響應麵優化馬鮫魚魚皮膠原蛋白的提取工藝

□ 朱航 福建農林大學食品科學學院 泉州師範學院海洋與食品學院

□ 戴聰傑(通訊作者) 泉州師範學院海洋與食品學院

摘　要：以馬鮫魚廢棄魚皮為材料，采用熱水浸提法和酸提法進行膠原蛋白提取工藝的研究。熱水浸提法以料液比、溫度、時間為單因素，酸提法以料液比、酸濃度、時間為單因素，通過單因素試驗和響應麵分析對馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取進行最佳優化。結果顯示，熱水浸提法的最優條件為：料液比1∶75、浸提溫度55℃、浸提時間6.5h，膠原蛋白提取率達到90.5%;酸提法最優條件為：料液比1∶70、乙酸濃度0.5mol/L、時間13.5h，膠原蛋白提取率達到68.0%。

關鍵詞：馬鮫魚魚皮 膠原蛋白 提取工藝

馬鮫魚肉質細嫩，營養豐富，含有脂質、蛋白質和礦物質等營養成分，既是寶貴的海洋生物資源，也是一種經濟價值較高的海產優質魚類，其主要分布於我國東海、黃海、渤海等海域[1]。我國作為漁業大國，水產品加工處理所產生的下腳料(魚皮、魚骨、魚內髒等)遠遠超過原材料的加工部分[2]，而這些下腳料也擁有著豐富的膠原蛋白、鈣質、魚油等資源。如水產品加工處理後的下腳料能夠得到充分利用，不僅可以增加魚類的經濟價值，更有利於環境的綠色發展。其中，由於膠原蛋白具有止血增生、生物降解、生物相容、抑製衰老、美容護膚等作用，故深受研究者的青睞[3]。膠原蛋白常用的提取方法有熱水抽提法、酸提法、酶提法、鹽提法和堿提法等，且不同方法有各自的優缺點[4-5]。本研究擬采用熱水浸提法和酸提法，以馬鮫魚下腳料——魚皮為材料，提取馬鮫魚魚皮膠原蛋白，以期優化馬鮫魚魚皮膠原蛋白的提取工藝，為馬鮫魚高值化提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：福建省崇武縣某魚卷加工企業提供的馬鮫魚新鮮魚皮，在-20℃以下環境中保存。

試劑：乙酸、L-羥脯氨酸、硫酸、一水檸檬酸、氫氧化鈉、無水乙酸鈉、氯胺T、對二甲氨基苯甲醛、正丙醇、異丙醇、高氯酸、殼聚糖，均為分析純。

1.2 儀器與設備

數顯恒溫水浴鍋，HH-4A型，常州國華電器有限公司;

分光光度計，V-1800型，上海美譜達儀器有限公司;

冷凍低俗離心機，L535R型，湘儀離心機有限公司;

IKA手握式組織勻漿機，T10 basic型，艾卡儀器設備有限公司;

多通道智能加熱磁力攪拌器，SP200-2T型，杭州米歐儀器有限公司;

電腦恒溫層析櫃，CXG-1型，上海青浦滬西儀器廠;

1.3 試驗方法

1.3.1 魚皮的預處理

新鮮的馬鮫魚魚皮中含有大量的魚肉、魚刺、脂肪等雜質，通過手工處理和試劑浸泡——經H2O2和NaOH等加工處理進行脫脂肪、脫腥、脫雜蛋白[6-7]，做到無損害處理魚皮。

1.3.2 熱水浸提法[8-9]的單因素試驗

通過預實驗確定熱水浸提法單因素試驗的基本條件為：料液比1∶60、浸提溫度50℃、浸提時間6h，通過控製變量來分析各單因素對魚皮膠原蛋白提取率的影響。稱取0.5g魚皮溶脹，在浸提溫度50℃、浸提時間6h條件下，料液比分別以1∶40、1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90勻漿提取;在料液比為1∶60、浸提時間為6h條件下，溫度分別采用30、40、50、60、70、80℃勻漿提取;在料液比1∶60、浸提溫度50℃條件下，浸提時間設置為3、4、5、6、7、8h勻漿提取。然後測定羥脯氨酸濃度，計算膠原蛋白提取率。

1.3.3 酸提法[10-11]的單因素試驗

通過預實驗確定酸提法單因素試驗的基本條件為：料液比1∶70、乙酸濃度0.5mol/L、浸提時間12h，通過控製變量來分析各單因素對魚皮膠原蛋白提取率的影響。稱取0.5g魚皮溶脹，在乙酸濃度0.5mol/L、浸提時間12h條件下，料液比以1∶50、1∶60、1∶70、1∶80、1∶90、1∶100勻漿提取;在料液比1∶70、浸提時間12h條件下，乙酸濃度采用0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.0mol/L勻漿浸提;在料液比1∶70、乙酸濃度0.5mol/L條件下，浸提時間設置為3、6、9、12、15、18 h勻漿提取，且提取均處於4℃下磁力攪拌。然後測定羥脯氨酸濃度，計算膠原蛋白提取率。

1.3.4 馬鮫魚膠原蛋白提取率的測定

馬鮫魚魚皮處理完畢後，在5000r/min冷凍離心20min後取若幹體積上清液，采用國標測定羥脯氨酸法[12]繪製羥脯氨酸標準曲線，並進行馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取率的測定。(注：羥脯氨酸為膠原蛋白特異性氨基酸，若顯色過程出現白色沉澱而未出現正常紅色顯色反應，需在測定前調整水解液的pH值，避免等電點。)

膠原蛋白提取率(%)=提取液中羥脯氨酸含量×11.1/魚皮中膠原蛋白理論含量×100(式中：11.1為換算係數[13])

1.3.5 響應麵分析

根據單因素試驗結果，結合Design Expert8.0軟件選取合適的參數進行響應麵分析，對馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取率進行二次多項回歸擬合[14-15]，得出最優的馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取工藝。

圖1 L-羥脯氨酸標準曲線

2 結果與分析

2.1 羥脯氨酸標準曲線的測定

羥脯氨酸的標準線性回歸方程為：Y=0.22X+0.0062，相關係數R2=0.999，說明該線性回歸方程具有意義，試驗所得吸光度可以換算成羥脯氨酸含量。

2.2 料液比、浸提時間、浸提溫度對馬鮫魚魚皮膠原蛋白熱水浸提法的影響

圖2 料液比、浸提時間、浸提溫度對熱水浸提法的影響

由圖2可知，在浸提溫度50℃、浸提時間6h條件下，當料液比較低時，魚皮勻漿不能充分地分散於體係之中，導致膠原蛋白提取率偏低;隨著料液比增加，提取率開始逐步增大;當料液比為1∶70時提取率最高，其後提取率出現輕微波動，其可能是勻漿過程不徹底或測定處理的操作不當等原因導致。在料液比1∶60，浸提時間6h條件下，提取率隨溫度的升高迅速提高，在50℃時出現峰值;而後開始逐漸降低，這可能由於浸提溫度過高，魚皮的膠原纖維組織發生收縮現象，使膠原蛋白被束縛在魚皮組織之中無法溶出。在料液比為1∶60、浸提溫度為50℃條件下，提取率先快速上升而後趨近平緩或輕微降低，在6h左右提取率達到最大;之後，隨著浸提時間增加，魚皮勻漿液出現的懸浮物質開始增多，可能導致在後續分離處理中提取率下降。故選取1∶60、1∶70、1∶80，40℃、50℃、60℃，5h、6h、7h為響應麵試驗的因素水平。

2.3 料液比、浸提時間、乙酸濃度對馬鮫魚魚皮膠原蛋白酸提法的影響

圖3 料液比、浸提時間、乙酸濃度對酸提法的影響

由圖3可知，在乙酸濃度0.5mol/L、浸提時間12h條件下，當料液比較低時，魚皮樣品不能完全浸泡在乙酸溶液中，膠原蛋白提取率不充分;隨著料液比增加，提取率開始逐步增大，當料液比為1∶70時提取率最高;其後提取率出現輕微波動，膠原蛋白含量基本沒有增加。在料液比1∶70、浸提時間12h條件下，較低濃度的乙酸溶液有著可觀的提取率;隨著乙酸濃度逐漸增加，提取率先快速上升而後開始逐漸降低，在乙酸溶液為0.5mol/L時提取率最高;出現此現象可能由於膠原蛋白在較低pH值的環境下會發生變形，不利於溶出。在料液比1∶70、乙酸濃度0.5mol/L條件下，提取率隨時間的延長迅速提高，在12h時提取率最大，而後開始緩慢降低，這可能由於隨著浸提時間增加，魚皮肌原纖維結構在酸性溶液中逐漸溶脹，促進膠原蛋白溶出，但是時間過長會導致魚肉組織懸浮物增多，影響後續的分離，使膠原蛋白造成浪費。故選取1∶60、1∶70、1∶80，0.4mol/L、0.5mol/L、0.6moL/L，9h、12h、15h為響應麵試驗的因素水平。

2.4 馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取條件響應麵優化

2.4.1 熱水浸提法

試驗設計與結果分別見表1、圖4。以料液比(A)、溫度(B)、時間(C)作為響應因子，馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取率作為指標，軟件分析得出二次回歸方程：馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取率(%)=+87.36+4.75A+4.98B+3.68C+4.17AB+4.08AC+1.78BC-8.47A2-9.22B2-6.77C2，此法膠原蛋白提取率模型p<0.05，表明該模型顯著;失擬項p=0.632>0.05不顯著，說明此模型回歸方程擬合度較高。

圖4 料液比(A)、溫度(B)、時間(C)對馬鮫魚膠原蛋白提取率的影響

2.4.2 酸提法

試驗設計與結果分別見表2、圖5。以料液比(A)、乙酸濃度(B)、時間(C)作為響應因子，馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取率作為指標，得出二次回歸方程：馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取率(%)=+67.6+0.51A+0.56B+1.33C+0.52AB+0.25AC+0.25BC-1.76A2-1.76B2-1.54C2，此法膠原蛋白提取率模型p<0.05，表明該模型顯著;失擬項p=0.9995>0.05不顯著，說明此模型回歸方程擬合度較高。

圖5 料液比(A)、乙酸濃度(B)、時間(C)對馬鮫魚膠原蛋白提取率的影響

3 結論

膠原蛋白的提取可以采用不同方法，而不同的方法又各有優缺點，因此不能僅將提取率這一項指標作為判斷依據，還需進一步研究對魚皮膠原蛋白提取方法加以說明。本文采用熱水浸提法和酸提法提取馬鮫魚魚皮膠原蛋白，結合單因素和響應麵分析對提取工藝進行優化，結合實際情況得出熱水浸提法的最佳提取條件為：料液比1∶75、浸提溫度55℃、浸提時間6.5h，膠原蛋白提取率達到90.5%;酸提法最佳提取條件為：料液比1∶70、乙酸濃度0.5mol/L、時間13.5h，膠原蛋白提取率達到68.0%。在此基礎上進行平行實驗加以驗證發現誤差較小，說明模型擬合度高，可以較好地體現兩種方法對馬鮫魚魚皮膠原蛋白提取的情況。

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