鰱魚魚鱗蛋白提取工藝研究

胡愛軍，趙　晨，鄭　捷，郜申紅，程文雯，王洪國

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鰱魚魚鱗蛋白提取工藝研究

*胡愛軍1,2，趙晨1，鄭捷1，郜申紅1，程文雯1，王洪國1

（1.天津科技大學(xué)食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457; 2.天津市寬達(dá)水產(chǎn)食品有限公司，天津 300304）

以鰱魚魚鱗為研究對象，研究了提取溫度，提取時(shí)間，料液比對魚鱗蛋白質(zhì)提取率的影響，并進(jìn)一步通過正交實(shí)驗(yàn)對其提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明：魚鱗蛋白質(zhì)提取率隨著提取溫度、提取時(shí)間、料液比的增加而提高。其提取的最佳條件是：提取溫度90 ℃，提取時(shí)間6 h，料液比1:25，在此條件下鰱魚魚鱗蛋白質(zhì)的提取率為77.41%。

鰱魚魚鱗；蛋白質(zhì)；提取

中國作為淡水魚大國，其產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界前列[1]。相關(guān)統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，近年來我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量逐年遞增，2015年，我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)到6700萬噸，淡水產(chǎn)品產(chǎn)量為3200余萬噸，其中鰱魚產(chǎn)量為435.5萬噸，僅次于草魚，位于產(chǎn)量第二位[2]。水產(chǎn)加工過程中會產(chǎn)生大量的下腳料，包括魚皮、魚頭、內(nèi)臟、魚鱗、魚骨、蝦頭、蟹殼等，目前這些下腳料的一小部分被用來生產(chǎn)飼料魚粉，剩余的大部分則被廢棄，很多價(jià)值很高的材料并未充分回收和利用[3]。

近年來很多學(xué)者對帶魚、鯉魚、鯽魚、草魚、金線魚[4-6]等魚類魚鱗的成分進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，魚鱗中含有豐富的蛋白質(zhì)和多種礦物質(zhì)，其中有機(jī)物占41%~55%，磷酸鈣占38%~46%，還含少量碳酸鈣、磷酸鎂、磷酸鈉等無機(jī)鹽，魚鱗的有機(jī)組成中除膠質(zhì)外，大部分為魚類特有的魚鱗硬蛋白、脂肪、色素等。同時(shí)，魚鱗還具有很高的藥用價(jià)值，如魚鱗提取物可以降低血壓、降解膽固醇、延緩衰老等[7-8]。

目前魚鱗還沒有成熟的有效利用途徑。就目前全世界的研究來看，魚鱗可以加工成膠原蛋白[9-10]、明膠[11-12]、羥基磷灰石[13-14]、魚銀[15]等。

鰱魚（Hypophthalmichthysmolitrix），隸屬于鯉形目，鯉科，是我國著名的四大家魚之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。鰱魚魚鱗中含有豐富的蛋白質(zhì)，且大部分蛋白質(zhì)以膠原蛋白的形式存在[16-17]。如將魚鱗中的蛋白質(zhì)提取出來加以純化利用將能產(chǎn)生重要的社會和經(jīng)濟(jì)效益[18]

本實(shí)驗(yàn)采用熱力法水提蛋白，考察提取溫度、提取時(shí)間、料液比對蛋白質(zhì)提取率的影響，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化蛋白質(zhì)提取工藝參數(shù)，參照相關(guān)文獻(xiàn)，之前并無類似報(bào)道。

1　材料與方法

1.1　材料與儀器

鰱魚魚鱗，購自天津市金元寶農(nóng)貿(mào)市場；硫酸銅、氨水、氫氧化鈉、牛血清蛋白標(biāo)準(zhǔn)品均為分析純試劑；紫外可見光分光光度計(jì)（Alpha-1502）購于上海譜元儀器有限公司；電子天平（FA2204B）購于諸暨市超澤衡器有限 公司。

1.2 蛋白質(zhì)提取

魚鱗蛋白的提取參考Jongjareonrak等[19]報(bào)道的方法并做些許改動。采用熱力法水提魚鱗蛋白，按一定的料液比加入蒸餾水，在一定的溫度下浸提一段時(shí)間，過濾，離心，濾液真空濃縮，干燥，得到固體蛋白。

1.2.1 提取率測定

采用雙縮脲法測定提取液中的蛋白質(zhì)含量。

雙縮脲試劑：按照NY/T 1678-2008乳與乳制品中蛋白質(zhì)的測定雙縮脲比色法進(jìn)行配制。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取一定量的牛血清蛋白標(biāo)品溶于100 mL0.9%的NaCl溶液，配成濃度為10 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。取具塞試管編號，分別加入0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 mL的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液，加蒸餾水補(bǔ)足至10 mL，備用。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備：取8支試管，將上述配置好不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液3 mL從低到高依次加入8支試管，并在試管中加入雙縮脲試劑2 mL，充分混勻。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定：取上述試管，以經(jīng)過相同處理步驟的去離子水為參比溶液，在540 nm處測定其吸光度，以蛋白質(zhì)濃度為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。同時(shí)測定提取蛋白質(zhì)的吸光度值，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程讀取濃度。

蛋白質(zhì)提取率計(jì)算：

式中：X1：提取液中蛋白質(zhì)含量，g/mL；

V：提取液體積，mL；

X2：脫鈣后魚鱗蛋白質(zhì)含量，%（實(shí)驗(yàn)室測得脫鈣后魚鱗蛋白質(zhì)含量為86.90%）；

M：脫鈣魚鱗質(zhì)量，g。

1.2.2 不同因素對提取率的影響

（1）提取溫度對提取率的影響[20]

固定料液比為1：20，提取時(shí)間6 h，分別在50、60、70、80、90 ℃條件下提取，考察不同提取溫度對蛋白質(zhì)提取率的影響。

（2）提取時(shí)間對提取率的影響

固定料液比為1：20，提取溫度80 ℃，分別在2、4、6、8、10 h條件下提取，考察不同提取時(shí)間對蛋白質(zhì)提取率的影響。

（3）料液比對提取率的影響

固定提取時(shí)間6 h，提取溫度80 ℃，分別在料液比1:10、1:15、1:20、1:25、1:30條件下提取，考察不同料液比對蛋白質(zhì)提取率的影響。

1.2.3 蛋白質(zhì)提取工藝參數(shù)優(yōu)化

以提取時(shí)間、提取溫度、料液比為影響因素，依據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果選擇合適的影響因素水平，以蛋白質(zhì)提取率為考察指標(biāo)，設(shè)計(jì)四因素三水平L9（34）的正交實(shí)驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

2 結(jié)果與討論

2.1 蛋白質(zhì)濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)數(shù)據(jù)作圖繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合出回歸方程為y = 0.1192x+0.0191，其中y為吸光度，x為蛋白質(zhì)濃度（單位mg/mL），相關(guān)系數(shù)R2= 0.9986，相關(guān)性良好。

圖1 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 溫度對提取率的影響

溫度對提取率的影響見圖2。

圖2 溫度對提取率的影響（Mean ± SD，n = 3）

在50~80℃之間蛋白提取率隨溫度升高有較大幅度上升，在80℃時(shí)達(dá)到最大，之后溫度升高，提取率不再上升。這可能是由于溫度升高，在熱力的作用下魚鱗蛋白更多地溶出，當(dāng)80℃時(shí)可溶出的蛋白質(zhì)已經(jīng)充分溶出，繼續(xù)升高溫度提取率不再上升。

2.3 時(shí)間對提取率的影響

提取時(shí)間對提取率的影響見圖3。

圖3 提取時(shí)間對提取率的影響（Mean ± SD，n = 3）

在提取的前6 h魚鱗蛋白質(zhì)的提取率隨著時(shí)間的延長而升高，在6 h之后提取率不再上升。這可能是因?yàn)楫?dāng)提取時(shí)間比較短時(shí)，魚鱗表層結(jié)構(gòu)沒達(dá)到充分疏松，蛋白質(zhì)溶出率低，在6 h之后，可溶出的蛋白質(zhì)基本被提取完全，提取率不再上升。

2.4 料液比對提取率的影響

料液比對提取率的影響見圖4。

圖4 料液比對提取率的影響（Mean ± SD，n = 3）

當(dāng)料液比從1:10變化至1:20時(shí)，隨著浸提液體積的增加，魚鱗蛋白提取率不斷升高，當(dāng)料液比大于1:20之后，魚鱗蛋白質(zhì)的提取率升高不顯著。這可能是因?yàn)轸~鱗蛋白質(zhì)中含有膠體物質(zhì)，在料液比很小的情況下，隨著提取進(jìn)行，溶液的粘度、水在自由狀態(tài)下的飽和程度都越來越大，蛋白質(zhì)難以溶出，增大料液比可使提取率升高明顯；但當(dāng)料液比達(dá)到可將魚鱗蛋白質(zhì)全部溶出之后，增大料液比提取率將不再提高。

2.5 蛋白質(zhì)提取工藝參數(shù)優(yōu)化

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2中極差R可知各因素對蛋白提取效果影響程度相對大小的順序?yàn)椋簻囟?> 料液比 > 時(shí)間。由提取率所確定的最優(yōu)工藝條件組合為A3B2C3，即溫度90℃，時(shí)間6 h，料液比1:25。

為了明確各因素對提取率影響的顯著性，進(jìn)一步對表2中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，方差分析結(jié)果見表3。

表 3 方差分析表

由表3，方差分析結(jié)果表明，各因素對提取率均有顯著影響。這表明在魚鱗蛋白質(zhì)提取過程中，溫度、料液比和提取時(shí)間是決定提取率的關(guān)鍵因素。

2.6 優(yōu)化工藝驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

由正交試驗(yàn)結(jié)果得到的提取最佳工藝參數(shù)為提取溫度90℃，提取時(shí)間6 h，料液比1:25。這個組合沒有出現(xiàn)在正交表中，因此需要對正交結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證：驗(yàn)證試驗(yàn)平行做3次，取平均值，測得此條件下提取率為77.41%，大于正交表中的最大值72.06%。因此，確定最佳提取工藝參數(shù)為提取溫度90℃，提取時(shí)間6 h，料液比1:25。

3　小結(jié)

蛋白質(zhì)提取率隨著提取溫度、提取時(shí)間、料液比的增長而提高。鰱魚魚鱗蛋白提取最佳條件是：提取溫度90℃，提取時(shí)間6 h，料液比1:25，在此條件下鰱魚魚鱗蛋白質(zhì)的提取率為77.41%。

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EXTRACTION TECHNOLOGY OF FISH SCALE PROTEIN FROM SILVER CARP

*HU Ai-jun1,2, ZHAO Chen1, ZHENG Jie1, GAO Shen-hong1, CHENG Wen-wen1, WANG Hong-guo1

(1. College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457, China; 2. Tianjin City Kuanda Aquatic Food Co., Ltd., Tianjin 300304, China)

sliver carp scale was taken as the raw material to extract protein. In the process, the influence of the extraction temperature, time and ratio of solid to liquid on the extraction yield of protein was investigated. Then the extraction conditions were further optimized by the orthogonal experiments. The results showed that the extraction yield of protein was enhanced with the increase of extraction temperature, time and ratio of solid to liquid. The extraction yield of protein reached up to 77.41% under the extraction temperature of 90 ℃, extraction time of 6 h and the ratio of solid to liquid of 1:25 (m/V).

silver carp; protein; extraction

1674-8085(2018)03-0024-04

TS254.9

A

10.3969/j.issn.1674-8085.2018.03.006

2018-01-05；

2018-02-06

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（中國博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目，2013M540211)；天津市農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化與推廣項(xiàng)目 (201704080)；天津科技大學(xué)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(20110104)；天津市東麗區(qū)科技型中小企業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目

*胡愛軍(1968-)，男，安徽銅陵人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事食品加工技術(shù)與功能成分研究(E-mail:huaijun@tust.edu.cn);

趙晨(1991-)，女，河北石家莊人，碩士生，主要從事食品加工技術(shù)與功能成分研究(E-mail:2416168475@qq.com);

鄭捷(1971-)，女，海南?？谌?，高級工程師，碩士生導(dǎo)師，主要從事水產(chǎn)品與功能食品的研究(E-mail:jane@tust.edu.cn);

郜申紅(1993-)，男，山西忻州人，碩士生，主要從事食品加工技術(shù)與功能成分研究(E-mail:779738506@qq.com);

程文雯(1992-)，女，湖北宜昌人，碩士生，主要從事食品加工技術(shù)與功能成分研究(E-mail:1136349466@qq.com);

王洪國(1992-)，男，山東淄博人，碩士生，主要從事食品加工技術(shù)與功能成分研究(E-mail:491363575@qq.com).