CN102703555A - 小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，工艺步骤包括以淡水鱼的鱼皮为原料，除去非胶原蛋白，经过脱脂、脱腥、磨碎等步骤，在酸性条件下对胶原蛋白加热水解处理，然后采用酶解法控制胶原蛋白的降解程度，采用膜分离法获得目标小分子胶原蛋白肽并对蛋白酶回收再利用，接着通过纳滤脱盐，活性炭结合树脂脱色脱腥后，利用喷雾干燥获得无色无味的小分子鱼皮胶原蛋白肽粉。本发明工艺简单，而且通过膜分离对蛋白酶进行回收再利用，可以节约成本；制备的小分子胶原蛋白肽为无色无味，可广泛应用于保健食品、生物医药、化妆品等与人体健康相关的行业。

Description

小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法
技术领域
本发明涉及一种利用淡水鱼皮提取小分子胶原蛋白肽的制备领域，特别涉及一种利用控制酶解法、膜分离法、活性炭结合树脂脱色法制备无色无味小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法。
背景技术
一般，小分子胶原蛋白肽可以作为有效成分被广泛应用于医药、高档化妆品、保健食品等与人体健康相关的行业。目前，国内外用于制备小分子胶原蛋白肽的原料主要来源于猪皮和牛皮。然而，由于对疯牛病、猪口蹄疫的恐慌以及宗教信仰等原因，以水产加工废弃物尤其利用鱼皮制备小分子胶原蛋白肽不断受到关注。据报道，小分子胶原蛋白肽易于消化吸收，具有保护胃粘膜防止胃溃疡，促进钙吸收防治骨质疏松，促进皮肤胶原代谢，抑制血压上升，以及降低血清中胆固醇含量等多方面的生理功能，导致市场对胶原蛋白的需求量不断增加。
目前，利用以鱼皮为原料制备小分子胶原蛋白肽在国内外已经有了大量的研究和报道。在胶原蛋白肽的提取方法中，利用蛋白酶对胶原蛋白进行酶解不仅效率高、而且产品的分子量分布容易控制，因此酶解提取法被广泛应用于工业化生产。然而，由于蛋白酶价格昂贵，如果没有对提取工艺进行合理设计，不仅需要添加大量的蛋白酶，而且酶解时间长，造成生产成本偏高，产品分子量分布广。另一方面，利用鱼皮制备的小分子胶原蛋白肽都存在颜色深、带有鱼腥味，导致应用范围受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生产周期较短、生产成本较低的无色无味小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法。
利用控制酶解法提取无色无腥味的小分子鱼皮胶原蛋白肽的制备方法，它是以淡水鱼的鱼皮为原料，将其制备成小分子胶原蛋白肽的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是： 
本发明是一种小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，它包括以下步骤：(1) 粗胶原蛋白的制备：以淡水鱼的鱼皮为原料，用2-5倍原料重的含有20% (v/v)无水乙醇的碱性溶液浸泡12-24h去除杂蛋白和脂肪后用清水漂洗至中性，利用5-10倍原料重的酸性溶液搅拌浸泡1-3h，再用清水漂洗至pH为3-5后，磨碎制备成粗胶原蛋白；(2)胶原蛋白的加热水解：对磨碎的粗胶原蛋白加热水解；(3) 胶原蛋白的内切酶酶解：加热水解的胶原蛋白溶液降温至45-60°C，将溶液的pH调整至8.0-9.0，加入0.02-0.1% (w/w)原料重量的内切酶对胶原蛋白进行酶解；(4) 胶原蛋白的外切酶酶解：将内切酶酶解的胶原蛋白溶液的pH调整至5.0-6.0，加入0.1-0.5% (w/w)原料重量的内切酶进行酶解制备成胶原蛋白肽溶液；(5)蛋白酶的回收和利用：胶原蛋白肽溶液经过超滤膜，将蛋白酶和未完全酶解的高分子胶原蛋白截留并添加到步骤(4)中继续使用；(6)灭酶、脱盐、浓缩：利用90-100°C对超滤获得的滤液加热5-15min进行灭酶，然后利用纳滤膜进行脱盐、浓缩；(7)脱色、脱腥：在步骤(6)处理获得的小分子胶原蛋白肽浓缩液中加入溶液重量的0.5-2.0%(w/w)的活性炭进行脱色脱腥，接着利用碟式离心机去除活性炭，再利用树脂脱色脱腥；(8) 小分子胶原蛋白肽粉末的制备：将步骤(7)脱腥脱色的胶原蛋白肽溶液通过喷雾干燥，制备成小分子胶原蛋白肽粉末。
在步骤(1)中，所述的碱性溶液浸泡条件为：碱性溶液为0.01-0.05 M NaOH溶液；浸泡温度为4-20°C。
在步骤(1)中，所述的酸性溶液浸泡条件为：酸性溶液为0.05-0.20 M HCl溶液；浸泡温度为4-20°C。
在步骤(2)中，所述的胶原蛋白加热水解的条件为：在90-100 °C下加热30-60 min。
在步骤(3)中，所述的内切酶为：胶原蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶中的一种或组合。
在步骤(3)中，所述的胶原蛋白内切酶酶解条件为：在45-55 °C下酶解1-4 h。
在步骤(4)中，所述的外切酶为木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶中的一种或组合。
在步骤(4)中，所述的胶原蛋白外切酶酶解条件为：在45-55 °C下酶解1-4 h。
在步骤(5)中，所述的超滤膜的规格为：截留分子量为2000-5000道尔顿。
在步骤(6)中，所述的纳滤膜的规格为：截留分子量为200道尔顿。
在步骤(7)中，所述的活性炭脱色脱腥条件为：胶原蛋白肽溶液的pH调整至4.5-6.0，在30-40°C下保温15-60min。
在步骤(7)中，所用的脱色脱腥树脂可以为离子交换树脂、吸附树脂或鳌合树脂中的任一种。
在步骤(7)中，所述的树脂脱色脱腥条件为：脱色脱腥温度为常温，胶原蛋白肽溶液的pH保持在4.5-6.0，胶原蛋白肽溶液在树脂中停留的时间为15-60min。
所述的淡水鱼为鲢鱼、草鱼、青鱼、鳙鱼或罗非鱼中的一种。
本发明针对酶解法制备小分子胶原蛋白肽时酶的用量大成本高，产品颜色深等问题，因此本发明根据胶原蛋白特性，先采用酸加热法破坏鱼皮胶原蛋白结构，再利用内切酶和外切酶对淡水鱼的鱼皮进行酶解，这样不仅可以提高酶解速度，降低蛋白酶的用量，并且可以有效控制产品的分子量，然后利用超滤膜和钠滤膜可以获得分子量分布范围集中的小分子胶原蛋白肽，而且对于蛋白酶和酶解不完全的高分子胶原蛋白还可以实现回收利用，用纳滤膜脱盐，最后利用活性炭和树脂对胶原蛋白肽进行脱腥脱色。本发明处理条件温和，可以控制胶原蛋白肽产品的分子量分布，减少蛋白酶的用量，缩短酶解时间，降低生产成本，而且对产品实行有效的脱腥脱色，提高产品的质量，扩大产品的应用范围。故，本发明具有以下优点：
1、本发明利用低值的淡水鱼鱼皮为主要原料，可以降低成本。
2、本发明采用酸水解法破坏胶原蛋白结构，不仅可以减少蛋白酶用量，而且可以缩短酶解时间，从而缩短生产周期。
3、本发明采用超滤膜对蛋白酶进行回收利用，可以降低蛋白酶的使用成本。
4、本发明制备的胶原蛋白肽的分子量为200-5000道尔顿，而且分子量分布范围可以通过超滤膜进行调整控制，便于操作。
5、本发明制备的小分子胶原蛋白肽为白色，无腥臭味。
下面结合附表和具体实施例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为第一个实施例小分子胶原蛋白肽分子量分布的质谱图；
图2为第二个实施例小分子胶原蛋白肽分子量分布的质谱图。
具体实施方式
实施例1
在10 kg罗非鱼鱼皮中加入50L的含有20% (v/v)无水乙醇的0.01M NaOH溶液，在20°C下浸泡12h，利用自来水漂洗干净后，加入50L的0.05M HCl溶液在20°C 下浸泡1h，用自来水漂洗至pH为3后，利用分离式高浓磨浆机将处理后的鱼皮磨碎，在90°C下加热60min，然后利用氢氧化钠将其pH调整至8.0，然后加入2 g的胶原蛋白酶，在55°C下酶解4h，利用盐酸将酶解液的pH调整到5.0，加入20 g的木瓜蛋白酶，在55°C下酶解1h后，利用截留分子量为5000道尔顿的超滤膜进行分离，未能通过超滤膜的溶液回收到木瓜蛋白酶酶解步骤继续使用，通过超滤膜的滤液利用100°C加热5min灭酶，然后利用截留分子量为200道尔顿的钠滤膜进行脱盐浓缩，可以获得Brix为25%的胶原蛋白肽溶液7L，然后将pH调整至4.5，加入35g活性炭，在40°C下脱色脱腥酶解15min后，利用碟式离心机去除活性炭，然后利用大孔吸附树脂在常温下对其脱色脱腥15min，最后利用喷雾干燥机进行喷雾干燥，可以获得1.5kg左右水分含量为7% (w/w)的小分子鱼皮胶原蛋白肽粉。
实施例2
在10 kg鲢鱼鱼皮中加入40L的含有20% (v/v)无水乙醇的0.05M NaOH溶液，在4°C下浸泡24h，利用自来水漂洗干净后，加入70L的0.20M HCl溶液在4°C 下浸泡3h，用自来水漂洗至pH为5后，利用分离式高浓磨浆机将处理后的鱼皮磨碎，在100°C下加热30min，然后利用氢氧化钠将其pH调整至9.0，然后加入5 g的胶原蛋白酶和5 g的碱性蛋白酶，在45°C下酶解1h，利用盐酸将酶解液的pH调整到6.0，加入50 g的菠萝蛋白酶，在50°C下酶解4h后，利用截留分子量为2000道尔顿的超滤膜进行分离，未能通过超滤膜的溶液回收到菠萝蛋白酶酶解步骤继续使用，通过超滤膜的滤液利用90°C加热15min灭酶，然后利用截留分子量为200道尔顿的钠滤膜进行脱盐浓缩，可以获得Brix为30%的胶原蛋白肽溶液5L，然后将pH调整至6.0，加入100g活性炭，在40°C下脱色脱腥酶解30min后，利用碟式离心机去除活性炭，然后利用阴离子交换树脂在常温下对其脱色脱腥30min，最后利用喷雾干燥机进行喷雾干燥，可以获得1.3kg左右水分含量为7% (w/w)的小分子鱼皮胶原蛋白肽粉。
利用质谱仪对本发明生产的胶原蛋白肽的分子量分布进行测，结果如图1、图2所示。由于没有检测到大于2000道尔顿的分子离子峰，小于600道尔顿排除所用基质α-氰基-4-羟基肉桂酸的干扰后得到的分子离子峰也不多，因此数据没有显示。由图1、图2可知通过酶解获得的深海鱼类胶原蛋白的分子量主要分布在500-2000道尔顿，尤其是集中在600-1500道尔顿之间，可以容易被人体所吸收。通过对比脱色前和脱色后的样品(表1)，表明经过脱色后，小分子鱼皮胶原蛋白肽的颜色明显得到改善，基本接近白板。而且经过感官评价，本发明制备的小分子胶原蛋白肽没有浓烈的腥臭味，因此可以广泛应用于保健食品、生物医药、化妆品等行业。
综上所述，本发明在酸性条件下对已经去除杂蛋白脱脂的胶原蛋白进行短时间加热水解，然后通过酶解获得小分子胶原蛋白肽溶液，采用超滤膜回收蛋白酶和酶解程度不够的胶原蛋白进行再利用，用纳滤膜脱盐，活性炭结合树脂脱色脱腥后，通过喷雾干燥获得无色无味的小分子鱼皮胶原蛋白肽粉。本发明的生产制备过程可以将酶解罐和膜分离设备进行连接，减少二次污染，而且通过膜分离对蛋白酶进行回收再利用，可以节约成本；制备的小分子胶原蛋白肽为无色无味，应用范围将更广泛。
需要说明的是：本发明所用的淡水鱼可以是鲢鱼、草鱼、青鱼、鳙鱼或罗非鱼中的一种。
上述仅为本发明的具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
表1脱色前后小分子胶原蛋白肽样品的色泽比较
Figure 948757DEST_PATH_IMAGE002

Claims (10)

1.一种小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：(1) 粗胶原蛋白的制备：以淡水鱼的鱼皮为原料，用2-5倍原料重的含有20% (v/v)无水乙醇的碱性溶液浸泡12-24h去除杂蛋白和脂肪后用清水漂洗至中性，利用5-10倍原料重的酸性溶液搅拌浸泡1-3h，再用清水漂洗至pH为3-5后，磨碎制备成粗胶原蛋白；(2)胶原蛋白的加热水解：对磨碎的粗胶原蛋白加热水解；(3) 胶原蛋白的内切酶酶解：加热水解的胶原蛋白溶液降温至45-60°C，将溶液的pH调整至8.0-9.0，加入0.02-0.1% (w/w)原料重量的内切酶对胶原蛋白进行酶解；(4) 胶原蛋白的外切酶酶解：将内切酶酶解的胶原蛋白溶液的pH调整至5.0-6.0，加入0.1-0.5% (w/w)原料重量的内切酶进行酶解制备成胶原蛋白肽溶液；(5)蛋白酶的回收和利用：胶原蛋白肽溶液经过超滤膜，将蛋白酶和未完全酶解的高分子胶原蛋白截留并添加到步骤(4)中继续使用；(6)灭酶、脱盐、浓缩：利用90-100°C对超滤获得的滤液加热5-15min进行灭酶，然后利用纳滤膜进行脱盐、浓缩；(7)脱色、脱腥：在步骤(6)处理获得的小分子胶原蛋白肽浓缩液中加入溶液重量的0.5-2.0%(w/w)的活性炭进行脱色脱腥，接着利用碟式离心机去除活性炭，再利用树脂脱色脱腥；(8) 小分子胶原蛋白肽粉末的制备：将步骤(7)脱腥脱色的胶原蛋白肽溶液通过喷雾干燥，制备成小分子胶原蛋白肽粉末。
2.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的碱性溶液浸泡条件为：碱性溶液为0.01-0.05 M NaOH溶液；浸泡温度为4-20°C。
3.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的酸性溶液浸泡条件为：酸性溶液为0.05-0.20 M HCl溶液；浸泡温度为4-20°C。
4.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的胶原蛋白加热水解的条件为：在90-100 °C下加热30-60 min。
5.如权利要求1所述的一种小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于在步骤(3)中，所述的内切酶为：胶原蛋白酶、碱性蛋白酶、胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶中的一种或组合；所述的胶原蛋白内切酶酶解条件为：在45-55 °C下酶解1-4 h。
6.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(4)中，所述的外切酶为木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶、中性蛋白酶中的一种或组合；所述的胶原蛋白外切酶酶解条件为：在45-55 °C下酶解1-4 h。
7.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(5)中，所述的超滤膜的规格为：截留分子量为2000-5000道尔顿。
8.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(6)中，所述的纳滤膜的规格为：截留分子量为200道尔顿。
9.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：在步骤(7)中，所述的活性炭脱色脱腥条件为：胶原蛋白肽溶液的pH调整至4.5-6.0，在30-40°C下保温15-60min；所用的脱色脱腥树脂可以为离子交换树脂、吸附树脂或鳌合树脂中的任一种；所述的树脂脱色脱腥条件为：脱色脱腥温度为常温，胶原蛋白肽溶液的pH保持在4.5-6.0，胶原蛋白肽溶液在树脂中停留的时间为15-60min。
10.如权利要求1所述的小分子鱼皮胶原蛋白肽的提取制备方法，其特征在于：所述的淡水鱼为鲢鱼、草鱼、青鱼、鳙鱼或罗非鱼中的一种。
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