任國艷，宋 婭，康懷彬，肖 楓，馮秋琪，郭金英，崔國庭，王松軍

高密度CO2處理提取鯢皮膠原蛋白的工藝優(yōu)化

任國艷1,2，宋 婭1，康懷彬1，肖 楓1，馮秋琪1，郭金英1，崔國庭1，王松軍3

（1.河南科技大學食品與生物工程學院，河南 洛陽 471023；2.河南省新資源食品工程技術中心，河南 洛陽 471023；3.河南洛陽華鯢生物科技有限公司，河南 洛陽 471023）

為研究高密度CO2（dense phase carbon dioxide，DPCD）前處理對鯢皮膠原蛋白提取率的影響，以凍干鯢皮為原料，采用DPCD對鯢皮進行前處理，酶法提取鯢皮膠原蛋白，設計單因素試驗和響應面試驗，以膠原蛋白提取率為評價指標，優(yōu)化DPCD處理鯢皮的工藝條件。結果表明，DPCD處理鯢皮的最適溫度32 ℃、壓強30MPa、時間6 h；在該處理條件下，模型預測鯢皮膠原蛋白的提取率為39.70%，驗證值為（39.48±0.74）%，無顯著性差異（P＞0.05）；與原料未經(jīng)DPCD處理膠原蛋白提取率（（20.63±0.46）%）相比，提取率提高了18.85%；微觀結構顯示，鯢皮經(jīng)DPCD處理后的組織疏松、膠束纖維有規(guī)則排列被破壞并呈現(xiàn)多孔狀態(tài)；電泳圖譜顯示鯢皮經(jīng)DPCD處理后，膠原蛋白保持典型的Ⅰ型膠原蛋白結構特征。DPCD處理鯢皮，在保持鯢皮膠原蛋白結構特征的同時，顯著提高了膠原蛋白提取率。

鯢皮；高密度CO2；響應面試驗；膠原蛋白分子結構；提取率

膠原蛋白是從不同的動物組織中獲得的一種纖維蛋白，根據(jù)其特性和功能被廣泛應用于食品業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、皮革業(yè)、影像業(yè)和化妝品工業(yè)中[1]。目前從動物組織中提取膠原蛋白的方法主要有堿法、酸法和酶法，但有些方法存在著提取過程中膠原蛋白降解、腐蝕設備和膠原蛋白變性等不良現(xiàn)象，同時提取過程復雜、耗時、耗費大量化學試劑和酶制劑，有時還會造成環(huán)境污染，且提取率較低[2]，因此，迫切需要更好的提取膠原蛋白的方法，以解決膠原蛋白提取方法中現(xiàn)存的問題。

高密度CO2（dense phase carbon dioxidense，DPCD）是近幾年興起的一種新型低耗能的非熱食品加工技術，且因其具有無毒、環(huán)保安全、無化學殘留、價格低廉、操作方便等優(yōu)點，越來越受到關注[3]。CO2在自然狀態(tài)下，對物料產(chǎn)生影響甚小，但當增加壓力或提高溫度，其密度增加，CO2會進入超臨界狀態(tài)（溫度大于31.1 ℃，壓強大于7.35 MPa），變成兼有氣體和液體雙重特點的流體，既具有類似液體的較大密度，又具有類似氣體的高擴散性[4]，該狀態(tài)下的CO2會迅速滲透進物料的細胞內，溶解并破壞細胞膜，致使細胞膜的滲透性發(fā)生改變，使胞內物質更容易滲出；CO2進入物料細胞內，形成微酸環(huán)境，可能會使大分子物質如蛋白質等發(fā)生變性；當泄壓時，CO2會帶走物料細胞內的可溶成分，尤其是脂類物質[5]。利用這些性質，DPCD被廣泛應用于食品的滅菌[6]、干燥[7]和萃取[8]等方面。Silva等[9]用水中充入高壓CO2的方法，從海綿中提取膠原蛋白，能顯著縮短提取時間，提高得率，而用DPCD處理固體原料提高膠原蛋白得率鮮見報道。鯢皮皮質較厚，韌性強，在膠原蛋白提取過程中，酶解效率較低。但鯢皮經(jīng)一定方法處理后，組織結構會膨脹軟化，有利于酶的作用[10]，故本研究以干燥鯢皮為原料，采用DPCD進行預處理后酶解，并對處理工藝條件進行優(yōu)化，以期提高鯢皮膠原蛋白的提取率，為膠原蛋白工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大鯢由洛陽華鯢生物科技有限公司提供。

CO2（純度＞99.99%） 洛陽斯科商貿有限公司；Marker標準品 大連寶生物工程有限公司；L-羥脯氨酸標品 美國Biosharp公司；胃蛋白酶 上海瑞永生物科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

TGL-20M型臺式高速冷凍離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；K9860全自動凱氏定氮儀 上海海能公司；RE-5205旋轉蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠；T6新世紀型紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；SHZ-D（Ⅲ）循環(huán)水式多用真空泵河南省予華儀器有限公司；DyCZ-24DN電泳儀 北京市六一儀器廠；HA220-50-06型超臨界萃取裝置 江蘇南通市華安超臨界萃取有限公司；JFC-1600型離子濺射儀、JSM-5610LV掃描電鏡儀 日本Jeol公司；凝膠成像儀 美國Bio-Rad公司。

1.3 方法

1.3.1 鯢皮基本成分分析

水分含量測定：參照GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》；蛋白含量測定：參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》；粗脂肪含量測定：參照GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；灰分含量測定：參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》；總糖含量測定：苯酚-硫酸法[11]。

1.3.2 鯢皮預處理

去除鯢皮上殘留的肌肉，清洗干凈，手動剪成小塊（約0.5 cm×0.5 cm），用質量分數(shù)為0.1%的NaOH溶液（液料比50∶1（mL/g））浸泡1 d，以除去雜蛋白和部分色素[12]。放置在4 ℃冰箱內，中間換液2～3 次。用去離子水將浸泡過的鯢皮洗滌干凈后，經(jīng)真空冷凍干燥后保存?zhèn)溆茫ǜ稍飾l件為物料溫度-55 ℃、冷阱溫度-65 ℃、真空度7 Pa，待物料溫度升至室溫即干燥完成）。

1.3.3 鯢皮膠原蛋白提取的工藝流程

取50g凍干鯢皮，用DPCD處理（具體處理方法詳見1.3.5節(jié)），處理后進行酶解提取膠原蛋白（酶解條件參考肖楓等[13]研究并稍加修改：液料比20∶1，用乳酸調pH值至1.8，加胃蛋白酶量為50 U/g），4 ℃條件下振蕩提取，得膠原蛋白提取液，過濾后離心（4 ℃，12 000 r/min，20 min），取上清液，測定羥脯氨酸的含量（mg/mL），并計算膠原蛋白提取率。

另取50 g凍干鯢皮，不用DPCD處理，直接按上述條件進行酶解提取膠原蛋白，計算膠原蛋白提取率，與原料經(jīng)DPCD處理后膠原蛋白提取率進行比較。

1.3.4 鯢皮膠原蛋白提取率測定

羥脯氨酸含量測定參照李莉等[14]的方法，以吸光度為縱坐標，L-羥脯氨酸含量為橫坐標，繪制標準曲線。y=0.060 57x+0.003 89，R2=0.999 4，其中，y為吸光度，x為L-羥脯氨酸含量，根據(jù)待測樣品的吸光度可以計算樣品中羥脯氨酸含量。

取適量待測樣品至消化管中，加入6 mol/L鹽酸溶液2 mL，于110 ℃條件下水解8 h，取出，用蒸餾水定容至50 mL，濾紙過濾，取1 mL濾液按羥脯氨酸標準曲線的測定方法，測定待測樣品的吸光度。由羥脯氨酸標準曲線算出待測樣品中羥脯氨酸含量，進而計算膠原蛋白提取率，如下式所示：

式中：Y為膠原蛋白提取率/%；ω為酶解液中羥脯氨酸含量/（μg/mL）；11.1為羥脯氨酸換算系數(shù)；A為稀釋倍數(shù)；B為鯢皮中膠原蛋白含量/（μg/mL）。

1.3.5 鯢皮提取工藝條件優(yōu)化

1.3.5.1 單因素試驗

每種處理稱取50 g凍干鯢皮，在溫度30 ℃、時間6 h時，選取壓強（15、20、25、30、35 MPa）進行單因素試驗。在壓強30 MPa、時間6 h時，選取溫度（20、25、30、35、40 ℃）進行單因素試驗。在壓強30 MPa、溫度30 ℃時，選取提取時間（3、4、5、6、7 h）進行單因素試驗，酶解提取膠原蛋白，根據(jù)提取率確定最佳壓強、溫度和時間的范圍。

1.3.5.2 響應面優(yōu)化試驗

通過單因素試驗，選取每個因素對膠原蛋白提取率影響較大的3 個水平，采用Box-Behnken模型設計三因素三水平的優(yōu)化試驗，并利用Design-Expert 8.06軟件對試驗因素進行編碼組合（表1），對DPCD前處理鯢皮膠原蛋白的最佳工藝進行優(yōu)化。

表1 Box-Behnken試驗因素和水平設計Table 1 Codes and levels of factors used in Box-Behnken design

1.3.6 鯢皮的掃描電鏡分析

樣品處理：將新鮮鯢皮清洗干凈，手動剪成小塊（約0.5 cm×0.5 cm），真空冷凍干燥后備用。取50 g冷凍干燥后的鯢皮經(jīng)DPCD在最佳工藝條件下進行處理，將經(jīng)DPCD處理的凍干鯢皮小塊與未處理的凍干鯢皮小塊，分別用JFC-1600型離子濺射儀在高真空鍍膜機內噴金，用JSM-5610LV掃描電鏡觀察樣品的微觀結構。

1.3.7 膠原蛋白的十二烷基磺酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）

采用垂直板型SDS-PAGE裝置，使用質量分數(shù)為10%的分離膠、5%的濃縮膠，樣品在濃縮膠中電壓為80 V，分離膠中電壓為100 V，電泳時間約2 h。用0.5%考馬斯亮藍R-250染色液染色約2 h，然后分別用自來水、蒸餾水反復將凝膠沖洗干凈，最后用75 mL冰乙酸+50 mL甲醇+ 875 mL蒸餾水混合的脫色液脫色24 h，直至SDS-PAGE條帶清晰可見，脫色完畢，用凝膠成像儀掃描凝膠成像。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Design-Expert 8.06軟件進行數(shù)據(jù)分析。每個樣品重復測定3 次，數(shù)據(jù)用±s表示。

2 結果與分析

2.1 鯢皮的基本成分及膠原蛋白含量

表2 鯢皮基本成分及膠原蛋白含量Table 2 Proximate composition and collagen content of Chinese giant salamander skin (on a wet weight basis)

鯢皮基本成分含量見表2。結果表明：新鮮鯢皮含水率為69.92%，粗蛋白質量分數(shù)約為26.10%，灰分質量分數(shù)約為0.99%，粗脂肪的質量分數(shù)約為0.94%，總糖質量分數(shù)約為0.64%。檢測結果與李莉等[14]研究結果相似。鯢皮中膠原蛋白含量約占鯢皮濕質量的17.87%，占鯢皮中蛋白質總量的68.45%。

2.2 DPCD前處理提取鯢皮膠原蛋白工藝優(yōu)化

2.2.1 DPCD前處理單因素試驗結果

圖1 提取時間對鯢皮膠原蛋白提取率的影響Fig. 1 Effects of extraction time on collagen yield

未經(jīng)DPCD處理的常壓、4 ℃條件下，由圖1可知，提取時間在4～20 h范圍內，膠原蛋白提取率隨著提取時間的延長而顯著升高，但當提取時間超過20 h時，膠原蛋白提取率無顯著增加。在4～28 h范圍內，膠原蛋白提取率最高達到（20.63±0.46）%（24 h），顯著低于李莉等[14]通過酶法從鯢皮中提取膠原蛋白的提取率（66.99%），略低于李華等[15]通過酶法從鯢皮中提取膠原蛋白的提取率（26.7%），分析原因可能是由于原料的狀態(tài)（凍干樣和鮮樣）不同以及提取過程中所用的酸（乳酸和乙酸）不同。

圖2 DPCD處理壓強（A）、溫度（B）、時間（C）對鯢皮膠原蛋白提取率的影響Fig. 2 Effects of DPCD pressure, temperature, and time on collagen yield

由圖2A可知，DPCD處理壓強為15～30 MPa時，隨著壓強的增加，鯢皮膠原蛋白提取率顯著提高（P＜0.05），在壓強為30 MPa時，提取率達到最大值36.57%，當壓強再增加時，提取率呈現(xiàn)顯著下降趨勢（P＜0.05）。在壓強作用下，CO2分子不斷滲透進入物料細胞膜磷脂雙分子層，導致細胞膜通透性發(fā)生明顯變化，胞內的一些小分子物質如酶等會滲出[16-17]，促進膠原蛋白分解，提高其溶解性。但當壓強超過一定數(shù)值后，壓強越高，CO2流體密度和黏度過大，傳質的效果反而變差，影響CO2的滲透性，使膠原蛋白提取率下降[18]。如圖2B所示，DPCD處理溫度在20～30 ℃時，鯢皮的膠原蛋白提取率隨溫度的升高顯著提高（P＜0.05），在30 ℃達到最大值33.59%，而溫度在30～40 ℃時，膠原蛋白提取率呈現(xiàn)下降趨勢，但不顯著（P＞0.05）。溫度對CO2流體的影響具有雙重作用，隨著溫度的升高，CO2流體的密度會減小，但相對壓強會增加。溫度在20～30 ℃范圍，CO2隨著溫度的升高擴散性增強，不斷向物料細胞內部滲透，對細胞膜滲透性的改變逐漸增加，膠原蛋白的提取率也隨之增高。但隨著溫度的不斷升高，膠原蛋白提取率呈現(xiàn)下降趨勢，這可能是隨著溫度的升高，膠原蛋白會發(fā)生收縮聚集，甚至變性，進而導致膠原蛋白溶解度下降[19]。由圖2C可知，DPCD處理時間在3～6h時，膠原蛋白提取率隨著時間的延長顯著提高（P＜0.05），當時間到達6 h時，提取率達到38.70%，當時間為7 h時，膠原蛋白提取率為38.72%，增大趨勢不明顯（P＞0.05）。隨著時間的延長，CO2流體與鯢皮接觸的更加充分，滲透更完全，膠原蛋白提取率會顯著增加，但當時間超過一定限度，CO2已經(jīng)完全滲透到物料細胞，并達到平衡狀態(tài)，時間對膠原蛋白提取率的影響將趨于平緩。比較圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)，凍干鯢皮經(jīng)DPCD處理后，鯢皮膠原蛋白提取率明顯提高。為了確定DPCD處理凍干鯢皮的最佳工藝條件，試驗將對DPCD處理凍干鯢皮的最佳工藝進行優(yōu)化。

2.2.2 響應面優(yōu)化試驗結果

在單因素試驗的基礎上，按Box-Behnken設計試驗（表3），采用響應面分析法優(yōu)化DPCD前處理提取膠原蛋白的工藝條件，對所得數(shù)據(jù)進行分析，可得膠原蛋白提取率（Y）對溫度、壓強、時間的二次多項式響應面回歸模型為：

Y=39.24+1.12X1+0.97X2+1.41X3-0.68X1X2-0.52XX-0.16XX-1.54X2-2.36X2-1.94X21323123

表3 Box-Behnken試驗設計方案及其結果Table 3 Box-Behnken design with experimental results

由表4方差分析可知，模型極顯著（P＜0.000 1），說明模型回歸高度可靠；失擬項P值為0.1409（P＞0.05），表示試驗數(shù)據(jù)與模型擬合良好，試驗誤差小[20]。決定系數(shù)R2為0.998 6，表示響應值膠原蛋白提取率的變化99.86%來自于所選因變量，表明此模型與真實試驗擬合情況非常好，回歸方程無失擬因素存在。因此，在試驗范圍內可以用來解釋和預測試驗結果[21]，確定最佳處理工藝。調整后的為0.996 7，可以看出調整后的與模型的決定系數(shù)R2接近，表明該模型可以被用來進行進一步的分析。

表4 回歸模型的方差分析及回歸模型系數(shù)的顯著性檢驗Table 4 Analysis of variance and significance test of coefficients in the regression model

表4顯示，回歸模型的一次項X1、X2、X3影響極顯著；二次項X12、X22、X32影響極顯著；交互項X1X3、X1X2影響極顯著，X2X3影響顯著。各因素對膠原蛋白提取率影響的主次順序為：X3＞X1＞X2，即時間＞溫度＞壓強。

圖3 各因素交互作用的響應面圖Fig. 3 Response surface plot showing the interactive effects of temperature, pressure and time on collagen yield

響應面圖能夠直觀地反映各因素及因素之間的交互作用對響應值的影響[22]。等高線密集呈橢圓形表示兩因素交互影響加大，響應面圖坡度大表明因素對響應值影響較大。各因素交互作用中固定因素取0水平。圖3a中沿溫度方向比壓強方向的響應面坡度大，表明溫度對膠原蛋白提取率貢獻大；圖3b中沿時間方向比溫度方向的響應面坡度大，表明時間對膠原蛋白提取率貢獻大；圖3c中沿時間方向比壓強方向的響應面坡度大，表明時間對膠原蛋白提取率貢獻大。以上結果與表4中模型顯著性檢驗結果相一致，表明交互作用顯著。

2.2.3 DPCD前處理鯢皮提取膠原蛋白工藝條件的確定和驗證實驗

根據(jù)軟件對數(shù)據(jù)的分析預測，DPCD處理鯢皮提取膠原蛋白的最佳工藝條件為溫度31.40 ℃、壓強30.75 MPa、時間6.32 h，在此處理條件下，鯢皮膠原蛋白的理論提取率為39.70%?？紤]到生產(chǎn)實際及儀器設備操作的方便性，對上述工藝條件稍加調整，設定實際最優(yōu)處理工藝為溫度32 ℃、壓強30 MPa、時間6 h，在此條件下進行3 次驗證實驗，考察模型的可靠性。結果表明：實際最優(yōu)處理工藝條件下，鯢皮膠原蛋白提取率為（39.48±0.74）%，與理論提取率無顯著差異（P＞0.05），模型可靠。在此條件下，凍干鯢皮經(jīng)DPCD處理后膠原蛋白提取率（（39.48±0.74）%）顯著高于凍干鯢皮未經(jīng)DPCD處理膠原蛋白提取率（20.63±0.46）%（P＜0.05），且縮短提取時間，這表明DPCD前處理有利于膠原蛋白的溶出，在膠原蛋白實際生產(chǎn)中具有應用價值。

2.3 鯢皮掃描電鏡分析

圖4 鯢皮掃描電鏡圖Fig. 4 Scanning electron micrographs of Chinese giant salamander skin

通過掃描電鏡觀察，并對DPCD處理前后鯢皮內表面、外表面和側面微觀結構進行比較，發(fā)現(xiàn)其變化。在未處理過的鯢皮內表面覆蓋一層膜，毛細血管分布豐富，在內表面有一些細條狀突起，清晰可見（圖4A），但經(jīng)DPCD處理后，內表面顯得比較平整（圖4D），這可能是由于高壓作用；未處理的鯢皮外表面成凹凸不平的網(wǎng)狀結構，這是由于在鯢皮外表面，分布一些斑瘤、形態(tài)各異的突起和腺體的外開口，開口的分布不均勻且疏密不一，造成孔徑差異明顯的凹窩，圍繞凹窩的細胞相互連接形成網(wǎng)狀結構，在腺體或斑瘤中會分泌一些黏液等物質[23]（圖4B），但經(jīng)過DPCD處理后，凹窩明顯加深，其周圍的網(wǎng)狀結構遭到一定程度的破壞（圖4E），這可能是由于泄壓后CO2帶走腺體或斑瘤中分泌的疏水性物質[24]，凹窩內出現(xiàn)空洞，凹窩周圍細胞在CO2的滲透作用下，網(wǎng)絡連接結構遭到破壞，出現(xiàn)裂紋；觀察鯢皮截斷面，能看到明顯的纖維束，密集成束的纖維平行排列，纖維束間出現(xiàn)一些空隙（圖4C），但經(jīng)過處理后發(fā)現(xiàn)，成束的纖維被破壞，排布雜亂不平行，且纖維束之間空隙增多，比未處理前變得疏松（圖4F），這可能是由于在DPCD作用下引起膠原纖維收縮造成的[25]。膠原纖維收縮主要與膠原纖維的熱穩(wěn)定性有關。Potekhin等[26]研究表明，壓強對膠原纖維的熱穩(wěn)定性會產(chǎn)生一定的影響，隨著壓強的增加，膠原蛋白熱變性溫度提高，當壓強達到200 MPa時，膠原蛋白變性溫度提高了6.8 ℃，在本實驗中，壓強低于45 MPa，對膠原蛋白變性溫度影響較小，因此，處理后鯢皮膠原纖維的收縮主要與溫度有關。顧賽麒等[27]研究酶提鯢皮膠原蛋白變性溫度為26.5 ℃，當溫度超過變性溫度時，膠原纖維就會產(chǎn)生收縮或交聯(lián)[28]，優(yōu)化的溫度是35 ℃，已經(jīng)超過鯢皮的變性溫度，因此，膠原纖維會出現(xiàn)一定程度的收縮，造成排列不規(guī)則和多孔現(xiàn)象。此外，泄壓時，由于壓強的突然變化以及CO2的萃取功能，也會影響到鯢皮膠原纖維的排列狀態(tài)，這可能有利于膠原蛋白的溶出。

2.4 膠原蛋白的SDS-PAGE結果

圖5 鯢皮膠原蛋白的SDS-PAGE圖譜Fig. 5 SDS-PAGE patterns of collagens extracted from Chinese giant salamander skin

從圖5可知，鯢皮經(jīng)過DPCD處理后經(jīng)酶法提取所得的膠原蛋白SDS-PAGE圖譜與沒有經(jīng)過DPCD處理酶法提取的膠原蛋白電泳圖譜沒有明顯變化。SDS-PAGE圖譜中均出現(xiàn)一條γ鏈，一條β鏈和至少2條α鏈（α1（α3）和α2），是典型的Ⅰ型膠原蛋白[29-30]。膠原蛋白的條帶較為清晰，無雜帶，表明提取的膠原蛋白具有較高的純度。雖然鯢皮經(jīng)過DPCD處理前后，Ⅰ型膠原蛋白螺旋結構3 個亞基均出現(xiàn)在SDS-PAGE圖譜中，但DPCD處理是否會對膠原蛋白的三螺旋結構產(chǎn)生影響，還需進一步實驗驗證。

3 結 論

經(jīng)單因素試驗和響應面優(yōu)化試驗，確定DPCD前處理的鯢皮酶法提取膠原蛋白的最佳處理工藝條件為溫度32 ℃、壓強30 MPa、時間6 h，在此條件下，鯢皮膠原蛋白提取率與對照相比提高了18.85%。鯢皮經(jīng)DPCD處理前后，膠原蛋白的SDS-PAGE圖譜未呈現(xiàn)明顯變化。

采用DPCD方法對凍干鯢皮進行前處理，與未經(jīng)DPCD處理的鯢皮相比，DPCD前處理能夠改變鯢皮微觀組織結構，膠束纖維有規(guī)則排列被破壞并呈現(xiàn)多孔狀態(tài)，這些微觀組織結構的變化有利于膠原蛋白的溶出。

[1] CHEN J D, LI L, yI R Z, et al. Extraction and characterization of acid-soluble collagen from scales and skin of tilapia (Oreochromis niloticus)[J]. LWT-Food Science and Technology, 2016, 66: 453-459. DOI:10.1016/j.lwt.2015.10.070.

[2] HUANG C y, KUO J M, WU S J, et al. Isolation and characterization of fish scale collagen from tilapia (Oreochromis sp.) by a novel extrusion–hydro-extraction process[J]. Food Chemistry, 2016, 190: 997-1006. DOI:10.1016/j.foodchem.2015.06.066.

[3] DUONG T, BALABAN M, PERERA C. Effects of combined high hydrostatic pressure and dense phase carbon dioxide on the activity, structure and size of polyphenoloxidase[J]. Journal of Food Science, 2015, 80(11): E2486-E2494. DOI:10.1111/1750-3841.13091.

[4] SHANTAROVICH V P, BEKESHEV V G, BELOV N A, et al. Effect of supercritical carbon dioxide on nanoporous polyhexafluoropropylene[J]. High Energy Chemistry, 2016, 50(4): 287-291. DOI:10.1134/S0018143916040160.

[5] TAO D D, ZHOU B, ZHANG L y, et al. Kinetics of “Laba” garlic greening and its physiochemical properties treated by dense phase carbon dioxide[J]. LWT-Food Science and Technology, 2015, 64(2): 775-780. DOI:10.1016/j.lwt.2015.06.048.

[6] JI H W, ZHANG L, LIU S C, et al. Optimization of microbial inactivation of shrimp by dense phase carbon dioxide[J]. International Journal of Food Microbiology, 2012, 156(1): 44-49. DOI:10.1016/ j.ijfoodmicro.2012.02.020.

[7] SEBASTIAN K, LOVISA E, ARWA M, et al. Effect of novel drying techniques on the extraction of anthocyanins from bilberry press cake using supercritical carbon dioxide[J]. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2015, 29: 209-214. DOI:10.1016/ j.ifset.2015.02.002.

[8] MIRELLE D, NILSON J, ALESSANDRA L O. Extraction of corymbia citriodora essential oil and resin using near and supercritical carbon dioxide[J]. Journal of Supercritical Fluids, 2016, 115: 54-64. DOI:10.1016/j.supflu.2016.04.015.

[9] SILVA J C, BARROS A A A, AROSO I M, et al. Extraction of collagen/gelatin from the marine demosponge chondrosia reniformis (Nardo, 1847) using water acidified with carbon dioxide-process optimization[J]. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2016, 55(25): 6922-6930. DOI:10.1021/acs.iecr.6b00523.

[10] 李靜, 葉欣, 冉旭. 高溫高壓提高大鯢皮膠原蛋白肽提取率的研究[J].食品工業(yè), 2015, 36(10): 1-4.

[11] 田冰梅, 謝曉梅, 沈盼盼, 等. 分級醇沉宣木瓜多糖含量、分子量測定和活性初步研究[J]. 光譜學與光譜分析, 2015, 35(5): 1331-1334. DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2015)05-1331-04.

[12] 楚水晶, 農紹莊, 柳春山, 等. 酶法提取馬面魚魚皮膠原蛋白的工藝研究[J]. 食品科技, 2010, 35(5): 234-237.

[13] 肖楓, 朱文學, 康懷彬, 等. 正交試驗優(yōu)化黃河鯉魚鱗酶促溶性膠原蛋白提取工藝[J]. 食品科學, 2015, 36(12): 60-65. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201512011.

[14] 李莉, 顧賽麒, 王錫昌, 等. 響應面法優(yōu)化酶法提取大鯢皮膠原蛋白工藝[J]. 中國水產(chǎn)科學, 2013, 20(4): 876-883. DOI:10.3724/ SP.J.1118.2013.00876.

[15] 李華. 大鯢皮中膠原蛋白的提取及性質研究[J]. 淡水漁業(yè), 2013, 43(2): 71-74. DOI:10.3969/j.issn.1000-6907.2013.02.013.

[16] TAO D D, ZHOU B, ZHANG L y. ‘Laba’ garlic processed by dense phase carbon dioxide: the relation between green colour generation and cellular structure, alliin consumption and alliinase activity[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2016, 96(9): 2969-2975. DOI:10.1002/jsfa.7463.

[17] FERRENTINO G, BALZAN S, SPILIMBERGO S. Optimization of supercritical carbon dioxide treatment for the inactivation of the natural microbial flora in cubed cooked ham[J]. Internation Jounary of Food Microbioloy, 2013, 161: 189-196. DOI:10.1016/ j.ijfoodmicro.2012.12.004.

[18] DUBA K S, FIORI L. Supercritical CO2extraction of grape seed oil: effect of process parameters on the extraction kinetics[J]. Journal of Supercritical Fluids, 2015, 98: 33-43. DOI:10.1016/ j.supflu.2014.12.021.

[19] 呂妙兄, 劉書成, 屈小娟, 等. 高密度CO2處理對皺紋盤鮑肌肉品質的影響[J]. 農業(yè)工程學報, 2013, 29(s1): 301-306. DOI:10.3969/ j.issn.1002-6819.2013.z1.046.

[20] XU E B, PAN X W, WU Z Z, et al. Response surface methodology for evaluation and optimization of process parameter and antioxidant capacity of rice flour modified by enzymatic extrusion[J]. Food Chemistry, 2016: 146-154. DOI:10.1016/j.foodchem.2016.05.171.

[21] AKALIN M K, AKyUZ M, KARAGOZ S. Supercritical fluid extraction of bio-oils from hawthorn stones: a Box-Behnken design for the extraction parameters[J]. Energy Technology, 2015, 3(1): 40-47. DOI:10.1002/ente.201402103.

[22] GENG L J, ZHOU W, QU X y, et al. Optimization of the preparation of pectin from Aloe using a Box-Behnken design[J]. Carbohydrate Polymers, 2014: 193-199. DOI:10.1016/j.carbpol.2014.01.069.

[23] 李庚午, 吳淑輝, 朱命煒, 等. 大鯢皮膚的掃描電鏡觀察[J]. 電子顯微學報, 1993(1): 24-25.

[24] CHEN J, LI J, SUN A D, et al. Supercritical CO2extraction and pre-column derivatization of polysaccharides from artemisia sphaerocephala krasch seeds via gas chromatography[J]. Industrial Crops and Products, 2016, 60: 138-143. DOI:10.1016/ j.indcrop.2014.06.013.

[25] 鄧麗, 李巖, 董秀萍, 等. 熱加工過程中鮑魚腹足蛋白間作用力及其質構特性[J]. 農業(yè)工程學報, 2014, 30(18): 307-313. DOI:10.3969/ j.issn.1002-6819.2014.18.038.

[26] POTEKHIN S A, SENIN A A. ABDURAKHMANOV N N, et al. High pressure stabilization of collagen structure[J]. Biochimica et Biophysica Acta, 2009, 1794(8): 1151-1158. DOI:10.1016/ j.bbapap.2009.04.005.

[27] 顧賽麒, 李莉, 王錫昌, 等. 人工養(yǎng)殖大鯢皮膠原蛋白的性質研究[J].食品科學, 2014, 35(9): 74-79. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201409016.

[28] WANG y J, GUO J, CHEN H. Influence of containing moisture on hydrothermal stability of modified collagen thermal characteristics analysis by DSC[J]. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2010, 99(1): 295-300. DOI:10.1007/s10973-009-0561-y.

[29] SOTELO C G, COMESA?A M B, ARIZA P R, et al. Characterization of collagen from different discarded fish species of the west coast of the Iberian Peninsula[J]. Journal of Aquatic Food Product Technology, 2016, 25(3): 388-399. DOI:10.1080/10498850.2013.865283.

[30] yANG y N, LI C y, SONG W, et al. Purification, optimization and physicochemical properties of collagen from soft-shelled turtle calipash[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2016, 89: 344-352. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2016.04.048.

Optimization of Processing Parameters for Collagen Extraction from Chinese Giant Salamander (Andrias davidianus) Skin after Dense Phase Carbon Dioxide Pretreatment

REN Guoyan1,2, SONG Ya1, KANG Huaibin1, XIAO Feng1, FENG Qiuqi1, GUO Jinying1, CUI Guoting1, WANG Songjun3
(1. College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China; 2. Henan Engineering Research Center of Food Material, Luoyang 471023, China; 3. Luoyang Huani Biological Technology Co. Ltd., Luoyang 471023, China)

In this study, the effect of pretreatment with dense phase carbon dioxidense (DPCD) on improving the enzymatic extraction of collagen from Chinese giant salamander skin was investigated. For collagen extraction, lyophilized Chinese giant salamander skin was pretreated with DPCD under different operating conditions of pressure and temperature, and then hydrolyzed by pepsin for different time periods. The optimization of these three parameters for improved extraction yield was performed using a combination of one-factor-at-a-time method and response surface methodology. The optimal enzymatic extraction conditions were found to be 6 h hydrolysis after DPCD pretreatment at 32 ℃ and 30 MPa. The modelpredicted extraction yield under these optimized conditions was 39.70%, and it was not significantly different from the experimental value, (39.48±0.74)% (P ＞ 0.05), 18.85% higher than that obtained without any pretreatment, (20.63±0.46)%. It was observed with a scanning electron microscope (SEM) that the microstructure of the skin became more loose, and collagen fibrils were damaged and became more orderly arranged and porous after DPCD treatment. The SDS-PAGE patterns showed that the typical characteristics of type I collagen was retained after DPCD treatment. Meanwhile, DPCD treatment significantly increased the extraction yield of collagen.

Chinese giant salamander skin; dense phase carbon dioxide (DPCD); response surface methodology; collagen structure; extraction yield

10.7506/spkx1002-6630-201716031

TQ254

A

1002-6630（2017）16-0198-07

任國艷, 宋婭, 康懷彬, 等. 高密度CO2處理提取鯢皮膠原蛋白的工藝優(yōu)化[J]. 食品科學, 2017, 38(16): 198-204. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201716031. http://www.spkx.net.cn

2017-02-08

“三區(qū)”人才支持計劃項目（2016SQ041）；河南省科技廳科普項目（173400410001）；

企業(yè)委托項目（4009/22010041）；河南科技大學大學生研究訓練計劃（SRTP）項目（2016067）

任國艷（1976—），女，副教授，博士，研究方向為農（水）產(chǎn)品深加工與高值化利用。E-mail：renguoyan@163.com

REN Guoyan, SONG Ya, KANG Huaibin, et al. Optimization of processing parameters for collagen extraction from Chinese giant salamander (Andrias davidianus) skin after dense phase carbon dioxide pretreatment[J]. Food Science, 2017, 38(16): 198-204. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201716031. http://www.spkx.net.cn