大學化學中熱水法提取魚鱗明膠實驗分析

李志　謝維威　楊祎

摘要 為了豐富農科大學有機化學實驗內容，本文介紹了一種熱水法較短時間從魚鱗中提取明膠的技術，并用比色法對提取效率進行評價。結果表明，該方法適合推廣為農科大學有機化學或者綜合化學實驗。

關鍵詞 魚鱗；明膠；熱水提取法；農科大學；化學實驗

中圖分類號 G642；TS254.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）13-0285-02

Abstract In this research，we introduced an extraction technology of gelatin from fish scale by hot water method in a short time.The colorimetric method was used to evaluate the extraction efficiency.This research can enrich agricultural science university organic chemistry experiment contents.The results showed that the method is suitable to be applied to university organic chemistry or comprehensive chemistry experiment.

Key words fish scale；gelatin；hot water extracting method；agricultural science university；chemistry experiment

我國淡水魚產量豐富，居世界首位。每年淡水魚加工業的廢棄物總量達200萬t以上，其中魚鱗約占15%。這些副產物的加工和利用程度很低，除少部分用于制造飼料魚粉外，其余都被廢棄，不僅造成了資源的極大浪費，還嚴重污染了環境。回收利用魚鱗不僅能實現環境保護，還可以提高廣大研究者的研究興趣、激發學生的探索熱情。

現有的大學化學實驗教材中，有一些實驗涉及到天然產物的提取，但多是從植物體中提取有機物，如從茶葉中提取咖啡因、從植物中提取葉綠素、從果皮中提取果膠等，從動物體中提取有機物的實驗很少涉及。蛋白質是一種重要的有機化合物，是《有機化學》和《生物化學》等教材中的一章重要內容。本研究可以作為大學有機化學實驗，尤其是農科類有機化學實驗以及大學化學綜合實驗的補充內容，通過該實驗可以使學生熟悉蛋白質、明膠等物質的區別，掌握魚鱗中明膠的提取方法和羥脯氨酸法分析明膠含量的方法，對學生掌握蛋白質相關內容、分析蛋白質含量有十分重要的意義。

1 實驗目的

①了解魚鱗的組成成分。②了解膠原蛋白的結構及檢測方法，了解膠原蛋白轉變為明膠的過程。③掌握萬能粉碎機、分光光度儀等儀器的使用方法。④掌握比色法測定羥脯氨酸的方法。

2 實驗原理

2.1 魚鱗成分介紹

魚鱗是魚體與外界接觸的邊緣組織，含有豐富的蛋白質和各種礦物質，起到保護魚體免遭損害的作用，是魚類皮膚經長期進化而形成的衍生物。魚鱗主要由蛋白質和羥基磷灰石組成，其中蛋白質占50%～70%，主要為膠原蛋白和少量的角蛋白、球蛋白、粘蛋白等[1-3]。

完整結構的膠原蛋白是一種纖維蛋白，相對分子質量為3 000 kDa，最普遍的結構特征是三螺旋結構，由3條左手螺旋構型的α多肽鏈組成。3條肽鏈相互纏繞成右手螺旋結構，即超螺旋結構。它不溶于冷水和溫水，也不溶于酸、堿或鹽的稀溶液中。膠原蛋白局部水解后轉變為明膠[4-6]。

角蛋白是硬蛋白的一種，具有纖維結構，在水、鹽類溶液及稀的酸、堿溶液中完全不溶解。球蛋白、粘蛋白等雜蛋白含量少，易溶。易在魚鱗的反復清洗和前處理過程被除去。

灰分物質主要由大量的羥基磷灰石[Ca（OH）2（PO4）6]和少量的無機鹽組成，這些鹽類可用鹽酸處理，使之變成可溶性鹽除去。

2.2 明膠

明膠已經失去了生物活性，是膠原在酸、堿、酶或高溫作用下的變性產物，主要有以下2個轉變過程。第一過程為熱變性，約40 ℃時發生。該過程使氫鍵或靜電性連接斷裂，相互纏繞的鏈彼此松開進入溶液，引起膠原螺旋解體，形成許多無規線團。但是因為交聯的穩定因素在起作用，單靠此過程還不足以使成熟的膠原轉化為明膠。第二過程是共價交聯的水解。交聯鍵斷裂形成明膠碎片（分子），才能制得明膠。實際上，斷裂鍵是隨機過程，由所處條件決定，與pH值及溫度直接相關，故明膠不是均一的蛋白質，而是一種混合物。因此，可以通過各種方式除去魚鱗中的有機和無機雜質，最終提取得到產物明膠。

除雜反應式（灰分）：Ca10（PO4）6（OH）2+20 HCl=10 CaCl2+6 H3PO4+2 H2O

2.3 明膠測定原理

羥脯氨酸是一種已有氨基酸，為膠原蛋白所特有，含量約為9%。將明膠水解之后測定其中的羥脯氨酸，再乘以相應系數即得到明膠含量。

本實驗中用比色法測定溶液中羥脯氨酸的含量。首先用氯胺T氧化羥脯氨酸生成含吡咯環的物質，然后以高氯酸溶液除去多余的氯胺T；然后加入對二甲基氨基苯甲醛溶液作為顯色劑，生成紅色化合物。用紫外-可見分光光度計測定560 nm處溶液吸光度，從而得到羥脯氨酸的含量。

3 試劑與儀器

試劑：鹽酸、氫氧化鈉、雙縮脲試劑（自制）、檸檬酸鈉、冰醋酸、檸檬酸、氯胺T、乙二醇獨甲醚、無水乙醇、濃硫酸、對二甲基氨基苯甲醛、高氯酸、L-羥脯氨酸標準品（99%）等。以上藥品除標注外均為分析純。

儀器：燒杯、試管、玻璃棒、容量瓶、移液管、量筒、電子天平DT200、分析天平、組織粉碎機、萬能粉碎機WF100、分光光度儀WFJ7200、比色皿、水泵、布氏漏斗、吸濾瓶、電磁攪拌器、水浴鍋等。

4 實驗步驟

4.1 實驗過程

4.1.1 原料前處理。對魚鱗原料進行清洗并晾干。稱取適量魚鱗，經組織粉碎機簡單除雜后，再用萬能粉碎機處理，粉碎成棉絮狀[7-9]，稱取7 g放入燒杯中。

4.1.2 除雜過程。加入0.4 mol/L鹽酸溶液150 mL[料液比（g∶mL）為1∶15]，電磁攪拌浸泡處理。2 h后抽濾，用去離子水洗滌濾餅至pH值為中性。將抽濾后固體放入燒杯中，再加入0.1mol/L氫氧化鈉溶液150 mL[料液比（g∶mL）為1∶15]，電磁攪拌浸泡處理。15 min后抽濾，用去離子水洗滌濾餅至pH值為中性。

4.1.3 產物提取。向固體物質中加入150 mL去離子水[料液比（g/mL）為1∶15]，60 ℃水浴加熱2.5 h，趁熱濾去固體物質得明膠溶液，用容量瓶將液體定容至100 mL。

4.2 含量檢測

對明膠溶液進行比色法檢測，測定其中明膠含量[10-13]。

（1）羥脯氨酸標準儲存液配制：準確稱取L-羥脯氨酸標準品（99%）100 mg，加入0.01 mol/L鹽酸中溶解，然后定容至100 mL，置于冰箱中保存，備用。

（2）羥脯氨酸標準工作液配制：吸取上述儲存液10 mL于容量瓶中，蒸餾水定容至100 mL（臨用前配），質量濃度為100 mg/L。

（3）樣品水解液配制：取樣品5 mL放入A號燒杯，向其中加入6 mol/L氫氧化鈉溶液25 mL，作為實驗組；取去離子水5 mL放入B號燒杯中，加6 mol/L氫氧化鈉溶液25 mL作為對照組。靜置20 min后用雙縮脲試劑定性檢測溶液。若A號燒杯無變色反應，就從A號燒杯中吸取5mL溶液調pH值約為7，定容至1 00mL容量瓶中。

（4）標準曲線繪制：分別吸取羥脯氨酸標準工作液0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 mL，用蒸餾水稀釋，定容至100 mL。分別取上述不同濃度梯度的標準液和樣品水解液1mL于試管中，加入檸檬酸緩沖液1 mL和0.05 mol/L氯胺T溶液1 mL，室溫（25 ℃）氧化10 min。然后加入高氯酸1 mL，放置10 min。最后加入對二甲基氨基苯甲醛顯色試劑1 mL，在65 ℃水浴顯色10 min。冷卻后，以蒸餾水為空白對照，測定560 nm處吸光度。以羥脯氨酸質量濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線，見圖1，求出回歸方程。

5 結果與討論

5.1 產率計算公式

在測定過程中，相當于將樣品稀釋了120倍，所以產率計算式為：

產率=■

其中，c為樣品中羥脯氨酸的濃度，n為稀釋倍數，V為產品原液總體積，11.1為轉換系數，m為魚鱗碎屑質量。

5.2 羥脯氨酸標準曲線

根據測定結果，羥脯氨酸標準曲線為y=0.066 6x+0.073 7。

5.3 測量結果及產率計算

A號樣品的吸光度為0.126。將數據代入羥脯氨酸標準曲線，得到對應濃度后再計算產率得1.49%。

6 注意事項

6.1 除雜過程

除雜時，應用電磁攪拌機攪拌，以增加反應速率。而且忌在除雜時加熱，否則目標產物會迅速流失，大大降低產量。另外，酸堿液濃度不應太高，處理時間不能太長，否則同樣會造成產物的大量溶解流失。

6.2 抽濾過程

本實驗中，所有的固液分離步驟均采用抽濾法，快速省力。但一定要注意在抽濾完成后趁濕轉移固體，否則固體物質粘滯在濾紙上不易轉移，會造成較大的實驗誤差。明膠溶液抽濾時，一定要趁熱抽濾，否則低溫下溶液將轉變為凝膠狀，導致抽濾無法進行。

6.3 羥脯氨酸含量測定

配制標準溶液時，一定要估算待測溶液濃度，使待測溶液濃度處于標準溶液濃度梯度之中，否則將有較大誤差。

7 結語

該研究內容是將北京農學院的大學生科研項目和基礎化學實驗課程體系改革教學研究項目相融合的范例。項目自立項以來，在培養學生科研興趣、熟悉科研流程，以及如何將科研成果與基礎化學實驗改革相結合方面做了許多有益的嘗試，本文介紹的大學生科研項目的成果可以作為農科院校學生有機綜合實驗的內容，為豐富農科院校基礎實驗提供參考。

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