罗非鱼皮胶原蛋白发酵法提取及其电纺膜的制备与应用研究

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我国罗非鱼产量高,鱼片出口量大,易产生大量鱼皮,因其富含胶原蛋白(Col),具有较高的利用价值。传统鱼皮预处理法(化学法)能有效去除罗非鱼皮中的杂蛋白和脂肪,但存在耗时、耗试剂、试剂残留、污染环境和分步处理等问题,因此,开发新型绿色安全的预处理方法对胶原蛋白制备工业具有重要意义。本文以罗非鱼皮为原料,首先,研究发酵法对鱼皮中杂蛋白的去除效果和胶原蛋白结构的影响,以探究发酵法作为鱼皮预处理方法的可行性。其次,利用静电纺丝技术制备Col电纺膜,引入玉米醇溶蛋白(ZN)和没食子酸(GA),解决Col电纺膜疏水性差、热稳定性差和抗菌抗氧化能力弱等问题。最后,探究胶原蛋白/玉米醇溶蛋白/没食子酸(Col/ZN/GA)电纺膜对罗非鱼肉的保鲜性能。主要研究结果如下:(1)发酵法去除罗非鱼皮杂蛋白的工艺研究。干罗非鱼皮中约含14.19%的杂蛋白,当接种量12%(v/v),料液比1:20(g/m L),发酵时间12 h时,杂蛋白的去除率为83.18%(g/g干鱼皮),羟脯氨酸损失量为0.89(mg/g干鱼皮)。(2)发酵法(F)对罗非鱼皮胶原蛋白结构及物理性质的影响。以化学法(C)为对照方法,利用酸提法和酶提法提取胶原蛋白并比较四种胶原蛋白的结构和物理性质。由氨基酸组成可知,四种提取物均为I型胶原蛋白,且与酶溶性胶原蛋白(PSC)相比,发酵法对酸溶性胶原蛋白(ASC)的氨基酸含量影响更大。由SDS-PAGE和紫外吸收光谱(UV)可知,四种胶原蛋白均具有较高的纯度。由傅里叶红外光谱图(FTIR)和圆二色光谱图(CD)可知,四种胶原蛋白均具有完整的三螺旋结构。CASC、CPSC、FASC和FPSC的提取率分别为4.27%、7.60%、4.76%和8.14%,表明发酵法能促进胶原蛋白的提取。四种胶原蛋白的热变性温度均在37℃附近,且均在p H 1-4和低于3%(w/v)Na Cl溶液中有较高的溶解性。与化学法相比,经发酵法处理制备的胶原蛋白结构更加疏松、多孔。(3)胶原蛋白/玉米醇溶蛋白电纺膜的工艺研究及玉米醇溶蛋白对胶原蛋白电纺膜结构和特性的影响。以FASC和ZN为原料,应用静电纺丝技术制备胶原蛋白/玉米醇溶蛋白(Col/ZN)电纺膜,当溶剂60%乙酸:无水乙醇=7:3(v/v),蛋白质总浓度28%(w/v),电压12 k V,柱推速度0.06 mm/min,接受距离12 cm时,可获得纤维光滑、无串珠且直径分布均匀的Col/ZN电纺膜。由扫描电子显微镜(SEM)可知,随着ZN含量的增加,Col/ZN电纺膜纤维直径从209.71 nm增大至312.14 nm。Col与ZN分子间发生了分子间相互作用并形成了氢键,且当Col与ZN的质量比为4:6和5:5时,Col与ZN分子间的作用力较强。由X-射线衍射图(XRD)可知,ZN促进了Col电纺膜中α-螺旋晶型结构的形成,增强了Col电纺膜结构的有序性、热稳定性和疏水特性。当Col与ZN的质量比为4:6时,Col/ZN电纺膜纤维表面光滑、直径分布均匀、结构稳定且疏水性强。(4)没食子酸添加量对胶原蛋白/玉米醇溶蛋白电纺膜结构、特性和保鲜性能的影响。以FASC、ZN和GA为原料,利用静电纺丝技术制备Col/ZN/GA电纺膜。GA均匀分布并结合于蛋白基质中,且增大了Col/ZN电纺膜的纤维直径。GA与Col和ZN分子间发生了强烈的相互作用且形成了新的化学键。GA降低了Col/ZN电纺膜的亲水特性,破坏了其晶型结构,但显著(P<0.05)提高了其抗氧化性。当GA添加量为8%(w/w)时,Col/ZN/GA电纺膜纤维光滑无串珠、直径分布均匀、疏水性好、抗氧化能力强且可至少延长罗非鱼肉货架期2天。本研究证实了发酵法是一种可行的鱼皮预处理方法,解决了胶原蛋白电纺膜亲水性强、热稳定性差和抗菌抗氧化能力弱问题,证实了胶原蛋白/玉米醇溶蛋白/没食子酸电纺膜具有作为活性食品包装材料的潜在利用价值,这不仅为胶原蛋白原材料的预处理提供了新思路,而且拓宽了胶原蛋白在食品包装领域的应用。
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