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本文利用罗非鱼加工下脚料中的鱼皮为原料高效制备优质明胶,既能充分利用原材料,减小环境污染,又大大提升了罗非鱼的附加值,获得良好的社会及经济效益。同时还探讨了罗非鱼皮制备明胶的降解机理。
首先通过浸灰处理从罗非鱼皮中制备纯度较高的鱼皮胶原纤维,其胶原蛋白含量达到干基的79.38%。通过氨基酸组成分析,结合X-衍射、红外光谱、扫描电镜对罗非鱼皮胶原纤维的组成及结构分析,显示鱼皮粗纤维是I型胶原,具有典型的三股螺旋结构。胶原纤维束直径约为9~10μm,微纤维的直径约为140~180nm。鱼皮胶原的结构稳定性不及哺乳动物胶原,因此鱼皮纤维收缩温度温度较低。经浸灰处理后,纤维的聚集态结构的结晶度略有下降,纤维束膨胀,有利于胶原的降解及明胶的提取。
研究了罗非鱼皮胶原纤维反应过程中添加过氧化氢的方法制备明胶的条件。通过单因素实验和响应面实验,得到浸灰6d,料液比为1:6时,鱼皮纤维提取明胶的最佳工艺条件为提取温度53℃、提取时间4.6h、过氧化氢浓度为0.07mmol/g,明胶提取率和粘度的分别达到87.71%和8.90mpa·s。利用优化工艺进行扩大实验制备明胶的产率和粘度分别为85%和8.43mpa·s,与实验室小试结果相差甚小,说明了优化工艺切实可行。
本文探讨了过氧化氢降解胶原制备明胶的机理。扫描电镜说明了鱼皮胶原纤维降解在形态上经过表层护膜破坏溶化、纤维束松散断裂、微纤维解旋暴露三个阶段。通过X-衍射和红外光谱检测,说明加热使分子内部作用力减弱,胶原依然保持着以三股螺旋为结构的纤维聚集态结构。在过氧化氢存在下,胶原纤维的抗穿刺强度随加热时间呈指数下降,其力学变化规律可用指数函数Y=851.Oe-0.001x(R2=0.996)拟合,且拟合性好。
胶原纤维降解初期,原胶原从胶原纤维束和微纤维中解离,使溶剂中大分子溶质的质量数增加,反应体系中溶液的表观粘度增加,提取产物的凝胶强度较大。随着加热时间的延长,原胶原分子肽链降解为更小片段,从而因溶质的分子量减小导致相同浓度下,反应产物明胶的粘度和凝胶强度下降。明胶制备过程中产物的氨基酸均没有显著变化,说明过氧化氢协同热效应,通过水解肽键或氧化交联键的方式,实现胶原纤维向可溶态明胶的转变。本方法中,在0.07mmol/g的过氧化氢添加量下,53℃下加热3-4h是鱼皮胶原纤维转变成明胶的临界点,此时制备所得的明胶质优高产。