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胶原蛋白是脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富的蛋白质,属于结构蛋白质,其中富含甘氨酸、脯氨酸与羟脯氨酸。它广泛分布于所有多细胞动物的皮肤、骨骼、软骨、牙齿、肌腱、血管等中,起到支撑器官、保护机体、连接和营养等作用。胶原蛋白及其水解产物现已广泛应用于医药、食品、保健、化妆品等多个领域。当前,我国主要从猪、牛、马、羊、驴等陆生哺乳动物的皮、骨结缔组织中提取胶原蛋白。我国是世界肉类生产和消费大国,其中猪肉产量居各肉类产量之首。然而,由于技术条件的限制,对猪肉生产中产生的猪皮利用率却不高。为合理利用资源,减少环境污染,本文以新鲜猪皮为研究对象,对猪皮胶原蛋白进行提取纯化与利用研究。全文分为三章阐述:
本文第一章对猪皮胶原蛋白的提取工艺条件进行了研究。分别采用三种酶(胰酶、胃蛋白酶与木瓜蛋白酶)与四种酸(醋酸、柠檬酸、乳酸与三氯乙酸)对猪皮中的胶原蛋白进行提取。研究发现,猪皮中的羟脯氨酸含量为23.07mg/g(W/W)。常温条件下,猪皮用1:10(W/V)的乙醚和丙酮去脂,再经10.0%的NaCl溶液(1:3,W/V),连续用12h磁力搅拌处理两次,去杂蛋白效果最好。将去脂、去杂蛋白后的猪皮分别进行酶提或酸提处理,冷冻离心,取其上清液,冻干处理后即可得到猪皮胶原蛋白的粗成品。酶法提取中,分别采用两种酶(胰酶与胃蛋白酶)进行正交实验,得出:以胶原蛋白提取率为指标,胰酶作用效果最佳,提取的最优条件为:45℃,料液比(pH=8-9)=1:3(W/V),酶料比=1:75(W/W),4h;以保持胶原蛋白自然结构为指标,胃蛋白酶作用效果最明显,提取的最优条件为:37℃,料液比(pH=2)=1:7(W/V),酶料比=1:150(W/W),6h。采用优化后的工艺条件提取猪皮中的胶原蛋白,胰酶得率为77%,胃蛋白酶为64%。通过对产物的电泳实验得出,利用胃蛋白酶提取的猪皮胶原蛋白能最大程度地保持其天然结构,可以应用于高附加值领域。
第二章则探讨了酶法(胰酶和胃蛋白酶)提取猪皮胶原蛋白后的分离纯化技术。将新鲜的猪皮经脱脂、盐提,分别使用两种酶提取胶原蛋白后,再对提取物分别采用葡聚糖凝胶层析、超滤、盐析等方法进行分离纯化。通过计算胶原蛋白得率及电泳实验进一步确定了经酶法提取的胶原蛋白基本组成与分子量,证实了胰酶与胃蛋白酶对猪皮胶原蛋白作用的影响。同时,还进行了猪皮胶原蛋白的氨基酸组成、微生物与理化指标等方面检测。研究发现,由胰酶和胃蛋白酶提取出的胶原蛋白中,甘氨酸的含量分别为19.76%和16.41%。胶原蛋白Ⅰ是由两条α1(Ⅰ)和一条α2(Ⅰ)组合而成的三股螺旋,一级结构表明,α肽链的96%都是按三联体的重复顺序(Gly-x-y)n排列而成的,Gly数目占残基总数的三分之一。相关数据显示,胰酶和胃蛋白酶提取出的胶原蛋白中每100个氨基酸中Gly的残基数分别为29.67和24.73个。本实验用胰酶和胃蛋白酶提取出的胶原蛋白中,蛋白含量分别为98.72%和98.89%,纯度分别为81%和84%。通过羟脯氨酸含量的测定等一系列实验研究发现,胰酶和胃蛋白酶提取的胶原蛋白在分子量、得率与纯度等方面存在差异,因此可根据需要选用相应酶类来提取胶原蛋白。
第三章在前期对猪皮胶原蛋白提取纯化的基础上,采用胰酶提取的胶原蛋白,进行了猪皮胶原蛋白功能特性的研究。在部分功能特性研究中,将其与草鱼鱼鳞酸法提取出的胶原蛋白进行了如保湿性、吸湿性等方面的比较,最后根据需要研究了猪皮胶原蛋白在食品、鲜切花与化妆品方面的应用。结果表明,猪皮胶原蛋白有良好的吸水性,在一定条件下可保持一定量的水分,保水性能佳,且这种能力受环境变化的影响小。胶原蛋白产品的湿润性较好,同时具有一定的起泡性与泡沫稳定性,这一特性在食品工业上有着重要作用,作为发泡剂,既可部分代替蛋类,改善烘烤食品的品质,使产品松软可口,还可用在各种糖果和其它甜食中。通过进行玫瑰花枝的保鲜效果研究,发现向原配方的保鲜剂中添加0.2%的胶原蛋白溶液对花卉保鲜期延长有明显的改善作用。今后如有可能,还将进一步加强猪皮胶原蛋白的应用性研究。