青鱼鱼鳞柠檬酸法脱钙工艺的优化

肖 莉， 郭玉华， 李敬芬

(湖州师范学院 生命科学学院， 浙江 湖州 313000)



青鱼鱼鳞柠檬酸法脱钙工艺的优化

肖 莉， 郭玉华， 李敬芬

(湖州师范学院 生命科学学院， 浙江 湖州 313000)

以柠檬酸为脱钙剂，在单因素实验的基础上，引入星点设计-响应面优化法，考查料液比、柠檬酸浓度及脱钙时间3个因素对青鱼鱼鳞脱钙率的影响，建立了各因素与鱼鳞脱钙率关系的数学回归模型.结果显示，青鱼鱼鳞最佳脱钙工艺为：柠檬酸浓度为4.77%，提取时间为77.32 min，料液比为15.80，最佳脱钙率为76.46%.

柠檬酸； 脱钙率； 星点设计-效应面法； 青鱼

0 引 言

青鱼属于我国常见的淡水鱼类之一，养殖经济效益较好.由于鱼类加工企业普遍规模较小，青鱼加工过程中产生的鱼鳞、鱼皮及鱼骨等副产物数量逐年增加.目前，这部分副产物无法得到有效利用，造成了严重的资源浪费和环境污染.

研究发现，鱼鳞中富含生物活性物质Ⅰ型胶原，在食品、医药及化妆品行业具有广泛的应用前景[1]，但鱼鳞的胶原纤维层受到羟基磷灰石保护，因此要提取鱼鳞中的胶原蛋白，首先需要进行脱钙处理[2].近年来，国内不少学者对于鱼鳞脱钙工艺的研究多集中于鳙鱼、鲤鱼、鲢鱼、罗非鱼等鱼类，尚未见对青鱼鱼鳞进行研究的报道[3-6].

本研究采用柠檬酸为脱钙剂，考查了料液比、柠檬酸浓度及脱钙时间对鱼鳞脱钙率的影响.通过引入星点实验设计，结合响应面法优化青鱼鱼鳞脱钙工艺，为青鱼鱼鳞中胶原蛋白的综合利用提供技术参考.

1 实验材料与方法

1.1 试剂与仪器

青鱼鱼鳞：收集于本地农贸市场，经清洗晾干，冷冻保存备用.

碳酸钙、无水碳酸钠、浓硫酸、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、氯化铵、高氯酸、铬黑T、乙醇等均为市售分析纯.

AL-204型电子分析天平(Mettler-Toledo公司)、SX-4-10高温箱式电阻炉(上海洪纪仪器公司)、79-1磁力加热搅拌器(江苏德科仪器有限公司)、pH7110实验室台式pH测试仪(德国WTW公司).

1.2 鱼鳞基本组分测定

水分：直接烘干法.总钙含量：湿法消化.脂肪：索氏提取法.总蛋白：凯氏定氮法.灰分：干法灰化.

1.3 钙离子标准曲线的绘制

准确称取干燥至恒重的无水碳酸钙2.50 g，溶解定容至500 mL，配制成标准溶液，此溶液含钙离子的浓度为2 mg/mL.分别准确吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、6.00 mL钙标准溶液于150 mL锥形瓶中，加入蒸馏水至总体积达20 mL，再加入15 mL的氨性缓冲液，3滴铬黑T指示剂，用0.01 mol/L的EDTA标准溶液滴定，当溶液由酒红色变为蓝色时记为滴定终点，记录EDTA滴定体积.以EDTA滴定体积为横坐标，钙离子浓度为纵坐标绘制钙离子标准曲线.

1.4 鱼鳞脱钙率的测定

准确称取一定重量的青鱼鱼鳞，置于50 mL烧杯中，加入适量柠檬酸溶液，磁力搅拌一定时间后，抽滤，精密吸取1 mL滤液于锥形瓶中，按照1.3中方法进行滴定，记录EDTA的消耗体积.根据1.3中钙离子回归方程计算钙离子浓度，并根据下式计算脱钙率(δ).

式中：C为由标准曲线得到的钙离子浓度，mg/mL;V1为柠檬酸体积，mL；X为滴定时稀释定容倍数；M为青鱼鱼鳞的质量，g；H为鱼鳞总钙含量，g/g.

1.5 星点设计法优化提取条件

在预实验的基础上，运用星点设计原理，确定柠檬酸浓度(A)、脱钙时间(B)及料液比(C)是自变量，鱼鳞脱钙率(δ)为响应值，设计20组实验.因素水平编码如表1所示.

表1 因素水平

2 结果与分析

2.1 青鱼鱼鳞基本组分测定结果

总蛋白质量含量比较高，达55.4%；灰分含量为20.4%，总钙含量(H)为13.9%，灰分的大部分组分为钙，进一步验证了脱钙处理是胶原蛋白提取的关键步骤；水分含量为13.5%，脂肪含量为1.7%.

2.2 钙离子标准曲线

以EDTA滴定体积为横坐标，钙离子浓度为纵坐标绘制钙离子标准曲线，得线性回归方程：

C=0.018 3V-0.040 3(R2=0.999 7)，

其中：C为钙离子浓度；V为EDTA消耗体积.

2.3 星点设计实验结果分析

2.3.1 实验结果

采用星点实验设计方法进行青鱼鱼鳞脱钙工艺的研究，共设计20组实验，实验结果见表2.

表2 星点实验设计及结果

表2(续)

2.3.2 模型拟合

以脱钙率为因变量，对各因素进行多元线性回归和二项式拟合.

多元线性回归方程：

δ=70.90 -1.07A-0.015B+1.76C(R2=0.7644，P>0.05).

二项式拟合方程：

δ=75.94-1.07A-0.015B+1.76C-1.14AB-1.67AC+

1.35BC-3.55A2-0.80B2-3.03C2(R2=0.9168，P<0.01).

从拟合方程的相关系数可见，多元线性回归方程的相关系数较低，回归拟合度不佳，表示各因素对青鱼鱼鳞脱钙率的影响不是简单的线性关系，因此该数学模型不合适.而多元二项式拟合方程相关系数较高，R2=0.916 8，拟合效果较好，模型P<0.01，回归模型显著，可以用此模型分析和预测青鱼鱼鳞脱钙的工艺结果.

2.3.3 效应面优化和验证

应用designer-expert7.5软件，以青鱼鱼鳞脱钙率为评价指标，相对于其中两个因素绘制三维效应面图，结果见图1～图3.

由图1～图3可知，在一定区域内，青鱼鱼鳞脱钙率随着柠檬酸浓度的增大而减小，随着料液比的增大而增大，随着脱钙时间的延长而增大.根据designer-expert7.5软件的分析结果，得出最优工艺为：柠檬酸浓度为4.77%，脱钙时间为77.32min，料液比为15.80，最佳脱钙率为76.46%.

按照优化后的工艺条件进行3次平行验证实验，平均脱钙率达到(76.46±0.21)%，预测值和实测值间差距较小，说明该优化工艺较为稳定可靠.

3 结 论

在单因素实验的基础上，选择柠檬酸浓度、脱钙时间、料液比为考查因素，青鱼鱼鳞脱钙率为评价指标，应用designer-expert7.5软件绘制各因素对指标的三维效应面图，直观地描绘出各个因素的影响，分析得到最佳脱钙工艺.

尽管响应面优化法实验次数相对较多，但基于其考查因素的水平范围大，预测值更接近实测值，因此拟合预测能力相对于正交优化设计更为优异可靠，预计该实验设计方法在淡水鱼鱼鳞脱钙工艺的优化研究中将有更为广泛的应用.

[1]樊世芳,王利强,游柳青.鱼鳞胶原蛋白的研究进展[J].包装工程,2004,35(23):6-12.

[2]IKOMAT,KOBAYASHIH,TANAKAJ,etal.PhysicalpropertiesoftypeIcollagenextractedfromfishscalesofPagrusmajorandOreochromisniloticas.[J].InternationalJournalofBiologicalMacromolecules,2003,32(3～5):199-204.

[3]蒋柏泉，曾芳，曾庆芳，等.磁力搅拌柠檬酸法鳙鱼鱼鳞脱钙的工艺探讨[J].南昌大学学报，2013，35(3)：252-256.

[4]张俊杰，段蕊，薛婉丽.鲤鱼鱼鳞在盐酸脱钙过程中的变化[J].氨基酸和生物资源,2009，31(1)：44-47.

[5]陈日春.鲢鱼鱼鳞的脱钙工艺[J].农产品加工学刊，2013(2)：42-44.

[6]刘海梅，李敏，杨丽.罗非鱼盐酸脱钙工艺研究[J].鲁东大学学报，2011，27(4)：339-341.

[责任编辑 邵圣文]

The Optimization of Decalcification Process from Black Crap Scale with Citric Acid

XIAO Li, GUO Yuhua, LI Jingfen

(School of Life Science, Huzhou University, Huzhou 313000, China)

This paper investigated the optimal decalcification process from black crap scale with citric acid by central composite design/ response surface methodology. According to the single factor experiments, the effects of three independent variables (solid-liquid ratio, citric acid concentration and decalcification time) on the decalcification rate were studied, and a mathematical model was developed to describe the relationship between the independent variables and the decalcification rate. By response surface analysis, the optimum between the scheme of decalcification process were 4.77% citric acid, 77.32 min for decalcification and 15.80 fold solvent, under which the decalcification rate reached 76.46%.

citric acid; decalcification rate; central composite design/response surface methodology; black crap

2017-03-18 基金项目:浙江省教育厅一般科研项目(Y201224067). 通信作者:肖莉，博士，讲师，研究方向：天然药物研究与开发.E-mail:01369@zjhu.edu.cn

TS254.9

A

1009-1734(2017)04-0021-05