羊骨胶原蛋白结构解析、热稳定性与成膜应用研究

摘要

羊骨是羊屠宰后的主要副产物，胶原蛋白含量丰富，营养价值高。但目前羊骨胶原蛋白结构及特性缺乏系统性报道，羊骨副产物精深加工率低，资源浪费严重。为提高羊骨副产物附加值和综合利用率，本文以羊腿骨为实验原料，通过乙酸法和胃蛋白酶法提取羊骨胶原蛋白，分析其结构特征和理化特性;采用分峰拟合和二维红外相关分析法分析加热环境下骨胶原蛋白的结构变化规律;制备不同混合比例的骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜，分析其结构特征和成膜特性;进一步研究共混膜在食用油、风干肉和方便面调味料中的应用情况，为骨胶原蛋白的利用提供思路。本研究主要结论如下:
　　解析了羊骨胶原蛋白的结构特征、热变性和电化学特性。羟脯氨酸含量、紫外光谱和一维电泳结果证明本研究获得的羊骨胶原蛋白纯度较高，达90％以上。质谱结果证实羊骨胶原蛋白是Ⅰ型胶原蛋白，红外光谱和圆二色谱证明羊骨胶原蛋白分子中含有大量氢键，其二级结构主要为α-螺旋。尽管胃蛋白酶在一定程度上损坏了胶原蛋白分子的有序性，但是乙酸提取和胃蛋白酶提取两种方法均可以保持胶原蛋白的三螺旋结构。羊骨胶原蛋白的亚氨基酸含量和羟基化水平较高，导致羊骨胶原蛋白的热稳定性较高。非螺旋端肽切除后，胶原蛋白热稳定性降低。酸溶性胶原蛋白的酸性氨基酸含量较高，导致其等电点较低。
　　分析了羊骨胶原蛋白在脱水和水溶液两种加热环境下的结构变化规律。分峰拟合结果表明，脱水和水溶液两种加热环境下，胶原蛋白二级结构相对含量变化规律整体相同。随温度升高，胶原蛋白红外光谱中的主要吸收峰发生位移，三螺旋结构解旋，α-螺旋含量逐渐降低，无规则卷曲含量逐渐增加，分子结构逐渐舒展，无序性增大。然而，溶液状态下胶原蛋白对温度变化更加敏感。二维红外相关光谱结果表明，脱水和水溶液两种加热环境下，胶原蛋白基团对温度的响应顺序不同，脱水加热时，脯氨酸CH3基团摇摆振动首先做出响应，而水溶液加热时，N-H弯曲振动首先做出响应。
　　确定了骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜制备工艺，并分析了其成膜特性和结构特征。研究发现，骨胶原蛋白具有良好的成膜特性，且与壳聚糖共混后，其成膜特性得以改善。添加壳聚糖后，胶原蛋白膜的厚度和拉伸强度得以显著提高，但断裂延伸率降低。随着壳聚糖含量增加，胶原蛋白膜的透明度提高，在紫外光区域内的光阻隔性变化不显著，在可见光区域内逐渐减小。与明胶-壳聚糖共混膜相比，骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜的光阻隔性更好。与纯胶原蛋白膜相比，共混膜的水蒸气透过性和热稳定性增大，水溶性降低。红外光谱结果表明，胶原蛋白与壳聚糖之间形成了分子间氢键。原子力显微镜结果表明添加壳聚糖后，胶原蛋白膜表面更光滑平整。
　　探讨了骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜在食用油、风干肉和方便面调味料包装中的应用。结果表明，骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜的成型效果优于单一组分生物膜。与纯骨胶原蛋白膜相比，共混膜的氧气透过性无显著变化，使得共混膜组油脂和蛋白质的氧化速率未发生显著变化，且膜的抑菌效果增强，但是共混膜的水蒸气透过性增加。因此，骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜可以用于食品包装，但是其在干制食品中的应用及贮藏环境有待进一步研究。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1 羊骨资源利用现状

1．2 胶原蛋白研究进展

1．2．1 胶原蛋白结构

1．2．2 胶原蛋白热稳定性

1．2．3 胶原蛋白膜研究进展

1．3 研究背景及内容

1．3．1 研究背景及意义

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2．1 前言

2．2 试验材料与方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验仪器

2．2．3 试验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 羊骨基本成分分析

2．3．2 羊骨胶原蛋白羟脯氨酸含量

2．3．3 羊骨胶原蛋白紫外光谱

2．3．4 羊骨胶原蛋白电泳分析

2．3．5 羊骨胶原蛋白氨基酸组成

2．3．6 羊骨胶原蛋白红外光谱

2．3．7 羊骨胶原蛋白圆二色谱分析

2．3．8 羊骨胶原蛋白热变性温度

2．3．9 羊骨胶原蛋白Zeta电位

2．4 小结

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验仪器

3．2．3 试验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 羊骨胶原蛋白热变性温度

3．3．2 热处理对羊骨胶原蛋白二级结构的影响

3．3．3 二维红外相关光谱分析

2．4 结论

第四章 骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜制备及表征

4．1 前言

4．2 试验材料与方法

4．2．1 试验材料

4．2．2 试验仪器

4．2．3 试验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 膜的外表及颜色

4．3．2 膜的光透过性和透明度

4．3．3 膜的机械性能和厚度

4．3．4 膜的水蒸气透过率和水溶性

4．3．5 膜的热稳定性

4．3．6 膜的二级结构

4．3．7 膜的超微结构

4．4 小结

第五章 骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜应用研究

5．1 前言

5．2 试验材料与方法

5．2．1 试验材料

5．2．2 试验仪器

5．2．3 试验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 共混膜包装袋成型及包装效果

5．3．2 共混膜在食用油包装中的应用

5．3．3 共混膜在风干肉包装中的应用

5．3．4 共混膜在方便面调料包中的应用

5．4 小结

6．1 研究总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

作者简历

项目资助