CN113349343A - 一种天然胶原纤维的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然胶原纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)将经过碱处理的牛二层皮脱灰，然后调节pH备用；(2)在步骤(1)中得到的牛二层皮中加入复合酶进行酶解，得到酶解后的牛二层皮；(3)在步骤(2)中得到的牛二层皮中加入水搅拌混合，得到混合浆液；(4)将混合浆液脱水、干燥、研磨得到天然胶原纤维。采用本发明中的制备方法制得的天然胶原纤维保持了胶原的天然结构和优良的物理化学特性，可作为食品配料广泛应用于肉制品、乳制品、饮品等食品的生产中，改善产品的质地口感、增加动物蛋白质的摄入，具有较高的利用价值；而且，本发明中的制备方法简单，采用的原料来源广泛价格低廉，从而降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于食品工程技术领域，具体涉及一种天然胶原纤维的制备方法及应用。
背景技术
胶原蛋白及其组分在人类饮食中占有重要地位：一方面，这些产品是有价值的营养纤维；另一方面，它们是动物蛋白质的重要来源。根据20世纪70年代末至80年代初提出的一个假设，胃肠道的正常消化和吸收需要食糜中存在营养纤维，营养医学通过施用营养纤维来预防和治疗胃肠疾病，表明营养纤维对人体消化和吸收过程极其重要。人们普遍认为蔬菜和水果是营养纤维的主要来源。然而，在一系列情况下，胶原蛋白也在发挥植物来源营养纤维的功能(例如：吸湿和胶凝特性)。
胶原纤维是主要含有胶原蛋白，氨基酸有甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸等的纤维组合物。胶原纤维是三种纤维中分布最广泛，含量最多的一种纤维。广泛分布于各脏器内，在皮肤、巩膜和肌腱最为丰富；胶原纤维是真皮中的主要成分，占真皮全部纤维质量的95％-98％，新鲜的胶原纤维呈白色，故又称白纤维。
胶原纤维在食品工业中的应用得到初步研究：在肉制品生产中，这种天然胶原纤维可用于改善加工肉的特性，因为在低水平下，功能性胶原蛋白由于其胶凝和水结合特性可稳定收缩并促进烹饪产量的增加；改善产品质地同时减少肉制品储存中汁液的渗出。在乳制品中，胶原纤维的添加可部分或全部替代乳汁，提高乳液粘度、避免脱水收缩、为乳制品带来更多的奶油风味、更好的质地和光泽。
目前，对于胶原的研究主要集中于明胶与再生胶原纤维。明胶是胶原在酸、碱、酶或高温作用下的变性产物，与胶原的氨基酸组成相似，但已失去生物活性，在食品工业中只能用作胶凝剂或乳化剂，而不能用作营养纤维的来源；胶原纤维由制革废弃物经过物理粉碎再粘合或化学提取再纺丝而成，多用于低档皮革制品，生产成本较高而利用价值较低。
因此，如何提供一种能够提高实现皮革利用价值且生产成本低的胶原纤维的制备方法及应用是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有较高利用价值的天然胶原纤维的制备方法及应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种天然胶原纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将经过碱处理的牛二层皮脱灰，然后调节pH，得到预处理的牛二层皮，备用；
(2)在步骤(1)中得到的牛二层皮中加入复合酶进行酶解，得到酶解后的牛二层皮；
(3)在步骤(2)中得到的牛二层皮中加入去离子水，在常温下搅打混合，得到混合浆液；
(4)将混合浆液脱水、干燥、研磨得到天然胶原纤维。
本发明的有益效果：采用本发明中的制备方法制得的天然胶原纤维保持了胶原的天然结构和优良的物理化学特性，可作为食品配料广泛应用于肉制品、乳制品、饮品等食品的生产中，改善产品的质地口感、增加动物蛋白质的摄入，具有较高的利用价值；而且，本发明中的制备方法简单，采用的原料来源广泛价格低廉，从而降低了生产成本。
优选地，步骤(1)中，所述碱处理的牛二皮是将牛皮内层进行碱性处理，然后经过机械剥离得到的。
优选地，步骤(1)中，所述脱灰的具体操作为：将牛二层皮浸泡于盐酸溶液中10min-120min；
其中，所述盐酸溶液由浓盐酸和蒸馏水混合制得，所述牛二层皮、浓盐酸和蒸馏水的质量比为1：(0.005-0.07)：(2-5)。
采用上述技术方案的有益效果：采用适宜浓度的盐酸溶液能够达到脱灰的目的：脱出碱性材料，使纤维得到适度松散、有利后续工序的操作过程。
步骤(1)中，所述调节pH至5.5-7.5。
优选地，步骤(2)中，所述复合酶由蛋白酶和糖酶按照酶活比为10：(0.1-100)组成；
所述蛋白酶包括胰蛋白酶或胃蛋白酶，所述糖酶包括淀粉酶；其中淀粉酶为α-淀粉酶；
所述酶解时间为1-20h，温度为20-30℃。
更加优选地，所述复合酶由蛋白酶和糖酶按照酶活比为10：(1-3)组成。
采用上述技术方案的有益效果：采用上述复合酶进行处理，能够出去纤维间质(球蛋白、类蛋白、粘蛋白、蛋白多糖等)。
优选地，步骤(3)中，所述牛二层皮与水的质量比为1:(1-20)，所述混合浆液的干物质含量为0.1-20％。
优选地，步骤(4)中，所述脱水的具体操作为：将混合浆料与体积浓度为80-95％的酒精混合进行第一次脱水10-20min，得到混合料；然后将混合料与体积浓度为70-85％的酒精混合进行第二次脱水10-20min。
优选地，所述第一次脱水时，混合浆料与酒精的体积比为1：(1-4)；
所述第二次脱水时，混合料与酒精的体积比为1：(1-4)。
采用上述技术方案的有益效果：采用上述方案进行脱水是因为牛二层皮的组织中的水被冲掉，取而代之为酒精，酒精很容易挥发，当组织中的酒精在空气中挥发后，便达到了脱水的效果。
优选地，步骤(4)中，所述干燥温度为(-25)-35℃，干燥时间为6-24h。
优选地，所述研磨得到的天然胶原纤维长度为10μm-20mm，直径为5-200μm；颜色为白色或类白色。
采用上述技术方案的有益效果：采用上述干燥及研磨，是为了能够得到不同尺寸且具有良好物理化学性能的天然胶原纤维。
本发明中还提供了一种采用所述制备方法制得的天然胶原纤维在制备肉制品、乳制品、饮品食品中的应用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种天然胶原纤维的制备方法及应用，其具有如下有益效果：
(1)本发明的原料来源广泛易得且价格低廉；制备工艺简单、省时、环保、成本低，可实现工业化生产；
(2)本发明所制备的天然胶原纤维保持了天然的三螺旋结构、具有良好的物理化学特性；其天然胶原纤维持水力可达自身重量的6倍以上，能够长期保持良好的结构、不失水；能有效粘合肉与脂肪，可改善产品质构，增强肉类产品的韧性和切割性；添加与乳制品和饮品中可以提高体系的粘度，改善产品质地和光泽；部分替代乳汁从而降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1制备的30目天然胶原纤维；
图2附图为本发明实施例2制备的40目天然胶原纤维；
图3附图为本发明实施例1制备的天然胶原纤维的红外光谱图；
图4附图为本发明实施例1制备的天然胶原纤维的扫描电镜图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
天然胶原纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将50％牛二层皮重的浓盐酸与150％牛二层皮重的蒸馏水配置成盐酸溶液；将牛二层皮经盐酸溶液浸泡120min，然后调节牛皮的pH为5.5-7.5，得到预处理的牛二层皮，备用；
(2)在步骤(1)中得到的牛二层皮中加入复合酶进行酶解4h，得到酶解后的牛二层皮；其中，复合酶由胃蛋白酶与α-淀粉酶按10：1复配(以酶活计)得到；
(3)在步骤(2)中得到的牛二层皮中加入水搅拌混合，得到混合浆液；其中，牛二层皮与水的质量比为1:5，得到的混合浆料的干物质含量为4％；
(4)按照混合浆液与酒精的体积比为1:1，将脱水与体积浓度为90-95％的酒精混合进行第一次脱水10min，得到；然后，按照混合料与酒精的体积比为1:1，将混合料与体积浓度为80-85％的酒精混合进行第二次脱水10min；在温度为25℃下干燥12h，研磨得到长度为度为10μm～20mm，直径为5μm～200μm的天然胶原纤维。
实施例2
天然胶原纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将70％牛二层皮重的浓盐酸与150％牛二层皮重的蒸馏水配置成盐酸溶液；将牛二层皮经盐酸溶液浸泡90min，然后调节牛皮的pH为5.5-7.5，得到预处理的牛二层皮，备用；
(2)在步骤(1)中得到的牛二层皮中加入复合酶进行酶解4h，得到酶解后的牛二层皮；其中，复合酶胃蛋白酶与α-淀粉酶按10：1复配(以酶活计)得到；
(3)在步骤(2)中得到的牛二层皮中加入水搅拌混合，得到混合浆液；其中，牛二层皮与水的质量比为1:8，得到的混合浆料的干物质含量为2％；
(4)按照混合浆液与酒精的体积比为1:1，将脱水与体积浓度为85-90％的酒精混合进行第一次脱水10min，得到；然后，按照混合料与酒精的体积比为1:1，将混合料与体积浓度为80-85％的酒精混合进行第二次脱水10min；在温度为25℃下干燥12h，研磨得到长度为度为10μm～20mm，直径为5μm～200μm的天然胶原纤维。
实施例3
天然胶原纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将100％牛二层皮重的浓盐酸与150％牛二层皮重的蒸馏水配置成盐酸溶液；将牛二层皮经盐酸溶液浸泡60min，然后调节牛皮的pH为5.5-7.5，得到预处理的牛二层皮，备用；
(2)在步骤(1)中得到的牛二层皮中加入复合酶进行酶解4h，得到酶解后的牛二层皮；其中，复合酶由胃蛋白酶与α-淀粉酶按5：1复配(以酶活计)得到；
(3)在步骤(2)中得到的牛二层皮中加入水搅拌混合，得到混合浆液；其中，牛二层皮与水的质量比为1:12，得到的混合浆料的干物质含量为1.5％；
(4)按照混合浆液与酒精的体积比为1:1，将脱水与体积浓度为80-85％的酒精混合进行第一次脱水10min，得到；然后，按照混合料与酒精的体积比为1:1，将混合料与体积浓度为75-80％的酒精混合进行第二次脱水10min；在温度为25℃下干燥12h，研磨得到长度为度为10μm～20mm，直径为5μm～200μm的天然胶原纤维。
性能测试
测定方法如下：
(1)灰分：参照GB 5009.4-2016食品中灰分的测定
取大小适宜的石英坩埚或瓷坩埚置高温炉中，在550℃±25℃下灼烧30min,冷却至200℃左右，取出，放入干燥器中冷却30min，准确称量；重复灼烧至前后两次称量相差不超过0.5mg为恒重，称样并加入3ml乙酸镁，将坩埚置于高温炉口或电热板上，半盖坩埚盖，小心加热使样品在通气情况下完全炭化至无烟,即刻将坩埚放入高温炉内，将温度升高至550℃±25℃，保持此温度直至剩余的碳全部消失为止，一般3h可灰化完毕，冷却至200℃左右，取出，放入干燥器中冷却30min，重复灼烧至前后两次称量相差不超过0.5mg为恒重。
式中:X1———加了乙酸镁溶液试样中灰分的含量，单位为克每百克(g/100g)；
m1———坩埚和灰分的质量，单位为克(g)；
m2———坩埚的质量，单位为克(g)；
m0———氧化镁(乙酸镁灼烧后生成物)的质量，单位为克(g)；
m3———坩埚和试样的质量，单位为克(g)；100———单位换算系数
(2)水分：快速水分测定仪
称取取混合均匀的试样0.5克置于加热腔，读数。
(3)蛋白质：GB5009.5—2016自动凯氏定氮法
称取充分混匀的固体试样0.2g～2g、精确至0.001g，并放入消化管中,再加入0.4g硫酸铜、6g硫酸钾及20mL硫酸于消化炉进行消化。当消化炉温度达到420℃之后，继续消化1h,此时消化管中的液体呈绿色透明状,取出冷却后加入50mL水，于自动凯氏定氮仪(使用前加入氢氧化钠溶液，盐酸或硫酸标准溶液以及含有混合指示剂A或B的硼酸溶液)上实现自动加液、蒸馏、滴定和记录滴定，得到含氮量，换算成蛋白质含量(F＝5.79)。
(4)持水力测定
准确称取0.500g样品于50mL离心管中，用移液管准确加入15mL蒸馏水，在室温下放置24h，于离心机中离心20min(4000r/min)后，小心倒出上清液，并用滤纸及时吸干离心管内壁残留的水分，室温条件下放置3min后称量。
式中：M0为样品质量，g；M1为离心管质量，g；M2为样品吸水后质量与离心管质量总和，g。
(5)持油力测定
准确称取0.500g样品于50mL离心管中，用移液管准确加入10mL花生油，于室温下放置30min，于离心机中离心20min(4000r/min)后，倒出上清液，用滤纸及时吸离心管内壁残留的油，室温条件下放置3min后称量。
式中：M0为样品质量，g；M1为离心管质量，g；M3为样品吸油后质量与离心管质量总和，g。
(6)凝胶强度：质构仪法
配制5％的纤维悬浮液，混合均匀后置于90℃水中加热20min，立即放于4℃冷藏12h后测定。参数设定(触发值：5g；测试速率：60mm/min；压缩程度：75％)
关于实施例1-3得到的天然胶原纤维的性能测试结果如下表1：
由上述表1可以看出，采用本发明中的制备方法得到的天然胶原纤维中的灰分含量低于2％且具有较高的蛋白含量，持水力与持油力可达自身重量的6倍以上，具有良好的水合与凝胶特性。
由图3可以看出：经过本发明中的制备方法：盐酸脱灰、酒精脱水等操作后，天然胶原纤维的特征峰没有发生明显变化，仍具有三螺旋结构。
由图4可以看出无数条原纤维的缠绕形成天然胶原纤维束，纤维的物理结构通过蛋白质基质与水的氢键以化学方式保留水分，因此，纤维遇水膨胀，阻止水分和脂肪排出系统。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将经过碱处理的牛二层皮脱灰，然后调节pH，得到预处理的牛二层皮，备用；
(2)在步骤(1)中得到的牛二层皮中加入复合酶进行酶解，得到酶解后的牛二层皮；
(3)在步骤(2)中得到的牛二层皮中加入去离子水，在常温下搅打混合，得到混合浆液；
(4)将混合浆液脱水、干燥、研磨得到天然胶原纤维。
2.根据权利要求1所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述脱灰的具体操作为：将牛二层皮浸泡于盐酸溶液中10min-120min；
其中，所述盐酸溶液由浓盐酸和蒸馏水混合制得，所述牛二层皮、浓盐酸和蒸馏水的质量比为1：(0.005-0.07)：(2-5)。
3.根据权利要求1所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述调节pH至5.5-7.5。
4.根据权利要求1所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述复合酶由蛋白酶和糖酶按照酶活比为10：(0.1-100)组成；
所述蛋白酶包括胰蛋白酶或胃蛋白酶，所述糖酶包括淀粉酶；
所述酶解时间为1-20h，温度为20-30℃。
5.根据权利要求1所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述牛二层皮与水的质量比为1:(1-20)，所述混合浆液的干物质含量为0.1-20％。
6.根据权利要求1所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述脱水的具体操作为：将混合浆料与体积浓度为80-95％的酒精混合进行第一次脱水10-20min，得到混合料；然后将混合料与体积浓度为70-85％的酒精混合进行第二次脱水10-20min。
7.根据权利要求6所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，所述第一次脱水时，混合浆料与酒精的体积比为1：(1-4)；
所述第二次脱水时，混合料与酒精的体积比为1：(1-4)。
8.根据权利要求1所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述干燥温度为(-25)-35℃，干燥时间为6-24h。
9.根据权利要求8所述的一种天然胶原纤维的制备方法，其特征在于，所述研磨得到的天然胶原纤维长度为10μm-20mm，直径为5-200μm。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的天然胶原纤维在制备肉制品、乳制品、饮品食品中的应用。
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