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深海红鱼(Sebastes mentella)胶原蛋白的制备及其理化特性研究

王林  
【摘要】: 我国是渔业大国,但水产品加工水平较低,加工废弃物产量极大,形成了严重的资源浪费和环境污染。疯牛病、口蹄疫、猪链球菌、H1N1流感等传染病的频繁爆发,使传统上牲畜来源胶原蛋白的安全性越来越让人担心;同时,宗教原因也使其应用受到一定的限制。为提高我国水产品加工技术水平,寻找牲畜胶原蛋白的替代来源,本文研究了深海红鱼加工废弃物胶原蛋白的制备与理化特性,主要结果如下: 1.加工废弃物中大量的灰分和脂质可以分别用EDTA和正己烷有效地去除,并且蛋白质具有较高的回收率。鱼皮、鱼鳞和鱼骨胶原蛋白(SKC、SCC、BOC)的提取率分别为47.5%、6.8%和10.3%。变性温度分别为16.1℃、17.7℃和17.5℃,低于绝大多数其它鱼种和陆生哺乳动物。这些胶原蛋白均主要为Ⅰ型胶原蛋白;具有相似的氨基酸组成和羟基化程度,并且亚氨基酸含量较低,这也是胶原蛋白变性温度较低的主要原因。这些胶原蛋白还完整地保持了其特有的三股螺旋结构,但也存在轻微差异,SKC拥有较高的分子有序度和分子间交联度,而SCC和BOC拥有较多的氢键和较低的肽链展开度。 2.鱼皮酸溶性和酶溶性胶原蛋白(ASC、PSC)的提取率分别为47.5%和92.2%,但ASC的纯度(76.3 mg Hyp/g胶原蛋白)显著高于PSC(74.8 mg Hyp/g胶原蛋白)。ASC的特性黏度(15.9 dL/g)明显高于PSC(14.6 dL/g),表明ASC可能由于较多多聚体的存在而具有较高的平均分子量。ASC变性温度(16.1℃)稍高于PSC(15.7℃),说明经胃蛋白酶限制性水解所得的胶原蛋白仍具有三股螺旋结构。ASC和PSC均主要为Ⅰ型胶原蛋白;具有相似的氨基酸组成和较低的亚氨基酸含量,这也导致了胶原蛋白较低的热稳定性。FTIR显示,ASC保持了完整的三股螺旋结构,并且具有较高的分子间交联度;PSC由于其N末端和C末端非螺旋区的丢失,其结构发生了轻微的变化,但由于大量氢键的存在,其三股螺旋结构仍占主导地位。 3.通过响应曲面方法,优化得到了超声波辅助提取鱼皮酶溶性胶原蛋白的最佳工艺:提取时间18 h、超声波功率505 W,超声波时间15 min。在此条件下,胶原蛋白的提取率和理化特性与传统提取方法没有显著差异,然而,利用超声波处理将提取时间从传统方法的40 h缩短到了18 h,大大提高了制备效率。 4.鱼皮的胃蛋白酶限制性水解产物经DEAE-纤维素柱层析后得到了三个组分。SDS-PAGE和氨基酸组成表明这三个组分分别为Ⅰ型胶原蛋白(PSC-Ⅰ,79.4%)、Ⅴ型胶原蛋白(PSC-Ⅴ,8.4%)和非胶原蛋白质(NC,2.1%)。与哺乳动物皮肤不同,没有发现Ⅲ型胶原蛋白的存在。由于PSC-Ⅰ较高的分子交联度,其黏度和黏度转化温度范围(14.4 dL/g、8℃)显著高于PSC-Ⅴ(13.5 dL/g、5℃);而PSC-Ⅴ较高的总亚氨基酸含量(17.1%)和羟基化程度(44.7%)使其变性温度(17.8℃)明显高于PSC-Ⅰ(15.9℃)。此外,PSC-Ⅰ和PSC-Ⅴ均保持了三股螺旋结构,但与PSC-Ⅴ相比,由于较多氢键的存在,PSC-Ⅰ分子间交联度较高,肽链展开度较低。


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