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明胶,有“工业味精”之称,被广泛应用于生产实践中的众多领域,在国内外市场上有供不应求的趋势。通常的明胶是从猪和牛的皮和骨等结缔组织中提取而成,其原料有限且工艺复杂,加之来源于牲畜的明胶在信仰伊斯兰教、回教等地区的应用受到限制,以及近年来疯牛病等传染性疾病的发生和流行,使人们对来源于牲畜的明胶的安全性产生了质疑。随着我国水产养殖业和加工业的迅猛发展,产生了大量的加工下脚料,造成环境污染,而这些富含胶原蛋白的下脚料可作为制备明胶的原料。因此,从水产下脚料中提取明胶成为目前国内外研究的热点。本论文针对上述问题,以罗非鱼鱼鳞为研究对象,开展了以下几方面的研究:
1.测定了罗非鱼鱼鳞的主要化学成分,研究了鱼鳞的脱钙工艺,并结合电镜对鱼鳞脱钙前后的结构差异性进行了探讨。结果表明,鱼鳞主要化学成分组成依次为:粗蛋白43.73％、水分8.76%、脂肪0.23%、灰分17.04%、总钙12.52%、胶原蛋白38.54%,说明鱼鳞是良好的明胶来源。脱钙最佳工艺为:固液比1:30(鱼鳞:水)、盐酸浓度0.5mol/L、脱钙时间120min,脱钙率为78.86%、可溶出蛋白率为4.89%。脱钙前鱼鳞坚硬且纤维板层紧密整齐,脱钙后鱼鳞变柔软,纵切面变得松散,说明鱼鳞经盐酸处理后表面钙化层已被脱除。
2.采用响应面组合试验研究了鱼鳞明胶的热式提取、酶法提取和酸法提取三种工艺。结果依次为:
热式提取法:提取温度78.7℃、料液比1:25(鱼鳞:水)、提取时间7h、pH4,此条件下鱼鳞明胶平均得率为81.56%。
酶法提取法:中性蛋白酶用量1.5%、提取温度73.5℃、时间6h、固液比1:20(鱼鳞:水)、pH7,此条件下鱼鳞明胶平均得率为87.79%。
酸法提取法:磷酸浓度0.4mol/L、固液比1:5(鱼鳞:磷酸)、浸酸时间18h,此条件下鱼鳞明胶平均得率为79.66%。
三种提胶方法中酶法提取的得率显著高于其它两种方法(p＜0.05),说明酶法对鱼鳞水解程度较高,是可行的一种明胶提取方法。
3.以商业明胶(牛皮为原料)为对照,通过对基本化学组成、等电点、巯基和表面疏水性、凝胶特性、SDS-PAGE电泳、氨基酸组成、傅里叶红外检测、蛋白质功能特性与成膜性的测定。结果表明,四种明胶的蛋白质、水分、脂肪与灰分含量相近:等电点依次为:商业明胶5.70、热水明胶5.96、酶法明胶7.03、酸法明胶4.99;鱼鳞明胶巯基含量、表面疏水性、凝胶特性、蛋白质功能特性与成膜性均弱于商业明胶;SDS-PAGE电泳显示出明胶分子中含有β-、α-链;明胶中含有丰富的羟脯氨酸和脯氨酸,鱼鳞明胶中含有较多的亲水性氨基酸;傅立叶红外图谱表明鱼鳞明胶属于典型的明胶类物质。因此,不同来源、不同提取方法所得明胶的结构和性质有差异,应用领域也有所不同。
4.研究了壳聚糖与鱼鳞明胶共混膜的制备工艺,并与商业明胶膜进行膜性能对比分析。结果显示,最佳成膜条件为:混合比例1:8(壳聚糖:鱼鳞明胶)、鱼鳞明胶浓度7%、壳聚糖浓度3%、甘油添加量20g/L、溶液pH4、干燥温度70℃,经改性后共混膜的抗拉强度、断裂延伸率、透湿性、溶解性和吸湿性指标依次为7.2 Mpa、67.54%、60.67%、69.62%和64.32%,各项指标都显著优于商业明胶的膜性能(p＜0.05)。