鱼鳞明胶的提取及其成膜性能的研究

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本论文利用罗非鱼鳞提取明胶,研究了浸提条件对明胶性质的影响,并利用鱼鳞明胶制备可食膜,探究了鱼鳞明胶的成膜机理,最后通过添加大豆分离蛋白(SPI)和谷氨酰胺转氨酶(TGase)对鱼鳞明胶膜的耐水性能进行了改良。首先,以罗非鱼(Tilapia zillii)鱼鳞为原料,研究了提取pH和温度对明胶蛋白组分及其性质的影响。结果表明,鱼鳞明胶蛋白在浸提pH大于5时容易发生酶解,pH小于3时会发生热降解,而在pH 4下酶解和热降解均被有效抑制。在pH 4下利用40oC浸提明胶时,蛋白的提取率只有1.84%,提取的明胶中亚氨基酸比例低而钙、磷、钠、镁等矿物质含量高,因而无法形成凝胶和蛋白膜。当浸提温度提高到50oC及以上时,明胶提取率大幅增加,明胶中亚氨基酸比例上升且矿物质含量比例下降。另一方面,在pH 4、70oC下浸提的明胶其凝胶强度可达283 g,可形成机械强度为50 MPa的蛋白膜,表明该条件提取的鱼鳞明胶具有替代哺乳动物明胶的潜力。接着,深入研究了浸提pH对鱼鳞明胶成膜性能的影响,并对鱼鳞明胶的成膜机理进行探究。结果发现pH 5下提取的鱼鳞明胶制备的蛋白膜的机械强度最高,但浸提pH对鱼鳞明胶膜的水蒸汽透过率(WVP)、颜色、透光率及透明度等均没有显著的影响。根据鱼鳞明胶膜的SDS-PAGE、DSC和FT-IR分析结果发现,相比明胶膜的分子量分布和Tg,罗非鱼鳞明胶膜的机械性能与其三股螺旋结构含量间存在更高的正相关性。最后,利用TGase和SPI对鱼鳞明胶膜耐水性能进行改良,并对其作用机理进行探究。结果发现,SPI和TGase在鱼鳞明胶膜耐水性能的改良上具有较好的协同作用,二者同时添加可显著降低鱼鳞明胶膜的耐水性能。但无论SPI是否添加,均是低添加量的TGase可显著提高鱼鳞明胶膜的机械强度。另一方面,SPI的存在促进了TGase诱导交联的鱼鳞明胶膜的热稳定性的进一步提高。从明胶膜的微观结构分析中发现,SPI存在下,TGase诱导鱼鳞明胶交联可形成较强而且紧密的空间网络结构,从而使得低分子量的亲水性蛋白分子在成膜过程中被固定在底部,降低了明胶膜表面原本较强的亲水性。但是,由于低分子量亲水性蛋白分子的存在同时也破坏了膜中原本致密的网络结构,使得鱼鳞明胶的机械强度在TGase浓度达到20 u·g-1及以上时明显下降。由此可见,SPI在TGase诱导交联的鱼鳞明胶膜耐水性能改良上起着重要的作用。综上所述,在弱酸性条件下浸提鱼鳞明胶不仅可以保护蛋白不被降解,而且获得的明胶具有良好的凝胶性能和成膜性能,而且还阐明了明胶膜的机械强度与三股螺旋结构含量存在显著的正相关关系(R2=0.974),通过添加SPI和TGase还可以进一步改良鱼鳞明胶膜的耐水性能和机械性能。本研究的结果表明,通过改良鱼鳞明胶的提取条件,并添加SPI和TGase,利用罗非鱼鱼鳞可以制备成具有良好机械性能和耐水性能的食品级包装膜,具有替代塑料包装膜用于食品包装的潜能。
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