[00118095]食用明胶的功能特性研究及其溯源体系构建

本课题来源863计划（淡水水产品加工废弃物的高值化综合利用）。 明胶是从哺乳动物的皮、骨、筋、腱等结缔组织中提取得到,原料有限,工艺复杂,且生产成本高,满足不了国内外市场需求。近年来,相继发生的多起明胶安全事件,也引起人们的恐慌,因此,寻找哺乳动物明胶替代物已成为研究热点。我国水产资源丰富,产量居世界首位,而大量水产品加工废弃物得不到综合利用,造成了严重的资源浪费。鱼鳞中含有丰富的胶原蛋白,可作为提取明胶的良好原料。虽然鱼明胶是公认的哺乳动物明胶最佳替代物,但是目前鱼明胶给公众的商业兴趣是不够的,原因主要在于鱼明胶（尤其是冷水鱼明胶）的成胶温度和胶融温度低,致使其在多数场合下无法替代哺乳动物明胶进行应用。 哺乳动物的胶原蛋白同源性非常高,致使明胶的鉴定和定量十分困难。目前,有少量研究报道,运用生物质谱技术进行明胶种类的鉴定。Ocana 等人利用3mol/L 的盐酸将牛明胶水解,进而利用生物质谱仪检测特征性多肽而达到鉴定牛明胶的目的;Zhang 等人利用胰蛋白酶将牛明胶和猪明胶水解,再利用HPLC-MS/MS 分别检测牛明胶和猪明胶的特征性多肽;Yilmaz 等人研究了乳制品中明胶的溯源性问题,利用生物质谱技术检测了乳制品中添入明胶的特征性多肽。生物质谱技术还只停留于明胶种类的鉴定,尚未发现明胶的定量研究。近年来,在生物化学和医药领域,生物质谱技术从定性分析向定量测定的快速深入发展,为食品领域明胶的定量提供了思路。如果能利用生物质谱技术同时鉴定和定量哺乳动物明胶,将有效促进明胶在食品行业的发展。 主要结论如下： （1）研究在低温加热条件下（60℃）,超声波辅助制备技术对鱼鳞明胶得率、凝胶性能（凝胶强度、胶融温度）和结构特性的影响。在同等条件下（即相同的制备温度和时间）,超声波辅助低温加热法制备的鱼鳞明胶得率显著高于空白组。超声波辅助 1h 制备的鱼鳞明胶具有高凝胶强度和胶融温度,含有较多的 α 链。然而,长时间的超声波处理会致使明胶降解,游离氨基含量增多,外观孔洞增加,进而降低凝胶强度和胶融温度。 （2）采用硫酸铵分级沉淀法分离鱼鳞明胶组分,研究硫酸铵对鱼鳞明胶凝胶强度和分子结构特性的影响。硫酸铵不会破坏鱼鳞明胶红外光谱图的特征性吸收峰（酰胺 A、酰胺 I 带、酰胺 II 带和酰胺 III 带）和 X-射线衍射图的特征性衍射峰（分别为 7°和 20 - 21°附近的衍射峰）。低饱和度（如 20%）的硫酸铵能够提高鱼鳞明胶的凝胶强度。随着硫酸铵饱和度的增加,分离沉淀的鱼鳞明胶凝胶强度逐渐降低。低硫酸铵饱和度分离得到的鱼明胶组分具有更强的氢键、更多的三股螺旋结构、更高的分子量分布和更致密的微观结构。此外,高凝胶强度的鱼明胶含有更多的高分子量组分和更致密的微观结构。 （3）研究pH值、无机盐、热处理温度和时间对鱼鳞明胶凝胶强度和胶融温度的影响,并对其表观结构进行研究。结果表明：鱼鳞明胶的凝胶强度和胶融温度随pH值的升高呈先增大后减小的趋势,pH 9时达到最大,此时其形貌为光滑平整的网络结构;不同的盐对鱼鳞明胶的凝胶性能产生不同影响,NaCl和MgCl2可降低其凝胶强度和胶融温度,加入（NH4）2SO4后,其胶融温度最高,而加入NaH2PO4后,其凝胶强度最大;加热温度和时间对鱼鳞明胶的凝胶性能也有一定的影响,60℃时凝胶强度最大,但是随着加热时间的延长,凝胶性能逐渐降低。 （4）以钙离子溶出量和羟脯氨酸溶出量为评价指标, 研究了 HCl 对鳙鱼鱼鳞脱钙效果的影响。结果表明:低浓度 HCl 会增加鱼鳞中羟脯氨酸的溶出量; 随着 HCl 浓度、浸酸时间和料液比的增加,钙离子溶出量显著增加,再逐步呈现平稳趋势。文中还比较了脱钙前后鱼鳞的表面结构: 结果表明,脱钙前鱼鳞因羟基磷灰石等无机矿物质的附着呈白色粗糙紧致状,脱钙后的鱼鳞呈透明状,网络结构清晰突出,有利于后期提取中胶原蛋白的溶出。 （5）运用质谱技术和胰蛋白酶催化的 18O 标记法建立牛明胶和猪明胶的定量方法,并对该方法的特异性、灵敏度、动态范围和重现性进行了评价。HPLC-LTQ/Orbitrap 高分辨率质谱可准确地鉴定牛明胶和猪明胶的修饰位点,并检测到 18 个牛明胶和猪明胶的特征性多肽。经胰蛋白酶催化,牛明胶和猪明胶的特征性多肽均能被 H218O 的 2 个 18O 原子标记,引起质量增加 4Da。当 18O 和16O 标记物以 20:1、5:1、1:1 和 1:5 混合时,选取的 10 个牛明胶特征性多肽实测平均比例分别为 20.41 ± 0.84、4.93 ± 0.07、1.00 ± 0.02 和 0.19 ± 0.02,选取的 10个猪明胶特征性多肽实测平均比例分别为 20.59 ± 0.56、4.97 ± 0.11、0.99 ± 0.04和 0.20 ± 0.02,表明定量方法的准确度高。基于质谱技术和 18O 标记法建立的定量方法具有良好的特异性、灵敏度和重现性,动态范围为 0.2-20（18O/16O 浓度比）。