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1. 研究目的与意义、国内外研究现状(文献综述)
牛骨总质量的20%~30%为蛋白质,蛋白中又主要是胶原蛋白,胶原蛋白及其水解物因其含有人体所必需的多种氨基酸能促进人体代谢功能以及其具有良好的低免疫原性,凝胶性,可生物降解性以及止血和修复特性,从而在食品加工、医学、材料及化妆品领域中都有广泛的应用,实验室一般使用的传统方法来提取牛骨中的胶原蛋白耗时耗试剂,且所得产物难以控制。而近年来兴起的超声技术利用其超声空化效应,以及其附带的瞬时局部增压、升温的作用, 从而提高胞内目标活性成分的分子运动能力, 提升扩散的效率, 能实现高效提取目的。本课题通过研究超声辅助提取牛骨胶原蛋白过程的产物及提取率的影响。再通过调整超声波输出功率大小和超声时间,建立一种超声辅助提取牛骨胶原蛋白的方法。提取胶原蛋白的方法目前常用的有四种方法,分别是酸法、碱法、酶法、和复合法。酸提取法是利用低离子浓度的酸破坏分子间作用力和希夫氏碱,引起胶原纤维膨胀、溶解。常用的酸有:甲酸、乙酸、盐酸、草酸、柠檬酸、乳酸等。使用酸提取胶原时,所用酸的浓度、水解的温度及水解时间等条件不同,会得到分子量不均的胶原水解物。但是在此过程中色氨酸会被全部破坏,丝氨酸及酪氨酸部分会被破坏。碱提取法是利用碱性环境并辅以一定温度将胶原蛋白分子间共价键破坏,再分离除盐得到碱溶性的胶原蛋白,通常使用氢氧化钠,碳酸钠等碱性试剂。碱性条件下提取的胶原,易导致蛋白质变性,因此,在提取结构完整、使用安全的胶原时,很少采用碱法提取胶原。酶提取法是采用某种蛋白酶进行提取,在使用酶法时要先改变胶原蛋白的外部环境,使其达到酶所需的提取条件,后加酶提取。酶法相较于其他方法,反应较迅速,所需时间较短,提取前后不会对污染环境,且提取出的胶原蛋白性质稳定,溶解性和纯度都较好。但目前,酶法仍存在一些突出缺点,如在提取过程中,胶原蛋白分子与其他成分或胶原蛋白彼此之间会形成阻碍提取进行的共价键,会对提取过程和提取结果造成不良的影响;并且采用酶法还可能会水解出苦味肽,需要在后续的加工过程中进行去味处理。复合提取法是指将上述方法综合运用来提取胶原蛋白。有酸酶复合法、酶酶复合法等。采用复合法提取是为了加快提取的速度、提高提取率或减少副产物的生成。
目前超声波已经广泛应用于制药工业上中药的提取。vinatoru就使用超声波辅助乙醇提取茴香、啤酒花、万寿菊和薄荷中药物,相较于传统的提取方法,其得率分别提高了34%、12%、3%和7%。此外,使用0.15 w/cm2的超声波对栀子花中栀子苷进行提取,得率提高了16.5%。而使用超声波辅助提取高丽参中的人参皂苷要比传统提取方法缩短3倍左右的时间。超声波辅助也能应用于大豆油的提取,这是因为超声波能够快速的使提取溶剂渗入大豆中,使大豆油溶解出来,超声波与超临界二氧化碳萃取能够显著提高油脂的得率,缩短提取时间,增加工业生产的利润。
近几年,超声辅助提取胶原蛋白的相关研究得以发展,ran用超声辅助胃蛋白酶来提取牛跟腱中的胶原蛋白,他先用酸浸泡12h,后使用功率为750w,频率为20khz的超声处理18h,再加入胃蛋白酶酶解,与常规酶解相比,提取率提高了 154.17%。而张晓洁等将超声波应用于酶法来提取兔皮胶原蛋白中,结果显示,超声辅助制得的胶原蛋白的提取率与传统酶法相比提高了25%且并胶原蛋白中的亚基未发生降解。
2. 研究的基本内容和问题
研究目标:建立超声辅助提取胶原蛋白的最优条件以及最佳处理方法。
研究内容:
(1)测定骨粉的水分、灰分、蛋白质、脂肪、羟脯氨酸的含量
3. 研究的方法与方案
研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
1、主要试剂:
冰醋酸、胃蛋白酶、氯化钠、丙烯酰胺、氢氧化钠等
主要器材:
干燥箱、凯氏定氮仪、磁力搅拌器、超声波细胞破碎仪、高速冷冻离心机、恒温水浴锅、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪、垂直电泳槽等。
2、技术路线
脱脂脱钙牛骨粉 |
基本成分分析 |
超声辅助提取胶原蛋白 |
测胶原蛋白产物及提取率 |
测水分、灰分、蛋白质、脂肪的含量 |
3、实验方案
3.1基本成分分析
3.1.1 水分含量测定
参照 GB/T 5009.3-2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中直接干燥法进行测定。
3.1.2灰分测定
参照 GB/T 5009.4-2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》进行测定。
3.1.3 蛋白质测定
参照 GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法进行测定。
3.1.4 脂肪测定
依据 GB/T 5009.6-2003 《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法
3.2制备胶原蛋白
3.2.1 称取脱脂脱钙牛骨粉,加入100ml1%柠檬酸或0.5mol/l乙酸,料液比为 1:10,磁力搅拌12h后进行超声提取20min(工作时间10s,停歇3s),超声功率分别设置为150W、300W、450W、600W。超声结束后加入5%的胃蛋白酶(m/V),30℃烘箱培养2d,8000 r/min离心30min,向胶原蛋白粗制液中加入 NaCl 固体并不停搅拌,使浓度最
4. 研究创新点
1. 利用超声辅助提取胶原蛋白,优化胶原蛋白提取方法。
2. 通过测定羟脯氨酸含量来确定胶原蛋白含量
3. 开发利用牛骨胶原蛋白,充分发挥其价值。
5. 研究计划与进展
2018年10-12月 毕业论文选题及文献综述撰写
2019年1.10-3.16课题申报、开题报告
2019年4月15日中期检查
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