魚鰾中膠原蛋白提取工藝及功能活性研究

摘要：隨著人們對健康需求的增加以及對天然食材的關注，魚鰾膠原蛋白在調味品領域的應用前景逐漸拓展，一些食品制造商和創(chuàng)新公司已經開始在調味品中嘗試魚鰾膠原蛋白的應用；在一些高端餐廳或食品品牌的調味料中可以看到添加魚鰾膠原蛋白的產品，以增加食品的風味。然而，目前魚鰾中膠原蛋白提取工藝仍然處于初級階段，需要采用一系列的方法破壞蛋白質的多級結構，為了更好地開發(fā)利用魚鰾中的膠原蛋白，該研究利用單因素試驗和正交試驗，對魚鰾中膠原蛋白提取工藝進行研究和優(yōu)化。研究結果表明，魚鰾中膠原蛋白提取的最佳加工工藝為醋酸濃度0.4%、提取時間20 h和料液比例1∶55。

關鍵詞：魚鰾；膠原蛋白；加工工藝；優(yōu)化

中圖分類號：TS201.1""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）10-0070-04

Study on Extraction Technology and Functional Activity of

Collagen from Swim Bladder

LI Dan， WANG Han， REN Peng-fei

（Sias University， Zhengzhou 451150， China）

Abstract： With the increase of people's demand for health and attention to natural food ingredients， the application prospect of swim bladder collagen in the field of condiments is gradually expanding. Some food manufacturers and innovative companies have begun to try the application of swim bladder collagen in condiments. Products added with swim bladder collagen can be seen in some condiments of high-end restaurants or food brands， so as to enhance the flavor of food.However， the current extraction technology of collagen from swim bladder is still in its early stage， and a series of methods are needed to destroy the multi-level structure of protein. In order to better develop and utilize collagen from swim bladder， in this study， single factor test and orthogonal test are used to study and optimize the extraction technology of collagen from swim bladder.The research results show that the optimal processing technology for extracting collagen from swim bladder is acetic acid concentration of 0.4%， extraction time of 20 h and solid-liquid ratio of 1∶55.

Key words： swim bladder; collagen; processing technology; optimization

魚鰾膠原蛋白是一種天然的膠原蛋白，可應用于保健產品[1-2]，它由魚類的鰾提取而來，具有美容和保健功效[3]，因此在食品市場上受到廣泛關注和應用[4]。魚鰾是一種膠狀組織，含有豐富的膠原蛋白，而膠原蛋白是一種結構蛋白[5-6]，是構成皮膚、骨骼、關節(jié)、血管和牙齒等組織的重要成分[7-8]。

在魚鰾膠原蛋白的提取過程中，利用高溫和高壓條件[9]使魚鰾中的膠原蛋白溶解，再經過過濾、凈化和濃縮等步驟，獲得純凈的魚鰾膠原蛋白粉末[10-11]。優(yōu)質的魚鰾膠原蛋白需要經過嚴格的檢測和處理，并保留其有效的生物活性[12-13]。

魚鰾膠原蛋白因其來源于天然的魚鰾組織，相比于其他來源的膠原蛋白具有明顯優(yōu)勢[14]。首先，它是一種天然的蛋白質來源，沒有添加化學成分；其次，魚鰾膠原蛋白具有較小的相對分子質量以及較高的生物可利用性，更容易被人體吸收和利用[15]；此外，魚鰾膠原蛋白中含有豐富的氨基酸，特別是脯氨酸、羥脯氨酸和甘氨酸。

魚鰾膠原蛋白具有廣闊的應用前景，被用于健康食品補充劑等領域[16]。魚鰾是一種天然的蛋白質來源，含有豐富的膠原蛋白和氨基酸，也能作為一種調味品使用，改善食品的營養(yǎng)和功能[17]，魚鰾膠原蛋白中含有豐富的脯氨酸、羥脯氨酸和甘氨酸，能夠增強食物的鮮味，提升食品的口感和風味。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

新鮮的鯉魚魚鰾：購于當地市場，將魚鰾的內壁結締組織清理干凈，然后將其搗碎，放于-20 ℃的冰箱中冷凍保存；L-羥脯氨酸、肌糖原、肝糖原、血清尿素氮。

1.2 試驗儀器

電子天平、蒸發(fā)儀、高速搗碎機、冷凍干燥機、電泳儀、紅外光譜儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 單因素試驗

分別研究醋酸濃度、提取時間和料液比例3個變量因素對魚鰾膠原蛋白提取率的影響，當研究其中一個變量因素時，分別控制其他因素保持不變。當研究醋酸濃度（0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%）對魚鰾中膠原蛋白提取率的影響時，控制提取時間和料液比例分別為20 h和1∶55；當研究提取時間（15，20，25，30，35 h）對魚鰾中膠原蛋白提取率的影響時，控制醋酸濃度和料液比例分別為0.4%和1∶55；當研究料液比例（1∶35、1∶45、1∶55、1∶65、1∶75）對魚鰾中膠原蛋白提取率的影響時，控制醋酸濃度和提取時間分別為0.4%和20 h。

1.3.2 正交試驗

根據單因素試驗結果，以醋酸濃度、提取時間和料液比例作為變量因素，膠原蛋白提取率作為指標，進行正交試驗，正交試驗因素水平見表1。

2 結果和討論

2.1 魚鰾中L-羥脯氨酸的測定

2.1.1 L-羥脯氨酸標準曲線的繪制

由圖1可知L-羥脯氨酸標準曲線的測定結果，L-羥脯氨基酸標準曲線的回歸方程為Y=0.053X+0.002 1，R2=0.987 6，表明吸光度和L-羥脯氨酸濃度之間的相關性較好。

2.1.2 魚鰾L-羥脯氨酸含量的測定

利用L-羥脯氨酸的標準曲線對魚鰾中的L-羥脯氨酸進行測定，結果表明，魚鰾中的L-羥脯氨酸含量為1.24%。

2.2 單因素試驗

2.2.1 醋酸濃度對魚鰾膠原蛋白提取率的影響

醋酸是一種常用的酸性提取劑，可以用于從生物組織中提取膠原蛋白，醋酸濃度是提取過程中的一個重要參數，會影響魚鰾膠原蛋白的提取率。雖然高濃度的醋酸有利于提高提取率，但過高的醋酸濃度也可能導致部分膠原蛋白降解或損傷。

由圖2可知，隨著醋酸濃度的增加，膠原蛋白提取率先升高后降低，當醋酸濃度小于0.4%時，隨著醋酸濃度的增加，魚鰾膠原蛋白提取率逐漸升高，醋酸濃度越高，提取率越高，這是由于較高濃度的醋酸可以更有效地溶解和解離膠原蛋白，更有利于膠原蛋白的釋放和提取；當醋酸濃度大于0.4%時，膠原蛋白提取率呈現逐漸降低的趨勢[18]。

2.2.2 提取時間對魚鰾膠原蛋白提取率的影響

在膠原蛋白的醋酸提取過程中，存在一個最適合的提取時間，使膠原蛋白的溶解和釋放程度最大，即醋酸與魚鰾中的膠原蛋白能夠充分反應，但應避免提取過長時間導致蛋白質過度降解。

由圖3可知，隨著提取時間的增加，魚鰾膠原蛋白提取率先升高后降低；當提取時間小于20 h時，膠原蛋白提取率隨著提取時間的增加而逐漸增加，這是由于如果提取時間過短，醋酸可能沒有足夠的時間與魚鰾中的膠原蛋白充分作用，從而導致膠原蛋白無法完全釋放。當提取時間大于20 h時，魚鰾中的膠原蛋白提取率隨著提取時間的增加而逐漸降低，這是由于如果提取時間過長，醋酸可能會導致部分膠原蛋白降解，從而降低提取率。此外，長時間的提取可能還會引起其他非特異性蛋白質的溶解，影響膠原蛋白的純度[19]。

2.2.3 料液比例對魚鰾膠原蛋白提取率的影響

料液比例也是影響魚鰾膠原蛋白提取率的重要因素，合理選擇料液比例會影響膠原蛋白的釋放和提取效率。

由圖4可知，隨著料液比例的增加，魚鰾膠原蛋白提取率呈現先升高后降低的趨勢，當料液比例小于1∶55時，隨著料液比例的增加，魚鰾膠原蛋白提取率呈現逐漸升高的趨勢，這是由于隨著料液比例的增加，魚鰾與料液的接觸面積不斷增加，使得魚鰾中的膠原蛋白提取率不斷增加；但隨著料液比例的繼續(xù)增加，魚鰾中的膠原蛋白提取率逐漸降低，這是由于隨著料液比例的不斷增大，魚鰾中的一些其他物質也開始溶解，使得魚鰾中膠原蛋白提取率不斷降低。

2.3 魚鰾膠原蛋白提取正交試驗

根據單因素試驗結果，對魚鰾中膠原蛋白提取工藝進行正交試驗，以醋酸濃度、提取時間和料液比例作為變量因素，魚鰾中膠原蛋白提取率作為指標，進行正交試驗，正交試驗設計及結果見表2。

由表2可知，一共測定了15組魚鰾膠原蛋白提取率，其中編號1，6，13魚鰾中膠原蛋白提取率較高，此時魚鰾中膠原蛋白提取工藝為醋酸濃度0.4%、提取時間20 h和料液比例1∶55。

由表3可知，不同的變量因素對魚鰾中膠原蛋白提取率的影響不同，醋酸濃度（A）、提取時間（B）和料液比例（C）的F值分別為8.68，31.23，31.07，即各因素對膠原蛋白提取率影響的主次順序為提取時間gt;料液比例gt;醋酸濃度（Bgt;Cgt;A），回歸模型的P值=0.002 1＜0.05，說明該模型差異性顯著。利用Design Expert對數據進行擬合，獲得醋酸濃度（A）、提取時間（B）和料液比例（C）對魚鰾中膠原蛋白提取率影響的回歸模型：Y=57.2-2.37A+5.88B+5.75C-3.68AB+0.79AC+4.06BC-9.35A2-13.67B2-4.27C2，該模型的R2=0.978 2，說明該模型的擬合效果較好，適合用于對魚鰾中的膠原蛋白提取率進行預測。

2.4 魚鰾膠原蛋白功能特性

2.4.1 抗疲勞活性研究

疲勞是一種身體或心理疲勞狀態(tài)，由于長時間的身體或腦力活動，導致體力和認知功能的喪失，減輕疲勞有助于提高生活質量和工作效率[20]。

膠原蛋白是人體內重要的結構蛋白質，能夠提供能量、維持基礎代謝功能，能夠在運動或長時間活動時提供持久的能量支持，從而減緩疲勞。魚鰾中的膠原蛋白有利于關節(jié)和骨骼的健康，能夠減輕運動時對關節(jié)的沖擊，降低關節(jié)疼痛和不適，從而減緩疲勞。膠原蛋白具有一定的抗氧化作用，可以中和體內的自由基，減少氧化損傷，有助于保護肌肉和組織免受損傷，從而減緩疲勞。

2.4.2 抗氧化、抗衰老活性研究

魚鰾富含膠原蛋白，膠原蛋白是構成皮膚、關節(jié)、骨骼和其他結締組織的重要成分，有助于維持組織的穩(wěn)定性和彈性。近年來，研究人員對魚鰾中的膠原蛋白進行了抗氧化和抗衰老活性的研究。

抗氧化指的是減輕或防止由自由基引起的細胞損傷。研究表明，魚鰾中的膠原蛋白可能具有抗氧化作用，能夠中和自由基，減輕氧化應激，從而有助于維護細胞的健康狀態(tài)。膠原蛋白是維持皮膚彈性和水分平衡的重要成分。一些研究表明，魚鰾中的膠原蛋白有助于改善皮膚的彈性和光滑度，減少皺紋的形成，從而具有抗衰老效果；同時，膠原蛋白在維持骨骼健康方面也發(fā)揮著重要作用。

3 小結

研究魚鰾膠原蛋白提取工藝具有廣闊的前景和重要的意義，涉及食品工業(yè)、醫(yī)藥領域、環(huán)境保護等方面。魚鰾膠原蛋白是一種天然的蛋白質來源，含有豐富的氨基酸，對于人體的生長、免疫和組織的修復至關重要。開發(fā)高效提取工藝可為食品工業(yè)提供新原料來源，用于制造高蛋白、低脂肪、低膽固醇的功能性食品，如蛋白質飲料、肉制品替代品等，滿足人們對健康食品的需求。魚鰾膠原蛋白在醫(yī)藥領域有廣闊的應用前景，被用于醫(yī)用膠原、生物醫(yī)學材料、藥物傳遞系統(tǒng)等方面。魚鰾膠原蛋白的生物相容性較高，有助于促進創(chuàng)傷愈合、組織再生和移植，可用于創(chuàng)傷、骨折等患者的治療。此外，它還可以作為藥物的載體，用于控制藥物的釋放，提高藥物的生物利用度和穩(wěn)定性。

研究魚鰾膠原蛋白提取工藝不僅有助于開發(fā)新型食品、醫(yī)藥和美容產品，而且能促進資源的合理利用和環(huán)境保護，具有重要的社會經濟價值和科學意義。本研究利用單因素試驗和正交試驗對魚鰾膠原蛋白提取工藝進行研究和優(yōu)化，研究結果表明，魚鰾中膠原蛋白的最佳提取工藝為醋酸濃度0.4%、提取時間20 h和料液比例1∶55。

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收稿日期：2024-04-12

基金項目：2022年河南省哲學社會科學規(guī)劃辦項目（2022E042）

作者簡介：李丹（1990—），女，講師，碩士，研究方向：食品在體育健康方面的應用。