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1、中 国 食 品 学 报 2 0 0 3 年 增 刊 J o u rn a l o f C h i n e s e I n s t it u t e o f F o o d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 海洋生物胶原蛋白的制备及比较 孟昭宇林洪张谨曹立民江洁 ( 中国海洋大学食品工程系 青岛2 6 6 0 0 3 ) 摘要利用鳍鱼皮、蝶鱼皮、马哈鱼皮、鱼骨作为原料，分别用化学方法和酶法提取胶原蛋白，并对提取 的胶原蛋白的性质、各种原料的前处理时间和提取率进行了比较，同时用鲤鱼鳞、猪骨为对照。结果发现 酶法提取的胶原蛋白纯度高，灰分少;鳍鱼皮、蝶鱼
2、皮胶原蛋白提取率高， 适合工业化生产;鳍鱼骨与猪 骨、鲤鱼鳞一样可以进行综合利用。 关键词胶原蛋白海洋生物提取 近几年来， 胶原蛋白的开发与利用已引起人 们广泛的关注， 在美国和日 本，已开发出较多的 胶原健康食品， 胶原蛋白中含有丰富的甘氨酸、 脯氨酸和经脯氨酸， 其水解产物中还含有丰富的 生理活性肤。这些特性使胶原蛋白及水解产物在 医疗、保健及美容方面具有良 好的应用前景。从 食用和摄影用明胶，到香肠包装和功能食品添加 剂， 都有广泛的用途， 胶原蛋白 还可作为澄清剂 用于提高液态食品的透明度和增强液态食品的非 生物稳定性，可溶性胶原蛋白还被用于整容， 化 妆品 及医药卫生方面 。据统计
3、1 9 9 1 年全世界 以 键、 小牛犊皮， 骨等为原料生产约1 0 0 0 t 胶原 蛋白， 至1 9 9 7 年猛增至8 0 0 0 t ， 据估计胶原蛋白 每 年 还会以5 0 %的速度增长 2 1 。由于欧洲疯牛 病和口 蹄疫的影响，以牛皮、猪皮作为主要原料 的胶原蛋白的安全性受到人们的质疑，人们开始 以 鱼 皮、 鱼骨川等海洋生物材料代替猪、 牛皮作 为提取胶原蛋白的新原料， 从七十年代人们就研 究从鱼皮、鱼骨、鱼鳞中提取胶原蛋白， 但很少 有工业化生产， 海洋生物胶原蛋白与猪、牛等陆 生动物的胶原蛋白相比， 其特性、组成及溶液的 性质都存在显著不同。如能将海洋生物中的胶原 蛋白
4、充分利用， 不仅是对环境保护的一项重要贡 献， 也扩大了胶原蛋白的原料来源， 更拓宽了胶 原蛋白的应用范围。胶原蛋白的提取方法有酸 法、 碱法和酶法， 利用酶法提取胶原蛋白的研究 尚处于起步阶段， C h o m a r a t 等人比较了几种蛋白 酶 对皮胶原蛋白的处理效果 4 1 , A n n e 等人研究 了酶法处理动物骨料并制备照相明胶的方 法 5 ,6 1 。 秦玉 青等 研究了 用酶法 从鱿鱼皮中 提取 胶原蛋白 的 工艺 7 1 ， 李彦春等研究了酶 法从牛皮 中提取胶原蛋白的工艺，发现酶法与化学法相 比，反应速度快，时间短， 无污染，提取的胶原 蛋白的纯度高， 理化性质稳定
5、10 1 。山东省每年 大约有5 0 多万吨的水产品要出口，青岛市2 0 0 2 年出口 加工水产品2 0 多万吨，鱼皮、 鱼骨资源 产生富集， 利用这些下脚料提取胶原蛋白可以有 效地提高其附加值。文章探讨了以鳍鱼皮、蝶鱼 皮、马哈鱼皮、鳍鱼骨作为原料，分别用酶法和 化学法提取胶原蛋白的工艺， 对它们各自的提取 时间、提取率及提取的胶原蛋白的性质进行了比 较研究，同时应用鲤鱼鳞和猪皮作为对照， 证明 了利用海洋生物提取胶原蛋白的可行性， 希望能 为今后的胶原蛋白的工业化生产提供一定的理论 依据。 作者简介:孟昭宇，男，1 9 7 9 年出生，硕士生 1 材料与方法 1 . 1 材料 鳄鱼皮、
6、鳍鱼骨、蝶鱼皮:青岛中佳水产有 限公司加工废弃物。 马哈鱼皮:青岛佳元水产有限公司。 鲤鱼鳞、猪骨:市售。 中 国 食 品 学 报 1 . 2 方法 1 . 2 . 1鳍鱼皮化学法提取胶原蛋白 将l 0 0 g 鱼 皮洗净，加人0 . 0 5 m o l / L N a O H溶液浸泡 3 h ，用 水清洗几遍后加人盐酸， 调节p H至3 . 5 ， 浸泡 6 h ， 捞出， 加人3 0 0 m L 水， 调节p H至6 . 5 ， 用 5 0 的热水抽提4 h ， 过滤， 得到粗胶液。 1 . 2 . 2 鳍鱼皮酶法提取胶原蛋白 将1 0 0 g 鱼皮 洗净， 加人3 0 0 m L 水，
7、加人1 %木瓜蛋白酶溶液 6 m L ， 调节p H至6 . 2 ，在3 0 下保温3 h 。用水 清 洗几遍， 加人H C 1 调节p H至3 . 5 ， 浸泡2 h 后， 将酸洗掉， 再加人3 0 0 m L 水， 调节p H值至 6 . 5 ，用5 0 的热水抽提 3 h , 8 5 下 5 m i n 灭酶， 过滤，得到胶液。 1 . 2 . 3 蝶鱼皮化学法提取胶原蛋白将1 0 0 g 蝶 鱼皮洗净， 加人饱和的石灰水溶液浸泡， 每天换 一次溶液，连续浸泡 7 d ，捞出，加人 H C 1 调节 p H 至3 . 5 ， 浸泡6 h ， 加人3 0 0 m L 水， 调节p H 至
8、6 . 5 , 5 0 热水抽提1 . 5 h ， 过滤， 得到胶液。 1 . 2 . 4 碟鱼皮酶法提取胶原蛋白 将 1 0 0 g 蝶鱼 皮洗净，加人饱和的石灰水溶液浸泡，每天换一 次溶液，连续浸泡3 d ，捞出，加人 3 0 0 m L 水， 加人1 %木瓜蛋白 酶溶液6 m L ， 调节p H至6 . 2 , 3 0 保温 6 h ，用水清洗几遍，加人 3 0 0 m L水， 调节 p H至6 . 5 , 5 0 热水抽提 1 . 5 h , 8 5 下 5 m i n 灭酶， 过滤， 得到胶液。 1 . 2 . 5 马哈鱼皮提取胶原蛋白 取1 0 0 g 马哈鱼 皮洗净， 用0 .
9、0 5 m o U L N a O H浸泡4 8 h ， 捞出， 用 0 . 0 0 5 m o l / L H C l 浸泡 4 h ，用水清洗几遍，加人 3 0 0 m L 水，调节 p H至6 . 5 , 5 0 热水抽提6 h , 过滤，得到胶液。 1 . 2 . 6 鲤鱼鳞化学法提取胶原蛋白 把1 0 0 g 鱼 鳞冲洗干净，用清水浸泡2 4 h ，加入0 . 1 m o U L N a O H浸泡 2 4 h ，再加人 0 . 5 m o l / L H C l 浸泡 1 2 h , 用水清洗几遍， 加人3 0 0 m L 水， 调节p H至7 . 0 , 6 0 热水抽提6 h
10、， 过滤，得到胶液。 1 . 2 . 7 鲤鱼鳞酶法提取胶原蛋白 把1 0 0 g 鱼鳞 冲洗干净， 用清水浸泡2 4 h ， 加人1 %木瓜蛋白 酶溶液5 0 m L , 3 0 保温3 h ，然后加入0 . 5 m o l/ L H C l 浸泡 1 2 h ，用水清洗几遍，加人 3 0 0 m L 水， 调节p H至7 . 0 , 6 0 热水抽提6 h , 8 5 下5 m i n 灭酶，过滤，得到胶液。 1 . 2 . 8 鳍鱼骨提取胶原蛋白 取1 0 0 g 鳍鱼骨打 碎， 用 O . O l m o l / L H C 1 常温下浸泡 1 2 h ，加人 0 . 5 %木瓜蛋白
11、酶3 0 处理3 h ， 调节州 至7 . 0 , 加入 3 0 0 m L 水，7 0 热水抽提 6 h ，过滤，得到 胶液。 1 . 2 . 9 猪骨提取胶原蛋白 取1 0 0 8 猪骨打碎， 用0 . 0 1 m o 1 / L H C I 常温下浸泡 1 2 h ，加人 3 0 0 m L 水， 调节p H至7 . 0 , 8 0 抽提5 h ， 过滤， 得到 胶液。 1 . 2 . 1 0 经脯胺酸含量的测定采用改进的 I S O 3 4 9 6 一 E 8 方法测定。 1 . 2 . 1 1 含砷量的测定 采用银盐比色法。 1 . 2 . 1 2 灰分含量的测定采用马福炉灰化法。
12、2 结果与讨论 2 . ， 酶法和化学提取的胶原蛋白各项指标的比 较 表 1 T a b l e 1 从鳍鱼皮、蝶鱼皮、鲤鱼鳞中提取的胶原蛋白各项指标的比较 T h e c o m p a r a t i v e s t u d y o f t h e c o ll a g e n e x t r a c t e d f r o m t h e s k i n o f c o d 一 f i s h p l a i c e a n d t h e s q u a m a o f c y p r i n o i d 场c h e m i c a l a n d e n z y m a t i c
13、 m e t h o d 固形物 提取率 ( %) 粗蛋白 提取率 ( %) 胶原蛋 白 提取率 ( %) 灰分含量 ( %) 含砷量 ( m g / k g ) 乌氏秘度 ( c p ) 4，J且J且 . ，、内、八玉八 峨.盈J且.1.1 .4，2 . J.1，.且且心. 鳍鱼皮酶法 4鱼皮化学法 蝶鱼皮酶法 蝶鱼皮化学法 鲤鱼鲜酶法 鲤鱼鳞化学法 马哈鱼皮化学法 1 3. 4 1 4. 8 巧 . 6 1 6 9. 3 9. 7 7. 9 1 2 . 5 1 3 . 8 巧 . 1 1 4 . 8 8 . 9 8 . 8 1 1 . 6 1 1 . 6 1 2. 2 1 2. 3 J o
14、 u rn a l o f C h i n e s e I n s t i t u t e o f F o o d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y 续表 1 固形物 提取率 ( %) 粗蛋白 提取率 ( %) 胶原蛋白 提取率 ( %) 灰分含量 ( %) 含砷量 ( m 留味) 乌氏孙度 ( c p ) 马哈鱼酶法 猪骨化学法 鳍鱼骨化学法 7. 7 5 . 8 5 . 0 7. 4 5. 6 4. 4 用酶法从鳍鱼皮、蝶鱼皮、鲤鱼鳞中提取的 固形物要比化学法低 1 %一 2 %，这可能是由于 鱼皮和鱼鳞中的部分酶促溶蛋白被酶液溶解而流 失，
15、造成提取率的降低。酶法提取的胶原蛋白与 化学法提取的胶原蛋白相比，灰分含量少，在酶 法提胶过程中， 用酶处理代替了碱处理， 在后面 的酸处理过程中不会生成盐，得到的胶原蛋白纯 度高， 质量好。酶法提取的胶原蛋白与化学法比 较， 在含砷量、粘度方面没有很大变化。轻脯氨 酸是胶原蛋白的特征成分，以胶原蛋白中经脯氨 酸的含量为标准， 进行提取率的比较，以确定酸 法和酶法的优劣，胶原蛋白占固形物的含量相当 于 所 得 胶 原 蛋白 的 纯 度 19 ， 由 表I 可 见， 酶法 提 取的胶原蛋白纯度要高于化学法， 说明酶法提取 的 胶原 蛋白的 效率高于化学法， 这与 李彦春 10 1 等人做的结果一
16、致。以前曾有人对酶法制备和碱 法制备骨明胶进行了比较，结果证明， 胰酶制取 的明 胶的。 、 R 及y 的组分与碱法制取的明胶的 组分相当 1 1 ， 说明酶法提取的胶原蛋白的结构 同化学法相比，没有太大的变化。 由于不同原料的胶原蛋白含量不同， 提取率 也不同。胶原蛋白是广泛存在于机体中的结构蛋 白 质，占动物蛋白含量的2 5 %一 3 0 %，干鱼皮 中5 0 %一 8 0 %为胶原蛋白， 猪皮中的胶原蛋白 能占到组织干重的 7 0 %以上。鱼骨中的胶原蛋 白 含量较少， 只有1 0 % 左右 12 1 。马哈鱼皮上带 有大量的鱼肉，鱼肉中的胶原蛋白含量一般低于 5 %，因此提取率较鳍鱼皮
17、和蝶鱼皮低。胶原蛋 白 在前处理过程中损失一部分， 在提取后的残渣 中残存一部分， 从以上数据可以看出， 我们用的 提取方法能将组织中胶原蛋白总量的大约一半提 取出来， 如果将提取条件加以优化， 提取率可能 还会有所增高。 2 . 2 各种原料前处理时间的比较 表2 各种原料前处理时间 ( 化学法) T a b le 2 T h e p re一 d i s p o s e t im e o f d iff e re n t m a t e ri a l s ( c h e m ic a l m e th o d ) 原料鳍鱼皮蝶鱼皮 78 d 鲤鱼鲜鳍鱼骨马哈鱼皮 前处理时间9 h 由表2 可
18、以看出，不同的原料的前处理时间 不同，一般来讲，含色素或脂肪较多的原料前处 理过程相对来说要长， 蝶鱼的背部皮肤含有大量 的黑色素，要用石灰水浸泡7 8 d 才能脱去，黑色 素不脱除，提出的胶液颜色为黑色，影响产品的 感观指标。马哈鱼皮中含有大量的脂肪， 在前处 理过程中要用碱脱除，大量脂肪残留否则会影响 产品的气味。婚鱼皮因不含有黑色素及脂肪， 前 处理时间相对较短。对鱼鳞、鱼骨、猪骨来说， 由于含有较多的无机钙，必须用酸充分浸泡脱 钙， 大量无机钙的 存在 3 ， 会影响胶原蛋白 的 溶 出，降低提胶率。 2 . 3 各种原料的提胶温度的比较 表3 各种原料溶胶温度的比较 T a b l
19、e 3 T h e e x t r a c t t e m p e r a t u r e o f c o ll a g e n f ro m d i ff e re n t m a t e ri a l s 原料鳍鱼皮蝶鱼皮鲤鱼鲜鳍鱼骨马哈鱼皮 提胶温度 ( ) 中 国 食 品 学 报 提取温度过高，胶原蛋白的分子结构被破 坏，粘度下降，影响胶原蛋白的应用，提取温度 太低， 胶原蛋白 不能充分溶出， 提取率降低。水 产动物原料与陆生动物原料的提取温度相差较 大，同一动物的不同 部位提取温度也不同。这是 由于胶原蛋白的特性决定的，陆生动物胶原的变 性温度比 水生动物的 要高1 0 一 2 0
20、c C t3 l ， 其热水 溶出温度也相应要高。鱼骨和鱼皮中的胶原蛋白 的结构性质不同，而且胶原蛋白由于大量无机钙 的存在而需要更高的温度才能溶出。因此实验采 用表 3 所列温度。 木瓜蛋白酶对胶原蛋白的酶解促溶，只是破 坏胶原蛋白的三螺旋结构，促使其变为可溶。所 以用木瓜蛋白酶处理后的胶原蛋白提取液，同酸 溶性胶原蛋白在性质上无显著不同， 所提出的胶 原蛋白为较纯的、天然的、未变性的大分子胶原 蛋白， 具有良 好的应用和发展前景。 鳍鱼皮、 蝶鱼皮胶原蛋白的提取率较高， 原 料丰富，可以进行工业化生产。马哈鱼皮含肉、 脂较多， 提取率不高，而且原料成本较高， 不太 适合工业化生产胶原蛋白。
21、鳍鱼骨、猪骨可以进 行综合利用，提取胶原蛋白后可以继续加工利 用。 3 结论 参考文献 1 . 唐传核， 彭志英. 胶原的开发及利用【 J 肉 类研究， 2 0 0 0 , 3 : 4 1 一 4 4 2 . 王碧， 林炜 . 皮革废弃物资源回用一 胶原蛋白的利用基础、 现状及前景【 J . 皮革化学， 2 0 0 1 , 1 8 ( 3 ) : 1 0 - 1 4 3 . 杨迎伍， 张利， 李正果 . 畜骨的营养价值、 开发现状及发展前景【 J . 食品科学与技术， 2 0 0 2 , ( 1 ) : 6 0 一 6 1 4 . C h o m a r a t N , R o b e rt
22、N , S e r is j L . C o m p a r r a t iv e e ff i c i e n c y o f p e p s i n a n d p r o c t a s e f o r t h e p re p a r a t io n o f b o v in e s k i n g e la ti n J 1 . E n z y m e M i c r o b i a l T e c h n o l o g y , 1 9 9 4 , 1 6 : 7 5 6 一 7 6 0 5 . A n n e G R o w l a n d , D e b o r a h J
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26、n a n d C o m p a r a t i v e S t u d y o fMa r i n e B i o l o gi c a l Ma t e r i a l s M e n g Z h a o y u L i n H o n g ( D e p a r t m e n t of F o o d E n g i n e e ri n g , Z h a n g J i n C a o L i m i n O c e a n U n i v e r s i t yo f C h i n a ， J i a n g J i e 口 i n g d a o 2 6 6 0 0 3 )
27、 F ro m t h e s k i n o f c o d , p l a i c e a n d s a l m o n , t h e s q u a m a o f c y p ri n o i d ga l a n d e n z y m a t i c m e t h o d . T h e c h a r a c t e rs o f c o ll a g e n a n d t h e t i m e e t i m e , t h e b o n e o f p i g a n d th e s q u a m a o f c y p ri n o i d w e re c
28、 o m p a re d . ， t h e b o n e o f fi s h a n d户 g , t h e c o ll a g e n w e re e x - w ere com - p a re d . A t t h eT h e re s u l t s u g g e s t e d t h a t t h e c o ll a g e n w h i c h b e e n e x t r a c t e d w i t h e n z y m e w a s m o re p u re a n d h a d l e s s a s h . H i g h e x
29、t r a c t i v e r a t i o w i t h t h e s k i n o f c o d a n d p l a i c e w a s g o t t e n a n d t h e t e c h n o l o - w e re f e as i b l e t o i n d u s t r i a l p ro d u c t i o n ; t h e b o n e o f c o d， as t h e b o n e o f p i g a n d t h e s q u a m a o f c y p ri n o i d , c o u l d b e u t i l i z e d s y n t h e t i - K e y w o r d s C o ll a g e n M a r i n e B i o l o g y