鱼皮胶原蛋白的脱脂除杂工艺研究进展

张廷友，公维洁，鲍海琴，卓先勤

（海南热带海洋学院，海南三亚 572022）

0 引言

胶原蛋白作为一种天然高分子功能性蛋白质，在细胞中扮演组合组织的重要角色。它具有其他材料不具备的生物相容性、可降解性和生物活性，它能参与细胞的迁移、分化和繁殖，还可以使骨腱、软骨及皮肤具有一定的机械强度。因此，作为高档材料广泛应用于医疗、保健、食品、化妆品及美容产品等领域。传统上讲胶原蛋白主要来自猪、牛等陆生动物的皮和骨。近年来，人们开始探求高质量和高安全性的胶原蛋白原料，因此从水产加工过程中的废弃物鱼皮、鱼鳞中提取胶原蛋白得到人们的广泛关注。研究表明，水产品胶原蛋白在特性、组成、溶解性上都表现出显著不同，同时在使用安全性方面也显示出独特的优势。

我国是水产大国，水产品产量逐年增加，水产养殖产量占全球水产总量的1/4。鱼类产品在加工过程中，必然会产生大量的下脚料，如鱼皮、鱼鳞和鱼骨等，占鱼身总质量的40%～55%，这部分废弃物利用率很低，仅有一小部分被加工成饲料和肥料，大部分被直接丢弃，不仅会造成环境的污染，而且导致资源浪费。据报道，鱼皮、鱼鳞中粗胶原蛋白约占80%，充分合理利用这些废弃物提取胶原蛋白，不仅可以提高鱼产品加工的附加值，而且能变废为宝，减少环境污染，创造良好的经济效益。

1 鱼皮的研究现状

国内外很多学者围绕鱼皮的应用开展了相关研究，主要围绕鱼皮有效成分的提取，包括提取明胶、胶原蛋白和胶原蛋白肽等。

1.1 鱼皮提取明胶

明胶，是胶原断裂后的主要产物，是动物的皮、骨、软骨、韧带、肌膜等组织中的胶原蛋白，经适当的温度水解提取得到的高分子多肽的高聚化合物。一直以来，明胶被广泛用于食品、材料、医药、摄影等诸多领域。目前，对于鱼皮提取明胶的研究主要集中在利用不同的试剂从不同种类鱼皮中提取明胶。

Cho S M等人[1]以黄鳍金枪鱼背部皮肤为原料，采用响应面方法优化明胶的提取工艺，最终确定的提取工艺为质量分数为1.89%的NaOH浸泡2.87 d，再用6 mol/L的HCl中和处理，于58.15℃下提取4.72 h，在此工艺下所得明胶的凝胶强度达429.1 g，明胶得率为89.7%（以羟脯氨酸含量计）。Karayannakidis P D等人[2]也对黄鳍金枪鱼背部鱼皮明胶提取工艺进行了研究，用0.2 mol/L NaOH浸泡鱼皮1 h，再用0.1 mol/L乙酸处理1 h，随后在55℃条件下提取6 h，所得明胶品质较优，并且明胶提取率显著提高。Ladislaus等人[3]用响应面法优化了草鱼鱼皮提取明胶的工艺，酸法提取后的明胶得率为19.83%。Liu H Y等人[4]用氢氧化钙溶液处理斑点叉尾鱼皮，于43.2℃的热水浴中浸提，制得具有较大强度的明胶。位绍红等人[5]通过比较酸、碱、酶不同的前处理，筛选出提取罗非鱼鱼皮明胶的最佳水解方法为酶法。

1.2 鱼皮提取胶原蛋白

胶原蛋白是一种白色、不透明、无支链的纤维性蛋白质。它含有大量的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，所以营养丰富，在动物组织中扮演重要角色。近年来，鱼皮提取胶原蛋白已成为关注的热点，诸多学者对胶原蛋白的提取、结构及性质进行了研究。秦玉青等人[6]以盐法提取胶原蛋白，在0℃下，采用2%的氯化钠处理鱿鱼皮制备盐溶性胶原蛋白，其得率为63.8%（以湿基计）。陈小娥等人[7]以胃蛋白酶处理安康鱼皮制备胶原蛋白，通过正交试验得出最优提取条件为胃蛋白酶添加量1%，料液比1∶10，处理时间6 h，温度5℃，提取率为11.1%，纯度为95.5%。林琳等人[8]分别采用柠檬酸、醋酸、乳酸提取草鱼鱼皮胶原蛋白，试验证明选用0.5 mol/L的柠檬酸溶胀草鱼皮制得胶原蛋白的得率最高，达到92.88%。此外，还进行紫外光谱分析和氨基酸组成分析，结果表明，制得的胶原蛋白最大吸收峰为230 nm，为典型的胶原蛋白。杨贤庆等人[9]用热水法提取胶原蛋白，在4℃下用0.213 mol/L盐酸浸泡罗非鱼鱼皮21 min，然后用42℃水浴浸提12.6 h，制得罗非鱼鱼皮胶原蛋白。该胶原蛋白为典型的Ⅰ型胶原蛋白，凝胶强度为682 g，黏度为1.461 dl/g。王林等人[10]以超声波辅助提取深海红鱼胶原蛋白，得出最佳工艺为提取时间18 h，超声功率505 W，超声时间15 min，在此条件下，胶原蛋白的提取率为93.6%，与传统方法相比提取时间缩短30 h，胶原蛋白主要为Ⅰ型。黄雯等人[11]选淡水鱼斑点叉尾鮰和海水鱼蓝点马鲛鱼皮作为原料，采用改良后的方法提取胶原蛋白。提取方法改良如下：在预处理阶段，鱼皮样品被尽可能切碎且调节溶液更换频率；在提取阶段，在盐析步骤前，添加三羟甲基氨基甲烷粉末将醋酸溶液的酸碱值调节至中性。结果表明，应用改良后的方法提取胶原蛋白，提取周期缩短为7 d。王金梅等人[12]利用超声波辅助提取草鱼皮胶原蛋白，通过响应面试验得到最优工艺条件为超声功率310 W，超声时间10 min，酶解时间29 h，提取率达68.67%。杨奕楷等人[13]以鳕鱼加工副产物鱼皮为原料，优化研究热水提取胶原蛋白的工艺条件。通过响应面试验得到最佳提取条件为提取温度80℃，提取时间9h，料液比1∶17（mg∶mL），试验得率为41.78%。

1.3 鱼皮提取胶原蛋白肽

胶原蛋白肽是明胶或胶原蛋白酶解的产物，水解后产物具有更多的亲水基团，表现出其与皮肤相容性好。目前，胶原蛋白肽的提取主要分为2个步骤。首先是通过水解、酸解、碱解等方法提取胶原蛋白或明胶，接着将得到的胶原蛋白或明胶通过体外酶水解的方式制得胶原蛋白肽。

刘唤明等人[14]以罗非鱼皮为原料，接入枯草芽孢杆菌进行发酵，制备胶原蛋白肽，鱼皮蛋白的酶解度高达36.88%。刘振锋等人[15]以鱿鱼皮为原料，采用分步酶解的方法制得胶原蛋白肽，胶原蛋白肽酶解度为24.32%，多肽转化率为58.68%。王国强等人[16]以长鳍金枪鱼鱼皮为原料，采用复合酶三步酶解法制备胶原蛋白多肽，得到分子量在3 kD以下的多肽占到85%以上。白晨洁等人[17]发现了用低共熔溶剂（DESs）高效高纯度地从鳕鱼皮中提取不同分子量胶原蛋白肽的方法，并对其浸出机理进行了研究。

1.4 鱼皮提取其他有效成分

一些学者还做了其他方面的研究，张虹等人[18]采用复合酶解法提取鮟鱇鱼皮中硫酸皮肤素，最佳提取工艺为复合酶（木瓜蛋白酶∶胰酶=1∶2，m∶m）2.5%，按料液比（g∶mL）1∶26加入蒸馏水，在76℃下提取19 h，3倍体积乙醇沉淀，冷冻干燥后得到硫酸皮肤素粗品。孙萍等人[19]以鳕鱼皮为原料，采用木瓜蛋白酶和胰酶混合酶法提取硫酸皮肤素。最佳工艺为料液比1∶25（mg∶mL），酶添加量0.5%，pH值8.5，提取时间22 h，提取温度50℃，并通过乙醇沉淀得到最终产品，提取率达到4.409%。张莲姬等人[20]采用化学法从粉碎的干泥鳅鱼皮中提取黑色素，确定最佳提取工艺为盐酸浓度5 mol/L，料液比1∶30，提取温度70℃，酶解时间2 h。张金玲等人[21]以三文鱼皮为原料分别从脱脂液和脱脂鱼皮中提取虾青素。结果表明，脱脂液中加入1∶1二氯甲烷虾青素提取率最高，脱脂鱼皮中虾青素提取的最佳条件为NaOH浓度0.3 mol/L，加碱量（原料∶NaOH，m∶V） 1∶10，提取时间18 h，中性蛋白酶加酶量350 U/g，提取温度40℃，酶解时间7 h。

2 鱼皮中的杂质

鱼皮中除富含胶原蛋白（约占鱼皮总量的25%）外，还含有约2%的杂蛋白，为了使胶原蛋白能满足不同领域的要求，在鱼皮胶原蛋白提取前需对原料鱼皮进行除杂处理。此外鱼皮中脂肪含量较高，且大多数为不饱和脂肪酸，在加工和贮藏过程中容易氧化变质，因此在其加工利用前脱脂也成为一道必不可少的工序。

3 鱼皮脱脂除杂处理方法

3.1 鱼皮脱脂的方法

脱脂方法主要有蒸煮法、溶剂萃取法、乳化法、碱皂化法和酶法。

蒸煮法利用底物受热变性特点，高温使部分脂肪溶出来降低脂肪含量，这种方法使得部分脂肪溶解，但仍然有部分留存，因此脱脂率较低。

溶剂萃取法是以有机溶剂来溶解鱼皮中的脂类物质，根据2种不相溶的液相中各组分溶解度的不同达到分离的目的。常用的溶剂有甲醇、乙醇、乙醚、异丙醇、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、正己烷、石油醚等。此法有机溶剂价格昂贵、成本较高、有毒且易燃、设备投资高、操作工艺繁琐，还会污染环境。黄爱妮等人[22]分别采用正丁醇、无水乙醚、正丁醇与无水乙醚联用对鲢鱼鱼皮进行脱脂处理。筛选出无水乙醚为最佳脱脂试剂，在料液比1∶80（g∶mL）下处理16 h除去脂肪最佳。冷云等人[23]用乙醚以1∶3（W∶V） 的比例浸泡脱72h，乙醚溶剂换液2次后，脂肪残留率为0.12%。分别研究正丁醇、正己烷、无水乙醚、异丙醇4种脱脂剂处理草鱼鱼皮的脂肪脱除率，最终得出草鱼皮脱脂预处理的最佳条件为以10%正丁醇为脱脂剂，料液比1∶20，脱脂24 h，鱼皮脱脂率达84%。夏珊珊等人[24]在用10%异丙醇溶液，料液比为1∶15，处理时间为20 h条件下脱脂。史刘辉[25]用正己烷4℃静态浸泡8 h脱脂，脱脂率达到91.18%。Nagai T等人[26]采用正丁醇浸泡方法对鱼皮进行脱脂，耗时48 h左右，期间需要多次更换浸泡液。张强等人[27]使用正己烷对鲢鱼鱼皮进行脱脂，耗时6 h，需2次更换浸泡液，脂肪溶出率为74.86%，而胶原蛋白溶出率为4.3%。

乳化法是利用乳化剂将互不相容的两相形成乳状液。乳化剂可以改善脂肪与水之间的表面张力，使脂肪分子易溶解于水。李晔等人[28]分别以3‰NaOH溶液、3‰Na2CO3溶液、1%NP-10溶液、10%十二烷基苯磺酸钠（SDBS） 溶液、1%AEO-9溶液及蒸馏水为脱脂剂，对巴沙鱼皮进行脱脂，最终筛选出NP-10为最优脱脂剂。最佳脱脂条件为超声功率密度2.22×104W/m3，NP-10体积分数1%，料液比1∶5.5，超声时间3 h，脱脂率达到82.59%。

碱皂化法是在碱性条件下，使脂肪发生水解反应。常用到的试剂有碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠。脱脂的过程中可以使用单盐，也可用复合盐，该方法在实际应用中最多。

酶法脱脂是依据脂肪酶特异性作用于脂类物质的酯键，生成脂肪酸和甘油，脂肪酸在碱性环境下，与碱性物质发生皂化反应生成皂盐类物质，漂洗去除，进而达到脱脂的目的。酶法具有专一性，脱脂过程中只酶解脂肪的酯键，不会影响产品的主要物性。此外，酶是天然产物，具有用量少、降解快的特点，对制品不会产生负效应；酶反应条件温和、易控制，具有安全性和特异性等特点；操作简单，调节单因素即可调节脱脂效果，因此碱性脂肪酶等碱性蛋白酶对鱼皮进行脱脂具有较好的安全效益和健康效益，应用也较广泛。李佳等人[29]以脂肪酶对罗非鱼皮进行脱脂处理，经过单因素试验和正交试验得出脱脂最佳工艺为酶添加量2%，pH值9，脱脂3 h，料液比1∶4，温度40℃，脱脂率达67.5%。梁鹏等人[30]用碱性脂肪酶对鲶鱼皮脱脂工艺进行优化，最佳的脱脂工艺为碱性脂肪酶添加量0.5%，pH值9，脱脂60 min，脱脂率高达65.31%。以罗非鱼皮为原料，用响应面分析法优化脂肪酶脱脂工艺，最优条件为加酶量0.5%，pH值9，温度39℃，脱脂56 min，鱼皮脱脂率为63.71%。

3.2 除杂蛋白的方法

除杂方法主要有搅拌浸泡处理法、超声波辅助分离法和浸灰法。

搅拌浸泡处理法是长时间搅拌浸泡处理，这不仅耗时、耗能、耗溶剂、生产成本高、除杂不完全，且产生大量的废水，造成资源的浪费及环境的污染，且长时间的浸泡处理会造成胶原蛋白的变性，导致其热稳定性变差，致使胶原蛋白的失活，限制胶原蛋白的应用。

超声波辅助分离法目前已经广泛运用到许多领域上。鱼皮中杂蛋白主要存在于鱼皮的表面上，在低温下超声波辅助碱液分离方法能促进鱼皮表面上的杂蛋白快速有效地分离，达到鱼皮除杂的效果。超声波辅助分离不仅能缩短鱼皮除杂分离的时间、减少溶剂的使用量、提高分离效率，且低温短时间的超声分离并不会对后续胶原蛋白的热稳定性、物理化学性质产生影响，胶原蛋白的生物活性保持不变。原料在一定温度条件下用石灰乳进行一系列的处理，这一过程叫做浸灰。

浸灰法与其他制取胶原的方法相比耗时较长，但此种方法可以最大限度地去除鱼皮中的脂肪和杂蛋白。黄爱妮等人[22]分别采用NaOH，NaCl，Na2CO3，NaCl与NaOH联用，NaCl与Na2CO3联用对鲢鱼鱼皮进行脱杂蛋白处理，得到最优工艺为杂蛋白脱除试剂Na2CO3溶液，浓度0.6 mol/L，25℃下处理2次，每次6 h，脱杂蛋白效果最好。冷云等人[23]分别采用0.15 mol/LNaCl，0.25 mol/LNaHCO3，0.25 mol/LNaOH和0.5 mol/L Na2CO3溶液，对金枪鱼皮进行脱杂蛋白处理，得出用0.25 mol/L NaOH，以料液比1∶30，4℃脱杂3 h，胶原蛋白的纯度较好。

4 结语

我国水产资源丰富，越来越多的水产动物成为获取胶原蛋白的重要来源，相关产品的应用正在逐渐得到推广，并且已有部分产品投放市场，如有公司将鱼皮中提取的胶原蛋白制成止血海绵，还有各种胶原蛋白粉及胶原蛋白口服液。随着对胶原蛋白微观结构研究的深入，科学家们正在将胶原蛋白应用到生物材料中。但是，鉴于目前市场上胶原蛋白及相关制品的价格昂贵。如何提高水产品胶原蛋白的提取率和纯度是亟需解决的问题。此外，如何利用水产胶原蛋白的理化性质和生物学性能使其在进一步加工利用中发挥更大的作用，创造更多的经济价值，也需要深度研究。