酶提取法分离制备鱼皮中胶原蛋白的研究进展

2021-08-08 21:26:40 来源：食品安全导刊

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王晓静，潘一峰，林洁虹，黄玉萍
（汕尾职业技术学院，广东汕尾 516600）

摘　要：鱼皮中富含胶原蛋白，当作废弃物处理造成资源浪费和环境污染。鱼皮中胶原蛋白的提取逐渐引起人们的关注。基于近年来在鱼皮中胶原蛋白的分离提取研究现状，本文分析总结了酶提取法分离制备鱼皮中胶原蛋白的研究成果，以期为鱼皮中胶原蛋白的提取提供参考。
关键词：鱼皮；胶原蛋白；酶提取法

胶原蛋白（简称胶原）是一种纤维性蛋白质类高分子物质，棒状结构，白色、不透明、无支链，主要以纤维的形式广泛存在于动物的皮肤、骨骼、软骨、韧带、血管和肌腱中[1]。水产胶原蛋白因其独特的三螺旋结构而具有多重功效，可润滑关节、保护血管、增强免疫力等，广泛应用于生物医药、化妆品、食品添加剂等领域。
20世纪70年代，有学者发现可从鱼皮、鱼骨等部位提取胶原蛋白[2]。我国是水产养殖大国，在水产品加工过程中，不可避免的会产生大量的鱼皮、鱼骨、鱼鳞等废弃物，直接丢弃，容易引起环境污染、造成资源的浪费。目前胶原蛋白的提取方法主要有酶提取法、酸提取法、碱提取法、热水提取法、中性盐提取法等，提取方法不同，得到的胶原蛋白结构特征和功能性质也会有所不同[3]。其中酶提取法因其反应条件温和、反应时间短、提取的胶原蛋白三螺旋结构保持性好、纯度高等颇受欢迎。本文主要整理了近几年研究者们利用酶提取法分离制备鱼皮中胶原蛋白的研究成果，以期为鱼皮中胶原蛋白的提取提供研究参考。
1　酶提取法分离制备鱼皮中的胶原蛋白
酶提取法是目前鱼皮中胶原蛋白提取最常用的方法，使用的酶有胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、胃蛋白酶、无花果蛋白酶、碱性蛋白酶和复合蛋白酶等[4]。
张建忠等[5]分别采用酸提取法和胃蛋白酶提取法提取草鱼皮中胶原蛋白，并对胶原蛋白进行了紫外、红外和电泳分析，结果表明两种方法得到的胶原蛋白纯度高，以干基计重，胶原蛋白的提取率分别为8%和18.6%，胃蛋白酶提取明显具有较强的优势。王晴等[6]利用醋酸和胃蛋白酶分别提取罗非鱼鱼皮中的胶原蛋白，研究结果显示两种胶原蛋白结构相似，但酶溶性蛋胶原蛋白的提取率、溶解性、保湿性、吸油性等明显优于酸溶性胶原蛋白。基于此研究，王晴等[7]继续优化罗非鱼鱼皮胶原蛋白酶法提取工艺，通过单因素正交试验确定酶解时间15 h，酶解温度50 ℃，料液比1︰70，pH为3，胃蛋白酶提取胶原蛋白的影响因素的主次顺序为：酶解时间＞酶解温度＞料液比＞pH。
鱼皮材料不相同，使用的蛋白酶不同，提取得到的胶原蛋白类型也不同。马俪等[8]采用酸性蛋白酶通过响应面优化提取鳕鱼鱼皮中的胶原蛋白的条件。结果表明响应面法提取率为27.53%，远远高于单因素实验的最高提取率5.23%，最佳提取条件为水解时间10.43 h，水解温度16.32 ℃，酶浓度0.054%，电泳测定提取的胶原蛋白，确定其纯度较高，α1和α2链的分子量分别为113 kDa和110 kDa。
2　辅助酶提取法分离制备鱼皮中的胶原蛋白
酶法提取率相对较高，但存在水解不彻底的问题。因此，学者们纷纷开始尝试以其他手段辅助酶提取法，解决单一的酶提取法存在水解不彻底的问题。超声波提取法具有节能环保、破坏性低、污染小、可有效混合等优点，颇受欢迎[9]。王金梅等[10]对超声波辅助胃蛋白酶提取草鱼皮中胶原蛋白的工艺进行研究，变量是超声功率、超声时间和酶解时间，通过响应面法确定最佳提取工艺条件为超声功率310 W，超声时间10 min，酶解时间29 h，胶原蛋白的提取率高达68.67%，远高于传统的酶提取法。凝胶电泳图和傅里叶红外光谱图表征结果说明超声波处理草鱼皮不会破坏胶原蛋白的三螺旋结构，为超声波在胶原蛋白的提取工艺中的应用提供科学参考，也为胶原蛋白的工业化生产奠定基础。公维洁等[11]将超声波辅助技术应用到马面鱼皮胶原蛋白的提取中，采用响应面法优化提取工艺，最佳提取条件为：乙酸浓度0.5 mol/L，料液比值30 mL/g，加酶量2 000 U/g，超声波功率700 W，超声10 min，提取率达到15.31%，远高于传统酶法的提取率（3.89%），明显缩短了提取时间。王正云等[9]利用超声波技术辅助胰蛋白酶提取青鱼鱼皮中的胶原蛋白，探究超声波功率及其处理时间、酶解时间、酶解温度、酶添加量、pH值等因素对提取率的影响。正交试验结果表明，提取胶原蛋白的影响因素主次顺序为：酶解温度＞超声波处理时间＞酶添加量＞pH。当酶添加量为100 U/g、pH7.5，酶解温度40 ℃、超声波处理50 min后，胶原蛋白的提取率最高，达到45.3%。
3　结语
与酸提取法、碱提取法等方法相比，酶提取法相对温和、安全，受到越来越多学者的青睐。鱼的品种不同，使用酶的种类有所不同，提取率差别较大，且胶原蛋白的热稳定性差，对酶解温度要求苛刻。此时需要探究辅助其他技术手段，在保护胶原蛋白特殊结构的同时，可有效提高胶原蛋白的提取率和纯度，为其工业化生产探索最佳工艺路线。除了超声波辅助技术，未来研究趋势还可以考虑在鱼皮前处理阶段辅助特殊技术，如任国艳等[12]在鱼皮的前处理阶段使用高密度CO2处理鱼皮，提取率增加18.85%。
参考文献
[1]张志胜,齐文聪,韩晴,等.鳕鱼皮胶原蛋白的提取与应用[J].食品安全质量检测学报,2016,7(8):3228-3233.
[2]于颖,肖刚,陈晚华.鱼皮胶原蛋白的提取工艺及特性研究[J].药物研发,2019,40(3):70-73.
[3]林丽,薛为长,麦笃萍,等.鱼皮胶原蛋白的提取于检测研究综述[J].内江科技,2019(7):94-95.
[4]周瑞,陈舜胜.鱼皮胶原蛋白提取方法研究及其在食品中的应用[J].上海农业学报,2021,40(3):129-135.
[5]张建忠,安辛欣,王林,等.草鱼皮酸溶性和酶荣幸胶原蛋白的提取及性质[J].食品科学,2006,27(12):556-559.
[6]王晴,曹稳根,钱玉梅,等.酸法和酶法提取罗非鱼鱼皮胶原蛋白特性分析[J].赤峰学院学报（自然科学版）,2019,35(9):90-92.
[7]王晴,钱玉梅,李红侠,等.罗非鱼鱼皮胶原蛋白酶法提取工艺及特性研究[J].攀枝花学院学报,2020,37(5):6-10.
[8]马俪,王晓丹,程贺,等.响应面法优化酶法提取鳕鱼皮中胶原蛋白条件[J].中国酿造,2010(9):83-85.
[9]王正云,蒋慧亮.超声波辅助酶法提取青鱼鱼皮胶原蛋白工艺[J].食品研究与开发,2020,41(5):133-137.
[10]王金梅,包建强.超声波辅助酶法提取草鱼皮胶原蛋白及其纯化[J].食品工业科技,2016,37(18):236-240.
[11]公维洁,卓先勤,许环浪.响应面优化超声波辅助提取马面鱼皮胶原蛋白工艺研究[J].食品工业,2018,39(7):92-96.
[12]任国艳,宋娅,康怀彬,等.高密度CO2处理提取鲵皮胶原蛋白的工艺优化[J].食品科学,2017,38(16):198-204.
作者简介：王晓静（1992—)，女，河北石家庄人，硕士，助教。研究方向：养殖废水的处理、提取分离。