草魚鱗鹽酸脫鈣工藝研究

周如意，劉明華

草魚鱗鹽酸脫鈣工藝研究

周如意，劉明華

（武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院生物工程學(xué)院，湖北武漢430074）

采用食品級鹽酸作為草魚鱗脫鈣劑，以脫鈣率和回收率作為評價指標，探討了鹽酸濃度、液料比、脫鈣時間對草魚鱗的影響。結(jié)果表明，脫鈣最佳工藝條件為鹽酸濃度0.5mol/L，液料比10∶1，脫鈣時間50min，此時草魚鱗脫鈣率高達97.7%，回收率70.1%。該工藝參數(shù)經(jīng)過放大，能夠較好地適用于50 kg級的工業(yè)生產(chǎn)。

草魚鱗；鹽酸；脫鈣率；回收率

0 引言

草魚（Grass carp）屬鯉形目鯉科雅羅魚亞科草魚屬，是我國四大淡水養(yǎng)殖魚之一。2014年我國水產(chǎn)品產(chǎn)量達6 461.52×104t，淡水產(chǎn)品產(chǎn)量達3 165.30× 104t，占總量的48.98%，同比增長4.36%，其中淡水魚中草魚產(chǎn)量最高，達537.68×104t[1]。草魚鱗約占草魚質(zhì)量5%[2]，魚鱗是魚皮真皮層變形物，主要由膠原蛋白和羥基磷灰石組成，羥基磷灰石富集在膠原蛋白的表面[3]，直接使用草魚鱗提取膠原蛋白產(chǎn)率較低，而且周期長[4]。因此，草魚鱗在生產(chǎn)之前需要進行脫鈣處理，目前使用的脫鈣方法較多，有鹽酸脫鈣[5-7]、EDTA脫鈣[8-9]、輔助超聲波酸法脫鈣、磁力攪拌酸法脫鈣等。雖然脫鈣的方法很多，但以脫鈣率和回收率作為考核指標，并且將脫鈣工藝參數(shù)經(jīng)過放大應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中的研究未見報道。

為了減少環(huán)境污染，同時提高草魚鱗的生物附加值，采用工業(yè)生產(chǎn)常用且廉價的食品級鹽酸作為草魚鱗脫鈣劑，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用正交試驗研究鹽酸濃度、液料比、脫鈣時間對草魚鱗脫鈣率（簡化了脫鈣率計算公式）和回收率的影響，優(yōu)化了草魚鱗脫鈣工藝，旨在為生產(chǎn)脫鈣草魚磷提供參考。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

草魚鱗，由湖北德炎食品股份有限公司提供；鹽酸，食品級，濃度為10 mol/L；鉻黑T（CR）；氨性緩沖溶液，pH值10；乙二胺四乙酸二鈉（AR），由9.60 g EDTA溶解于2 000 mL蒸餾水配制而成，濃度約為0.013mol/L。

101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱、PHS-25型pH計、PL602-L型電子天平。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

草魚鱗→挑出雜物→洗凈→烘干→脫鈣→固液分離→檢測。

1.2.2 草魚鱗脫鈣率和回收率的測定

（1）原草魚鱗中鈣含量的測定。參照國標GB/T 5009.92—2003食品中鈣的測定中的方法測定，略有改動。取10.00 g草魚鱗于250m L燒杯中，加入6mol/L的鹽酸100.00 mL，浸泡60 min，攪拌均勻，靜置，取上清液1.00 mL（V0）于250 mL錐形瓶中，加入25mL蒸餾水，用pH計調(diào)pH值至7~8，加入10mL氨性緩沖溶液（pH值10），加入鉻黑T 3~5滴，用EDTA溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)樗{色即為終點，記錄消耗滴定液體積（V1），平行測定3次。原草魚鱗中鈣含量的計算公式如下：

式中：WCa——原草魚鱗中鈣的含量，%；

CEDTA——EDTA的濃度，由9.60 g EDTA加入2 000 mL蒸餾水中配制而成，約為0.013mol/L；

V1——測定原草魚鱗消耗EDTA的體積，mL；

MCa——鈣的摩爾質(zhì)量，g/mol；

m——測定用草魚鱗質(zhì)量，10.00 g；

V0——測定用取樣體積，1.00mL。

（2）草魚鱗脫鈣含量的測定。取10.00 g草魚鱗于250mL燒杯中，加入一定濃度鹽酸溶液（V），浸泡一定時間，攪拌均勻，靜置一定時間后，將固體和液體分開留用，以測定相關(guān)指標。

液體按照1.2.2（1）方法測定試驗過程中草魚鱗中鈣含量，記錄消耗EDTA的體積（V2）。固體濾干，用自來水清洗至中性，再用蒸餾水清洗2~3遍，濾干水分，放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中于40℃下烘干12 h，干燥器中冷卻，稱質(zhì)量（m回）。則草魚鱗脫去的鈣含量：

式中：WCa樣——試驗測定草魚鱗中鈣的含量，%；

CEDTA——EDTA的濃度，由9.6 g EDTA加入2 000 mL蒸餾水中配制而成，約為0.013mol/L；

V2——測定原草魚鱗消耗EDTA的體積，mL；

MCa——鈣的摩爾質(zhì)量，g/mol；

m——測定用草魚鱗質(zhì)量，10.00 g；

V0——測定用取樣體積，1.00mL；

V——試驗過程中加入鹽酸的總體積，mL。

（3）草魚鱗脫鈣率計算公式。

式中：V1——原草魚鱗中鈣含量消耗EDTA的體積，mL；

V2——草魚鱗脫去鈣消耗EDTA的體積，mL；

（4）草魚鱗回收率計算公式。

式中：m回——試驗1.2.2（2）中放入烘箱中于40℃

下烘干12 h后的質(zhì)量。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 鹽酸濃度對草魚鱗脫鈣效果的影響

取10.00 g草魚鱗于250 mL燒杯中，分別加入0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8 mol/L的鹽酸100.00mL，靜置30min，將固體和液體分開留用，按照1.2.2（3）和1.2.2（4）中公式分別測定脫鈣率和回收率，比較不同濃度的鹽酸對草魚鱗脫鈣的效果。

不同濃度的鹽酸對草魚磷脫鈣效果的影響見圖1。

圖1 不同濃度的鹽酸對草魚磷脫鈣效果的影響

由圖1可知，隨著鹽酸濃度的升高，脫鈣率也相應(yīng)先提高后變化較小，而回收率則呈下降趨勢。綜合考慮，鹽酸濃度過高會溶解部分膠原蛋白，所以選擇0.5mol/L鹽酸濃度較為合適。

2.1.2 液料比對草魚鱗脫鈣效果的影響

取10.00 g草魚鱗加入250 mL燒杯中，分別按照液料比6∶1，8∶1，10∶1，12∶1，15∶1加入0.5 mol/L的鹽酸液，靜置30 min；將固體和液體分開留用，按照1.2.2（3）和1.2.2（4）中公式分別測定脫鈣率和回收率，比較不同液料比對草魚鱗脫鈣效果的影響。

不同液料比對草魚磷脫鈣效果的影響見圖2。

圖2 不同液料比對草魚磷脫鈣效果的影響

由圖2可知，隨著液料比的增加，脫鈣率的變化趨勢較小，而回收率逐漸減小。從消耗鹽酸量和回收率角度考慮，選擇液料比為10∶1較為合適。

2.1.3 脫鈣時間對草魚鱗脫鈣效果的影響

取10.00 g草魚鱗加入250 mL燒杯中，分別加入0.5 mol/L的鹽酸進行脫鈣，脫鈣時間分別為15，30，45，60，75min；將固體和液體分開留用，按照1.2.2（3）和1.2.2（4）中公式分別測定脫鈣率和回收率，比較脫鈣時間對草魚鱗脫鈣效果的影響。

不同脫鈣時間對草魚磷脫鈣效果的影響見圖3。

圖3 不同脫鈣時間對草魚磷脫鈣效果的影響

由圖3可知，脫鈣時間在45 min后草魚鱗的脫鈣率和回收率變化趨勢均不是很明顯，故脫鈣時間為45 min較為理想。

2.2 正交試驗結(jié)果分析

2.2.1 正交試驗方案設(shè)計

通過單因素試驗發(fā)現(xiàn)，鹽酸濃度0.5 mol/L，液料比10∶1，脫鈣時間45min時有較好的脫鈣效果，在此基礎(chǔ)上通過正交試驗設(shè)計對脫鈣工藝條件進一步優(yōu)化，從而獲得最佳脫鈣工藝參數(shù)。

L9（34）正交試驗因素與水平設(shè)計見表1。

表1 L9（34）正交試驗因素與水平設(shè)計

2.2.2 正交試驗分析與結(jié)果

正交試驗分析與結(jié)果見表2。

2.2.3 正交試驗結(jié)果極差分析

因素A即鹽酸濃度對脫鈣效果影響極大，液料比與脫鈣時間對脫鈣效果也較為顯著，通過表2比較3個因素的極差，對脫鈣效果影響大小依次為鹽酸濃度>液料比>脫鈣時間，最佳工藝條件為A3B3C3，即鹽酸濃度0.6mol/L，液料比11∶1，脫鈣時間50min。

因素A即鹽酸濃度對回收率影響較大，液料比與脫鈣時間對脫鈣效果也較為顯著，通過表2比較3個因素的極差，對回收率效果影響大小依次為鹽酸濃度>液料比>脫鈣時間，最佳工藝條件為A1B1C1，即鹽酸濃度0.4 mol/L，液料比9∶1，脫鈣時間40 min。

2.2.4 試驗結(jié)果分析

最佳工藝參數(shù)應(yīng)該是在具有較高的脫鈣率同時，保證草魚鱗的回收率。由表2可知，脫鈣率和回收率是一對矛盾的指標，但從極差分析不難看出，對草魚鱗脫鈣工藝影響因素顯著程度為鹽酸濃度>液料比>脫鈣時間。結(jié)合單因素試驗走勢可以看出，鹽酸濃度大于0.5 mol/L時，脫鈣率和回收率的變化趨勢明顯減緩；鹽酸濃度為0.5 mol/L時具有較高的脫鈣率和回收率，分別為96.1%和70.9%。隨著液料比值的增加，脫鈣率的變化趨勢較小，而回收率減小的幅度有所增加，從消耗鹽酸量和回收率角度考慮，選擇液料比10∶1較為合適，此時具有較高的脫鈣率和回收率，分別為96.8%和69.6%。由于在鹽酸濃度、液料比、脫鈣時間3個因素，脫鈣時間對脫鈣率和回收率的影響最不顯著，可以適當(dāng)延長脫鈣時間以適當(dāng)提高脫鈣率。因此，可確定最佳工藝條件為鹽酸濃度0.5 mol/L，液料比10∶1，脫鈣時間50min。

表2 正交試驗分析與結(jié)果

2.2.5 驗證試驗

在最佳工藝條件下，按照草魚鱗質(zhì)量的1∶1，1∶100，1∶5 000進行放大試驗驗證。具體做法如下：分別稱取10.00 g，1.00 kg草魚鱗在實驗室按照上述參數(shù)進行試驗，同時測定脫鈣率和回收率；另外在湖北德炎食品股份有限公司的生產(chǎn)基地使用聚四氟乙烯塑料容器，在其中投放50 kg草魚鱗，按照上述參數(shù)進行試驗，同時測定脫鈣率和回收率。

驗證性試驗測定脫鈣率和回收率結(jié)果見表3。

表3 驗證性試驗測定脫鈣率和回收率結(jié)果

按照國家標準分別對原草魚鱗和3次驗證試驗烘干得到的脫鈣草魚鱗中水分、總灰分、粗蛋白、鈣的含量進行檢測。

原草魚鱗和脫鈣草魚鱗中水分、灰分、粗蛋白、鈣的含量見表4。

表4 原草魚鱗和脫鈣草魚鱗中水分、灰分、粗蛋白、鈣的含量

3 結(jié)論與討論

從1.2.2（3）中的脫鈣率公式可以看出，脫鈣率只與加入鹽酸總量、測定試驗過程中草魚鱗脫鈣液中鈣消耗EDTA的體積，以及測定原草魚鱗中鈣消耗EDTA的體積有關(guān)系，相對于有的學(xué)者使用鈣的標準曲線測定鈣的含量再計算脫鈣率要簡便得多，因而能夠簡化試驗流程，提高試驗效率。

文獻顯示，有些學(xué)者在研究草魚鱗脫鈣工藝時，僅僅研究了脫鈣率，而忽略了草魚鱗的回收問題，雖然得到了最佳脫鈣工藝，但不一定是生產(chǎn)脫鈣草魚鱗的最佳方法。例如，在正交試驗中A3B3C3脫鈣率高達99.86%，但草魚鱗回收率僅為67.3%，明顯低于平均值，因而不是最佳生產(chǎn)脫鈣草魚鱗工藝。

筆者認為，最佳的脫鈣工藝參數(shù)應(yīng)該是在具有較高的脫鈣率同時，保證草魚鱗的回收率。經(jīng)過正交試驗并進行極差分析，通過綜合考量得到的工藝參數(shù)經(jīng)過放大，并應(yīng)用于50 kg級工業(yè)生產(chǎn)，由表4可知，幾種常規(guī)指標有些細微差別，主要與草魚鱗在容器中投放不均勻有關(guān)系，在實際生產(chǎn)中可適當(dāng)用木棒攪拌容器以增加草魚鱗與酸的接觸面積。另外由表4可知，該研究的工藝參數(shù)具有較強的適用性，得到的脫鈣草魚鱗總灰分小于2%，粗蛋白大于85%，符合企業(yè)生產(chǎn)膠原肽所用原材料的基本要求。

總之，在研究魚鱗脫鈣工藝的時候應(yīng)綜合考量脫鈣率和魚鱗的回收率。試驗得到的脫鈣最佳工藝條件為鹽酸濃度0.5 mol/L，液料比10∶1，脫鈣時間50 min，此時草魚鱗脫鈣率高達97.7%，回收率70.1%。

[1]農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局.2015年全國漁業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計公報[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2015：12.

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[4]唐旭，何建林.魚鱗膠原蛋白提取過程中的脫鈣工藝條件優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技，2011（5）：326-328.

[5]劉海梅，李敏，楊麗，等.羅非魚鱗鹽酸脫鈣工藝研究[J].魯東大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，27（4）：339-341.

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Study on Decalcification Condition of Grass Carp Scales by Hydrochloric Acid

ZHOU Ruyi，LIUMinghua
（School of Biological Engineering，Wuhan Polytechnic，Wuhan，Hubei430074，China）

Using food grade hydrochloric acid as grass carp scales decalcification agent as well as the decalcification rate and recovery rate as the evaluation indexs，the influence of the hydrochloric acid concentration，liquid-solid ratio，decalcification time on the scales of grass are investigated.The results indicate that the optimum conditions for decalcification is 0.5 mol/L HCl，ratio of liquid to solid 10∶1 and the decalcification time 50m in，the grass carp scales decalcification rate is 97.7%and the recovery rate is 70.1%.The amplified process parameters can be well applied to the industrial production of grade 50 kg.

grass carp scales；hydrochloric acid；decalcification rate；recovery rate

TS254.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.008

1671-9646（2017）04a-0022-04

2017-02-12

湖北省高等學(xué)校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團隊計劃項目（T201535）。

周如意（1987—），男，本科，助理實驗師，研究方向為生物活性物質(zhì)提取與分析檢驗的研究與教學(xué)。