鱼鳞明胶的制备及其凝胶强度的研究

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近年来,中国淡水鱼养殖业呈现良好的发展势头,产量逐年增加,尤其是《鄱阳湖生态经济区规划》列为国家发展战略之后,淡水鱼产业得到了进一步的发展。据统计,2010年我国淡水鱼年产量达2225.6万吨,比2000年增长63.84%。随着淡水鱼产量的不断增加,鱼糜等淡水鱼加工产业迅猛发展,与此同时产生的加工废弃物却造成了巨大的环境污染。鱼鳞是淡水鱼加工的主要废弃物之一,含有丰富的胶原蛋白,是一种很好的明胶源,具有安全性能高、适用人群广等优点,有望成为哺乳动物明胶的替代物。然而目前,鱼鳞大多被丢弃,不仅造成了环境污染,而且严重地浪费了这一可利用资源。针对上述状况,本着变废为宝、可持续发展的宗旨,本论文以废弃物鱼鳞为原料,经组织捣碎机处理、酸法脱钙、水法制备鱼鳞明胶,并与猪皮明胶、牛皮明胶进行对比,对其性质进行研究,为其应用奠定一定的基础。以自制的鱼鳞明胶为对象,根据硫酸铵分级盐析沉淀蛋白质理论,制备出五种鱼鳞明胶组分。以凝胶强度为凝胶性能的评价指标,利用SDS-PAGE凝胶电泳、纳米激光粒度仪、扫描电镜等现代分析仪器,从微观结构上对各组分进行研究,建立其与凝胶强度的相关性,为鱼鳞明胶凝胶性能的深入研究奠定基础。基于上述思路,本论文进行了一系列研究,结果如下:1、盐酸酸法脱钙工艺研究:通过研究盐酸浓度、料液比和脱钙时间对鱼鳞脱钙液中钙离子浓度和羟脯氨酸溶出量的影响,确定盐酸对鱼鳞脱钙处理的最佳工艺,即盐酸浓度0.5mol/L、料液比1:25、脱钙时间1h。2、脱钙前后鱼鳞理化指标和结构的对比研究:运用盐酸对鱼鳞进行浸泡脱钙处理后,鱼鳞原料的灰分从24.110%降至0.305%,蛋白质含量从57.779%提高至80.862%,提高了鱼鳞明胶的制备效率,去除了后期产品的提纯工序;脱钙前,鱼鳞表面为白色、具有清晰的鱼鳞纹路,经此原料制备的鱼鳞明胶为白色,脱钙后,鱼鳞变成透明状,厚度亦明显减少,经此原料制备的鱼鳞明胶为无色;通过实验室生物显微镜放大40和100倍观察发现,脱钙前鱼鳞表面呈现粗糙的条纹状,脱钙后鱼鳞表面为清晰的网状结构。3、鱼鳞明胶的水法制备工艺研究:在加热搅拌的情况下,通过研究料液比、pH、温度和时间对鱼鳞明胶得率和凝胶强度的影响,确定鱼鳞明胶的最佳制备工艺,即料液比1:15、pH5.5、水浴温度80℃、加热时间2h。在此条件下,鱼鳞明胶得率55.782%,凝胶强度为571g。4、鱼鳞明胶的相关性质研究:对比了鱼鳞明胶、猪皮明胶和牛皮明胶的凝胶强度、乳化性及乳化稳定性、起泡性及起泡稳定性、吸水性和保水性。4℃下,6.67%(w/v)的三种明胶中,鱼鳞明胶的凝胶强度最大,其次分别是牛皮明胶、猪皮明胶;鱼鳞明胶的乳化性及乳化稳定性不如猪皮明胶和牛皮明胶,有待进一步改善;鱼鳞明胶的起泡能力优于猪皮明胶和牛皮明胶,起泡稳定性与牛皮明胶差不多,但低于猪皮明胶;鱼鳞明胶的吸水性明显优于猪皮明胶和牛皮明胶;鱼鳞明胶在短时内失水较快,稳定后保水性能和猪皮明胶、牛皮明胶差不多。5、鱼鳞明胶各组分的凝胶强度对比研究:根据硫酸铵饱和度的不同,制备了五种不同的鱼鳞明胶组分,测定了其凝胶强度变化。凝胶强度从高到低依次排序是饱和度20%硫酸铵制备出的A组分、饱和度25%硫酸铵制备出的B组分、饱和度30%硫酸铵制备出的C组分、饱和度35%硫酸铵制备出的D组分、饱和度40%硫酸铵制备出的E组分。鱼鳞明胶各组分凝胶强度的差别表明硫酸铵盐析能较好地分离各组分,制备高凝胶强度的鱼鳞明胶产品。6、鱼鳞明胶各组分的微观结构研究:借助SDS-PAGE凝胶电泳、扫描电镜、红外光谱等现代分析技术,研究了鱼鳞明胶微观结构与凝胶强度的相关性。结果表明,随着硫酸铵饱和度的增加,制备的鱼鳞明胶各组分凝胶强度逐渐减弱,相对分子质量、颗粒平均粒径、粒径集中程度、氢键、三股超螺旋结构和单链左手螺旋结构逐渐减少,而丝状物质含量逐渐增多。
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