一种以鱼鳞为原料的多产物联产工艺的建立与优化

胡 杨,王希搏,熊善柏,*,刘友明,尤 娟,尹 涛

(1.华中农业大学食品科学技术学院,国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心,湖北武汉 430070;2.水产高效健康生产湖南省协同创新中心,湖南常德 415000)

一种以鱼鳞为原料的多产物联产工艺的建立与优化

胡 杨1,2,王希搏1,熊善柏1,2,*,刘友明1,尤 娟1,2,尹 涛1

(1.华中农业大学食品科学技术学院,国家大宗淡水鱼加工技术研发分中心,湖北武汉 430070;2.水产高效健康生产湖南省协同创新中心,湖南常德 415000)

鱼鳞中含有丰富的胶原和钙,可以作为生产胶原类产品和补钙产品的原料。为了提高鱼鳞的综合利用效果,解决鱼类加工过程中因副产物污染产生的环境问题,本研究以鱼鳞为原料,研究联合生产有机酸钙、胶原和胶原蛋白肽的工艺。具体地,鱼鳞先经过超声波辅助柠檬酸脱灰制备柠檬酸钙,再采用超声波辅助胃蛋白酶提取胶原,最后将提取胶原后的鱼鳞残渣用于制备胶原蛋白肽,并对所建立的联产工艺进行验证。结果表明,鱼鳞脱灰制备柠檬酸钙的条件为:超声波功率120 W,料液比1∶20 g/mL,柠檬酸浓度6%,处理时间180 min,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞的脱灰率分别为97.8%、97.6%、98.1%;胶原提取条件为:超声波功率180 W,料液比1∶20 g/mL,胃蛋白酶用量2000 U/g,处理时间8 h,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞胶原溶出率分别为40.1%、42.2%、56.2%;胶原蛋白肽制备条件为:底物浓度5%,胃蛋白酶用量280 U/g,初始pH2,处理温度65 ℃,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞胶原溶出率分别为91.7%、89.3%、88.9%。从鱼鳞中连续提取制备有机酸钙、胶原和胶原蛋白肽的工艺具有较好的可靠性和稳定性,有望在工业化生产中得到应用。

鱼鳞,有机酸钙,胶原,胶原蛋白肽,联产

我国是世界水产品生产和消费的大国,尤其鱼类资源十分丰富。在鱼类产品的消费和加工过程中会产生大量副产物,其中就包括3%～5%的鱼鳞,目前对这部分鱼鳞尚缺乏有效的处理手段[1-2]。据报道[2],鱼鳞中含有丰富的蛋白质和钙等,蛋白质含量约为50%～70%、钙含量约为7%～25%,生物学效价较高。若能利用规模优势对鱼鳞加以利用,不仅可以实现鱼鳞副产物的高价值,而且可促进鱼类加工业的发展,减少环境污染。

截至目前,已经报道的国内外有关鱼鳞加工利用的文献较多,主要包括制备胶原、胶原蛋白肽、羟基磷灰石、补钙剂等[3-9]。然而,针对不同产品的提取工艺是分离的,对鱼鳞的利用有限,仍然存在资源浪费和环境污染等问题。在此背景下,本文拟建立一种以鱼鳞为原料的多产物联产工艺,在保证产品品质的基础上,提高鱼鳞的综合利用效率和企业经济效益,实现鱼鳞副产物污染的零排放和降低企业生产成本。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

沙丁鱼鳞 购自福建晋江;草鱼鳞、鲢鱼鳞 购自华中农业大学菜市场,鱼鳞经蒸馏水清洗干净后,晾干、保存备用;胃蛋白酶(1.8×105U/g) 购自拜尔迪生物技术有限公司;氢氧化钠 购自天津市风船化学试剂科技有限公司;一水合柠檬酸 购自国药集团化学试剂有限公司。

818型pH计 ORINO研究公司;SHA-B水浴恒温振荡器 常州国华电器有限公司;KQ-300DE型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;FD-1A-50型冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司;SD-1500喷雾干燥机 上海沃迪科技有限公司;KDN-08E凯氏定氮仪 上海精隆科学仪器有限公司。

1.2 联产工艺的建立

多产物联产工艺流程如图1所示。鱼鳞经氢氧化钠脱脂和去除杂蛋白后,首先采用超声波辅助柠檬酸脱灰,制备目标产物柠檬酸钙,脱灰后的鱼鳞再经过超声波辅助胃蛋白酶水解制备目标产物胶原,最后将提取胶原后的鱼鳞残渣进一步经胃蛋白酶高温水解制备目标产物胶原蛋白肽。为了便于联产工艺路线的研究,先对其中柠檬酸钙、胶原、胶原蛋白肽制备工艺条件进行优化。

图1 联产工艺流程图Fig.1 The flow chart of joint production process

1.2.1 超声波辅助柠檬酸脱灰工艺的优化 基于预实验结果,将超声波功率固定为120 W,以沙丁鱼鳞为原料,以脱灰率为评价指标,针对处理时间、柠檬酸浓度以及料液比设计正交实验,各因素水平如表1所示。具体地,准确称取一定量的保存备用的鱼鳞,调节料液比1∶15 g/mL,先用0.4%的氢氧化钠处理12 h,以去除脂肪及非胶原组分的杂蛋白,处理后的鱼鳞于表1设计的实验条件下进行脱灰处理(注意控制过程温度在20 ℃以下),之后过滤,滤液经碱中和、过滤、干燥得到柠檬酸钙,滤渣即为脱灰后的鱼鳞,用于后续胶原及胶原蛋白肽的提取。

表1 因素水平表

1.2.2 超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的工艺优化 基于预实验结果,以胶原溶出率为评价指标,针对超声波功率、料液比、胃蛋白酶用量以及处理时间设计正交实验,各因素水平如表2所示。具体地,将脱灰后的鱼鳞,按1∶10～1∶20 g/mL料液比加入1.0%的柠檬酸溶液,加入2000～4000 U/g的胃蛋白酶,之后于超声波功率150～210 W条件下处理8～16 h(注意控制过程温度在20 ℃以下),最后于低温条件下4000 r/min离心20 min,上清液经超滤膜脱盐、浓缩、冷冻干燥得到目标产物胶原,残渣用于后续胶原蛋白肽的提取。

表2 因素水平表

1.2.3 胃蛋白酶提取鱼鳞胶原蛋白肽的工艺优化 基于预实验结果,以胶原溶出率和产物水解度为综合评价指标,针对处理温度、初始pH、底物浓度以及胃蛋白酶用量设计正交实验,各因素水平如表3所示。具体地,将超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的残渣,用蒸馏水调节底物浓度为3%～7%,随后用盐酸或氢氧化钠调节初始pH至2～4,之后加入140～420 U/g的胃蛋白酶,于55～65 ℃的温度条件下恒温水浴振荡器中水解120 min,随后沸水浴灭酶处理10 min,于4000 r/min离心20 min,上清液调节溶液pH至5～7,经浓缩、喷雾干燥得到目标产物胶原蛋白肽。

表3 因素水平表

1.3 联产工艺的验证

以3种鱼鳞(草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞)为原料,以脱灰工序脱灰率、胶原提取工序和胶原蛋白肽提取工序胶原溶出率为评价指标,按优化确定的柠檬酸钙、胶原以及胶原蛋白肽联产工艺进行实验,并对所得产物的性质进行分析,以此验证所建立的联产工艺的可靠性和稳定性,以为今后的工业化应用提供依据。

1.4 测试方法

1.4.1 鱼鳞基本成分分析 参考文献方法[10]测定鱼鳞中的胶原含量,GB/T 6436-2002乙二胺四乙酸二钠络合滴定法测定鱼鳞中的钙含量。

1.4.2 脱灰率的测定 参考GB 5009.4-2010分别测定脱灰前后的鱼鳞中的灰分总量,按式(1)计算脱灰率。

脱灰率(%)=脱灰前鱼鳞中的灰分总量-脱灰后鱼鳞中的灰分总量/脱灰前鱼鳞中的灰分总量×100

式(1)

1.4.3 胶原溶出率的测定 参考GB/T 9695.23-2008分别测定水解上清液和水解操作前原料中的羟脯氨酸总量,按式(2)计算胶原和胶原蛋白肽提取工序的胶原溶出率。

胶原溶出率(%)=水解上清液中的羟脯氨酸总量/水解操作前原料中的羟脯氨酸总量×100

式(2)

1.4.4 水解度的测定 采用甲醛滴定法和凯氏定氮法分别测定水解上清液中的氨基氮和水解操作前原料中的总氮,按式(3)计算水解度[11-13]。

水解度(%)=水解上清液中的氨基氮/水解操作前原料中的总氮×100

式(3)

1.4.5 圆二色谱(CD)分析 参考文献方法[14]对胶原和胶原蛋白肽的圆二色谱特征进行分析。

1.4.6 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分析 参考文献方法[14]采用SDS-PAGE对胶原和胶原蛋白肽的相对分子质量及分布进行测定。

1.5 数据分析

每组实验重复3次以上,采用Excel进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 鱼鳞基本成分分析

通常鱼鳞主要由蛋白质和灰分组成,其他还含有少量脂肪、色素和黏液质等,而蛋白质和灰分的主要成分为胶原和钙,其他杂蛋白(如鱼鳞硬蛋白、角质蛋白等)和矿物质的含量很少。如表4所示,给出了3种鱼鳞中的胶原和钙含量测定结果。由表4可知,鱼鳞中含有丰富的胶原,根据鱼鳞来源的不同,鱼鳞中胶原的含量高达39.1%～63.1%。此外,鱼鳞中还含有一定量的钙。鱼鳞中胶原和钙的总含量高达55.6%～71.7%,胶原和钙占到了鱼鳞总质量的一半及以上,说明鱼鳞是一种制备有机酸钙、胶原或胶原蛋白肽的理想原料。

表4 鱼鳞基本组成成分

注:结果以干重计。

2.2 超声波辅助柠檬酸脱灰工艺的优化

如表5所示,为超声波辅助柠檬酸脱灰的正交实验结果。由表5可知,在超声波功率为120 W的条件下,料液比的极差值最大,说明其对超声波辅助柠檬酸脱灰的影响程度最大,其次为柠檬酸浓度,处理时间的影响程度最小。随料液比的增大,鱼鳞与柠檬酸的接触面积增大,有利于脱灰反应的进行。柠檬酸浓度的增大,同样可增大鱼鳞与柠檬酸的接触,加快脱灰反应的进行。处理时间的延长,为鱼鳞与柠檬酸的接触提供了更多机会,鱼鳞的脱灰效果更加理想。单以脱灰率看,超声波辅助柠檬酸脱灰的最佳条件为:A3B3C3,即料液比1∶20 g/mL,柠檬酸浓度6.5%,处理时间210 min。然而,在A2B2C3,即料液比1∶20 g/mL,柠檬酸浓度6%,处理时间180 min的条件下,鱼鳞的脱灰率已高达99.8%,脱灰后的鱼鳞中的灰分含量为0.13%,低于企业提取鱼鳞胶原时对原料灰分含量1.0%的上限要求。因此,结合企业提取鱼鳞胶原时对原料灰分含量的具体控制,综合企业生产成本(柠檬酸用量减小,处理时间缩短),理想的鱼鳞脱灰条件为A2B2C3,即料液比1∶20 g/mL,柠檬酸浓度6%,处理时间180 min。曾芳[15]研究了磁力搅拌辅助柠檬酸脱灰,其在柠檬酸质量分数9.8%,料液比1∶23 g/mL的条件下,脱灰率为93.4%,该结果进一步证明了超声波对柠檬酸脱灰具有明显的促进作用,超声波辅助柠檬酸脱灰不但减少了原料的使用量,同时还提高了柠檬酸的脱灰效果。

表5 超声波辅助柠檬酸脱灰正交实验结果

2.3 超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的工艺优化

表6 超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原正交实验结果

如表6所示,为超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的正交实验结果。由表6可知,超声波功率的极差值最大,其次为料液比,胃蛋白酶用量和处理时间的极差值较小,说明超声波功率的影响程度最大。超声波功率对胃蛋白酶提取胶原的影响是双向的,适度增大超声波功率可为鱼鳞和胃蛋白酶提供更多接触机会,加快酶解反应的进行,继续增大超声波功率可对胃蛋白酶结构产生影响,使胃蛋白酶变性从而影响其活力。随着酶解反应的进行,反应液的黏度会逐步增加,因此,在料液比较小的情况下,酶作用的传递也急剧减慢,从而影响酶解反应的进行,该现象与已有文献[16]的报道一致。胃蛋白酶用量和处理时间的极差值较小,说明其对鱼鳞胶原溶出率的影响程度较小。单以胶原溶出率来看,超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的最佳条件为:A2B3C3D3,即超声波功率180 W,料液比1∶20 g/mL,胃蛋白酶用量4000 U/g,处理时间16 h。然而,一个工艺能否得到工业化应用,除与生产工艺过程和特点有关外,同时还要结合生产成本。由正交实验结果可知,胃蛋白酶用量和处理时间对胶原溶出率的影响程度较小,随胃蛋白酶用量的增大和处理时间的延长,鱼鳞胶原溶出率的增幅不大,但生产成本增加(胃蛋白酶用量增大、处理时间延长)。因此,综合鱼鳞胶原溶出率和企业生产成本,超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的理想条件为:A2B3C1D1,即超声波功率180 W,料液比1∶20 g/mL,胃蛋白酶用量2000 U/g,处理时间8 h。在此条件下,胶原溶出率达到45.8%,高于常规机械作用下胶原溶出率[17],说明超声波对胃蛋白酶提取鱼鳞胶原具有一定的促进作用,可提高鱼鳞胶原的提取效果。

2.4 胃蛋白酶提取鱼鳞胶原蛋白肽的工艺优化

由2.3的实验结果可知,在优化确定的超声波辅助胃蛋白酶提取鱼鳞胶原的实验条件下,鱼鳞胶原溶出率为45.8%,说明鱼鳞中的胶原并未完全溶解出来,仍有54.2%的胶原在残渣中,未得到利用。为了最大程度提高鱼鳞的利用价值,实现对鱼鳞中胶原的回收再利用,将提取胶原后的残渣进一步经胃蛋白酶高温水解制备胶原蛋白肽。

表7 胃蛋白酶提取鱼鳞胶原蛋白肽正交实验结果

如表7所示,为胃蛋白酶提取鱼鳞胶原蛋白肽的正交实验结果。以胶原溶出率为评价指标,底物浓度的影响程度最大,其次为胃蛋白酶用量,初始pH和处理温度的影响程度最小,最优的水解条件为:A3B1C1D3,即底物浓度3%,胃蛋白酶用量420 U/g,初始pH2,处理温度65 ℃。然而,以产物水解度为评价指标,最优的水解条件为:A2B1C2D2,即底物浓度5%,胃蛋白酶用量280 U/g,初始pH2,处理温度60 ℃。胶原溶出率和产物水解度之间并不存在一定的相关性,该结果与已有文献[18]的报道一致。由于本实验以胶原溶出率为主要评价指标,同时考虑产物水解度以及企业生产成本(水用量和胃蛋白酶用量减小),胃蛋白酶提取鱼鳞胶原蛋白肽的理想水解条件为:A3B1C2D2,即底物浓度5%,胃蛋白酶用量280 U/g,初始pH2,处理温度65 ℃。在此条件下,鱼鳞胶原溶出率为86.0%。

2.5 联产工艺的验证

为进一步考察所得联产工艺的可靠性和稳定性,以不同鱼鳞为原料,对所建立的联产工艺及条件进行验证。如图2所示,为联产工艺各工序过程参数。可以看到,在优化确定的脱灰工艺条件下,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞的脱灰率分别为97.8%、97.6%、98.1%,说明鱼鳞中的钙已基本完全溶解出来;经提取胶原处理,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞胶原溶出率分别为40.1%、42.2%、56.2%,说明鱼鳞中的胶原并未完全溶解出来,仍有一半的胶原在残渣中,未得到利用;进一步对提取胶原后的鱼鳞残渣作提取胶原蛋白肽处理,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞胶原溶出率分别达到了91.7%、89.3%、88.9%,鱼鳞中的胶原已基本完全以胶原或胶原蛋白肽形式溶解出来。以上数据说明所建立的联产工艺是有效的,基本实现了对鱼鳞中钙和胶原的回收再利用。不同鱼鳞胶原溶出率差异明显,主要在于不同鱼鳞的形状、结构等存在差异[1,19]。

图2 联产工艺验证及各工序过程参数Fig.2 The joint production process validation

如图3(A)所示,为胶原和胶原蛋白肽的圆二色谱图。圆二色谱主要用来测定蛋白质的立体结构,具体到胶原,圆二色谱可用来表征其三股螺旋结构的完整性。通常来讲,具有完整三股螺旋结构的胶原,其圆二色谱特征是在198 nm左右有一个负吸收峰,在221 nm左右有一个弱的正吸收峰[14]。当胶原的结构完整性遭到破坏,三股螺旋结构发生坍塌时,在198 nm左右波长处的负吸收峰会向低波长处发生略微移动,而在221 nm左右波长处的正吸收峰会根据三股螺旋结构被破坏的程度呈现不同程度的削弱甚至消失[20]。从图3可以看到,胶原的圆二色谱图在198 nm左右波长处有负吸收峰,在221 nm左右波长处有弱的正吸收峰,属于典型的三股螺旋构象特征。而胶原蛋白肽在整个波长范围内均没有明显的负吸收峰和弱的正吸收峰,说明胶原蛋白肽中已不存在完整的三股螺旋结构。

图3 胶原和胶原蛋白肽的圆二色谱和SDS-PAGE图谱Fig.3 CD and SDS-PAGE analysis of collagen and collagen peptide

如图3(B)所示,为胶原和胶原蛋白肽的SDS-PAGE电泳图谱。SDS-PAGE可用于测定胶原的相对分子质量大小。从图3(B)可以看到,胶原的电泳图谱主要有4条谱带,在116～130 ku附近出现的2条谱带分别是胶原分子的α1链和α2链,在205 ku附近出现的1条谱带是胶原分子的β链,另外也观察到了在300 ku附近出现的1条谱带是胶原分子特有的γ链,而胶原蛋白肽的电泳图谱为一个连续带,无典型的胶原谱带出现。导致胶原、胶原蛋白肽相对分子质量差异的主要原因是制备工艺的不同,胶原是在低温条件下用胃蛋白酶提取得到的,在较低温度下该酶仅作用于胶原的端肽,不作用于胶原分子的三股螺旋结构。胶原蛋白肽是在高温条件下用胃蛋白酶水解得到的,受高温和酶的双重作用,鱼鳞中的胶原发生变性,三股螺旋结构被破坏,因此胶原蛋白肽的相对分子质量变小,且分布变宽。此外,由于在较高温度条件下,酶对胶原蛋白肽键的水解是随机的,得到的水解产物组成较复杂,因此其电泳图谱为一个连续带。

3 结论

鱼鳞中含有丰富的胶原和钙,可以作为生产鱼鳞有机酸钙、胶原和胶原蛋白肽的理想原料。为了提高鱼鳞的综合利用效果,本文在优化研究鱼鳞脱灰、胶原和胶原蛋白肽提取工艺条件的基础上,建立了鱼鳞有机酸钙、胶原和胶原蛋白肽联产工艺。具体地,鱼鳞先经过氢氧化钠脱脂和去除杂蛋白处理;随后,在超声波功率120 W,料液比1∶20 g/mL,柠檬酸浓度6%的条件下处理180 min,制备目标产物柠檬酸钙;脱灰处理后的鱼鳞进一步在超声波功率180 W,料液比1∶20 g/mL,胃蛋白酶用量2000 U/g的条件下处理8 h,制备目标产物鱼鳞胶原;最后,再将提取胶原后的鱼鳞残渣在底物浓度5%,胃蛋白酶用量280 U/g,初始pH2,处理温度65 ℃的条件下制备胶原蛋白肽。经验证,所建立的联产工艺具有较好的可靠性和稳定性,草鱼鳞、鲢鱼鳞、沙丁鱼鳞的脱灰率分别达到了97.8%、97.6%、98.1%,总胶原溶出率分别达到了91.7%、89.3%和88.9%。尽管已经取得的研究结果表明,所建立的联产工艺是有效的,然而有关联产工艺所得产品的品质有待研究。下一步的工作重点是对联产工艺所得产品的品质进行分析,并与传统法所得产品的品质及得率进行对比,以为联产工艺在工业生产中的应用提供依据。

[1]夏文水,罗永康,熊善柏,等. 大宗淡水鱼贮运保鲜与加工技术[M]. 北京:中国农业出版社,2014.

[2]陈日春. 鲢鱼鱼鳞胶原蛋白肽的制备及其抗氧化活性的研究[D]. 福州:福建农林大学,2013.

[3]Sionkowska A,Kozlowska J. Fish scales as a biocomposite of collagen and calcium salts[J]. Key Engineering Materials,2013,587:185-190.

[4]Huang C Y,Kuo J M,Wu S J,et al. Isolation and characterization of fish scale collagen from tilapia(Oreochromis sp.)by a novel extrusion-hydro-extraction process[J]. Food Chemistry,2016,190:997-1006.

[5]Zeng J N,Jiang B Q,Xiao Z Q,et al. Extraction of collagen from fish scales with papain under ultrasonic pretreatment[J]. Advanced Materials Research,2011,366:421-424.

[6]Huang Y C,Hsiao P C,Chai H J. Hydroxyapatite extracted from fish scale:effects on MG63 osteoblast-like cells[J]. Ceramics International,2011,37(6):1825-1831.

[7]Sudip M,Shrabani M,Sanjit K,et al. Processing of natural resourced hydroxyapatite ceramics from fish scale[J]. Advanced in Applied Ceramics,2013,109(109):234-239.

[8]Huang C Y,Wu C H,Yang J L,et al. Evaluation of iron-binding activity of collagen peptides prepared from the scales of four cultivated fishes in Taiwan[J]. Journal of Food and Drug

Analysis,2015,11(4):671-678.

[9]Hemanth-Kumar M,Spandana V,Poonam T. Extraction and determination of collagen peptide and its clinical importance from tilapia fish scales(Oreochromis niloticus)[J]. International Research Journal of Pharmacy,2011,2(10):97-99.

[10]刘艳,刘章武,唐婧苗,等. 酶法提取4种淡水鱼鱼鳞胶原蛋白的研究[J]. 水产科学,2010,29(4):221-224.

[11]Hu Y,Liu L,Dan W H. Protective effect of calcium hydroxide in hair-saving unhairing process[J]. Journal of the Society of Leather Technologists and Chemists,2013,97(5):200-206.

[12]厉望,靳挺,武玉学. 带鱼蛋白酶解条件优化及酶解物抗氧化性能[J]. 食品科学,2013,34(9):234-239.

[13]宋茹,冯婷立,谢超. 海产小杂鱼抗氧化肽制备工艺[J]. 食品科学,2011,32(12):29-33.

[14]Hu Y,Liu L,Dan W H,et al. Evaluation of 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate-based ionic liquid systems as a suitable solvent for collagen[J]. Journal of Applied Polymer Science,2013,130:2245-2256.

[15]曾芳. 鱼鳞胶原蛋白、明胶和羟基磷灰石综合提取研究[D]. 南昌:南昌大学,2013.

[16]胡杨,蒋远干,但卫华,等. 胃蛋白酶提取猪皮胶原的研究[J]. 中国皮革,2010,39(23):11-16.

[17]王吰,刘剑虹,李可伟. 胃蛋白酶法提取草鱼鳞胶原蛋白的工艺研究[J]. 食品研究与开发,2007,28(4):134-136.

[18]林琳. 鱼皮胶原蛋白的制备及胶原蛋白多肽活性的研究[D]. 青岛:中国海洋大学,2006.

[19]Ibanez A L. Fish traceability:guessing the origin of fish from a seafood market using fish scale shape[J]. Fisheries Research,2015,170:82-88.

[20]Hu Y,Liu L,Gu Z P,et al. Modification of collagen with a natural derived cross-linker,alginate dialdehyde[J]. Carbohydrate Polymer,2014,102:324-332.

Study on the joint production technology of multi-products from fish scale

HU Yang1,2,WANG Xi-bo1,XIONG Shan-bai1,2,*,LIU You-ming1,YOU Juan1,2,YIN Tao1

(1.The Sub Center of National Technology and R&D of Staple Freshwater Fish Processing,College of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China; 2.Collaborative Innovation Center for Efficient and Health Production of Fisheries in Hunan Province,Changde 415000,China)

Fish scale,rich in collagen and calcium,can be used as the raw material of producing collagen products and calcium supplements. In order to improve the comprehensive utilization and eliminate the pollution to environment from fish scale,the joint production technology of calcium citrate,collagen and collagen peptide was studied. The optimized de-ashing process parameters were ultrasonic power 120 W,ratio of material to water 1∶20 g/mL,citric acid mass fraction 6%,processing time 180 min,as the de-ashing rate of grass carp scale,silver carp scale and sardine scale could reach 97.8%,97.6% and 98.1%,respectively. After de-ashing,pepsin hydrolysis assisted by ultrasonic was used to extract collagen from fish scale,the optimum extraction conditions were as follows:ultrasonic power 180 W,ratio of material to water 1∶20 g/mL,enzyme dosage 2000 U/g,extraction time 8 h. Under this condition,the collagen extraction rate of grass carp scale,silver carp scale and sardine scale was 40.1%,42.2% and 56.2%. Scale residue after extracting collagen was directly used for collagen peptide preparation,the optimum conditions were as follows:substrate mass fraction 5%,enzyme dosage 280 U/g,the pH value of 2,processing temperature 65 ℃. Under this condition,the collagen extraction rate of grass carp scale,silver carp scale and sardine scale reached 91.7%,89.3% and 88.9%. Eventually,the joint production technology was verified and the result showed that the established joint production technology was stable and reliable,and may pave the way for industrial production.

fish scale;calcium citrate;collagen;collagen peptide;joint production

2016-06-13

胡杨(1987-)，男，博士，讲师，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：huyang@mail.hzau.edu.cn。

*通讯作者:熊善柏(1963-)，男，博士，教授，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：xiongsb@mail.hzau.edu.cn。

湖北省自然科学基金青年科学基金(2015CFB391)；华中农业大学自主科技创新基金(2662015QC014)；国家自然科学基金青年科学基金(21506070)；现代农业产业技术体系专项(CARS-46-23)。

TS254.9

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000