金鲳鱼皮中蛋白质和脂肪含量及其明胶中蛋白质含量的检测

金鲳鱼皮明胶流变性质广东海洋大学学报Journal of Guangdong Ocean University第 39卷 第 6期2019年 12月Vol.39 No.6Dec. 2019 第6期曾少葵等：金鲳鱼皮明胶流变性质109 曾少葵，吴文龙，章超桦，等.金鲳鱼皮明胶流变性质[J].广东海洋大学学报，2019，39（6）：108-114. 金鲳鱼皮明胶流变性质 曾少葵1,2,3，吴文龙1,2,3，章超桦1,2,3，王瑶珠1，苏伟明1,2,3 （1.广东海洋大学食品科技学院/2.广东省水产品加工与安全重点实验室/3.水产品深加工广东普通高等学校重点实验室，广东湛江 524088） 摘 要：【目的】研究金鲳鱼(Trachinotus ovatus)鱼皮明胶流变性质。【方法】利用氨基酸分析仪测定明胶的氨基酸 组成，并对 66.7 g·L-1明胶凝胶的动态粘弹性进行分析比较。【结果】金鲳鱼皮明胶氨基酸组成中每 1 000总氨基 酸残基中甘氨酸为 334个，亚氨基酸脯氨酸和羟脯氨酸共 184个，凝胶强度为 342 g； 66.7 g·L-1金鲳鱼皮明胶溶 液粘度为 7.13 cp，凝胶温度及熔胶温度分别为 20.4℃和 28.3℃，乳化性及乳化稳定性分别为 8.32 m2/g、34 min。【结论】金鲳鱼皮明胶凝胶强度优于牛骨明胶，凝胶温度、熔胶温度低于牛骨明胶，更适合应用于要求低温贮藏 的可食膜或微胶囊基料。 关键词：金鲳鱼皮；明胶；氨基酸组成；流变性质 中图分类号：TS254.9 文献标志码：A 文章编号：1673-9159（2019）06-0108-07 doi：10.3969/j.issn.1673-9159.2019.06.014 Research on the Rheological Properties of Skin Gelatin from Golden Pomfret(Trachinotus ovatus) ZENG Shao-kui1,2,3, WU Wen-long1,2,3, ZHANG Chao-hua1,2,3,WANG Yao-zhu1, SU Wei-ming1,2,3 （1. College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China//2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety, Zhanjiang 524088, China//3. Key Laboratory of Advanced Processing of Aquatic Products of Guangdong Higher Education Institution, Zhanjiang 524088, China ） Abstract: 【Objective】The rheological properties of golden pomfret(Trachinotus ovatus) skin gelatin were researched. 【Method】The amino acid composition of gelatin was determined by amino acid analyzer. And the dynamic viscoelasticity of 66.7 g·L-1 gelatin gel was analyzed. 【Result】In amino acid composition of golden pomfret skin gelatin, there are 334 glycine and 184 imino acids including proline and hydroxyl-proline residues per 1000 total amino acid residues, respectively. The gel strength of golden pomfret skin gelatin was 342 g. Rheological behaviors indicated that viscosity of the 66.7 g·L-1solution was 7.13 cp. The gelling and melting points were 20.4 and 28.3 ℃, respectively. The emulsion activity and emulsion stability were 8.32 m2/g and 34 min, respectively.【Conclusion】The gel strength of the golden pomfret skin gelatin was better than that of bovine bone gelatin. The gelling and melting 收稿日期：2019-07-19 基金项目：广东普通高等学校水产品高值化加工与利用创新团队（GDOU10106030503）；2016年广东省应用型科技研发专项资金项目 （2016B020235002） 第一作者：曾少葵（1963－），女，硕士，教授，研究方向为水产品高值化加工与利用。E-mail: zsk1105@126.com 通信作者：章超桦，E-mail：chz2382@126.com points were lower than those of bovine bone gelatin. Therefore, the gelatin extracted from golden pomfret skin is suited to use as material to make microcapsules or edible films in low temperature. Key words: golden pomfret skin; gelatin; amino acid composition; rheological property 明胶是一种不可逆的胶原蛋白水解物，已被作 为一种天然的增稠剂、乳化剂、胶冻剂、稳定剂、发泡剂、分散剂及澄清剂，广泛应用于食品、医药、化妆品制造等领域。通常，明胶以陆上动物的猪皮、牛皮或牛骨为提取原料。近年来，由于口蹄疫和疯 牛病等疾病的爆发，使哺乳动物明胶的安全性备受 人们的关注。目前，从水产动物组织中提取明胶已 成为该领域的研究热点。Zeng等[1-2]对罗非鱼皮、鱼鳞明胶的理化性质进行了分析；郑雅爻等[3]对鲢 鱼皮明胶提取方法及谷氨酰胺转氨酶改性对明胶 结构和膜性能的影响进行了探讨；沙小梅等[4]对草 鱼鱼鳞明胶进行糖基化反应，研究糖基化鱼鳞明胶 消化后多肽的抗氧化活性。金鲳鱼(Trachinotus ovatus)，学名卵形鲳鲹，分布于印度洋、印度尼西 亚、澳洲、日本、美洲的热带及温带的大西洋海岸 及中国黄海、渤海、东海、南海。目前，广东、福 建已实现网箱养殖。据统计，2016年我国金鲳鱼产 量约为 10万 t[5]，近年产量逐年增加，2018年，仅 广西铁山港区深水抗风浪网箱养殖示范区内的金 鲳鱼产量就达到了 4.4万 t[6]。金鲳鱼的鱼皮含有丰 富的胶原蛋白[7]，适合于提取明胶。因此，本研究 利用酸碱二元法提取金鲳鱼皮明胶，并对其流变性 质及功能性质进行探讨，旨在为金鲳鱼皮高值化利 用提供一条行之有效途径。 1 材料与方法 1.1 材料 鲜活金鲳鱼购自湛江昌大昌超级购物广场有 限公司，运到实验室手工宰杀后，除去内脏、取皮、清洗后冷冻至-18℃备用；牛骨明胶(150AB8)购买 于罗赛洛(广东)明胶有限公司。 1.2 仪器 TMS-pro质构仪为 Food Technology Corperation (U·S·A)产品，835-50氨基酸分析仪为日本 HITACHI 公司产品，HAAKE MARSⅢ模块化高级流变仪为德 国赛默飞世尔科技公司产品，UV-756MC紫外分光 光度计为日本岛津公司产品。 1.3 方法 1.3.1 明胶提取 金鲳鱼皮明胶提取参照 ZENG 等方法[1]进行。将洗净后金鲳鱼皮剪碎，按料液 比 1∶10（g·mL-1）于 3.0 g·L-1 NaOH溶液中浸泡 160 min，每隔 40 min更换 1次 NaOH溶液，以除 去非胶原成分，然后洗涤至中性后沥干，浸于 0.7‰HCl溶液（料液比 1∶10, g·mL-1）160min，每隔 40 min换 1次溶液，使黑膜基本脱净，再洗涤至中 性，按鱼皮重 1.5倍加入水，在 50 ℃熬胶，然后用 200目筛过滤得到澄清胶液，再在 5 000 r/min下离 心 15 min，将上清液 60 ℃真空浓缩至 10 brix后，置于 65 ℃恒温干燥，得到成品。 明胶得率=干明胶质量/鱼皮原料质量， （1）蛋白质回收率=明胶得率×明胶粗蛋白含量/鱼皮粗蛋白质含量。 （2） 1.3.2 基本成分测定 水分测定采用常压干燥 法[8]；粗蛋白测定采用半微量凯氏定氮法[9]；粗脂 肪测定采用索氏抽提法[10]；总糖测定采用硫酸-苯 酚法[11]；灰分测定采用高温灼烧法[12]。1.3.3 氨基酸分析 明胶经6 mol·L-1 HCl 110 ℃水解24 h，将水解液过滤，滤液蒸干除去 HCl，然 后用 1 mL（pH 2.2）柠檬酸钠缓冲液溶解，定容后 过滤，用日立 835-50型高速氨基酸分析仪测定氨基 酸。 1.3.4 胶原蛋白含量测定 采用分光光度法测定 羟脯氨酸[13]，按下式计算胶原蛋白含量。 胶原蛋白含量=羟脯氨酸含量×11.1。 （3） 1.3.5 凝胶强度测定 根据MUYONGA方法[14]测 定凝胶强度并进行校正。将明胶于 60℃水中溶解 成 66.7 g·L-1溶液，于（10 ± 1）℃凝胶 16～18 h 后，在 TMS-Pro质构仪上用直径 12.7 mm的平头圆 柱探头以 0.5 mm/s速度测定，压入冻胶表面 4 mm 处所承受的最大力为 M（g）。凝胶强度按下式校 正： 凝胶强度= M×[P/(100 – W- A)]2 ， （4） 式中 P、W及 A分别为明胶的粗蛋白、水分及 灰分含量。 1.3.6 透射比测定 参照 GB 6783-2013[15]方法，在 45℃下，采用分光光度计测定 66.7 g·L-1明胶溶 液在波长 620 nm下的透射比。 1.3.7 流变性质测定 将明胶在 60℃溶解制成 66.7 g·L-1溶液，采用同心圆筒探头，设置 1.9 mm 间隙、40℃、控制应力 3Pa及速率 100.0s-1在 HAAKEMARSⅢ模块化高级流变仪测定 4min的 粘度[16]。 将66.7 g·L-1明胶溶液冷却至7℃凝胶16~18 h，根据GUDMUNDSSON方法[17]，测定以0.75℃/min 降温及升温过程明胶凝胶的动态粘弹性变化。G′为 弹性模量，G″为粘性模量，损耗角正切tan δ=G″/ G′。从35℃至15℃降温时，G′与G″相交处（即tan δ=1）对应的温度为凝胶温度，从15℃至35℃升温时G′与G″相交处对应的温度即为熔胶温度。 1.3.8 pH测定 将明胶于 60℃水中溶解成 10.0g·L-1明胶溶液，用 pH仪测定其 pH。 1.3.9 氮溶解指数测定 明胶的氮溶解指数 (Soluble nitrogen in-dex, NSI)是指明胶中水溶解性 氮占总氮百分率。将明胶于 60℃溶解成 20.0 g·L-1溶液，采用福林酚法[18]测定其上清液中蛋白质含 量，按下式计算氮溶解指数。 氮溶解指数=溶液蛋白质含量/明胶粗蛋白含量。（5）1.3.10 乳化性和乳化稳定性测定 参照 PEARCE 方法[19]测定明胶乳化性（Emulsifying activity，EAI）和乳化稳定性（Emulsion stability，ESI）。将 2 mL 花生油与 6 mL20.0 g·L-1明胶溶液混合，20000r/min均质 10 min，在混合 0 min和 10 min后从容 器底部吸取乳液 1 mL，用 0.1%SDS稀释 100倍后 于涡旋振荡器混合 10 s，分别测定 500 nm处光密度 值 D0、D10。乳化性和乳化稳定性按下式计算： 其中，E, S分别为乳化性（m2/g）及乳化稳定性 （min），D0、D10分别为 0、10 min乳液光密度值， l为光路（0.01m），c为蛋白浓度（g/m3），θ为分 散相体积分数（0.25），)t。为时间间隔（10 min）。 1.3.11 持水性和吸油性测定 将一定量明胶置于 离心管中，加入 50 mL蒸馏水或 10 mL花生油，每 15 min用涡旋振荡器混合 5 s，1 h后离心（3 000r/min，20 min），除去上清液，将离心管倾斜 45度 角于滤纸上继续排水或油 30 min后，称量吸水或油 后明胶和离心管的总质量[20]。 其中，MT为吸水或吸油后明胶和离心管总质 量，M0为离心管质量，Mg为明胶质量。 1.3.12 数据处理 采用 IBM®SPSS®Statistics V19和Microsoft®Excel2013对实验数据进行统 计、分析，采用 LSD检验组间的差异，P< 0.05作 为差异显著的标志。 2 结果 2.1 鱼皮基本成分 金鲳鱼鱼皮经去鳞、清洗、剪碎、沥干后测定 其基本成分及胶原蛋白含量，结果见表1。 表1 基本成分及胶原蛋白质量分数 Table 1 Proximate composition and collagen content % 水分 粗蛋白 粗脂肪 灰分ash 总糖 胶原蛋白 moisture crude protein crude lipid total sugar collagen 59.91±0.12 32.65±0.19 7.35±0.04 0.38±0.02 0.39±0.02 27.50±0.42 注:粗蛋白质量分数= N×5.51。 Note: The conversion factor for calculating the content of crude protein is 5.51. 由表 1可知，金鲳鱼皮中粗蛋白含量丰富，与 罗非鱼皮（33.14%）、黄鳍金枪鱼皮（32.66%）基 本持平，高于军曹鱼皮（28.53%）[21]。金鲳鱼皮 胶原蛋白含量约占其粗蛋白 84%，可见是提取明胶 的良好原料。 2.2 明胶得率及基本成分 按1.3.1方法提取金鲳鱼皮明胶得率为19.43%（以湿基计）。测定所得明胶基本成分，并与牛骨 明胶进行比较，结果如表2所示。 表2 明胶基本成分质量分数 Table 2 Proximate composition of gelatins % 水分 moisture 粗蛋白 粗蛋白回收率 种类kind 灰分ash protein re- covery rate crude protein 金鲳鱼皮明胶golden pomfret skin gelatin 7.13±0.11 0.10±0.01 87.79±0.09 52.24 牛骨明胶bovine bone gelatin 9.03±0.23 1.02±0.06 82.08±0.27 — 注:粗蛋白质量分数= N×5.51 Note: The conversion factor for calculating the content of crude protein is 5.51. 根据国家标准要求，明胶水分含量应小于或等 于14%，灰分含量不高于2%[15]。由表2可知，金鲳 鱼皮明胶这2项含量均较低，而粗蛋白含量为94.5%（以干基计），比商品牛骨明胶高。此外，粗蛋白 回收率高达52.24%，由此可见，本研究提取明胶的 方法是有效的。 2.3 氨基酸组成 金鲳鱼皮与牛骨明胶的氨基酸组成见表 3。 表 3 金鲳鱼皮明胶和牛骨明胶氨基酸组成 Table 3 Amino acid composition of gelatins of pomfret skin and bovine bone 氨基酸 金鲳鱼皮明胶 golden 牛骨明胶[2] 金鲳鱼皮明胶 golden 牛骨明胶[2] Amino acid pomfret skin gelatin bovine bone gelatin 氨基酸 Amino acid pomfret skin gelatin bovine bone gelatin 天冬氨酸 Asp 45±2 48 酪氨酸 Tyr 1±0 1 苏氨酸 Thr 24±1 18 苯丙氨酸 Phe 14±1 14 丝氨酸 Ser 32±1 34 赖氨酸 Lys 29±1 33 谷氨酸 Glu 75±2 82 组氨酸 His 6±0 5 甘氨酸 Gly 334±5 352 精氨酸 Arg 53±2 51 丙氨酸 Ala 131±2 121 脯氨酸 Pro 114±4 99 缬氨酸 Val 23±0 26 羟脯氨酸 Hyp 70±2 73 甲硫氨酸Met 19±1 3 氨基酸总量 Total 1000 1 000 异亮氨酸 Ile 10±1 12 亚氨基酸 Imino acids 184±3 172 亮氨酸 Leu 18±1 28 疏水性氨基酸/氨基酸总量（%） 32.9±0.2 30.3 注：每1 000个总氨基酸残基中的残基数 由表 3可知，金鲳鱼皮明胶氨基酸组成中甘氨 酸约占总氨基酸含量的 1/3，符合胶原蛋白氨基酸 组成 Gly-X-Y的特征。每 1 000个总氨基酸残基含 184个亚氨基酸，即脯氨酸和羟脯氨酸，高于牛骨 明胶及罗非鱼鳞明胶（173个）[2]，略低于罗非鱼 皮明胶（185个）[1]。丙氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸及脯氨酸等疏水性氨 基酸占总氨基酸的 32.9%。据报道，明胶的亚氨基 酸及疏水性氨基酸含量与其凝胶强度、热稳定性等 性质有关[22]。 2.4 理化性质 金鲳鱼皮明胶及牛骨明胶的凝胶强度、透射比 及 pH测定结果见表 4。 表4 明胶理化性质 Table 4 Physicochemical properties of gelatins 种类kind 凝胶强度 透射比 pH值value gel strength/g transmittance/% 金鲳鱼皮明胶golden pomfret skin gelatin 342±4a 38.27±0.15b 4.23±0.01 b 牛骨明胶 bovine bone gelatin 276±7b 93.57±0.12a 5.84±0.02 a 注：同一列标记相同字母即为差异不具统计学意义。 Note: Same letters in the same column indicated no significant difference. 由表 4可知，金鲳鱼皮明胶的凝胶强度优于牛 骨明胶、罗非鱼皮明胶（260 g）[1]及鲢鱼皮的明胶 （70 g）[3]，但低于猪皮明胶（367 g）[1]。明胶的 凝胶强度大小与其蛋白质分子量大小、分布、氨基 酸组成有关，受提取过程中酸碱处理的浓度及时间 影响[23]。 另外，金鲳鱼皮明胶在 620nm的透射比低于 国家标准的 50%[15]，工业化生产可以采用活性炭吸 附法来改善明胶透射比[24]。 2.5 流变性 2.5.1 动态粘弹性 测定 66.7g·L-1金鲳鱼皮及牛 骨明胶凝胶的动态粘弹性，弹性模量 G′、粘性模量 G″在降温及升温过程的变化规律如图１、图２所 示。 图1 金鲳鱼皮明胶凝胶动态粘弹性 Fig. 1 Dynamic viscoelasticity of golden pomfret skin gelatin gel 10 000 35 图 2 牛骨明胶凝胶动态粘弹性 Fig. 2 Dynamic viscoelasticity of bovine bone gelatin gel 弹性模量G′、粘性模量G″是表征高分子浓溶 液动态粘弹性的参数。从图1、图2可以知道，在 15℃时，金鲳鱼皮及牛骨明胶凝胶的弹性模量G′约是它们粘性模量G″的100倍。G′越大，则明胶弹 性越大，tan δ越小，体系弹性成分占优势，则表现 固体特征[25]。在升温过程中，金鲳鱼皮明胶与牛骨 明胶的凝胶均表现热可逆行为，这是由于明胶丝连 接区交联与离解作用所需的能量不同所致[26]。随着 温度升高，G′和G″下降，但2种明胶的变化幅度有 显著差异（P< 0.05），损耗角正切tan δ增加。金鲳 鱼皮明胶凝胶的G′随着温度升高呈下降趋势，G″无 显著变化，在温度28℃附近，G′迅速下降，当tan δ = 1时的温度为熔胶温度[17]。在降温过程，金鲳鱼和 牛骨明胶凝胶的G′、G″的变化趋势及幅度差异不显 著（P﹥0.5），当G′= G″即tan δ= 1的温度，为凝 胶温度。 2.5.2 凝胶温度、熔胶温度及粘度 流变仪测定 66.7g·L-1明胶溶液的粘度及从凝胶动态粘弹性图 得到的凝胶温度及熔胶温度见表 5。 表5 明胶流变性质 Table 5 Rheological properties of gelatins 种类kind 凝胶温度 熔胶温度 粘度 gelling point/℃ melting point/℃ viscosity/cp 金鲳鱼皮明胶 golden pomfret skin gelatin 20.43±0.01 a 28.33±0.01 b 7.13±0.17 b 牛骨明胶 21.98±0.02 a 34.22±0.03 a 8.50±0.12 a bovine bone gelatin 注:同一列标记相同字母即为差异不具统计学意义。 Note: Same letters in the same column indicated no significant difference. 从表5可知，金鲳鱼皮明胶的凝胶温度及熔胶 温度均低于牛骨明胶，高于罗非鱼皮（18℃，22.4℃）[1]及斑鱵（Hemiramphusfar）皮明胶 （19.5 ℃，25 ℃）[27]。可见，水生动物明胶的热稳 定性不如陆生动物明胶，适合用于作为冷冻食品的 微胶囊化或可食膜开发的基料。 粘度反映亲水性，与明胶分子量大小、分散性 及凝胶强度有直接关系。金鲳鱼皮明胶粘度略低于 牛骨明胶，但高于Mirzapour-Kouhdasht等[23]从鲤鱼 下脚料提取的明胶（6.77）。由此可推测，金鲳鱼皮 明胶成膜性略低于牛骨明胶，优于鲤鱼下脚料明胶。 2.6 明胶的溶解性 测定金鲳鱼皮明胶及牛骨明胶在25℃及 60℃的氮溶解指数，结果见表6。 表 6 明胶不同温度下的氮溶解指数 Table 6 Soluble nitrogen in-dex of gelatins at different temperature 种类 氮溶解指数NSI/% kind 25 ℃ 60 ℃ 金鲳鱼皮明胶/ golden pomfret skin 91.47±0.23c gelatin 48.07±0.12 b 牛骨明胶/ bovine bone gelatin 72.98±0.13 a 80.65±0.17 c 注：同一列或行标记相同字母即为差异不具统计学意义。 Note：Same letters in the same column or line indicated no significant difference. 由表6可知，常温下牛骨明胶的氮溶解指数高 于金鲳鱼皮明胶，然而在60℃时金鲳鱼皮明胶比 牛骨明胶更容易溶解，这可能与明胶的氨基酸组成 有关。从表3可知，金鲳鱼皮明胶氨基酸组成中，疏水性氨基酸所占百分比高于牛骨明胶，因而在常 温下两者的溶解性有显著差异（P< 0.05）。 2.7 明胶的功能性质 测定金鲳鱼皮明胶乳化性、稳定性、吸水性及 吸油性，并与商品牛骨明胶进行比较，结果如表 7所示。 表 7 明胶功能性质 Table 7 Function properties of gelatins 种类 乳化性 乳化稳定 吸水性 吸油性 kind EAI/(m2/g) 性ESI/min Water holding/% Oil binding/% 金鲳鱼皮明胶 golden pomfret 8.32±0.02 a 34.04±0.17 a 707±8.33 b 203±6.11 b skin gelatin 牛骨明胶 bovine bone 9.60±0.03 a 35.88±0.14 a 1713±6.11 a 219±4.62 a gelatin 注：同一列标记相同字母即为差异不具统计学意义。 Note: Same letters in the same column indicated no significant difference. 表7结果表明，金鲳鱼皮明胶的乳化性、乳化 稳定性以及吸油性与商品牛骨明胶没有显著差异 （P﹥0.5），但吸水性差异明显。这可能与加工明 胶的方法尤其是干燥方法有关，可通过喷涂卵磷脂 或用水解明胶以薄膜包覆明胶改善其吸水性[28]。 3 结论 （1）金鲳鱼皮中胶原蛋白占其粗蛋白比例高，可以用作提取明胶的原料。 （2）金鲳鱼皮明胶凝胶强度高于牛骨明胶，凝胶温度、熔胶温度低于牛骨明胶，适合用于作为 热敏性物质的微胶囊化基料。 参考文献 [1] ZENG S K, YAN X Y, CAO W H, et al. 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