草鱼鳞盐酸脱钙工艺研究

周如意，刘明华

草鱼鳞盐酸脱钙工艺研究

周如意，刘明华

（武汉职业技术学院生物工程学院，湖北武汉430074）

采用食品级盐酸作为草鱼鳞脱钙剂，以脱钙率和回收率作为评价指标，探讨了盐酸浓度、液料比、脱钙时间对草鱼鳞的影响。结果表明，脱钙最佳工艺条件为盐酸浓度0.5mol/L，液料比10∶1，脱钙时间50min，此时草鱼鳞脱钙率高达97.7%，回收率70.1%。该工艺参数经过放大，能够较好地适用于50 kg级的工业生产。

草鱼鳞；盐酸；脱钙率；回收率

0 引言

草鱼（Grass carp）属鲤形目鲤科雅罗鱼亚科草鱼属，是我国四大淡水养殖鱼之一。2014年我国水产品产量达6 461.52×104t，淡水产品产量达3 165.30× 104t，占总量的48.98%，同比增长4.36%，其中淡水鱼中草鱼产量最高，达537.68×104t[1]。草鱼鳞约占草鱼质量5%[2]，鱼鳞是鱼皮真皮层变形物，主要由胶原蛋白和羟基磷灰石组成，羟基磷灰石富集在胶原蛋白的表面[3]，直接使用草鱼鳞提取胶原蛋白产率较低，而且周期长[4]。因此，草鱼鳞在生产之前需要进行脱钙处理，目前使用的脱钙方法较多，有盐酸脱钙[5-7]、EDTA脱钙[8-9]、辅助超声波酸法脱钙、磁力搅拌酸法脱钙等。虽然脱钙的方法很多，但以脱钙率和回收率作为考核指标，并且将脱钙工艺参数经过放大应用于工业化生产中的研究未见报道。

为了减少环境污染，同时提高草鱼鳞的生物附加值，采用工业生产常用且廉价的食品级盐酸作为草鱼鳞脱钙剂，在单因素试验的基础上，采用正交试验研究盐酸浓度、液料比、脱钙时间对草鱼鳞脱钙率（简化了脱钙率计算公式）和回收率的影响，优化了草鱼鳞脱钙工艺，旨在为生产脱钙草鱼磷提供参考。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

草鱼鳞，由湖北德炎食品股份有限公司提供；盐酸，食品级，浓度为10 mol/L；铬黑T（CR）；氨性缓冲溶液，pH值10；乙二胺四乙酸二钠（AR），由9.60 g EDTA溶解于2 000 mL蒸馏水配制而成，浓度约为0.013mol/L。

101-2AB型电热鼓风干燥箱、PHS-25型pH计、PL602-L型电子天平。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

草鱼鳞→挑出杂物→洗净→烘干→脱钙→固液分离→检测。

1.2.2 草鱼鳞脱钙率和回收率的测定

（1）原草鱼鳞中钙含量的测定。参照国标GB/T 5009.92—2003食品中钙的测定中的方法测定，略有改动。取10.00 g草鱼鳞于250m L烧杯中，加入6mol/L的盐酸100.00 mL，浸泡60 min，搅拌均匀，静置，取上清液1.00 mL（V0）于250 mL锥形瓶中，加入25mL蒸馏水，用pH计调pH值至7~8，加入10mL氨性缓冲溶液（pH值10），加入铬黑T 3~5滴，用EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为蓝色即为终点，记录消耗滴定液体积（V1），平行测定3次。原草鱼鳞中钙含量的计算公式如下：

式中：WCa——原草鱼鳞中钙的含量，%；

CEDTA——EDTA的浓度，由9.60 g EDTA加入2 000 mL蒸馏水中配制而成，约为0.013mol/L；

V1——测定原草鱼鳞消耗EDTA的体积，mL；

MCa——钙的摩尔质量，g/mol；

m——测定用草鱼鳞质量，10.00 g；

V0——测定用取样体积，1.00mL。

（2）草鱼鳞脱钙含量的测定。取10.00 g草鱼鳞于250mL烧杯中，加入一定浓度盐酸溶液（V），浸泡一定时间，搅拌均匀，静置一定时间后，将固体和液体分开留用，以测定相关指标。

液体按照1.2.2（1）方法测定试验过程中草鱼鳞中钙含量，记录消耗EDTA的体积（V2）。固体滤干，用自来水清洗至中性，再用蒸馏水清洗2~3遍，滤干水分，放入电热鼓风干燥箱中于40℃下烘干12 h，干燥器中冷却，称质量（m回）。则草鱼鳞脱去的钙含量：

式中：WCa样——试验测定草鱼鳞中钙的含量，%；

CEDTA——EDTA的浓度，由9.6 g EDTA加入2 000 mL蒸馏水中配制而成，约为0.013mol/L；

V2——测定原草鱼鳞消耗EDTA的体积，mL；

MCa——钙的摩尔质量，g/mol；

m——测定用草鱼鳞质量，10.00 g；

V0——测定用取样体积，1.00mL；

V——试验过程中加入盐酸的总体积，mL。

（3）草鱼鳞脱钙率计算公式。

式中：V1——原草鱼鳞中钙含量消耗EDTA的体积，mL；

V2——草鱼鳞脱去钙消耗EDTA的体积，mL；

（4）草鱼鳞回收率计算公式。

式中：m回——试验1.2.2（2）中放入烘箱中于40℃

下烘干12 h后的质量。

2 试验结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 盐酸浓度对草鱼鳞脱钙效果的影响

取10.00 g草鱼鳞于250 mL烧杯中，分别加入0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8 mol/L的盐酸100.00mL，静置30min，将固体和液体分开留用，按照1.2.2（3）和1.2.2（4）中公式分别测定脱钙率和回收率，比较不同浓度的盐酸对草鱼鳞脱钙的效果。

不同浓度的盐酸对草鱼磷脱钙效果的影响见图1。

图1 不同浓度的盐酸对草鱼磷脱钙效果的影响

由图1可知，随着盐酸浓度的升高，脱钙率也相应先提高后变化较小，而回收率则呈下降趋势。综合考虑，盐酸浓度过高会溶解部分胶原蛋白，所以选择0.5mol/L盐酸浓度较为合适。

2.1.2 液料比对草鱼鳞脱钙效果的影响

取10.00 g草鱼鳞加入250 mL烧杯中，分别按照液料比6∶1，8∶1，10∶1，12∶1，15∶1加入0.5 mol/L的盐酸液，静置30 min；将固体和液体分开留用，按照1.2.2（3）和1.2.2（4）中公式分别测定脱钙率和回收率，比较不同液料比对草鱼鳞脱钙效果的影响。

不同液料比对草鱼磷脱钙效果的影响见图2。

图2 不同液料比对草鱼磷脱钙效果的影响

由图2可知，随着液料比的增加，脱钙率的变化趋势较小，而回收率逐渐减小。从消耗盐酸量和回收率角度考虑，选择液料比为10∶1较为合适。

2.1.3 脱钙时间对草鱼鳞脱钙效果的影响

取10.00 g草鱼鳞加入250 mL烧杯中，分别加入0.5 mol/L的盐酸进行脱钙，脱钙时间分别为15，30，45，60，75min；将固体和液体分开留用，按照1.2.2（3）和1.2.2（4）中公式分别测定脱钙率和回收率，比较脱钙时间对草鱼鳞脱钙效果的影响。

不同脱钙时间对草鱼磷脱钙效果的影响见图3。

图3 不同脱钙时间对草鱼磷脱钙效果的影响

由图3可知，脱钙时间在45 min后草鱼鳞的脱钙率和回收率变化趋势均不是很明显，故脱钙时间为45 min较为理想。

2.2 正交试验结果分析

2.2.1 正交试验方案设计

通过单因素试验发现，盐酸浓度0.5 mol/L，液料比10∶1，脱钙时间45min时有较好的脱钙效果，在此基础上通过正交试验设计对脱钙工艺条件进一步优化，从而获得最佳脱钙工艺参数。

L9（34）正交试验因素与水平设计见表1。

表1 L9（34）正交试验因素与水平设计

2.2.2 正交试验分析与结果

正交试验分析与结果见表2。

2.2.3 正交试验结果极差分析

因素A即盐酸浓度对脱钙效果影响极大，液料比与脱钙时间对脱钙效果也较为显著，通过表2比较3个因素的极差，对脱钙效果影响大小依次为盐酸浓度>液料比>脱钙时间，最佳工艺条件为A3B3C3，即盐酸浓度0.6mol/L，液料比11∶1，脱钙时间50min。

因素A即盐酸浓度对回收率影响较大，液料比与脱钙时间对脱钙效果也较为显著，通过表2比较3个因素的极差，对回收率效果影响大小依次为盐酸浓度>液料比>脱钙时间，最佳工艺条件为A1B1C1，即盐酸浓度0.4 mol/L，液料比9∶1，脱钙时间40 min。

2.2.4 试验结果分析

最佳工艺参数应该是在具有较高的脱钙率同时，保证草鱼鳞的回收率。由表2可知，脱钙率和回收率是一对矛盾的指标，但从极差分析不难看出，对草鱼鳞脱钙工艺影响因素显著程度为盐酸浓度>液料比>脱钙时间。结合单因素试验走势可以看出，盐酸浓度大于0.5 mol/L时，脱钙率和回收率的变化趋势明显减缓；盐酸浓度为0.5 mol/L时具有较高的脱钙率和回收率，分别为96.1%和70.9%。随着液料比值的增加，脱钙率的变化趋势较小，而回收率减小的幅度有所增加，从消耗盐酸量和回收率角度考虑，选择液料比10∶1较为合适，此时具有较高的脱钙率和回收率，分别为96.8%和69.6%。由于在盐酸浓度、液料比、脱钙时间3个因素，脱钙时间对脱钙率和回收率的影响最不显著，可以适当延长脱钙时间以适当提高脱钙率。因此，可确定最佳工艺条件为盐酸浓度0.5 mol/L，液料比10∶1，脱钙时间50min。

表2 正交试验分析与结果

2.2.5 验证试验

在最佳工艺条件下，按照草鱼鳞质量的1∶1，1∶100，1∶5 000进行放大试验验证。具体做法如下：分别称取10.00 g，1.00 kg草鱼鳞在实验室按照上述参数进行试验，同时测定脱钙率和回收率；另外在湖北德炎食品股份有限公司的生产基地使用聚四氟乙烯塑料容器，在其中投放50 kg草鱼鳞，按照上述参数进行试验，同时测定脱钙率和回收率。

验证性试验测定脱钙率和回收率结果见表3。

表3 验证性试验测定脱钙率和回收率结果

按照国家标准分别对原草鱼鳞和3次验证试验烘干得到的脱钙草鱼鳞中水分、总灰分、粗蛋白、钙的含量进行检测。

原草鱼鳞和脱钙草鱼鳞中水分、灰分、粗蛋白、钙的含量见表4。

表4 原草鱼鳞和脱钙草鱼鳞中水分、灰分、粗蛋白、钙的含量

3 结论与讨论

从1.2.2（3）中的脱钙率公式可以看出，脱钙率只与加入盐酸总量、测定试验过程中草鱼鳞脱钙液中钙消耗EDTA的体积，以及测定原草鱼鳞中钙消耗EDTA的体积有关系，相对于有的学者使用钙的标准曲线测定钙的含量再计算脱钙率要简便得多，因而能够简化试验流程，提高试验效率。

文献显示，有些学者在研究草鱼鳞脱钙工艺时，仅仅研究了脱钙率，而忽略了草鱼鳞的回收问题，虽然得到了最佳脱钙工艺，但不一定是生产脱钙草鱼鳞的最佳方法。例如，在正交试验中A3B3C3脱钙率高达99.86%，但草鱼鳞回收率仅为67.3%，明显低于平均值，因而不是最佳生产脱钙草鱼鳞工艺。

笔者认为，最佳的脱钙工艺参数应该是在具有较高的脱钙率同时，保证草鱼鳞的回收率。经过正交试验并进行极差分析，通过综合考量得到的工艺参数经过放大，并应用于50 kg级工业生产，由表4可知，几种常规指标有些细微差别，主要与草鱼鳞在容器中投放不均匀有关系，在实际生产中可适当用木棒搅拌容器以增加草鱼鳞与酸的接触面积。另外由表4可知，该研究的工艺参数具有较强的适用性，得到的脱钙草鱼鳞总灰分小于2%，粗蛋白大于85%，符合企业生产胶原肽所用原材料的基本要求。

总之，在研究鱼鳞脱钙工艺的时候应综合考量脱钙率和鱼鳞的回收率。试验得到的脱钙最佳工艺条件为盐酸浓度0.5 mol/L，液料比10∶1，脱钙时间50 min，此时草鱼鳞脱钙率高达97.7%，回收率70.1%。

[1]农业部渔业局.2015年全国渔业经济统计公报[M].北京：中国农业出版社，2015：12.

[2]张俊杰，曾庆孝.鱼鳞的开发利用前景[J].中国水产，2004（5）：74-75.

[3]Toshiyuki Ikoma，Hisstoshi，Jun Tanaka，etal.Microstructure，nechanical，andbiomimeticpropertiesoffish scalesfrom Pafrusmajor[J].Journal of Structural Bioligy，2003（5）：327-333.

[4]唐旭，何建林.鱼鳞胶原蛋白提取过程中的脱钙工艺条件优化[J].食品工业科技，2011（5）：326-328.

[5]刘海梅，李敏，杨丽，等.罗非鱼鳞盐酸脱钙工艺研究[J].鲁东大学学报（自然科学版），2011，27（4）：339-341.

[6]张俊杰，段蕊，薛婉丽，等.鲤鱼鱼鳞在盐酸脱钙工艺中的变化[J].氨基酸和生物资源，2009，31（1）：44-47.

[7]蒋柏泉，曾芳，曾庆芳，等.鳙鱼鱼鳞盐酸脱钙工艺及动力学研究[J].南昌大学学报（工科版），2014，36（2）：108-112.

[8]段蕊，周银玲，张艳.滴定法监测鱼鳞脱钙过程研究[J].淮海工学院学报（自然科学版），2004，13（2）：54-56.

[9]陈日春.鲢鱼鱼鳞的脱钙工艺[J].农产品加工（学刊），2013（2）：42-44.◇

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

湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（T201535）。

周如意（1987—），男，本科，助理实验师，研究方向为生物活性物质提取与分析检验的研究与教学。