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1、鱼鳞胶原蛋白的提取方法摘要：人口、资源和环境是当前全球性的重大问题，加强对水产品的废弃物鱼鳞的加工利用和实现渔业生产的可持续发展已成为当今热门研究课题。文章简述了鱼鳞的结构特点，介绍了目前对鱼鳞胶原蛋白的提取方法，旨在使人们了解鱼鳞的真正价值所在，为其开发利用作参考。关键词：鱼鳞 胶原蛋白 提取方法 近年来，淡水鱼加工业随着我国淡水鱼产量的增长而得到了较快的发展，鱼品加工也越来越广泛。但是，许多淡水鱼加工过程仅局限于对鱼体肌肉的利用，而对鱼鳞等废弃物的加工利用甚少。每年淡水鱼加工业的废弃物总量达到200万吨以上，其中鱼鳞约占15%，即30万吨。若能合理利用，可有效减少环境污染，又可提高企业效益
2、，因此加大对鱼鳞含有物质的利用，可应用多个行业，其利用价值巨大，发展前景广阔。1 鱼鳞的结构与组成 鱼鳞是鱼体与外界接触的组织，是鱼类真皮层的变形物，通常占鱼体重量的1%5%，起保护鱼体免受伤害的作用。通常鱼鳞可分为三种：(1)板鳃鱼所特有的木盾鳞；(2)斜方型、边缘相联的硬鳞；(3)最常见的骨鳞，在硬骨鱼中最多。鱼鳞主要由蛋白质，卵磷脂，羟基磷灰石和鸟嘌呤组成，其中有机物占41一55，钙盐3846。蛋白质占总重的70，主要为胶原蛋白和鱼鳞角蛋白。鱼鳞胶原蛋白主要为I型胶原。I型胶原蛋白为三股超螺旋结构，即三条多肽链每条都向左旋转形成左手螺旋结构，这三条肽链再以氢键相互结合形成右手超螺旋结构。
3、这种结构非常稳定，胶原一般不溶于水和中性盐溶液、稀酸、稀碱及一般有机溶剂，溶于强酸和强碱。2 鱼鳞胶原蛋白的提取方法2.1鱼鳞提取胶原蛋白的前处理 在鱼鳞的前处理中主要做的是脱钙，方法主要有酸脱钙和EDTA脱钙。酸脱钙主要是利用酸和钙盐反应，从而将钙盐以Ca2+形式溶出。EDTA脱钙是由于Ca2+、Mg2+等金属离子能够与EDTA发生络合，而达到脱出金属离子的目的。在酸脱钙中酸的选择也较多，现在主要应用的是盐酸、柠檬酸、醋酸、乳酸等。张俊杰等曾研究过盐酸法脱钙过程中胶原蛋白的变化情况。在实验中发现当HCl浓度0.1 mol/L时，胶原的溶出与酸度呈负相关，盐酸浓度越大，鱼鳞中胶原蛋白的水解越少
4、，这点对提取胶原蛋白非常有利。但总的来说，用盐酸进行前处理的方法欠佳，原因是其前处理时间过长且由大量的腐蚀性物质被介入，不利于后期的加工生产。钟朝辉等在鱼鳞胶原蛋白提取工艺的优化中采用微波辅助10%柠檬酸脱钙的方法对鱼鳞进行前处理，缩短了处理时间，对胶原蛋白破坏较小，且整个过程中没有毒害或腐蚀性物质的介入，提高了胶原蛋白的安全性。但实验没有进一步的探讨微波处理提高脱钙能力的原因，未对比直接用柠檬酸脱钙和微波辅助10%柠檬酸脱钙的效果差异，从而说明是微波对脱钙由促进作用。EDTA脱钙一般用0.5mol/L的EDTA溶液(料液比125)处理2 d，期间要加强机械搅动，使金属离子充分络合。张俊杰等在
5、鲤鱼鳞酸溶性胶原蛋白提取的研究中，发现在对鲤鱼鱼鳞前处理前先用Na2CO3其进行处理可以提高胶原蛋白的提取率。主要是因为碱性物质可以起疏松胶原纤维致密结构的作用，从而增大胶原蛋白的提取率。但用Na2CO3处理需要浸泡48h，时间太长，不利于实际生产。2.2鱼鳞胶原蛋白的提取方法2.2.1传统提取方法 传统的提取方法是酸碱处理法，制备胶原蛋白的工艺是：原料预处理酸处理碱处理熬胶胶液过滤浓缩切片干燥成品。将鱼鳞洗净，必要时要进行脱脂脱色，然后用盐酸(pH在45)浸泡进行脱钙处理，直到鳞片柔软透明，时间大约为23周；取出洗净后浸灰1520 d，主要是使得原料组织疏松。洗净后放在6070夹层锅中加热2
6、3 h熬胶25次，提尽为止。趁热转盘，凝固成胶冻，干燥后使含水量15%，即得成品。然而，传统的提取方法步骤繁多，耗时长且在提取过程中胶原蛋白流失较大，不适于大规模的生产。2.2.2 酸提取法 酸提取法即是利用酸在一定的外界环境条件下提取胶原蛋白，使用的酸有盐酸、柠檬酸、乳酸、醋酸等。张俊杰等利用乙酸从鲤鱼鱼鳞中提取胶原蛋白，经过响应面分析实验得到最佳提取工艺。在提取过程中发现，乙酸浓度过高反而会使胶原蛋白的提取率有下降的趋势，主要原因是较高的乙酸浓度会增加胶原蛋白的溶解速率，使提取液的黏度迅速增大，反而不利于后期的提取。刘晓宁等用0.5 mol/L的醋酸提取鱼鳞胶原蛋白，实验后的样品进行电泳时
7、发现几乎没有条带。王信苏等分别用醋酸、柠檬酸、乳酸来提取草鱼鱼鳞的胶原蛋白，结果表明柠檬酸提取胶原蛋白的得率最高，乳酸次之，醋酸最低。总体上说，酸提取胶原蛋白在前处理中不能用酸进行处理，因而有部分杂蛋白难以去除，在后续提取得到的胶原蛋白含杂蛋白较多，从而就增大了胶原蛋白纯化的工作量。酸提取方法步骤过于繁琐，在常温下提取，大量胶原蛋白损失。2.2.3 酶提取法 酶法制备即是利用各种不同的酶在一定的外界环境条件下提取胶原蛋白，常采用的酶有中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶等。原料经过前处理后加入不同的酶提取得到酶促溶性胶原蛋白。李春美等采用碱性蛋白酶2709酶解鱼鳞，结果表明，酶解最佳温度
8、为50，酶量宜采用3.0%，酶解的最佳时间为5 h，底物浓度宜选择10%。得到的鱼鳞水解蛋白有很好的吸水性、乳化性、起泡性和溶解性。实验中用茚三酮显色法判定各因素对鱼鳞胶原蛋白水解的影响，但以显色反应的颜色深浅来判定水解液中游离氨基酸的总量，此方法准确性需进一步的考证。张俊杰等以乙酸为胃蛋白酶的溶剂酶解鱼鳞提取胶原蛋白，最佳提取条件是：温度为16.59，时间28.18 h，酶用量为396.21/g。由于乙酸也可以水解胶原蛋白，因此，此方法提取得到的胶原蛋白既有酶溶性的也有酸溶性的。但是实验的提取的时间太长，不适于工业生产。涂宗财等比较了多种酶(枯草杆菌1389蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶)在其
9、各自的最佳条件下对胶原蛋白的水解情况，得到其中经稀释后鱼鳞胶蛋白溶液的总氮量为37.30 mg/mL，酶用量为2000/mL，水解时间为5 h，而利用混合酶水解在相同的时间内水解度较高。虽然多酶的水解度高，但成本太高，同样不利于大规模的生产加工。在酶水解提取中，还存在一个问题，随着酶的水解作用，在水解产物中容易有苦肽的出现。并且研究发现水解度与苦味肽的生成呈线性关系，因此不难推想，选择合适的水解度可有效控制苦味肽的生成。因而，在酶法提取胶原蛋白中找到一个水解度又高，苦肽生成量又少的点是至关重要的。2.2.4 微生物发酵提取法 此法以枯草芽孢杆菌CICC10071出发菌株，接种于发酵种子培养基中
10、，而发酵种子培养基由1%大豆蛋白胨，0.5%牛肉粉，0.5%葡萄糖，0.1%氯化钠，0.01%磷酸二氢钾，其余为蒸馏水，然后121高温灭菌20 min，培养基在35、摇床180 r/min，培养48 h，发酵液中枯草芽孢杆菌108 cfu/mL的条件下，再将新鲜鱼鳞洗净、除杂，加入8倍鱼鳞质量的纯净水，经100蒸煮30 min，冷却至4550，进入胶体磨超微粉碎，浆液透过60目筛网，然后进入发酵罐121高温灭菌30 min，冷却至35等待接种发酵，然后要确定接种量，发酵温度，发酵时间，再将上清液经膜系统分离，将分子量5000 u以上的大分子截留，取分子量5000 u以下的小分子液体，最后将精制
11、液进行真空浓缩至浓度40%，然后喷雾干燥得鱼鳞胶原蛋白肽粉末成品，此法技术上尚不成熟，但有研究前景，微生物发酵方法是现代提取方法的热门话题。2.2.5 热水处理法 热水提取就是原料经过各种前处理后在一定条件下用热水浸提，从而得到水溶性胶原蛋白的方法。李闻欣等在研究鱼鳞水法制胶的实验中得到鱼鳞水法制胶的最佳温度在6070。温度高些有助于提胶，但温度过高抽提率还有所下降。超过70后，所制得的鱼鳞胶的固含量反而会有降低的现象，随着固含量的降低，鱼鳞胶的折光率和增比黏度都会降低，导致鱼鳞胶的质量有所下降。液比(鱼鳞与水的质量比)越小，所制得的胶黏度越高，鱼鳞胶的质量也相对好；可是液比太小抽提胶困难，抽
12、提率小。因此抽提鱼鳞胶的液比以1111.5为最好。钱曼14等在比较热力法和酶解法提取鱼鳞胶原蛋白中发现，热力法的提取率比酶解法高，鱼鳞水120(w/v)、121提取15 min，得率可达到45.47%，并且热力法提取的胶原蛋白有较高的保水性、乳化能力和乳化稳定性及泡沫稳定性。但此实验存在一个问题，由于目前胶原蛋白特异性的定量比较困难，因此常采用蛋白质总量测定方法或总氮量测定方法，而胶原蛋白对热比较敏感，在40以上的变性过程中，胶原蛋白的三螺旋结构被破坏，其中的氢键和疏水键断裂；温度升高到60以上，某些共价键被破坏，发生降解；到125127以上，蛋氨酸、丝氨酸以及酪氨酸等氨基酸残基被破坏，脱氨、
13、脱水2。因此，在实验中测得应该是变性后的胶原蛋白的总氮量，由此计算出的提取率就不准确。3 总结目前从鱼鳞中提取胶原蛋白的技术发展很快，但同时也存在一些缺点，不利于实际的大规模生产。一些方法过于繁琐且提取物不纯如酸提取法，这就不利于食品、化妆品工业的加工采用。酶提取法简单，但在酶水解易有苦味肽的产生从而限制了其应用范围。微生物发酵法提取效果良好，但技术不成熟，尚有待发展。热水提取法虽然没有其他杂物的混入，但在高温下蛋白质容易变性，这对提取产物影响颇大。因此，对有一种简便，快捷，可以大规模生产的方法很急需，这就需要加大对这方面的研究和探讨。参考文献：1Lin Wang,Xinxin An,Fang
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