微波法提取鱼鳞胶原蛋白及其性质研究摘要：以淡水鱼加工后的下脚料鱼鳞为原料，采用微波法提取其中的胶原蛋白，设计单因素试验和正交试验考察乙酸浓度、微波功率、微波处理时间和料液比对鱼鳞中胶原蛋白提取率的影响。
结果表明，优化的提取工艺条件为微波功率400 W、0.6 mol/L的乙酸溶液作提取剂、料液比m鱼鳞∶V乙酸=1∶25（g/mL）、微波处理时间5 min，此条件下胶原蛋白提取液中羟脯氨酸含量为186.358 mg/g，胶原蛋白提取率为41.37%。
对提取的鱼鳞胶原蛋白进行性质测定，结果表明鱼鳞胶原蛋白的吸水性0.466 g/g、溶解性100%、乳化性51.67%、乳化稳定性91%、吸油性2.8 mL/g、起泡性84%，综合性质较好。
关键词：胶原蛋白；鱼鳞；微波法提取；性质中国每年淡水鱼加工业的废弃物总量在200万t以上，其中鱼鳞约占15%[1-3]。
鱼鳞主要成分是Ⅰ型胶原蛋白和羟基磷灰石，其中胶原蛋白可用于制作生物医用材料等，有较高的经济价值[4，5]。
对淡水鱼加工生产中的下脚料鱼鳞进行综合利用研究，提高水产品加工水平，可带来较好的经济效益和社会效益。
目前鱼鳞胶原蛋白的主要制备方法有水提法、酶解法、酸法等[6]，但在大规模生产中的应用还有一定局限性。
微波法萃取是近年发展起来的一种新型提取技术，具有选择性高、萃取效率高、节约能源等优点。
本试验采用微波法从鱼鳞中提取胶原蛋白，并对所提取胶原蛋白的性质进行研究，为实现鱼鳞胶原蛋白的大规模生产奠定基础。
1 材料与方法1.1 材料与仪器混合鱼鳞取自西昌农贸市场。
主要试剂包括羟脯氨酸（Hyp）标准液、对二甲基氨基苯甲酸显色试剂、高氯酸、氯胺T溶液、胃蛋白酶、大豆色拉油、活性炭等。
主要仪器有立式电热鼓风干燥箱、微波炉、粉碎机、旋转黏度计、高速离心机、试验用微型粉碎机、组织捣碎机、冷冻干燥机等。
1.2 试验方法1.2.1 鱼鳞胶原蛋白的提取新鲜混合鱼鳞用清水洗净，0.1 mol/L NaOH浸泡24 h[7]，0.6 mol/L HCl浸泡24 h，蒸馏水洗净，36 ℃干燥后粉碎[8]。
加入乙酸溶液后采用微波处理一段时间以提取胶原蛋白[9]。
在胶原蛋白粗提液中加入3～5 g活性炭，搅拌30 min，纱布过滤后4 000 r/min离心20 min，倾出上清液，重复操作1次，过滤得到胶原蛋白液。
用比色法测定胶原蛋白液中的羟脯氨酸含量，由于淡水鱼鳞胶原蛋白中羟脯氨酸含量是相对固定的，因此试验过程中以羟脯氨酸含量表示胶原蛋白的含量[10]。
将胶原蛋白粗提液置于不锈钢托盘中，于冰箱冷冻室内冻结成冰，冷冻干燥机预冷至-45 ℃后放入冻结样品，开启真空泵冷冻干燥20 h以上，得胶原蛋白干制品[11]。
设计单因素试验和正交试验考察乙酸浓度、微波处理时间、微波功率和料液比对胶原蛋白提取率的影响[12，13]。
①乙酸浓度。
分别以浓度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 mol/L的乙醇浓度作为提取剂，在料液比1∶20（m鱼鳞∶V乙酸，g/mL，下同）、微波功率500 W的条件下提取3 min。
②微波处理时间。
在料液比1∶20、微波功率500 W、0.6 mol/L的乙酸溶液作为提取剂的条件下分别提取1、2、3、4、5、6、7 min。
③微波功率。
以0.6 mol/L的乙酸溶液为提取剂、微波处理时间3 min、料液比1∶20，微波功率分别为100、200、300、400、500、600、700、800 W。
④料液比。
微波处理时间3 min、0.6 mol/L 的乙酸溶液作提取剂、微波功率500 W，料液比分别为1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40。
⑤正交试验。
设置四因素三水平正交试验进一步考察微波功率、乙酸浓度、料液比和微波处理时间对胶原蛋白提取率的影响，正交试验因素与水平见表1。
1.2.2 胶原蛋白性质研究参考金成[5]、段蕊等[14]的方法测定所提取鱼鳞胶原蛋白的吸水性、溶解性、乳化能力、乳化稳定性、吸油性和起泡性等。
2 结果与分析2.1 鱼鳞胶原蛋白提取条件的优化2.1.1 乙酸浓度对胶原蛋白提取率的影响乙酸浓度对胶原蛋白提取率的影响结果见图1。
由图1可以看出，随着乙酸浓度的增加，提取液中羟脯氨酸含量呈先升高后降低的趋势，乙酸浓度为0.7 mol/L时胶原蛋白提取率最高。
2.1.2 微波处理时间对胶原蛋白提取率的影响不同微波处理时间对胶原蛋白提取率的影响结果见图2。
由图2可以看出，随着微波处理时间的延长，提取液中的羟脯氨酸含量先升高，微波处理时间为4 min时胶原蛋白提取率最高，之后随着处理时间的延长胶原蛋白提取率反而下降。
2.1.3 微波功率对胶原蛋白提取率的影响微波功率对胶原蛋白提取率的影响结果见图3。
由图3可知，随着微波功率的升高提取液中羟脯氨酸的含量先增加，微波功率为500 W时胶原蛋白提取率最高，微波功率继续升高，提取液中羟脯氨酸的含量反而降低。
2.1.4 料液比对胶原蛋白提取率的影响料液比对胶原蛋白提取率的影响结果见图4。
由图4可知，随着提取溶剂乙酸溶液用量的增加，提取液中羟脯氨酸的含量呈先升高后下降的变化趋势，但总的变化幅度不大。
料液比为1∶25时胶原蛋白提取率最高。
2.1.5 正交试验结果正交试验结果见表2。
由表2可知，各因素对鱼鳞胶原蛋白提取率的影响由大到小依次为料液比、微波处理时间、微波功率、乙酸浓度。
最佳试验条件组合为A1B1C2D3，即微波功率400 W、0.6 mol/L的乙酸溶液作提取剂、料液比1∶25、微波处理时间5 min。
最佳试验条件组合不在正交试验组合中，故在该条件下进行验证试验，所得胶原提取液中羟脯氨酸含量为186.358 mg/g，高于所有正交试验组合的结果，表明正交试验结果是可行的。
鱼鳞胶原蛋白干燥后称重，计算得到胶原蛋白提取率为41.37%。
2.2 胶原蛋白性质测定结果1）吸水性。
测定吸水性试验前后胶原蛋白的质量，吸水率=（吸水前胶原蛋白质量-吸水后胶原蛋白质量）/吸水前胶原蛋白质量，吸水性为0.466 g/g。
2）溶解性。
取胶原蛋白0.3 g溶于20 mL蒸馏水中，静置，调节pH 7，定容至25 mL，4 000 r/min离心15 min，离心后的液体无分层现象，说明胶原蛋白的溶解性很好，达到100%。
3）乳化性。
经乳化性试验后胶原乳化层体积为15.5 mL，总高度为30 mL，乳化性为51.67%。
胶原蛋白乳化稳定性测定结果显示微波法提取的鱼鳞胶原蛋白乳化稳定性为91%，与乙酸提取法所得的胶原蛋白乳化稳定性相差不大。
4）吸油性。
微波法提取的鱼鳞胶原蛋白的吸油性为2.8 mL/g。
5）起泡性。
微波法提取的鱼鳞胶原蛋白的起泡性为84%。
3 小结与讨论采用微波法提取鱼鳞中胶原蛋白，在单因素试验的基础上设计正交试验考察乙酸浓度、微波功率、微波处理时间和料液比对鱼鳞中胶原蛋白提取率的影响。
得到优化的提取条件为微波功率400 W、0.6 mol/L 的乙酸溶液作提取剂、料液比1∶25、微波处理时间5 min，此时提取液中羟脯氨酸含量为186.358 mg/g，鱼鳞胶原蛋白提取率达到41.37%，在今后的试验中还可继续优化提取条件提高提取率。
试验提取到的鱼鳞胶原蛋白的吸水性0.466 g/g，溶解性100%、乳化性51.67%、乳化稳定性91%、吸油性2.8 mL/g、起泡性84%，综合性质较好。
试验结果可为鱼鳞胶原蛋白的开发利用奠定基础。
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