明膠得率的影響

魚皮經(jīng)NaOH、乙酸處理后，水浴熬膠提取明膠，提取溫度分別設(shè)為40、50、60、70、80 ℃，考察提取溫度對(duì)明膠得率的影響，結(jié)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(shì)。魚皮經(jīng)過堿、酸預(yù)處理后，膠原分子間的非共價(jià)鍵被破壞，釋放出膠原分子，在加水熬膠過程中，有利于轉(zhuǎn)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(xù)升溫，得率趨勢(shì)變得平緩。原因可能是40 ℃是魚皮膠原由螺旋向無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)變的溫度，這種轉(zhuǎn)變破壞了膠原的三股螺旋結(jié)構(gòu)，加熱可破壞膠原分子的次級(jí)鍵和少部分肽鍵，使α鏈斷裂，導(dǎo)致α鏈和少量α鏈聚集體進(jìn)入溶液，形成可溶的明膠，這與汪薇等[10]和Montero等[14]的研究結(jié)果一致。

2.4 提取時(shí)間對(duì)明膠得率的影響

魚皮經(jīng)NaOH、乙酸處理后，70 ℃水浴熬制提取明膠，提取時(shí)間分別設(shè)為1、2、3、4、5 h，考察提取時(shí)間對(duì)明膠得率的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可知，隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，明膠得率先下降后升高，在3 h達(dá)到最高;進(jìn)一步延長(zhǎng)提取時(shí)間，明膠得率反而下降。原因可能是提取時(shí)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(dǎo)致魚皮明膠得率較低[10];隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，膠原分子進(jìn)一步解螺旋，α肽鏈的量增多，明膠得率增多;而提取時(shí)間過長(zhǎng)則引起明膠的降解，導(dǎo)致明膠得率下降。

2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，篩選出各因素較優(yōu)水平（表1）進(jìn)行正交試驗(yàn)。通過正交試驗(yàn)得到不同工藝條件下，明膠得率的試驗(yàn)結(jié)果（表2），據(jù)此可得出優(yōu)選試驗(yàn)方案為A1B2C3D3，即NaOH處理時(shí)間1.0 h，乙酸處理時(shí)間3 h，提取溫度80 ℃，提取時(shí)間4 h。各因素對(duì)明膠得率的影響作用表現(xiàn)為提取溫度>提取時(shí)間>乙酸處理時(shí)間> NaOH處理時(shí)間。在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下，綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮明膠的得率達(dá)15.74%。

3 結(jié)論

該研究采用酸堿法預(yù)處理綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮，加熱提取制備明膠，通過單因素試驗(yàn)研究了NaOH處理時(shí)間、乙酸處理時(shí)間、提取溫度、提取時(shí)間對(duì)明膠得率的影響。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了正交試驗(yàn)，得出了優(yōu)化的試驗(yàn)條件。結(jié)果表明，最優(yōu)組合為NaOH處理時(shí)間1.0 h，乙酸處理時(shí)間3 h，提取溫度80 ℃，提取時(shí)間4 h，綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮明膠的得率達(dá)15.74%。

該研究報(bào)道了利用綠鰭?cǎi)R面鲀魚皮為原料制備明膠，下一步要對(duì)制備的明膠進(jìn)行性質(zhì)分析及再利用，為魚皮等下腳料的開發(fā)利用打下堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

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