酶法制备明胶过程中工艺参数的优化

宋艾青

（普邦明胶（温州）有限公司，浙江温州 325401）

酶法制备明胶过程中工艺参数的优化

宋艾青

（普邦明胶（温州）有限公司，浙江温州 325401）

摘 要：明胶是胶原蛋白部分水解的产物，是从动物的皮、骨等结缔组织中提取而成，广泛应用于感光材料、药品和食品中。为达到提高明胶的产率和质量的目的，采用酶法制备明胶，对胃蛋白酶酶酶解过程进行了研究，并对相应参数进行了优化。最终得出了最佳的工艺参数为使用胃蛋白酶酶解，酶解的初始pH为2～ 3；间歇搅拌，反应时间为5 h～6 h；酶用量为0.28 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程的初始pH为5，溶胶温度为70℃→75℃→85℃；搅拌速度为20 r/min～40 r/min。在此条件下，明胶产率可以达到20.37%，黏度可达9.53mPa·s，提高了明胶的产率和质量，取得了较好的效果。

关键词：明胶；中性蛋白酶；工艺优化

明胶是一种从动物的骨、生皮、肌腱、膜等结缔组织的生胶质（又称胶原）中提取出来的蛋白质，其分子量从几万到十几万不等[1]，具有美容、抗衰老功效，还有止泻和再生作用等[2]。

传统的明胶提取方法主要有碱法、酸法、盐碱法和酸盐法，但这些方法却有着生产周期长，污染较大的缺点[3]，因此酶法制备明胶是较为理想的选择，本研究选用胃蛋白酶对酶法制备明胶的工艺参数进行了优化，以期更方便快捷的获得明胶产品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷冻猪皮（生猪皮）；中性蛋白酶，脂肪酶，胃蛋白酶，氯化钠（分析纯），尿素（分析纯），氯化钙（分析纯），无水亚硫酸钠（分析纯），无水碳酸钠（分析纯）。

电子天平：梅特勒-托利多仪器（上海有限公司）；5800-05 型溶液分析仪：Cole-Parmer instrument Co.；4-018-019型乌氏粘度仪：上海亚太技术玻璃公司；温度计、电动搅拌器：上海梅英浦仪器表制造有限公司；干燥箱：天津天宇机电有限公司，实验仪器冻干设备分公司；TDL-5-A离心机：上海安亭科学仪器。

1.2 酶法制备工艺

皮料预处理→酶解→酶钝化→胶解→溶胶→分离纯化→制取成品[4]

1.3 测定方法

1.3.1 明胶产率的测定

1）测定方法：将胶液装于确定大小的恒重容器中反复加热，直至胶液干燥并置于烘箱中烘烤一段时间，直到前后两次称重相差不超过0.003 g为止，即为恒重。

由于明胶，特别是粉末状态的明胶，受周围空气湿度的影响会很快地改变本身的水分含量，所以对明胶的粉碎或取样都不宜耽搁过久，空气也不宜太干太湿，取样后应迅速装在密封的器皿里，直到称量时才能取出，否则，测得的结果，也就不够准确。

2）计算公式：明胶产率=（明胶干重/生皮质量）×100%

1.3.2 明胶黏度的测定方法

使用乌氏黏度计进行测定（乌氏黏度计算公式：η =Kρt，式中：η 为动力黏度（Pa·s）；K 为黏度常数（0.040 42 mm2/s2）；ρ为待测明胶在 60℃时的密度；t为质量分数为6.67%的明胶溶液（绝对干胶溶液）流过乌氏黏度计两条刻度线的时间间隔。

2 结果和讨论

2.1 溶胶过程中搅拌速度对明胶制备的影响

酶解过程中胃蛋白酶处理的初始pH为3，间断搅拌，反应时间为6 h，M为0.28 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程的初始pH为5，溶胶温度取为70℃→75℃→85℃。在此条件下，改变溶胶过程中搅拌速度n分别设定为 0、20、40、60、100 r/min，实验结果如图 1 所示。

图1 溶胶过程中搅拌速度对明胶制备的影响Fig.1 Effect of stirring speed on gelatin preparation

由图1可知，当搅拌速度n为20 r/min时，产物明胶的黏度最大；当搅拌速度n为40 r/min时，明胶产率最大。这说明，适当搅拌有利于溶胶过程：但搅拌速度过大时，黏度呈下降趋势，可能因为过大的搅速会在一定程度破坏明胶的结构，使其分子量下降，黏度降低。所以溶胶过程中搅拌速度n应取为20r/min～40r/min。

2.2 酶解过程中搅拌速度的影响

设定在酶解过程的初始pH为3，反应时间为7 h，胃蛋白酶用量M为0.50 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程的初始pH为4，溶胶温度为80℃，搅拌速度分别设置为 0、间歇搅拌，20、60、100 r/min，结果如表 1 所示。

由表1可知在进行间断搅拌时，产率和黏度都较高，这可能是由于间歇搅拌比不搅拌时让皮料与酶能够更好地接触，但搅拌速度过大时会造成部分胶原蛋白的损失，使进入溶胶的皮料减少，所得明胶产率下降。所以酶解过程应采取间歇搅拌。

表1 酶解过程中搅拌速度对明胶制备的影响Table 1 Effect of stirring speed during enzymolysis on gelatin preparation

2.3 溶胶过程初始pH的影响

设定酶解过程的初始pH为3，间歇搅拌，反应时间为6 h，M用量为0.28 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程的温度为80℃，搅拌速度为20 r/min。在此条件下，改变溶胶过程的初始pH，设定5个pH水平，分别为：3、4、5、6、7。所得结果如下图 2 所示。

图2 溶胶过程的初始pH对明胶制备的影响Fig.2 Effect of pH value on gelatin preparation

由图2可知，当初始pH为5时，所得明胶的产率、黏度值都最大。所以，溶胶过程的初始pH取为5。

2.4 酶解过程胃蛋白酶用量M的影响

酶解过程中胃蛋白酶处理的初始pH为3，间歇搅拌，反应时间为6 h；溶胶过程的初始pH为4，溶胶温度为80℃，搅拌速度n为20 r/min。在此条件下，设置不同的胃蛋白酶用量分别为 0.10、0.20、0.25、0.30、0.50 g（以每公斤生皮计），结果如图3所示。

由图3可知，明胶的产率和黏度在一定时间内随着用量的增加比较明显，到0.28 g（以每公斤生皮计）附近时达到最大，再增加酶用量，明胶产率没有明显增加，因此从经济方面考虑，当酶用量取为0.28 g（以每公斤生皮计）最为理想。

2.5 酶解过程反应时间的影响

图3 胃蛋白酶用量M对明胶制备的影响Fig.3 Effect of dosage of pepase on gelatin preparation

酶解过程中胃蛋白酶处理的初始pH为3，间歇搅拌，M为0.28 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程的初始pH为4，溶胶温度为80℃，搅拌速度n为20 r/min。在此条件下，酶解过程反应时间分别设定为 3、4、5、6、7、9、12 h，得到的结果如图 4。

图4 反应时间对明胶制备的影响Fig.4 Effect of response time on gelatin preparation

由图4知，当酶解时间（或反应时间）为6 h时，所得明胶的产率最大。分析原因，当酶解时间较短时，复合酶对皮料的降解不完全，使溶胶时出胶少，明胶产率低；酶解时间过长时，胶原蛋白被过度降解，皮料表层蛋白容易脱落，从而造成胶原蛋白的损失，使产率下降。当酶解时间为6 h时，产物明胶的黏度最大（其原因可能是酶解时间太短时，处理效果不好，不能获得黏度较大、质量较好的明胶产物；而酶解时间过长可能会使胶原蛋白过度降解，所得明胶的黏度和分子量均下降）。所以酶解时间应取为5 h～6 h。

2.6 溶胶过程中溶胶温度的影响

设定酶解过程中的胃蛋白酶处理的初始pH为3，间歇搅拌，反应时间为6 h，M为0.28 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程初始pH为5，搅拌速度n为20 r/min。在此条件下，改变溶胶温度，分别设为70℃，80℃，70℃→80℃，70℃→75℃→80℃，结果如表2所示。

由表2可知，溶胶温度为70℃→75℃→80℃时，所得明胶的产率、黏度都最大。这说明分级溶胶（即逐渐提高温度溶胶）有利于获得高产率和黏度的明胶。因而溶胶温度取为70℃→75℃→85℃。

表2 搅拌温度对明胶制备的影响Table 2 Effect of stirring temperature on gelatin preparation

2.7 胃蛋白酶处理的初始pH对明胶制备的影响

固定酶解过程的其他条件：酶解反应时间定为6h，不搅拌，胃蛋白酶的用量为0.28 g（以每公斤生皮计）：溶胶过程的初始pH为4，搅拌速度为20 r/min，溶胶温度为80℃，。在此条件下，设置了4个pH水平分别为1、2、3、4。结果如图 5 所示。

图5 胃蛋白酶处理的的初始pH对明胶制备的影响Fig.5 Effect of the initial pH value of enzymolysis on gelatin preparation

黏度是衡量明胶性能的重要指标，通常黏度越大，明胶的质量越好。由图5可知，当初始pH为3时，产物明胶的黏度最大；当初始pH为2时产率最大。综合可知，pH应取2～3。

3 结论

提胶的主要影响因素有温度、时间与pH。如果明胶水溶液长时间地加热，还会进一步水解（降解）[5-6]。因此，要制取高档明胶，必须控制水解。本研究对酶法制胶工艺参数优化结果为：酶解过程胃蛋白酶处理的初始pH为2～3，间歇搅拌，反应时间为5 h～6 h，胃蛋白酶的用量为0.28 g（以每公斤生皮计）；溶胶过程的初始pH为5，溶胶温度为70℃→75℃→85℃，搅拌速度n应取为20 r/min～40 r/min。在此条件下，明胶产率可以达到20.37%，黏度可达9.53 mPa·s。并经实验验证重现性较好，具有实际应用价值。

随着明胶在各个领域的广泛应用，明胶的需求量将日益增多且价格也与日俱增，因此更快捷有效地生产酶制剂的方法更显的很有必要。酶法制备明胶比传统方法具有周期短，污染少的优点，对酶法制明胶工艺参数的优化，提高了明胶的产率。同时，本研究也将明胶黏度作为一项考察指标，因此也提高了明胶的质量，为明胶的提取技术提供了理论依据。

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[1]郭燕峰．胶原明胶相关的新技术进展[J]．明胶科学与技术,2006,26(2):97－98

[2]杨和超.北镇五香猪蹄-老年人的保健佳品[J].肉类研究,1993(4):51

[3]杜敏,南庆贤.猪皮胶原蛋白的制备及其在食品中应用[J].食品科学,1994(7):36

[4]张锋,施辉阳,张鹏.酶法制备明胶的新工艺研究[J].北京化工大学学报:自然科学版,2003,30(1):9-12

[5]陈其康.骨明胶生产工艺[J].明胶科学与技术,2000,20(4):180-187

[6]邓文.明胶生产工艺的要点[J].明胶科学与技术,1998,18(3):138-140

Process Optimization of Gelatin Preparation with Enzyme

SONG Ai-qing
（PB Gelatins/PB Leiner Wenzhou Company，Wenzhou 325401，Zhejiang，China）

Abstract：Gelatin is a production of collagen by moderate decomposition and denaturalization， which was extracted from the skins of animals.It is widely used in sensitive materials， medicine，food and other industry.The process for preparation of gelatin with pepsase was studied，and parameters of the process were optimized.The enzymolysis were conducted at pH of 2 to 3 with batch-type stirring for 5 hours to 6 hours and the dosage of pepase was 0.28 g/（kg peltry）.The initial pH for dissolution was 5 and the temperature was altered from 70 ℃ to 75℃ and finally 85℃ with stirring speed at 20 r/min to 40 r/min.Under this condition，the yield of gelatin reached 20.37%with the viscosity of 9.53 mPa·s， which indicated the method practical and effective.

Key words：gelatin；neutral protease；process optimization

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2013.13.020

宋艾青（1968—），男（汉），工程师，硕士，研究方向：软饮料（山楂红色素的分析和利用）。

2013-04-23