酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的響應(yīng)面優(yōu)化提取

梁巧榮等

摘要：以優(yōu)化提取率為目標(biāo)，采用響應(yīng)面法考察液料比、乙酸濃度、時(shí)間和溫度4因素對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響。結(jié)果表明，乙酸濃度、時(shí)間、溫度對提取率的影響顯著，最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時(shí)間6.2 h，溫度63 ℃，此條件下得到的提取率為9.88%。

關(guān)鍵詞：羅非魚鱗；膠原蛋白；響應(yīng)面法

中圖分類號：TS254.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）02-0395-03

Optimizing the Extraction of Acid Soluble Tilapia Scale Collagen by

Response Surface Methodology

LIANG Qiao-rong，JI Ying-jun，LIU Yong，WEI Shou-lian

（School of Chemical and Engineering， Zhaoqing University， Zhaoqing 526061， Guangdong，China）

Abstract： Using extraction rate as target the extraction of the acid soluble tilapia scale collagen was optimized by response surface method on four factors including ratio of liquid to solid， acetic acid concentration， time and temperature. The results showed that the acetic acid concentration， time and temperature had significant influence on the extraction rate. The best extraction rate was 9.88% when it is at 63 ℃ for 6.2 hours with liquid to solid ratio of 30∶1 and acetic acid concentration of 1.2 mol/L.

Key words： tilapia scales； collagen； response surface methodology

肇慶市是廣東省羅非魚重點(diǎn)產(chǎn)區(qū)和出口重要基地，主要以冷凍魚片形式出口歐美。在魚片加工過程中會產(chǎn)生大量魚鱗等下腳料，這些下腳料一般用作動物飼料，深加工利用程度很低，這樣不但浪費(fèi)寶貴的蛋白資源，而且還可能造成環(huán)境污染。

魚鱗約占魚體重5%，含有豐富膠原蛋白。膠原蛋白具有良好的生物相容性、生物降解性和低免疫排斥性，被廣泛應(yīng)用于日用化工、食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域[1-3]。膠原蛋白基生物醫(yī)用材料在人造皮膚、人造血管、藥物載體、創(chuàng)傷修復(fù)等領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注[1，4]，在全球每年銷售額已超過40億美元。因此，開發(fā)新的膠原蛋白資源特別是魚類膠原蛋白受到重點(diǎn)關(guān)注[5，6]。本研究對酸溶性魚鱗膠原蛋白的提取工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，建立提取工藝模型，探索最佳提取條件，以期為進(jìn)一步開發(fā)利用魚鱗膠原蛋白提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羅非魚鱗由恒興水產(chǎn)公司提供；乙酸、高氯酸、羥脯氨酸、氯胺T、對二甲基氨基苯甲醛、乙二醇甲醚等試劑均為分析純。

TD3C800B型離心機(jī)（湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司），DFY-250A型高速組織粉碎機(jī)（上海比朗儀器有限公司），754型紫外可見分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 酸溶性魚鱗膠原蛋白制備工藝 羅非魚鱗→清洗干凈→脫脂除鈣→干燥→粉碎→懸浮液→酸提→離心→上清液→透析→干燥→酸溶性膠原蛋白。

1.2.2 酸溶性魚鱗膠原蛋白提取率的測定 將除雜魚鱗粉與一定濃度的乙酸溶液配成懸浮液，在一定溫度下恒溫酸提一段時(shí)間后，離心，取上清液參照文獻(xiàn)[7，8]的方法測定其羥脯氨酸含量。以羥脯氨酸為標(biāo)準(zhǔn)品，其標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為Y=0.347 3X-0.012 67 （R2=0.998 8）。酸溶性魚鱗膠原蛋白提取率按下式計(jì)算：

式中，m為除雜魚鱗粉的質(zhì)量，g；C為提取液羥脯氨酸的濃度，g/mL；V為提取液的體積，mL。

1.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果和中心復(fù)合設(shè)計(jì)原理，以提取率為優(yōu)化目標(biāo)，選擇液料比、乙酸濃度、時(shí)間、溫度進(jìn)行4因素3水平響應(yīng)面試驗(yàn)。試驗(yàn)因素水平編碼表見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)結(jié)果見表2。采用Design-Expert軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到提取率與液料比、乙酸濃度、時(shí)間、溫度的回歸方程（實(shí)際值）為：

2，說明回歸方程極顯著，試驗(yàn)誤差小。另外，失擬項(xiàng)P值為0.371 7，差異不顯著，說明該回歸方程能較好地描述酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取。

由表4可知，乙酸濃度、時(shí)間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著。各因素對提取率影響大小順序?yàn)橐宜釢舛?、溫度、時(shí)間、液料比。另外，AD、BC、B2、C2、D2對提取率的影響顯著。

2.2 響應(yīng)面分析

液料比、乙酸濃度、時(shí)間與溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率影響的響應(yīng)曲面與等高線見圖1。從圖1可知，因素乙酸濃度的曲面比較陡，軸向等高線比較密，說明乙酸濃度對提取率的影響最顯著；而液料比的曲面平緩，軸向等高線在試驗(yàn)范圍內(nèi)沒有觀察到，表明液料比對提取率的影響最不顯著。另外，從圖1中各圖等高線的形狀還可知，因素B與C交互作用顯著，B與D、C與D有一定的交互作用；A與D的等高線形狀和曲面為鞍形，交互作用顯著。

2.3 最佳提取工藝的確定與試驗(yàn)驗(yàn)證

由Design-Expert得到酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時(shí)間6.2 h、溫度62.6 ℃，提取率的預(yù)測值為10.17%。根據(jù)試驗(yàn)情況，確定最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時(shí)間6.2 h、溫度63 ℃。在此條件下進(jìn)行平行試驗(yàn)3次，得到提取率平均值為9.88%，相對誤差為2.85%。結(jié)果表明該回歸方程用于分析酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取是可靠的。

3 小結(jié)與討論

采用響應(yīng)面法對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取進(jìn)行了優(yōu)化。因素乙酸濃度、時(shí)間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著，各因素對提取率的影響大小為乙酸濃度、溫度、時(shí)間、液料比。最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時(shí)間6.2 h、溫度63 ℃，此條件下的提取率為9.88%，與預(yù)測值相比無顯著差異。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉 永，崔英德，尹國強(qiáng)，等.組織工程用蛋白基水凝膠[J].材料導(dǎo)報(bào)，2008，22（8）：25-28.

[2] ROCHE S， RONZIERE M C， HERBANGE D， et al. Native and DPPA cross-linked collagen sponges seeded with fetal bovine epiphyseal chondrocytes used for cartilage tissue engineering[J]. Biomaterials，2006，22（1）：9-18.

[3] 吳 波，陳運(yùn)中.魚鱗膠原蛋白的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26（4）：29-32.

[4] 汪海波，汪海嬰，梁艷萍，等.草魚魚鱗膠原蛋白的凝膠性能研究[J].功能材料，2012，43（4）：433-441.

[5] SANKAR S， SEKAR S， MOHAN R， et al. Preparation and partial characterization of collagen sheet from fish scales[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2008，42（1）：6-9.

[6] SAITO M， TAKENOUCHI Y，KUNISAKI N，et al. Complete primary structure of rainbow trout type I collagen consisting of α1（I） α2（I） α3（I） heterotrimers[J]. European Journal of Biochemistry，2006，268（10）：2817-2827.

[7] 張俊杰，曾慶孝.比色法測定魚鱗中羥脯氨酸的研究[J].食品科技，2004（4）：83-85.

[8] 郭恒斌，曾慶祝，閆 磊，等.分光光度法測定魚皮中羥脯氨酸含量[J].現(xiàn)代食品科技，2007，23（7）：81-83.

2.3 最佳提取工藝的確定與試驗(yàn)驗(yàn)證

由Design-Expert得到酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時(shí)間6.2 h、溫度62.6 ℃，提取率的預(yù)測值為10.17%。根據(jù)試驗(yàn)情況，確定最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時(shí)間6.2 h、溫度63 ℃。在此條件下進(jìn)行平行試驗(yàn)3次，得到提取率平均值為9.88%，相對誤差為2.85%。結(jié)果表明該回歸方程用于分析酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取是可靠的。

3 小結(jié)與討論

采用響應(yīng)面法對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取進(jìn)行了優(yōu)化。因素乙酸濃度、時(shí)間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著，各因素對提取率的影響大小為乙酸濃度、溫度、時(shí)間、液料比。最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時(shí)間6.2 h、溫度63 ℃，此條件下的提取率為9.88%，與預(yù)測值相比無顯著差異。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉 永，崔英德，尹國強(qiáng)，等.組織工程用蛋白基水凝膠[J].材料導(dǎo)報(bào)，2008，22（8）：25-28.

[2] ROCHE S， RONZIERE M C， HERBANGE D， et al. Native and DPPA cross-linked collagen sponges seeded with fetal bovine epiphyseal chondrocytes used for cartilage tissue engineering[J]. Biomaterials，2006，22（1）：9-18.

[3] 吳 波，陳運(yùn)中.魚鱗膠原蛋白的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26（4）：29-32.

[4] 汪海波，汪海嬰，梁艷萍，等.草魚魚鱗膠原蛋白的凝膠性能研究[J].功能材料，2012，43（4）：433-441.

[5] SANKAR S， SEKAR S， MOHAN R， et al. Preparation and partial characterization of collagen sheet from fish scales[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2008，42（1）：6-9.

[6] SAITO M， TAKENOUCHI Y，KUNISAKI N，et al. Complete primary structure of rainbow trout type I collagen consisting of α1（I） α2（I） α3（I） heterotrimers[J]. European Journal of Biochemistry，2006，268（10）：2817-2827.

[7] 張俊杰，曾慶孝.比色法測定魚鱗中羥脯氨酸的研究[J].食品科技，2004（4）：83-85.

[8] 郭恒斌，曾慶祝，閆 磊，等.分光光度法測定魚皮中羥脯氨酸含量[J].現(xiàn)代食品科技，2007，23（7）：81-83.

2.3 最佳提取工藝的確定與試驗(yàn)驗(yàn)證

由Design-Expert得到酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L，時(shí)間6.2 h、溫度62.6 ℃，提取率的預(yù)測值為10.17%。根據(jù)試驗(yàn)情況，確定最佳提取條件為：液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時(shí)間6.2 h、溫度63 ℃。在此條件下進(jìn)行平行試驗(yàn)3次，得到提取率平均值為9.88%，相對誤差為2.85%。結(jié)果表明該回歸方程用于分析酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取是可靠的。

3 小結(jié)與討論

采用響應(yīng)面法對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白的提取進(jìn)行了優(yōu)化。因素乙酸濃度、時(shí)間、溫度對酸溶性羅非魚鱗膠原蛋白提取率的影響顯著，各因素對提取率的影響大小為乙酸濃度、溫度、時(shí)間、液料比。最佳提取條件為液料比30∶1、乙酸濃度1.2 mol/L、時(shí)間6.2 h、溫度63 ℃，此條件下的提取率為9.88%，與預(yù)測值相比無顯著差異。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉 永，崔英德，尹國強(qiáng)，等.組織工程用蛋白基水凝膠[J].材料導(dǎo)報(bào)，2008，22（8）：25-28.

[2] ROCHE S， RONZIERE M C， HERBANGE D， et al. Native and DPPA cross-linked collagen sponges seeded with fetal bovine epiphyseal chondrocytes used for cartilage tissue engineering[J]. Biomaterials，2006，22（1）：9-18.

[3] 吳 波，陳運(yùn)中.魚鱗膠原蛋白的研究進(jìn)展及應(yīng)用[J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26（4）：29-32.

[4] 汪海波，汪海嬰，梁艷萍，等.草魚魚鱗膠原蛋白的凝膠性能研究[J].功能材料，2012，43（4）：433-441.

[5] SANKAR S， SEKAR S， MOHAN R， et al. Preparation and partial characterization of collagen sheet from fish scales[J]. International Journal of Biological Macromolecules，2008，42（1）：6-9.

[6] SAITO M， TAKENOUCHI Y，KUNISAKI N，et al. Complete primary structure of rainbow trout type I collagen consisting of α1（I） α2（I） α3（I） heterotrimers[J]. European Journal of Biochemistry，2006，268（10）：2817-2827.

[7] 張俊杰，曾慶孝.比色法測定魚鱗中羥脯氨酸的研究[J].食品科技，2004（4）：83-85.

[8] 郭恒斌，曾慶祝，閆 磊，等.分光光度法測定魚皮中羥脯氨酸含量[J].現(xiàn)代食品科技，2007，23（7）：81-83.