CN110628857B - 一种牛皮中胶原蛋白的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及胶原蛋白提取技术领域，尤其是一种牛皮中胶原蛋白的提取方法；包括以下步骤：(1)牛皮预处理：将牛皮放入复合酶溶液A中恒温浸泡处理，沥出，冲洗，切成小块；将牛皮块放入保护溶液中浸泡处理，沥出，晾干；(2)杂蛋白脱除：将牛皮块中放入复合碱溶液中处理后，再放入微酸溶液中浸泡处理，沥出，用冲洗，晾干，备用；(3)牛皮浆制备：将牛皮块、冰水、保护剂混合，送入高速匀浆机中匀浆，制得牛皮浆；(4)胶原蛋白提取：向获得牛皮浆中加入复合酶B，搅拌提取，灭活；固液分离，得提取液备用；(5)胶原蛋白分离。本发明提供的提取方法，胶原蛋白纯度和提取较高率，并具有良好的生物活性；且工艺时间较短。
Description
技术领域
本发明涉及胶原蛋白提取技术领域，尤其是一种牛皮中胶原蛋白的提取方法。
背景技术
我国是世界肉类生产和消费大国，牛肉在肉类消费中占了很大的比重，而牛皮等副产品主要用在皮革产业中致使其利用率不高。牛皮中含有丰富的胶原蛋白，胶原蛋白无论在食品领域，还是在医学一级化妆品领域都有很高的应用价值。
胶原蛋白的分子量约为300kDa，由3条分子量相近的肽链组成，3条肽链相互缠绕，通过氢键形成稳定的三螺旋结构。胶原蛋白中含丰富的甘氨酸（Gly）、脯氨酸和羟脯氨酸，形成典型的（Gly-X-Y）结构（X、Y代表其他氨基酸），在每条肽链上都有（Gly-X-Y）重复结构出现，它是胶原原纤维的主要结构；其中羟脯氨酸是胶原蛋白的特征氨基酸，它可以形成分子内氢键，对于稳定胶原蛋白的三螺旋结构有着重要作用。胶原蛋白因具有这些独特的结构，而具有生物可将降解性、生物相容性、无毒性等特点；但是胶原蛋白存在以易变形等缺点。
目前，胶原蛋白的提取方法有酸、碱、酶法等工艺。酸碱法的优点是工艺简单，成本低廉，但是会导致胶原蛋白变性，氨基团分子结构造成破坏，从适合人体吸收的三肽结构纠结为杂乱的肽链结构，吸收率下降，产品功能降低，而且酸碱法因强酸强碱反应剧烈、设备腐蚀严重，已不适用于工业化应用；酶法工艺为目前理想和安全的技术，不会破坏分子结构，但相应的萃取成本也高，并且，上述提取方法均存在材料残留、破坏提取的胶原蛋白结构、产品得率低、纯度不够高的缺点。如申请号为CN201810508620.4提供的一种牛皮的加工方法，包括：(1)蒸制；(2)碱浸；(3)酸浸；(4)过滤；(5)酶解；(6)固液分离；所述酶解是在微波温度为20-25℃条件下酶解处理60-90min，所述酶解制剂包括如下重量份原料：纤维素酶2-6份、细菌海洋酶1-3份，香蕉皮蛋白酶1-4份，胰蛋白酶3-7份，果胶酶1-7份、柚子皮蛋白酶3-5份；所述酶解制剂的用量为牛皮质量0.8-4％。该方法主要通过采用复合酶在较低温度下提取来降低胶原蛋白的变性，存在提取率低的问题；而且蒸制、碱浸、酸浸过程都是在较高的温度下进行，也会导致牛皮中的胶原蛋白变性。又如申请号为CN201811333910.6的专利公开了一种牛皮胶原蛋白的提取方法，包括如下步骤：S1脱脂脱毛：将牛皮浸入水中，控制温度下，加入脱毛脱脂复合酶制剂，恒温处理，沥出，用清水洗净；S2免疫处理：将牛皮置于碳酸钠溶液中，维持pH为7.8-8.5，温度为20-25℃条件下，转动15-20min后，取出沥干，加水高速搅拌制成糊状，用高压均质机处理后，制成牛皮浆；S3提取：向牛皮浆中加入有机酸溶液调节pH，加入活化复合酶制剂，在自然温度下搅拌5-7h后，固液分离，得提取液备用；S4纯化：将提取液经离心分离取上层液，得胶原蛋白溶液。该方法主要是通过采用复合酶在较低温度下提取来降低胶原蛋白的损失率，虽然在一定程度上能降低胶原蛋白的变性，但是提取时间过长，且容易导致其中溶出的胶原蛋白过度水解而增加蛋白质中的杂质。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种牛皮中胶原蛋白的提取方法，具体是通过以下技术方案实现的：
一种牛皮中胶原蛋白的提取方法，包括以下步骤：
（1）牛皮预处理：将牛皮放入其质量2-3倍的温度为22-25oC的复合酶溶液A中恒温浸泡处理120-150min，沥出，用清水冲洗干净后，将牛皮切成3-5cm的小块；将牛皮块放入保护溶液中浸泡处理50-60min，沥出，晾干；
（2）杂蛋白脱除：将步骤（1）处理后的牛皮块中放入30-35oC的复合碱溶液中处理10-15min后，再放入微酸溶液中浸泡处理5-6min，沥出，用清水冲洗干净后，晾干，备用；
（3）牛皮浆制备：将步骤（2）处理后的牛皮块、冰水、保护剂混合，送入匀浆机中匀浆8-10min，制得牛皮浆；
（4）胶原蛋白提取：向获得牛皮浆中加入其质量0.005%的复合酶B，在30-35oC下以80-100r/min的速度搅拌提取40-50min后，灭活；利用压滤机进行固液分离，得提取液备用；
（5）胶原蛋白分离：将提取液用高速冷冻离心机中以3500-4000r/min的速度离心5-6min，取上清液，进冷冻干燥处理后，制得胶原蛋白粉。
优选地，所述复合酶溶液A中含有如下组分：2000-2500U/L弹性蛋白酶、800-1000U/L脂肪酶、500-600U/L磷脂酶、0.01-0.02w%水杨酸、1-2w%硫酸钠，余量为水。复合酶溶液中的弹性蛋白酶、脂肪酶、磷脂酶混合作用能有效地对牛皮进行脱脂脱毛；水杨酸能去除部分牛皮表面的角质层，且不会进入到真皮层中损害其中的胶原蛋白，能增强复合酶溶液A的脱脂脱毛作用；硫酸钠能稳定胶原白分子的结构，防止复合酶溶液破坏及胶原蛋白的分子结构而使胶原蛋白损失。
优选地，所述保护溶液中含有如下组分:1-2%丙二酸、0.3-0.4%丁二酸，余量为水。采用保护液对牛皮进行浸泡处理，保护液总中的二元羧酸渗透到牛皮会该变胶原蛋白的性质，提高胶原蛋白的热变形温度，防止其在后续碱处理、酸处理过过程中发生热变性。
优选地，所述复合碱溶液中含有如下组分：6-8%碳酸钙、1-2w%氯化钠、3-4w%硫酸钠，余量为水。
优选地，所述微酸溶液中含有如下组分：3-4%磷酸、1-2%冰醋酸。
需要说明的是，将牛皮块放入复合碱溶液、微酸溶液中进行浸泡处理时，使液面恰好淹没牛皮块即可。
优选地，所述步骤（3），牛皮块、冰水、保护剂的质量比为1：4-5:0.01。
优选地，所述步骤（3），匀浆速度为800-1000r/min。
优选地，所述保护剂为黄原胶；所述冰水的温度为0-1oC。采用的冰水、保护剂对牛皮块剂进行匀浆，冰水能防止高速匀浆过程产成过多的热量而破坏胶原蛋白的结构。黄原胶具有良好的抗酶解作用，能防止后续胶原蛋白提取过程中溶出的胶原蛋白分子被复合酶B过度水解。
优选地，所述每100g复合酶中含有如下组分：2000-2500U无花果蛋白酶、800-1000U中性蛋白酶、1200-1500U木瓜蛋白酶。
本发明的有益效果在于：
本发明在牛皮预处理过程中通过采用复合酶溶液A、保护溶液对牛皮进行浸泡处理，能快速起到脱脂脱毛效果，且能改善牛皮中胶原蛋白的热变性温度，降低其在后续处理的热变性概率。采用复合碱溶液、微酸溶液对牛皮块进行处理，能有效去除牛皮块的可溶性杂质，且能使牛皮的结构变得疏松；并通过复合碱溶液、微酸溶液的组分、处理时间的控制，能防止牛皮中的胶原纤维过度膨胀而溶化。采用复合酶处理牛皮浆，能充分、讯速地溶出牛皮浆中的胶原蛋白；且能防止胶原蛋白水解过度，产生过多的苦味小分子低聚肽，增加胶原蛋白中的杂质，影响胶原蛋白的速度。
本发明提供牛皮中胶原蛋白的提取方法，胶原蛋白纯度和提取率较高，并具有良好的生物活性，对羟自由基有良好的清除能力；且提取工艺时间较短。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种牛皮中胶原蛋白的提取方法，包括以下步骤：
（1）牛皮预处理：将牛皮放入其质量2倍的温度为22oC的复合酶溶液A中恒温浸泡处理150min，沥出，用清水冲洗干净后，将牛皮切成3-5cm的小块；将牛皮块放入保护溶液中浸泡处理50min，沥出，晾干；
（2）杂蛋白脱除：将步骤（1）处理后的牛皮块中放入30oC的复合碱溶液中处理15min后，再放入微酸溶液中浸泡处理5min，沥出，用清水冲洗干净后，晾干，备用；
（3）牛皮浆制备：将步骤（2）处理后的牛皮块、冰水、保护剂混合，送入匀浆机中匀浆10min，制得牛皮浆；
（4）胶原蛋白提取：向获得牛皮浆中加入其质量0.005%的复合酶B，在30oC下以80r/min的速度搅拌提取50min后，灭活；利用压滤机进行固液分离，得提取液备用；
（5）胶原蛋白分离：将提取液用高速冷冻离心机中以3500r/min的速度离心6min，取上清液，进冷冻干燥处理后，制得胶原蛋白粉。
所述复合酶溶液A中含有如下组分：2000U/L弹性蛋白酶、1000U/L脂肪酶、500U/L磷脂酶、0.02w%水杨酸、1w%硫酸钠，余量为水。
所述保护溶液中含有如下组分:1%丙二酸、0.3%丁二酸，余量为水。
所述复合碱溶液中含有如下组分：6%碳酸钙、1w%氯化钠、3w%硫酸钠，余量为水。
所述微酸溶液中含有如下组分：3%磷酸、1%冰醋酸。
所述步骤（3），牛皮块、冰水、保护剂的质量比为1：4:0.01。
所述步骤（3），匀浆速度为800r/min。
所述保护剂为黄原胶；所述冰水的温度为0-1oC。
所述每100g复合酶中含有如下组分：2000U无花果蛋白酶、1000U中性蛋白酶、1200U木瓜蛋白酶。
实施例2
一种牛皮中胶原蛋白的提取方法，包括以下步骤：
（1）牛皮预处理：将牛皮放入其质量2.4倍的温度为24oC的复合酶溶液A中恒温浸泡处理120min，沥出，用清水冲洗干净后，将牛皮切成3-5cm的小块；将牛皮块放入保护溶液中浸泡处理55min，沥出，晾干；
（2）杂蛋白脱除：将步骤（1）处理后的牛皮块中放入32oC的复合碱溶液中处理12min后，再放入微酸溶液中浸泡处理5min，沥出，用清水冲洗干净后，晾干，备用；
（3）牛皮浆制备：将步骤（2）处理后的牛皮块、冰水、保护剂混合，送入匀浆机中匀浆8min，制得牛皮浆；
（4）胶原蛋白提取：向获得牛皮浆中加入其质量0.005%的复合酶B，在32oC下以85r/min的速度搅拌提取45min后，灭活；利用压滤机进行固液分离，得提取液备用；
（5）胶原蛋白分离：将提取液用高速冷冻离心机中以3500-4000r/min的速度离心5-6min，取上清液，进冷冻干燥处理后，制得胶原蛋白粉。
所述复合酶溶液A中含有如下组分：2200U/L弹性蛋白酶、850U/L脂肪酶、550U/L磷脂酶、0.012w%水杨酸、1.2w%硫酸钠，余量为水。
所述保护溶液中含有如下组分:1.2%（V/V）丙二酸、0.35%（V/V）丁二酸，余量为水。
所述复合碱溶液中含有如下组分：7w%碳酸钙、1.2w%氯化钠、3.2w%硫酸钠，余量为水。
所述微酸溶液中含有如下组分：3.5%（V/V）磷酸、1.2%（V/V）冰醋酸，余量为水。
所述步骤（3），牛皮块、冰水、保护剂的质量比为1：4:0.01。
所述步骤（3），匀浆速度为1000r/min。
所述保护剂为黄原胶；所述冰水的温度为0-1oC。
所述每100g复合酶中含有如下组分：2400U无花果蛋白酶、850U中性蛋白酶、1400U木瓜蛋白酶。
实施例3
一种牛皮中胶原蛋白的提取方法，包括以下步骤：
（1）牛皮预处理：将牛皮放入其质量3倍的温度为25oC的复合酶溶液A中恒温浸泡处理120min，沥出，用清水冲洗干净后，将牛皮切成3-5cm的小块；将牛皮块放入保护溶液中浸泡处理60min，沥出，晾干；
（2）杂蛋白脱除：将步骤（1）处理后的牛皮块中放入35oC的复合碱溶液中处理10min后，再放入微酸溶液中浸泡处理5-6min，沥出，用清水冲洗干净后，晾干，备用；
（3）牛皮浆制备：将步骤（2）处理后的牛皮块、冰水、保护剂混合，送入高速匀浆机中匀浆10min，制得牛皮浆；
（4）胶原蛋白提取：向获得牛皮浆中加入其质量0.005%的复合酶B，在35oC下以100r/min的速度搅拌提取40min后，灭活；利用压滤机进行固液分离，得提取液备用；
（5）胶原蛋白分离：将提取液用高速冷冻离心机中以4000r/min的速度离心5min，取上清液，进冷冻干燥处理后，制得胶原蛋白粉。
所述复合酶溶液A中含有如下组分：2500U/L弹性蛋白酶、800U/L脂肪酶、600U/L磷脂酶、0.01w%水杨酸、2w%硫酸钠，余量为水。
所述保护溶液中含有如下组分:2%（V/V）丙二酸、0.4%丁二酸（V/V），余量为水。
所述复合碱溶液中含有如下组分：8w%碳酸钙、2w%氯化钠、4w%硫酸钠，余量为水。
所述微酸溶液中含有如下组分：4%（V/V）磷酸、2%（V/V）冰醋酸，余量为水。
所述步骤（3），牛皮块、冰水、保护剂的质量比为1：5:0.01。
所述步骤（3），匀浆速度为800r/min。
所述保护剂为黄原胶；所述冰水的温度为0-1oC。
所述每100g复合酶中含有如下组分：2500U无花果蛋白酶、1000U中性蛋白酶、1500U木瓜蛋白酶。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于牛皮预处理过程中没有放入保护液中进行处理，复合酶溶液A中没有加入硫酸钠。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于牛皮浆制备过程中没有加入保护剂进行处理。
对比例3
申请号为CN201810508620.4提供的一种牛皮的加工方法所制得的胶原蛋白。
对比例4
申请号为CN201811333910.6的专利公开了一种牛皮胶原蛋白的提取方法所制得的胶原蛋白。
实验例1
利用水杨酸法测定所制备的胶原蛋白清除羟基自由基的能力：
取同样的黄牛皮，按照实施例1-3和对比例1-4制成胶原蛋白样品，取胶原蛋白样品配制成 1.0 mg/m L 的胶原蛋白溶液，再分别用蒸馏水将稀释成浓度为0.5 mg/m L 的胶原蛋白溶液。向试管中加入9 mmol/l FeSO4 溶液和 9 mmol/L 水杨酸乙醇各 1 m L，再加入 0.03 %的过氧化氢溶液 1 m L 启动反应，充分混匀，37 ℃水浴保温 30 min，以蒸馏水为空白对照，在 510 nm 波长下测量各自的吸光度值。羟自由基清除率的计算公式为：
羟自由基清除率（%）= (A0-A)/A0×100%
其中A0为加入蒸馏水后吸光度，A 为加入胶原蛋白溶液的吸光度。
测量结果如表1所示：
表1
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | |
| 羟自由基清除率（%） | 65.0 | 65.2 | 64.7 | 61.7 | 62.6 | 61.4 | 63.1 |
实验例2
取同样的黄牛皮，按照实施例1-3和对比例1-4制成胶原蛋白样品，测定胶原蛋白的提取率和纯度，结果如表2所示：
表2
在此有必要指出的是，以上实施例和试验例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。
Claims (2)
1.一种牛皮中胶原蛋白的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)牛皮预处理：将牛皮放入其质量2-3倍的温度为22-25℃的复合酶溶液A中恒温浸泡处理120-150min，沥出，用清水冲洗干净后，将牛皮切成3-5cm的小块；将牛皮块放入保护溶液中浸泡处理50-60min，沥出，晾干；
所述复合酶溶液A中含有如下组分：2000-2500U/L弹性蛋白酶、800-1000U/L脂肪酶、500-600U/L磷脂酶、0.01-0.02w％水杨酸、1-2w％硫酸钠，余量为水；
所述保护溶液中含有如下组分:1-2％丙二酸、0.3-0.4％丁二酸，余量为水；
(2)杂蛋白脱除：将步骤(1)处理后的牛皮块中放入30-35℃的复合碱溶液中处理10-15min后，再放入微酸溶液中浸泡处理5-6min，沥出，用清水冲洗干净后，晾干，备用；
所述复合碱溶液中含有如下组分：6-8％碳酸钙、1-2w％氯化钠、3-4w％硫酸钠，余量为水；
所述微酸溶液中含有如下组分：3-4％磷酸、1-2％冰醋酸，余量为水；
(3)牛皮浆制备：将步骤(2)处理后的牛皮块、冰水、保护剂混合，送入匀浆机中匀浆8-10min，制得牛皮浆；
其中，牛皮块、冰水、保护剂的质量比为1：4-5:0.01；
所述保护剂为黄原胶；所述冰水的温度为0-1℃；
(4)胶原蛋白提取：向获得牛皮浆中加入其质量0.005％的复合酶B，在30-35℃下以80-100r/min的速度搅拌提取40-50min后，灭活；利用压滤机进行固液分离，得提取液备用；
所述每100g复合酶B中含有如下组分：2000-2500U无花果蛋白酶、800-1000U中性蛋白酶、1200-1500U木瓜蛋白酶；
(5)胶原蛋白分离：将提取液用高速冷冻离心机中以3500-4000r/min的速度离心5-6min，取上清液，进冷冻干燥处理后，制得胶原蛋白粉。
2.如权利要求1所述的牛皮中胶原蛋白的提取方法，其特征在于，所述步骤(3)，匀浆速度为800-1000r/min。
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