由于明胶生产工艺的限制,明胶的工业生产存在生产周期长,能源消耗大,酸碱使用量多,高碱、高钙、高COD废水排放量巨大等问题,严重影响当地居民的生产生活环境,明胶生产的高污染高能耗加之高额的生产废料处理成本,不利于明胶企业的绿色可持续发展。为解决传统明胶生产中存在的明胶化酸碱使用量大,热提取周期长的问题,本研究首先探寻微波辅助提取替代传统水浴提取的效果,以期缩短明胶热提取时间;同时创新性的提出不需要使用酸碱的微波-快速冻融耦合明胶化法,探究该方法生产工艺关键点,表征其明胶特性,最后进行微波-快速冻融耦合明胶化机理初探,以期实现明胶的绿色清洁制备,为明胶产业的健康发展提供理论基础,具体研究结果如下:(1)研究明胶的微波辅助提取技术(MAE)。结果表明,短时微波辅助提取(5~30 min)凝胶强度最高,但提取率低于传统水浴提取(WBE);随着微波辅助提取时间的延长,高分子量亚基降解,明胶提取率上升,凝胶强度下降。与传统水浴相比,短时微波辅助提取的明胶形成凝胶速度较慢,但经过足够长时间(16~18h)成熟后,可以形成更加稳定的类三螺旋网络。这是因为虽然微波加热破坏了更多的氢键,但其含有大量的高分子亚基组分,是高凝胶强度的关键所在。SEM结果表明,微波辅助提取明胶表面有许多孔洞结构,而传统水浴提取的明胶表面表现为许多碎片结构。(2)利用微波-快速冻融耦合明胶化法提取鱼皮明胶,探究关键工艺点对鱼皮明胶提取的影响。结果表明,冻融前需进行微波预处理才能达到较优的提取率。明胶提取率与微波预处理时间呈正相关,凝胶强度在短时微波预处理(5~15 min)时较高;微波预处理温度对提取率影响较小,在微波预处理温度为55℃和75℃时表现出最佳的凝胶强度,升高微波温度有利于明胶高分子亚基的溶出,但温度过高可能会导致溶出的亚基组分更容易在热提取过程中被降解;快速冻融对明胶提取影响很大,快速冻融处理后,明胶提取率和凝胶强度显著上升(P<0.05)。快速冻融1次明胶中α亚基溶出增加,明胶凝胶强度达到580.10 g,冻融次数的增加可以提高明胶的提取率,但会导致凝胶强度降低;解冻温度对明胶提取率和凝胶强度均无影响。综上,微波-快速冻融耦合明胶化较优工艺条件为:55℃或75℃条件下,微波预处理15 min,快速冻融1次,得到的明胶提取率为13.68%,凝胶强度为565.11 g。(3)对微波-快速冻融耦合明胶化鱼皮明胶的性质进行表征。结果表明,与市场上的A型和B型明胶不同,微波-快速冻融耦合明胶化鱼皮明胶等电点为pH=7,凝胶颜色偏蓝,透射比满足国标要求。与传统酸法明胶化相比,微波-快速冻融耦合明胶化明胶氢键含量更多,三螺旋结构较为完整,但由于高分子亚基含量少,导致凝胶强度低于传统方法。微波-快速冻融耦合明胶化后,微波辅助提取的明胶凝胶强度略高,传统水浴提取的明胶形成凝胶速度略快。明胶化方式和热提取方式不影响明胶的氨基酸组成。总体而言,明胶的凝胶特性更多与明胶化过程有关,热提取方式影响相对较小。(4)对微波-快速冻融耦合明胶化机理进行初探。总体而言,微波打断胶原共价键,冻融处理破坏胶原分子内部非共价作用,从而松散胶原三螺旋结构,最终诱导胶原明胶化。不同的处理条件诱导胶原明胶化的变化规律不同。微波预处理可以促进胶原三螺旋结构的松散,微波预处理15 min可使胶原蛋白适度降解,最大程度松散胶原三螺旋结构,更有利于明胶中三螺旋结构的保留,但微波处理时间过长导致胶原高分子降解,胶原分子表面聚集和破碎,增加热提取过程中明胶亚基组分的降解,使凝胶强度下降。微波预处理温度的提高不引起胶原蛋白分子的降解,温度提高到75℃~95℃时,胶原蛋白骨架被有效破坏,胶原N-H基团、酰胺Ⅰ的C=O以及脂类物质的甲基和亚甲基的暴露明显增加,促进了明胶高分子亚基的明显溶出,但这些亚基组分在提取过程中会被更多的降解,导致明胶中小分子组分也在增加,故凝胶强度并未显著上升。微波预处理后的快速冻融不影响胶原蛋白分子量分布,冻融1次有利于胶原纤维进一步松散,明胶α链溶出;冻融2次增加胶原蛋白骨架C-C键、胶原N-H键、酰胺Ⅰ的C=O以及脂类物质的甲基和亚甲基的暴露,热提取时明胶高分子链更易降解,凝胶强度降低;冻融循环3次,胶原蛋白结构严重破坏,胶原纤维表面完全聚集,热提取时明胶链降解严重,凝胶强度最低。