CN106632665A - 一种利用乳酸提取淡水鱼皮胶原蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用乳酸提取淡水鱼皮胶原蛋白的方法，属于水产加工技术领域。本发明以淡水鱼鱼皮为原料，经去鳞、去皮下碎肉，酸性和碱性溶液分别浸泡除杂，正己烷脱脂后，采用乳酸提取鱼皮胶原蛋白，所制备的胶原蛋白洁白、无腥味，可用于食品、化妆品、生物医学等领域。利用淡水鱼皮制备胶原蛋白，使水产品加工的副产物鱼皮得到充分利用，提高其附加值，并能减少副产物对环境的污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用淡水鱼加工副产物——鱼皮，提取酸溶性胶原蛋白及其制备方法，属于水产加工技术领域，产品可应用于功能食品、生物医药、化妆品、皮革、照相等领域。
背景技术
以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。
胶原蛋白或称胶原(collagen)是很多脊椎动物和无脊椎动物体内含量最丰富而且是分布最广的蛋白质。它属于结构蛋白质，能使腱、骨、软骨、牙、皮和血管等结缔组织具有机械强度，起着支撑器官和保护机体的功能。同时胶原蛋白也是一种重要的功能性蛋白质，它与细胞增殖、分化、迁移、免疫、关节润滑、伤口愈合等密切相关。由于胶原蛋白的特殊功能，胶原蛋白的应用已经涉及到医疗器械、药品、照相、化妆品、日用化学品工业、功能性食品制造等领域。
目前，制备胶原蛋白的原料主要是陆生哺乳动物，如猪、牛的皮和骨，但是由于疯牛病、口蹄疫等疾病的爆发使人们对陆生哺乳动物胶原蛋白制品的安全性产生了疑虑；另一方面，由于宗教方面(清真和犹太教)的原因，一部分人排斥或拒绝使用从猪身上获得的胶原产品，即使是以牛为原料制得的产品也需要符合清真和犹太教的相关规定，这使得传统来源胶原蛋白的应用受到限制。因此，寻找猪、牛皮和骨以外的原料提取制备胶原蛋白的需求已显得越来越迫切，而水产动物来源的胶原蛋白就成为哺乳动物来源胶原蛋白理想和现实的替代产品，以水产动物皮、骨等为原料提取的胶原蛋白因其独特的功能和特性而成为研究的热点。我国养殖鱼类特别是淡水鱼的养殖产量多年来一直位居世界首位，随着水产品加工业的发展，具有大量的鱼皮资源，从水产品加工副产物中提取胶原蛋白并加以利用，具有较大的开发前景。
现有技术中，胶原蛋白的提取及制备方法主要有酸法、酶法、碱法、中性盐法及联合法，其中酸法、酶法和酸酶结合法比较常用。由于鱼类的多样性以及鱼皮组织与猪、牛等哺乳动物皮组织的结构和组成的不同，针对淡水鱼鱼皮的结构和化学组成的特点，需寻找新的方法，高效提取淡水鱼皮中的胶原蛋白，并最大程度的保持胶原蛋白的天然结构和活性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用乳酸高效提取淡水鱼皮中胶原蛋白的方法，以克服现有技术从鱼皮中提取胶原蛋白的方法所存在的提取产率低，产品质量差等不足，所制备的胶原蛋白可用于食品、化妆品、生物医学等领域。与通常所用的胶原蛋白提取方法相比，本发明所述方法工艺简单，操作性强，可以大大提高胶原蛋白提取率，改善产品质量。
利用乳酸提取淡水鱼皮胶原蛋白的方法，包括以下提取步骤：
(1)以冷冻鱼皮或新鲜鱼皮为原料(冷冻鱼皮需提前解冻)，去除鱼皮上的鱼鳞、残余碎肉及皮下组织，洗净；
(2)洗净的鱼皮整块浸于酸性溶液中12小时，去除鱼皮中的糖胺聚糖；
(3)用水将鱼皮清洗至pH中性，并剪成1×1cm2的碎片，然后将鱼皮加入到碱性溶液中浸泡12小时，去除杂蛋白；
(4)用水将鱼皮清洗至pH中性，过滤后，将鱼皮浸泡于正己烷中12小时，脱脂；
(5)将鱼皮洗净后，沥去水分，用乳酸溶液浸提鱼皮胶原蛋白，提取后离心分离上述体系，收集上清液，然后将沉淀物用乳酸溶液进行二次浸提，离心分离，将二次所得上清液合并；
(6)向上清液中加入NaCl至最终浓度为0.4～1.0M，搅拌盐析。盐析后离心取沉淀用0.5M醋酸溶解，溶解液采用超滤脱盐和浓缩，将超滤截留液冷冻干燥，即可得到白色、无腥味的胶原蛋白固体。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.针对淡水鱼鱼皮的组成特点，采取适宜的预处理和提取方法。所使用的方法能够最大限度的除去杂质而不影响胶原蛋白，同时能有效的脱除鱼腥味和色素，使胶原蛋白产品质量更好。
2.整个提取过程均在低温下进行(清洗用4℃预冷水，其他过程温度均保持在10℃以下)，以保证胶原蛋白结构的完整性和生物活性。
3.以乳酸溶液的pH作为控制酸提取胶原蛋白过程的主要工艺参数，与常用的酸溶液浓度相比，控制溶液的pH更直观、更容易，更适合于工业化生产中的过程监控，且与控制浓度参数所达到的效果没有显著差异。
4.采用二次提取，最大限度的提取鱼皮中的胶原蛋白，提高原料的利用率，提取的胶原蛋白为无酸味、无腥味的洁白海绵状固体。
具体实施方式
下文将通过提供一些具体的实施方式以举例方式对本发明进行进一步的描述。但是本申请请求保护的技术方案不限于这些具体的实施方式。
本发明提供一种利用乳酸高效提取淡水鱼皮中胶原蛋白的方法，包括以下提取步骤：
(1)以冷冻鱼皮或新鲜鱼皮为原料(冷冻鱼皮需提前解冻)，去除鱼皮上的鱼鳞、残余碎肉及皮下组织，洗净；
(2)洗净的鱼皮整块浸于酸性溶液中12小时，去除鱼皮中的糖胺聚糖；
(3)用水将鱼皮清洗至pH中性，并剪成1×1cm2的碎片，然后将鱼皮加入到碱性溶液中浸泡12小时，去除杂蛋白；
(4)用水将鱼皮清洗至pH中性，过滤后，将鱼皮浸泡于正己烷中12小时，脱脂；
(5)将鱼皮洗净后，沥去水分，用乳酸溶液浸提鱼皮胶原蛋白，提取后离心分离上述体系，收集上清液，然后将沉淀物用乳酸溶液进行二次浸提，离心分离，将二次所得上清液合并；
(6)向上清液中加入NaCl至最终浓度为0.4～1.0M，搅拌盐析。盐析后离心取沉淀用0.5M醋酸溶解，溶解液采用超滤脱盐和浓缩，将超滤截留液冷冻干燥，即可得到白色、无腥味的胶原蛋白固体。
在一些实施方式中，步骤(3)中所述酸性溶液的pH为2～3，例如为pH2、pH2.5或pH3；在一些优选的实施方式中，所述酸性溶液为乳酸或醋酸水溶液，特别优选的是乳酸水溶液。
在一些实施方式中，步骤(4)中所述碱性溶液的浓度为0.1～0.6M，例如为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5或0.6M；在一些优选的实施方式中，所述碱性溶液为氢氧化钠或碳酸钠水溶液，特别优选是氢氧化钠水溶液。
在一些实施方式中，步骤(3)和(4)中所述酸性溶液和碱性溶液的用量优选为鱼皮和酸或碱性溶液的固液比(g/mL)为1:7～1:10，例如为1:7、1:8、1:9或1:10。
在一些实施方式中，步骤(5)中所述乳酸溶液以pH计，乳酸溶液pH值优选为1.8～3.0，例如为1.9、2.1、2.3、2.5、2.7或3.0。与常用于提取胶原蛋白的醋酸相比，乳酸的刺激性气味较小，性质温和，熔点高，低温下不易结晶，更适用于胶原蛋白在低温条件下的提取。虽然乳酸价格较醋酸高，但由于本发明中酸溶液是以pH计，配制同体积同pH的酸溶液，乳酸的用量远少于醋酸，可弥补其价格高的缺陷。
在一些实施方式中，步骤(5)中第一次提取鱼皮和乳酸溶液的固液比(g/mL)为1:4～1:8，例如为1:4、1:5、1:6、1:7或1:8；第二次提取鱼皮和乳酸溶液的固液比(g/mL)固定为1:6。如果固液比小，提取不充分，造成提取率低；如果固液比过大，则总处理量较大，可能会使提取成本增加。
在一些实施方式中，步骤(5)中乳酸溶液第一次提取时间为12～60小时，例如为12、24、36、48或60小时；第二次提取时间为6～12小时，例如为6、8、10或12小时。如果提取时间短，提取不充分，造成胶原蛋白提取率低；如果提取时间过长，则会使胶原蛋白小部分降解，且降低生产效率，增加生产成本。
在一些实施方式中，步骤(6)中采用超滤对盐析后胶原蛋白进行脱盐和浓缩处理，超滤膜的截留分子量优选为大于5000道尔顿，例如截留分子量为5000、10000或20000道尔道。经盐析提取的胶原蛋白，需进行脱盐处理，实验室常用透析进行脱盐，耗时长且不彻底，不适合工业化生产。采用超滤脱盐，效率更高，效果更好，且在脱盐的同时对溶液进行浓缩，使后续胶原蛋白的冷冻干燥更容易进行。
实施例
下文将通过实施例的形式对本发明进行进一步的说明。
实施例1
预处理：以冷冻罗非鱼皮为原料，鱼皮4℃解冻24小时。解冻后清洗，去除鱼皮表面的鱼鳞、碎肉和结缔组织，pH2的乳酸溶液浸泡，洗净，然后将鱼皮切成小片，0.1M NaOH溶液浸泡12小时后，洗净，正己烷浸泡12小时，洗净，沥去水分。
提取：按固液比(g/mL)1︰7加入pH2.1的乳酸溶液，浸提48小时后离心，收集上清液，沉淀部分按固液比1︰6，加入pH2.1的乳酸溶液再次浸提12小时后离心，合并两次所得上清液，加入NaCl至最终浓度0.7～1.0M进行盐析，取盐析后沉淀用0.5M醋酸溶解沉淀，溶解液用截留分子量大于10000道尔顿的超滤膜进行脱盐和浓缩，超滤截留液冷冻干燥，即得到胶原蛋白，胶原蛋白提取率为84.3％。
实施例2
预处理：以冷冻斑点叉尾鮰鱼皮为原料，鱼皮4℃解冻24小时。解冻后清洗，去除鱼皮表面的碎肉、皮下脂肪和结缔组织，pH2的乳酸溶液浸泡，洗净，然后将鱼皮切成小片，0.1M NaOH溶液浸泡12小时后，洗净，正己烷浸泡12小时，洗净，沥去水分。
提取：按固液比(g/mL)1︰5加入pH2.3的乳酸溶液，浸提36小时后离心，收集上清液，沉淀部分按固液比1︰6，加入pH2.3的乳酸溶液再次浸提10小时后离心，合并两次所得上清液，加入NaCl至最终浓度0.7～1.0M进行盐析，取盐析后沉淀用0.5M醋酸溶解沉淀，溶解液用截留分子量大于20000道尔顿的超滤膜进行脱盐和浓缩，超滤截留液冷冻干燥，即得到胶原蛋白，胶原蛋白提取率为65.4％。
实施例3
预处理：以新鲜白鲢鱼皮为原料，清洗，去除鱼皮表面的鱼鳞、碎肉和结缔组织，pH2的乳酸溶液浸泡，洗净，然后将鱼皮切成小片，0.5MNa2CO3溶液浸泡12小时后，洗净，正己烷浸泡12小时，洗净，沥去水分。
提取：按固液比(g/mL)1︰6加入pH1.9的乳酸溶液，浸提48小时后离心，收集上清液，沉淀部分按固液比1︰6，加入pH1.9的乳酸溶液再次浸提8小时后离心，合并两次所得上清液，加入NaCl至最终浓度0.7～1.0M进行盐析，取盐析后沉淀用0.5M醋酸溶解沉淀，溶解液用截留分子量大于5000道尔顿的超滤膜进行脱盐和浓缩，超滤截留液冷冻干燥，即得到胶原蛋白，胶原蛋白提取率为71.9％。
实施例4
预处理：以冷冻罗非鱼皮为原料，鱼皮4℃解冻24小时。解冻后清洗，去除鱼皮表面的鱼鳞、碎肉和结缔组织，pH2.5的醋酸溶液浸泡，洗净，然后将鱼皮切成小片，0.1M NaOH溶液浸泡12小时后，洗净，正己烷浸泡12小时，洗净，沥去水分。
提取：按固液比(g/mL)1︰7加入pH2.1的乳酸溶液，浸提24小时后离心，收集上清液，沉淀部分按固液比1︰6，加入pH2.1的乳酸溶液再次浸提12小时后离心，合并两次所得上清液，加入NaCl至最终浓度0.7～1.0M进行盐析，取盐析后沉淀用0.5M醋酸溶解沉淀，溶解液用截留分子量大于10000道尔顿的超滤膜进行脱盐和浓缩，超滤截留液冷冻干燥，即得到胶原蛋白，胶原蛋白提取率为70.3％。
虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。
Claims (7)
1.一种利用乳酸提取淡水鱼皮胶原蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)以冷冻鱼皮或新鲜鱼皮为原料(冷冻鱼皮需提前解冻)，去除鱼皮上的鱼鳞、残余碎肉及皮下组织，洗净；
(2)洗净的鱼皮整块浸于酸性溶液中12小时，去除鱼皮中的糖胺聚糖；
(3)用水将鱼皮清洗至pH中性，并剪成1×1cm2的碎片，然后将鱼皮加入到碱性溶液中浸泡12小时，去除杂蛋白；
(4)用水将鱼皮清洗至pH中性，过滤后，将鱼皮浸泡于正己烷中12小时，脱脂；
(5)将鱼皮洗净后，沥去水分，用乳酸溶液浸提鱼皮胶原蛋白，提取后离心分离上述体系，收集上清液，然后将沉淀物用乳酸溶液进行二次浸提，离心分离，将二次所得上清液合并；
(6)向上清液中加入NaCl至最终浓度为0.4～1.0M，搅拌盐析；盐析后离心取沉淀用0.5M醋酸溶解，溶解液采用超滤脱盐和浓缩，将超滤截留液冷冻干燥，即可得到白色、无腥味的胶原蛋白固体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，鱼皮清洗过程均用4℃预冷的水，除杂、提取、超滤脱盐和浓缩的过程在不高于10℃条件下进行。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用pH1.8～3.0的乳酸溶液提取胶原蛋白，乳酸溶液的pH通过纯乳酸调制而成。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述酸性溶液为乳酸或醋酸水溶液(pH2～3)，鱼皮与酸性溶液的固液比(g/mL)为1:7～1:10。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述碱性溶液为氢氧化钠或碳酸钠水溶液(0.1～0.6M)，鱼皮与碱性溶液的固液比(g/mL)为1:7～1:10。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中鱼皮与乳酸溶液固液比(g/mL)为1:4～1:8，第一次提取时间为12～60小时，第二次提取固液比与第一次相同，提取时间为6～12小时。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中采用截留分子量大于5000道尔顿的超滤膜，对盐析后醋酸溶解的胶原蛋白进行脱盐和浓缩处理。
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