明胶是水溶性的热可逆多功能天然高分子聚合物，由母体胶原蛋白部分水解得到。明胶具有可逆转变的良好特性，被广泛用于药物控制释放、生物组织工程、食品和化妆品行业。明胶提取通常需要经过两个步骤——明胶化和热提取。明胶化过程破坏共价交联和非共价键（主要是氢键），从而使胶原蛋白的三螺旋结构松散，产生充分的溶胀和胶原蛋白增溶作用。热处理会进一步裂解氢键和共价键，破坏三螺旋的稳定性，使螺旋结构过渡到线圈结构，转化为可溶性明胶，此转化常通过45 ℃以上的水浴加热来实现。

　　基于微波对蛋白质共价键的破坏和冻融对蛋白质次级键的影响，西南大学食品科学学院的杜 杰、刘廷薇、张宇昊*等人创新性地提出微波-快速冻融耦合明胶化的方式，即胶原原料经微波预处理后进行快速冻融，然后再采用微波辅助提取。整个制备过程没有酸碱的使用，提取时间短，绿色清洁。该课题组研究拟通过明胶等电点、透射比、分子质量分布、凝冻强度测定以及流变学特性、氨基酸组成和傅里叶变换红外光谱分析对微波-快速冻融耦合鱼皮明胶进行理化性质表征，并与传统的酸法制备明胶相比较，以期对此种新型明胶的基本性质、凝胶性能和明胶结构进行全面的认识。

　　微波-快速冻融耦合提取法和传统酸法提取的鱼皮明胶提取率分别为13.68%和22.01%，本课题组以往的工作中针对相同原料采取传统酸法得到的鱼皮明胶提取率为22.15%。微波-快速冻融耦合提取鱼皮明胶时，微波处理以及液氮冻融对鱼皮价键的破坏力不如酸碱处理的破坏力强，提取过程中酸、碱液处理时间也远比微波处理和液氮冻融时间长，这可能是造成微波-快速冻融耦合提取法提取率较低的原因。与传统酸法相比，微波-快速冻融耦合提取方法提取率较低，但不会产生大量废水，提取效率更高，在绿色提取方向有较好的应用前景。

　　鱼皮明胶的等电点如图1所示。蛋白质是两性物质，当正负电荷数相等即净电荷为零时溶液的pH值为蛋白质的等电点。当溶液pH值处于等电点时，蛋白质分子间的静电排斥作用最弱，溶解度最低，Kaiyun 开云所以明胶的等电点可以用溶液透光率最低时对应的pH值表示。通常，根据明胶化方式的不同，明胶分为A型明胶和B型明胶两种，A型明胶由酸法预处理后热提取得到，等电点为pH 6～9；B型明胶由碱法预处理后热提取得到，等电点为pH 5左右。不同于A型和B型明胶，微波-快速冻融鱼皮明胶等电点为7.0。

　　由表1可知，微波-快速冻融耦合提取的明胶满足GB 6783—2013要求。Kaiyun App下载 全站同时，无论是450 nm波长处还是620 nm波长处均显示微波-快速冻融耦合鱼皮明胶比传统酸法鱼皮明胶的透明度更低。两种明胶化方式出现透明度差异的原因可能是，使用传统酸法进行明胶化时鱼皮先经过碱处理后再进行酸处理，使胶原原料中影响明胶品质的有机物杂质溶出，在后续的水洗过程中随流动水除去，而微波-快速冻融耦合明胶化不使用酸和碱，也不经过水洗，明胶中可溶性杂质难以除去。为了解决这个问题，本实验中，采用多次多级过滤的方式，去除明胶中影响品质的可溶性有机物。

　　鱼皮明胶的分子质量分布如图2所示。明胶中高分子亚基主要是指分子质量超过100 kDa的组分，主要是γ、β、α亚基，其中γ组分为α亚基的三聚体，β组分为α亚基的二聚体，高分子亚基的存在是影响明胶凝胶强度的主要因素之一，高凝胶强度的明胶往往具有更多的高分子亚基。SDS-PAGE图清晰地展示出了两种明胶化方式亚基组成的差异。微波-快速冻融耦合鱼皮明胶的高分子亚基组分明显少于传统酸法鱼皮明胶，这可能会导致前者凝胶特性更低。

　　由图3可知，本研究所提取的明胶（传统酸法鱼皮明胶凝冻强度620.54 Bloom g、微波-快速冻融耦合鱼皮明胶凝冻强度524.40 Bloom g）均达到GB 6783—2013要求。传统酸法鱼皮明胶凝冻强度显著高于微波-快速冻融耦合鱼皮明胶（P＜0.05）。

　　由图4、5可知，初始降温过程中，所有明胶tan δ均大于1，G”＞G’，表明降温的初始状态为黏性占主导的明胶溶液。当下降到一定温度时，G’和G”迅速上升，tan δ快速下降，说明此时体系弹性增加，Kaiyun App下载 全站固性增强，值得注意的是，G’开始迅速上升的温度低于G”，当温度降低到G’开始快速上升的温度时，tan δ到达最高值，温度继续下降到低于胶凝温度后，tan δ＜1并继续减小，整个体系转化为以弹性为主的凝胶体系。升温过程中，Kaiyun App下载 全站所有明胶初始tan δ均小于1，接近0，G”＜G’，表明升温的初始状态为弹性占主导的弹性凝胶体系。当上升到一定温度时，G’和G”迅速下降，tan δ快速上升，说明此时体系黏性增加，流动性增强。当温度升高超过凝胶熔化温度后，tan δ＞1并继续增大，整个体系已经转化为黏性为主的溶液体系。同样地，由于G”趋于稳定时对应的温度高于G’趋于稳定时对应的温度，所以当G’刚开始稳定时，tan δ达到峰值，温度继续上升，Kaiyun 开云tan δ逐渐下降，待温度上升至G”稳定后，tan δ也趋于平稳，最终均大于1，说明体系最终以黏性为主。

　　由图6可知，温度降低时，传统酸法鱼皮明胶、微波-快速冻融耦合鱼皮明胶由溶液体系转化为凝胶体系（tan δ＝1）的温度依次为18.44 ℃和10.30 ℃；温度升高时，明胶由凝胶体系转化为溶液体系的温度（tan δ＝1）分别为20.64 ℃（微波-快速冻融耦合鱼皮明胶）和25.56 ℃（传统酸法鱼皮明胶）。

　　鱼皮明胶的剪切黏度扫描分析结果如图7所示。在剪切速率从0 s －1 增大到100 s －1 的过程中，原本在溶液中相互缠结碰撞的明胶分子随着剪切应力的增加而发生解缠，黏度下降，直至解缠速率等于缠结速率时，明胶溶液的黏度不再发生变化，表现为假塑性流体。微波-快速冻融耦合鱼皮明胶黏度低于传统酸法鱼皮明胶。通常流体中高分子成分越多，越容易在流动时产生分子链间的缠结，从宏观上看表现为黏度上升。这说明微波-快速冻融耦合鱼皮明胶溶液中分子链更短，链间的缠结更少，因而黏度更低，流动性更好。

　　由表2可知，Gly是两种明胶中含量最高的氨基酸，传统酸法鱼皮明胶、微波-快速冻融耦合鱼皮明胶的甘氨酸含量分别为238、241 g/kg，彼此间相差不明显。Pro和Hyp又称为亚氨基酸，富含Pro和Hyp的区域可能参与成核区的形成，亚氨基酸的吡咯环对三螺旋结构的稳定性具有重要作用，在宏观上表现为影响明胶的凝胶强度等凝胶性能。由表2可知，两种明胶的亚氨基酸含量仅次于甘氨酸，传统酸法鱼皮明胶和微波-快速冻融耦合鱼皮明胶的亚氨基酸含量分别为194、182 g/kg，两种明胶其余的氨基酸含量同样没有太大差别。可以看出，两种明胶制备方式均不会影响亚氨基酸所占比例，也不会因此而影响明胶性质。综上，因提取方法不同而产生的明胶性质差异与氨基酸组成基本无关。

　　综上可知，尽管微波-快速冻融耦合鱼皮明胶的氢键较多，但其高分子亚基的含量明显低于传统酸法鱼皮明胶，因此，微波-快速冻融耦合鱼皮明胶的凝冻强度和G’、G”均较低。

　　本研究结果表明，微波-快速冻融耦合鱼皮明胶等电点为7，凝冻强度为524.40 Bloom g，透明度较好，以上指标均符合GB 6783—2013要求。微波-快速冻融耦合鱼皮明胶的模量（储能模量G’和损耗模量G”）、胶凝/融化温度和黏度均低于传统酸法鱼皮明胶。微波-快速冻融耦合鱼皮明胶比传统酸法鱼皮明胶中氢键含量更高，但由于高分子亚基含量低，故凝胶性能低于传统酸法鱼皮明胶。微波-快速冻融耦合鱼皮明胶与传统酸法鱼皮明胶氨基酸组成相似，说明两种明胶制备方式不影响明胶的氨基酸组成。微波-快速冻融耦合提取鱼皮明胶的方式不涉及到大量酸、碱的使用，对环境绿色友好，且得到的明胶具有较好的性质，其较低的胶凝/融化温度可实现冷水搅拌融化，省略了加热步骤，为实际生产提供了方便。

　　本文《微波-快速冻融耦合鱼皮明胶理化性质分析》来源于《食品科学》2021年42卷11期108-115页，作者：杜杰，刘廷薇，马良，王洪霞，戴宏杰，余永，朱翰昆，张宇昊。DOI:10.7506/spkx0612-161。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

　　为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于2021年9月18-19日在河南郑州共同举办“2021年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。