罗非鱼皮明胶的制备及性质研究

明胶是一种重要的天然高分子物质，含有除色氨酸 以外的几乎所有必须氨基酸。明胶是动物体结缔组织 （如皮、骨、腰等富含胶原的组织）经预处理转化，再 经适当温度提取出水溶性、能凝冻的一类物质的总称。 根据提取的方法和工艺的不同，相对分子质量有较大差 别，相对分子质量自1.5万至25万不等［1］。另外，明胶 具有水溶性高分子所特有的增稠性和对生物组织的高安 全性等特点，可作为胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠 剂、发泡剂、粘合剂、粘结剂、澄清剂等［2］。由于明胶 具有以上许多优良的物理性质，因而它在食品制造上得 以广泛的应用，充分利用明胶的固有特性，可以生产出 质量上乘的食品。 罗非鱼（tilapia）又称非洲鲫鱼，属鲈形目、丽鱼 科。该属共有100多个品种，已被养殖的约有15种，具 有生长快，食物杂，抗逆性强，繁殖快，肉质好，易养 殖，产量高等特点，是联合国粮农组织在世界推广养殖 的一种淡水和半咸水鱼类，产量逐年增加。罗非鱼的加 工产品主要有冻鱼片和冻全鱼两大类，其副产物为鱼 皮、鱼头、鱼骨等。这些副产物，除小部分被用于生产 饲料外，大部分被丢弃，造成了污染和浪费。据统计， 我国每年罗非鱼的副产物总量达到200万t以上［3］。因 此，如果能从这些副产物中提取明胶加以利用，则既可 促进淡水鱼加工副产物的综合利用，同时又能为胶原蛋 白的生产和加工利用提供丰富的原料，可带来巨大的经 济效益。 1 材料与方法 1.1实验材料 1.1.1原料 罗非鱼皮由浙江省兴业集团有限公司提供，原料为 干制鱼皮，于常温干燥处储存备用。 1.1.2主要仪器 低速大容量离心机，电热恒温鼓风干燥箱，电热恒 温液浴锅，SB-2000型旋转蒸发仪，奥氏黏度计，分光 光度计，精密pH计，日立835-50氨基酸自动分析仪。 1.2实验方法与步骤 1.2.1罗非鱼鱼皮基本组成成分测定 取罗非鱼鱼皮干进行水分（直接干燥法）、灰分 （高温炉550℃灼烧法测定）、粗脂肪（索氏抽提 法）、粗蛋白（微量凯氏定氮法）的测定。 1.2.2罗非鱼鱼皮明胶提取的工艺流程 干鱼皮→溶胀→剪碎→浸碱→水洗至中性→浸酸→ 水洗至中性→提胶→抽滤→离心→浓缩→冷冻干燥→明 胶成品 本工艺流程在鱼皮预处理、浸碱、浸酸过程中的操 作温度均为4℃。 （1）操作要点 取一定量的鱼皮称重后用1∶20蒸馏水浸泡24h，使 鱼皮尽量溶胀；用纱布滤出水后剪碎，用一定浓度的 NaOH溶液（料液比1∶15）浸泡，去除可溶性蛋白和色 罗非鱼皮明胶的制备及性质研究* 于 洋，方旭波 （浙江海洋学院食品与药学学院、医学院，舟山 316004） *基金项目：浙江省科技厅项目（2008C22052）；浙江省新苗人才计划项目（2007R40G2110019）。 作者简介：于洋（1985～ ），女，内蒙古呼伦贝尔人，本科，研究方向：功能性食品研究与开发。 通讯作者：方旭波 摘 要：以干燥的罗非鱼鱼皮为原料，经脱色溶胀后热水熬胶来制备明胶，通过正交实验法对罗非鱼鱼皮明胶 的提取工艺进行优化，并分别对明胶黏度、吸水性、保水性、等电点和氨基酸组成进行了测定。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，鱼皮明 胶最佳提取工艺为氢氧化钠浓度2.0％，浸泡24h，盐酸的浓度为0.3％，浸泡4h时，熬胶温度在80℃，时间为8h， 提取率为47.54％。 关键词：罗非鱼鱼皮；明胶；提取率 中 国 食 物 与 营 养 Food and Nutrition in China No.1，20092009年第1期 素等杂质；水洗至中性后加入一定浓度HCl（料液比1∶ 15）浸泡，疏松鱼皮组织使鱼皮继续溶胀，同时除去矿 物质，经处理后的鱼皮颜色变白，体积膨胀且具有较高 的弹性；将残渣水洗至中性，然后进行水浴熬胶，真空 抽滤后离心取上清液浓缩，真空冷冻干燥后即得成品。 （2）明胶提取率的计算 明胶提取率（％）＝干燥后明胶总质量（g）／干 燥的罗非鱼鱼皮质量（g）×100％（以干基计） 1.2.3羟脯氨酸含量的测定 鱼皮水解液采用Woessner I法[4]测定羟脯氨酸含量。 1.2.4氨基酸组成及其含量、等电点、明胶黏度的测定 按参考文献方法［5］进行 1.2.5吸水性测定［6］ 称取1.0g明胶样品及对照明胶，均匀平铺于预先称 重的培养皿中，置于恒温恒湿生化培养箱中，每隔6h测 定一次培养皿的质量m1，至培养皿质量不再增加时停止 测定，此时培养皿的质量为m2，则：吸水性（g/g）= （m1－m2）／1.0。 1.2.6保水性测定［7］ 量取1ml 0.5%明胶溶液，将其平铺于培养皿中，置 于恒温恒湿的培养箱中，每隔10 min测一次样液的水分 残存率。同时用0.5％明胶做对照试验。 2 实验结果 2.1罗非鱼鱼皮基本组成成分 从表1可以看出，罗非鱼皮的蛋白质含量比较高。 经测定，鱼皮中羟脯氨酸含量为5.3％，乘以换算系数 11.5［8］，得出罗非鱼皮胶原蛋白含量为61.1％，占总蛋 白的73.02％。 处理时间为24h（每12h换一次水），盐酸浓度0.2% （V／V），处理时间为3h。然后在中性条件下分别测 定不同温度和熬胶时间对明胶提取率的影响。 2.2.1熬胶温度对明胶提取率的影响 本组实验在固定熬胶时间6h的基础上确定不同温度 （60℃、70℃、80℃、90℃）下的提取率。 结果显示，在实验设计范围内，提取率随温度的升 高而提高，其原因可能是加热可以断开稳定原胶原分子 三股螺旋的次级键及部分肽键，使原胶原分子的单链、 少量聚集体和单链断裂组分进入溶液，转变为明胶。 一般来说，低温可以获得性质良好的明胶，但影响 提胶的速度并且产量低，温度过高将加速明胶的次级水解 速度，导致胶质不纯，使明胶的黏度和凝胶强度明显下 降，因此温度过高和过低均不符合条件，且90℃与80℃时 的提取率相差不大，综合各因素可取熬胶温度为80℃。 2.2.2熬胶时间对明胶提取率的影响 本组实验将固定温度为80℃，熬胶时间分别为4h、 6h、8h、10h测定提取率。实验结果显示，在4h到8h之 间提取率逐渐上升，且上升幅度比较大。而在10h时提 取率上升平缓。 在实验过程中发现，熬胶时间过长会导致次级水解 产物增加使胶质不纯，质量下降，明胶的黏度和凝胶强 度降低且时间过长意味着消耗较大的能量。因此结合实 验结果与明胶本身的性质可采用提取时间为8h左右。 2.3酸碱作用条件的确定 碱可以有效地除去鱼皮中的杂蛋白，与脂肪发生皂 化反应，去除鱼皮中的腥味，还可以脱去鱼皮中的杂 色，而浸碱的浓度和时间都对明胶的提取率有重要影 响。浸酸是鱼皮处理中的又一重要步骤。 鱼皮中的胶原在酸溶液中，其分子内和分子间的离 子交联和氢键交联被打开，从而充水膨胀有利于熬胶过 程中转化为明胶，进而提高提取率。原料经过酸碱处理 后，体积膨胀、外形饱满、色泽光白、组织疏松，使提 取出的明胶提取率较高，质量较好。 2.3.1因素和水平的确定 固定NaOH浸泡时间为24h（每12h换一次水），浸 酸中HCl浓度为0.2%，作用时间为3h，NaOH浓度分别 为0.5％、1.0％、2.0％、3.0％，研究NaOH浓度对提取 率的影响；固定NaOH浓度为1.0％，浸泡时间12h、 24h、36h、48h（每12h换一次水），浸酸中HCl浓度为 0.2％，作用时间为3h，研究NaOH浸泡时间对提取率的 影响；实验固定 NaOH的浓度为1.0％，浸泡时间为24h 表1 罗非鱼鱼皮的基本组成成分 水分（％） 灰分（％） 粗蛋白（％） 粗脂肪（％） 1.8 1.96 83.67 2.43 可见，胶原蛋白是鱼皮的主要蛋白质，在热水提胶 过程中大部分胶原转变为可溶性的胶原蛋白，即明胶。 2.2熬胶工艺的确定 明胶提取是明胶生产中非常重要的步骤，它影响着 明胶的提取率和品质。在明胶提取工艺中两个重要步骤 分别是酸碱处理和水处理，影响酸碱处理的主要因素有 酸碱浓度和作用时间，而影响水提取（熬胶）的主要因 素有提取温度和时间。在确定熬胶因素实验中固定料液 比为1∶10（W／V），氢氧化钠浓度0.5％（W／V）， 于洋等：罗非鱼皮明胶的制备及性质研究 2 7 （每12h换一次水），HCl的浸泡时间为3h，分别在浓度 为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％下浸泡，研究HCl浓度对 提取率的影响；实验固定NaOH的浓度为1.0％，作用时 间为24h（每12h换一次水），HCl浓度为0.2％，作用时 间分别为2h、3h、4h、5h下浸泡，研究HCl作用时间对 提取率的影响。 其它主要实验条件为：熬胶温度80℃，料液比1∶ 10，时间8h，在中性条件下提取。 （1）NaOH浓度的确定 在0.5%到2.0％范围内，随着NaOH的浓度升高提 取率增大，但在浓度为3.0％时有所降低。同时在实验 过程中观察发现NaOH浓度越高，提取出的产品颜色越 黄，色泽度差，也使明胶胶质不纯含盐量高，明胶质量 较差。综合以上因素我们取浓度为2％的NaOH来进行 预处理。 （2）NaOH浸泡时间的影响 实验显示，浸泡时间越长提取率越高，但时间过长 会延长生产周期，提高生产成本，且在实验设计范围内 的提取率相差并不大，因此浸泡时间24h左右比较合适。 （3）HCl浓度对提取率的影响 通过观察发现，HCl浓度越高鱼皮溶胀程度越大， 透明程度越大（但始终为半透明状）。由结果可以看 出，随着HCl浓度的提高，提取率逐渐提高，当盐酸浓 度为0.3％和0.4％时，两者提取结果相差不大，从成本 中 国 食 物 与 营 养2 8 角度考虑，实验选择盐酸浓度为0.3％。 （4）HCl浸泡时间的确定 结果显示，随着盐酸作用时间的增加导致了胶原主 链被降解，使肽链交结成网状结构的能力下降，使鱼皮 膨胀度增加，使明胶易于提取而产率增加。但浸泡时间 过长，一些酸溶性蛋白溶于盐酸溶液中过多，会减少明 胶的产量，导致提取率降低。 实验中观察发现，浸泡时间在2h到4h间，时间越长 溶胀程度越大，透明程度越好，但在5h时提取率有所降 低。因此，实验选择浸酸时间在4h左右。 2.3.2酸碱处理条件的正交实验 选择酸碱处理时NaOH浓度、NaOH作用时间、HCl 浓度、HCl作用时间4因素3水平进行正交实验，按 L9（34）正交设计表（表2），正交实验结果及数据分析 见表3。 由极差分析（表2）可以看出，对提取率影响最大 的因素是HCl浓度，然后依次是NaOH浓度、NaOH作用 时间、HCl作用时间。在实验设定范围内，最佳 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 为 C3A3B3D2，即HCl浓度为0.4％，浸泡时间4h，NaOH浓 度2.0％，浸泡时间为36h。为进一步判断实验误差与实 验条件是否影响实验效果，将正交实验数据进行方差分 析，找出这些因素中起主导作用的变异来源。结果表 明，HCl浓度、NaOH浓度料液比对提取率起主导作 用，而NaOH作用时间和HCl作用时间影响较小。 表2 正交实验结果及分析 编号 A B C D 提取率／％ NaOH浓度／％ NaOH作用时间／h HCl浓度／％ HCl作用时间／h 1 1（0.5） 1（12） 1（0.2） 1（3） 31.50 2 1 2（24） 2（0.3） 2（4） 39.69 3 1 3（36） 3（0.4） 3（5） 42.91 4 2（1.0） 1 2 3 40.01 5 2 2 3 1 44.03 6 2 3 1 2 39.81 7 3（2.0） 1 3 2 47.21 8 3 2 1 3 40.51 9 3 3 2 1 45.44 K1 38.033 39.573 32.273 40.323 K2 41.283 41.401 41.713 42.237 K3 44.387 42.720 44.717 41.143 R 6.354 3.147 7.444 1.914 表3 正交实验方差分析 因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 NaOH浓度 60.5582 5.4664.460* NaOH作用时间 14.9912 0.3634.460 HCl浓度 84.1372 6.0374.460* HCl作用时间 5.529 2 0.1344.460 注：*P<0.05。 分析可见，HCl浓度和NaOH浓度对提取率的影响 较大，HCl浓度为0.3％与0.4％相比较提取率增加的程度 较小，且当浓度为0.4％时品质有所下降，为减少成本和 杂质，我们选用HCl浓度为0.3％；而NaOH作用时间、 HCl作用时间影响较小，当NaOH作用时间为24h与36h 效果相差不大，而过长的提取时间意味着延长生产周 期，无形中提高成本，所以我们可以选用24h。 通过数据分析，兼顾提取率和明胶质量的因素，得 出最优方案为HCl浓度为0.3％，浸泡时间为4h，NaOH 浓度为2.0％，浸泡时间为24h。根据此方案实验重复3 次得到明胶平均提取率为47.54％，所以此方案具有一定 的科学性、可靠性。 2.4罗非鱼鱼皮明胶氨基酸组成分析 罗非鱼鱼皮中含有多种氨基酸，如甘氨酸、丙氨 酸、脯氨酸等。 2.5透明度、色泽、黏度、保水性、吸水性、等电点 的测定 明胶的色泽和透明度是一项重要的质量指标。质量 好的明胶，是透明或半透明微带光泽的粉粒或薄片，溶 于热水后成为一种澄清透明的、带有粘性的、无异味的 液体。本实验通过热水熬胶的方法所提出明胶经冷冻干 燥后得到半透明、浅白色的、无臭、无异味的明胶，符 合上述 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 明胶的黏度受温度、浓度等影响，本次实验用 6.67%的明胶在提取温度为60℃下测得罗非鱼鱼皮明胶 的黏度为6.14mPa·s。 吸水性是指产品吸附或摄取水分的能力，本实验在 温度为40℃，相对湿度为67％条件下测得罗非鱼鱼皮明 胶的吸水性为0.098g／g，由此可见罗非鱼鱼皮明胶有 较好的吸水性。 保水性是指产品保持水分的能力，通常用水分残存 率来表示保水性。影响保水性的因素有浓度、离子种类 等。实验表明，在相同条件下测得鱼皮明胶在一定条件 下可保持一定量的水分，效果要好于对照明胶，可知鱼 皮明胶具有良好的保水性。 于洋等：罗非鱼皮明胶的制备及性质研究 2 9 经测定等电点为8.5，由此可知在明胶提取中pH接 近等电点时明胶溶解程度最大，提取得比较完全。 3 结论 干燥的罗非鱼皮经过碱的脱色脱脂和酸的除蛋白后 可提取出乳白无异味的优质明胶。 （1）根据实验可得出：罗非鱼皮明胶提取过程中 最佳熬胶温度为80℃，提取时间为8h。 （2）酸碱预处理的最优方案为：HCl浓度为0.3％， 浸泡时间为4h，NaOH浓度为1.0％，浸泡时间为24h。 （3）经测定明胶的黏度为6.14mPa·s，吸水性为 0.098g／g，等电点为8.5，具有良好的保水性。◇ 参考文献 ［1］蒋挺大，张春萍.胶原蛋白.北京：化学工业出版社，2001. ［2］徐润，梁庆华.明胶的生产及应用技术.北京：中国轻工业 出版社，1988. ［3］张海明.罗非鱼的养殖及发展前景.饲料广角，2004，11： 40-42. ［4］沃德AG，考茨A.明胶的科学与工艺学.北京：轻工业出 版社，1982. ［5］陈小娥，方旭波，钟球琴.安康鱼皮明胶的制备及性质研 究，食品科技，2006，12：173-176. ［6］王碧，贾冬英，罗红平，等.皮边角废料提取胶原蛋白的 功能特性.中国皮革，2002，15（8）：13-16. [7］贾冬英，王文贤，姚开，等.胶原蛋白多肤功能特性的研 究.食品科学，2001，22（6）：21-24. ［8］日本食品工业学会（食品分析法）编辑委员会.食品分析 法（下）.重庆：四川科学技术出版社，1986：74-77.