鱼类明胶蛋白基可食性包装膜的基础研究

Gelatin is well-known to have excellent film-forming capability, the application of fish gelatin to prepare edible films has thus been received increasing attention by researchers recently. However, little information concerning the mechanism of film formation for fish gelatin is available. Furthermore, the effect of pH, ionic strength, hydroxyapatite and polysaccharide on film formation and physical properties of fish gelatin films in relation to primary structure of protein molecular and their protein fractions, has never been reported. Therefore, the objectives of this project are to extract gelatin from freshwater fish skins and scales generated in the processing factories of fish fillets and surimi, and to isolate main protein fractions of gelatin by membrane technology and ion-exchange chromatography. The primary structure of the collagen molecule will be determined using purified collagen α-component. Then the interaction and film-forming abilities of main gelatin fractions will be analyzed by examining the effect of pH, ionic strength, hydroxyapatite, polysaccharide and cross-linking agent on the properties of edible films prepared from fish gelatin fractions. Through this project, the film-forming characteristics of fish gelatin in the biomimetic conditions will be elucidated, and the role of protein fractions in the gelatin film formation will be revealed. The technology and experimental methods of natural polymer materials science, protein chemistry, food chemistry and modern biological technology will be integrated in this project. The anticipated results can provide reliable theoretical basis and technical support for preparing edible packaging films using fish processing wastes.

鱼类明胶蛋白具有良好的成膜能力，利用其作为可食膜研究材料日益受到重视。但是，对鱼类明胶蛋白成膜机理、蛋白分子一级结构与蛋白膜理化性质之间的相关性，尤其是明胶蛋白组分以及pH、离子强度、羟基磷灰石和多糖高分子等对成膜性能的作用仍不明确。本项目以淡水鱼加工废弃物鱼皮、鱼鳞为原料提取明胶，通过膜分离技术结合离子交换色谱手段分离明胶蛋白主要组分，纯化胶原蛋白α肽链并测定其特征多肽一级结构，详细分析明胶蛋白主要组分之间的相互作用关系及成膜性能。探讨pH、离子强度、羟基磷灰石、多糖高分子和交联剂等对它们的影响。通过本项目，将阐明鱼类明胶蛋白在仿生条件下的成膜特性，从原理上揭示明胶蛋白主要组分在成膜过程中的作用。本项目整合了天然高分子材料学、蛋白质化学、食品化学和现代生物技术等相关领域的技术手段和实验方法，研究结果可为高效利用鱼类加工废弃物以获得可食性包装材料提供可靠的理论基础和技术支撑。

鱼类明胶蛋白具有良好的成膜能力，利用其作为可食膜研究材料日益受到重视。因此，本项目以鱼皮、鱼鳞为原料提取明胶，通过膜分离技术结合离子交换色谱手段分离明胶蛋白主要组分，纯化胶原蛋白α肽链并测定其特征多肽一级结构，详细分析明胶蛋白主要组分之间的相互作用关系及成膜性能。. 利用超滤法对明胶α亚基进行了分离，可以分别得到较纯的α1、α2亚基。α2亚基中酪氨酸含量高于α1亚基，结果α2亚基在280 nm附近存在明显的吸收峰。DSC分析结果显示明胶、α1及α2亚基的玻璃化转变温度分别为136.48 oC，126.77 oC和119.43 oC。α1亚基的比浓粘度和变性温度均高于α2亚基，并且当α1/α2比例为2时，溶液的粘度出现最大值，表明了α1亚基对明胶的热稳定性起主要作用。α1亚基制备的膜的抗拉伸强度(TS)高于α2亚基，当α1/α2比例为2时获得的膜具有最高的TS和断裂延伸率(EAB)。在10 oC和15 oC下制备的膜其TS和EAB均优于20 oC和25 oC下制备的膜。CD光谱表明含有α1亚基的成膜溶液在15 oC或更低温度下干燥时，形成的膜含有三股螺旋结构。. 研究了胶原的一级结构与其成膜性能的相关性。结果发现，利用罗非鱼皮胶原膜的抗拉伸强度(TS)可以达到51.24 MPa，高于鲢鱼和草鱼皮胶原膜。利用RT-PCR和RACE的技术克隆得到鲢鱼胶原α1链和α1链的基因。比对三种胶原α1链一级结构，发现罗非鱼胶原C-前肽和三螺旋结构域中G-X-Y序列中有更多的Pro，推测α1链可能在胶原的成膜性能中起重要作用。 . 利用TGase和SPI对鱼鳞明胶膜耐水性能进行改良，并对其作用机理进行探究。结果发现，SPI和TGase在鱼鳞明胶膜耐水性能的改良上具有较好的协同作用，二者同时添加可显著降低鱼鳞明胶膜的耐水性能。SPI在TGase诱导交联的鱼鳞明胶膜耐水性能改良上起着重要的作用。. 考察了热处理对鱼皮/鱼鳞明胶膜性质的影响。发现对明胶膜进行高温(100 ºC或以上)热处理一段时间后，明胶膜中的α1肽链、α2肽链、β肽链及其高分子聚合物之间可通过侧链亲水基团的脱水缩合反应发生共价交联，明胶膜的机械性能和耐水性能可以得到明显的改善。