猪皮中胶原蛋白的提取

JournalofHenanUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)Vol.27,No.1

Feb.2006

文章编号:16732383(2006)01005004

猪皮中胶原蛋白的提取

胡二坤,郭兴凤,谭凤艳,李中皓(河南工业大学粮油食品学院,河南郑州450052)摘要:对猪皮中胶原蛋白进行提取.用枯草杆菌中性蛋白酶预处理猪皮,再用水抽提的方法提取胶原蛋白.在单因素试验的基础上,通过正交实验确定了胶原蛋白提取的最佳条件:酶处理pH6,加酶量(E/S)400U/g,温度35℃,处理时间2h;水抽提时间4h,水抽提固液比(g/mL)1∶6.对比试验结果表明:从经过酶处理和未经酶处理的猪皮中提取胶原蛋白,前者的提取率大大高于后者.

关键词:胶原蛋白;酶处理;提取率中图分类号:TS20112　　　　文献标识码:B

11112　实验仪器

0　前言

猪皮中的蛋白质含量高达33%,其中胶原蛋白含量为8718%[1],而瘦猪肉的蛋白含量仅为18%左右.由此看来猪皮中的蛋白质含量远高于瘦猪肉,其营养价值十分可观.此外胶原蛋白具有特殊的结构与功能,并具有广泛的用途,开发胶原蛋白产品已经成为人们研究的热点[2].随着生物和高分子科学的不断发展,人们会对此有更深的了解和认识,因此开发胶原蛋白资源具有广阔的前景[2].

本研究主要利用蛋白酶预处理猪皮之后采用水抽提的方法提取猪皮中的胶原蛋白.在单因素分析的基础上采用正交实验确定了胶原蛋白提取的最佳条件,是对胶原蛋白的提取进行的基础性研究工作.

HJ—6A数显多头恒温磁力搅拌器,电动搅拌

器,旋转蒸发器,真空干燥箱,LIBRORAEL—200电子天平等.112　实验方法11211　猪皮的简单预处理[3]

将皮下脂肪剔除,切成10mm×10mm的小块,用35℃的清水洗2次,再用4～5倍40℃温水和脱脂液(8%Na2CO3溶液)(2∶1,V∶V)洗1次,10min后滤去温水,再重复一次.最后用清水再洗2次.

11212　猪皮的酶处理和水抽提

称取一定量经简单预处理的皮块于烧杯中,加入相应量的酶并用缓冲溶液控制pH值,在一定温度下搅拌一定时间,弃去酶溶液,用含NaCl的稀盐酸溶液灭酶,至皮内残存酶全部失活[4].水洗2次,然后加入一定量蒸馏水并调节水pH至中性,65℃水浴中搅拌一定时间[5],趁热用纱布过滤得水抽提产物.11213　水抽提物的浓缩和粉碎

用旋转蒸发器将水抽提产物浓缩,在真空条件下干燥并超微粉碎.11214　蛋白质含量的测定微量凯氏定氮[6].11215　胶原蛋白提取率的计算

水抽提得到的胶原蛋白的量提取率=×100%

猪皮中胶原蛋白总量

1　实验材料及方法

111　实验材料和实验仪器11111　实验材料

猪皮:购于郑州双汇肉店.

枯草杆菌中性蛋白酶:无锡星达酶制剂公司,酶活40000U/g.

收稿日期:20050627作者简介:胡二坤(1981),女,河南济源人,硕士;主要从事蛋白资源的研究和综合利用.

第1期胡二坤等:猪皮中胶原蛋白的提取　51

2　结果与讨论

211　酶处理条件对胶原蛋白提取率的影响

理时间为2h时出现最高值.而在两边区域,提取

率均有所降低,酶处理时间过短,不能充分疏松猪皮表层结构、除去非纤维蛋白中的球状蛋白、软化胶原蛋白的皮层,水抽提时也不能充分提取胶原蛋白.酶处理时间过长,猪皮中部分胶原蛋白可能溶于缓冲溶液中,导致猪皮中胶原蛋白溶失[7],胶原蛋白提取率降低.因此酶处理时间过长或过短,都会影响胶原蛋白的提取率.21113　酶处理温度对提取率的影响称取一定量经简单预处理的猪皮,在不同温度下进行酶处理,酶处理时间2h、pH615、加酶量400U/g.之后水抽提提取胶原蛋白,实验结果见图3.

　　称取一定量经简单预处理的猪皮,在不同条件下进行酶处理,之后进行水抽提,水抽提时间4h、温度65℃、固液比1∶6.21111　酶处理pH值对胶原蛋白提取率的影响

称取一定量经简单预处理的猪皮,在不同pH的缓冲溶液体系下进行酶处理,酶处理温度35℃、酶处理时间2h、加酶量400U/g.之后进行水抽提,实验结果见图1.

图1　酶处理时pH对提取率的影响　　从图1可以看出,胶原蛋白的提取率在pH值615时最大.而在两边区域,提取率均有所降低.这说明对于枯草杆菌中性蛋白酶而言,在pH615时,对猪皮的处理效果最好.

21112　酶处理时间对胶原蛋白提取率的影响

图3　酶处理温度对提取率的影响

　　从图3可以看出,胶原蛋白的提取率在酶处

理温度40℃时出现最高值.而在两边区域,提取率均有所降低.说明枯草杆菌中性蛋白酶在40℃时酶处理效果最好,过高或者过低的温度都可能导致酶活性的降低,甚至失活,从而影响酶处理的效果.21114　加酶量对胶原蛋白提取率的影响称取一定量经简单预处理的猪皮,采用不同的加酶量对猪皮进行酶处理,酶处理温度40℃、pH615、时间2h.之后进行水抽提,实验结果见图4.

称取一定量经简单预处理的猪皮,用酶处理不同的时间,酶处理温度35℃、pH615、加酶量400U/g.之后进行水抽提,实验结果见图2.

图2　酶处理时间对提取率的影响

　　从图2可以看出,胶原蛋白的提取率在酶处图4　加酶量对提取率的影响

　52河南工业大学学报(自然科学版)第27卷

　　从图4可以看出,胶原蛋白的提取率在加酶量400U・g-1时出现最高值.而在两边区域,提取率均有所降低.这是由于枯草杆菌中性蛋白酶作为一种生物催化剂,对底物的吸附作用有一定的饱和度,随着加酶量的增加,与底物的结合是逐渐饱和的,因此提取率逐渐增加;然而,当酶用量增大到饱和值后,猪皮中一部分胶原蛋白由于受酶作用而被缓冲溶液溶解,所以导致提取率略有下降.212　水抽提条件对胶原蛋白提取率的影响　　酶处理条件为加酶量(E/S)400U/g,pH615,酶处理温度40℃,酶处理时间2h.水抽提过程中为了最大限度的保证胶原蛋白的结构不被破坏,

[1]

又有利于胶原蛋白的提取,温度选择65℃.21211　水抽提液固比对胶原蛋白提取率的影响

不同液固比(mL/g)对胶原蛋白的提取率的影响结果见图5,其中液固比2∶1图中表示为2,依次类推.

从图6可以看出,胶原蛋白的提取率随水抽

提时间的延长而不断提高,达到4h后,提取率变化不显著.这是由于4h之后,猪皮中胶原蛋白已经基本被提取完全,所以提取率变化很小.

图6　水抽提时间对提取率的影响

213　胶原蛋白提取正交实验结果

　　单因素实验结果显示酶处理胶原蛋白提取率

影响较大,因此选择酶处理时pH、温度、酶处理时间进行酶处理水抽提猪皮中胶原蛋白的3因素3水平的正交实验,按L9(34)正交表设计表(见表1).实验中水抽提胶原蛋白的实验条件为:水浴温度65℃、抽提时间4h、抽提时液固比1∶6.正交实验结果及数据分析见表21由正交实验结果可以看出,对胶原蛋白提取率影响最大的是酶处理时的pH值,然后依次是酶处理时间、酶处理温度.综合分析最终确定了最佳提取条件是酶处理pH6,酶处理温度40℃,加酶量400U/g,酶处理时间2h;水抽提条件:固液比1∶6,水浴温度65℃,抽提时间4h.

表1　因素与水平

水平

123

pH610615710

图5　水抽提液固比对提取率的影响　　从图5可以看出,胶原蛋白的抽提率在5∶1

之前变化很缓慢,然而在5∶1～6∶1之间迅速提高,而到6∶1之后就接*缓.这说明本实验在液固比为5∶1之前和6∶1之后的抽提率变化不大,这是因为在水抽提胶原蛋白的过程中,由于胶原蛋白的胶体性质,溶液的粘度越来越大,自由状态下的水饱和程度越来越高,膨胀水的溶解性越来越弱[4],在水量不足的条件下,导致胶原蛋白的提取率下降,当加水量增加到一定数值,水对于胶原蛋白的溶解性会大大提高,从而导致提取率提高.当胶原蛋白基本被抽提完全后,增加水用量对胶原蛋白的提取率基本不再发生变化.21212　水抽提时间对胶原蛋白提取率的影响　　不同的抽提时间对胶原蛋白提取率的影响的实验结果见图6.

温度/℃

354045

时间/h

123

214　对比实验

　　实验过程中为了验证酶处理的效果,取5g经简单预处理过的猪皮,而不进行酶处理,直接在65℃、固液比1∶6的条件下抽提4h.结果表明胶

原蛋白提取率仅为29%,低于正交实验中任何一个结果,说明水抽提之前进行酶处理可以提高胶原蛋白的提取率.

在最佳条件下进行胶原蛋白提取实验,提取率为70154%,高于正交实验中任何一组的结果.

第1期胡二坤等:猪皮中胶原蛋白的提取　53

表2　正交实验结果及极差分析

序号

123456789k1k2k3

RpH11122233368194571375110017194温度/℃

1231231236111658104581103112时间/h

1232313125719161168571733196提取率/%

681487010368130631755316054175511255015051125球状蛋白,促使内容物的溶出,软化胶原蛋白的皮层,可以大大提高胶原蛋白的提取率.参考文献:

[1]　李开雄,赵志远,刘霞1猪皮中胶原蛋白的

提取及其应用[J]1肉类研究,1996(4):43

481[2]　LeeChiH,

SinglaAnuj,

LeeYugyung1

BiomedicalapplicationsofCollagen[J]1Inter2nationalJournalofPharmaceutics,2001,221:1-221

[3]　齐玉堂1低脂胶原蛋白制取工艺的研究

[J]1肉类工业,2004(5):28301

[4]　胡胜,李志强,陈敏1猪皮残存As11398酶

3　结论

采用酶法预处理再用水抽提提取猪皮中胶原

蛋白的最佳工艺条件是酶处理pH610、处理温度40℃、加酶量(E/S)400U/g、处理时间2h;水抽提时固液比1∶6、水浴温度65℃、抽提时间4h.通过对比实验可以得出结论:用酶法预处理有利于疏松猪皮表层结构,除去非纤维蛋白中的

活力的酸性抑制[J]1中国皮革,2001,30(21):13151[5]　蒋挺大,张春萍1胶原蛋白[M].北京:化学工业出版社,20011[6]　食品卫生检验法(理化部分)[S].北京:中国

标准出版社,19861[7]　杜敏,南庆贤1猪皮中胶原蛋白的制备及在

食品中的应用[J]1食品科学,1994(7):37

391

EXTRACTIONOFCOLLAGENPROTEINFROMPIGSKIN

HUEr2kun,GUOXing2feng,TANFeng2yan,LIZhong2hao

(SchoolofBioengineering,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450052,China)

Abstract:Theenzymaticextractionofcollagenproteinfrompigskinwasstudied1Afterthepigskinwastreatedwith

Bacillussubtilisneutralproteinase,collagenproteinwasextractedbywater1Accordingtothesinglefactorsandor2

thogonalexperimenttheoptimalextractionconditionswereconfirmedasthat:pH610,E/S400U/g,temperature35℃,time2hforenzymaticprocessing;Forwaterextraction,theextractiontime4h,theratioofliquidandsolid6∶11Thecomparisonexperimentwasdoneanditshowedthataftertheenzymatictreatmenttheyieldratiowassignif2icantlyimproved1

Keywords:collagenprotein;enzymatictreatment;yieldratio