基于响应面法的鱼皮多肽提取工艺优化研究

摘 要：本文以三文鱼鱼皮为研究对象，经酸碱处理以提取鱼皮中的胶原蛋白，然后加入胰蛋白酶进行酶解，提取鱼皮多肽。采用单因素试验和响应面法优化鱼皮多肽提取的最佳工艺参数。结果表明，胰蛋白酶添加量、酶解时间、酶解温度对鱼皮多肽提取率的影响较大，影响顺序为胰蛋白酶添加量＞酶解温度＞酶解时间。三文鱼鱼皮多肽提取最佳工艺参数为酶解环境pH值7.50、胰蛋白酶添加量1.78%、酶解时间5.20 h，酶解温度52.20 ℃，该提取条件下，胰蛋白酶的活性最高，多肽的提取率可达到8.98%。本研究为推动鱼皮多肽提取工艺的优化和创新提供技术支撑。

关键词：三文鱼；鱼皮；胶原蛋白；多肽提取率；响应面法

Optimization of Fish Skin Polypeptide Extraction Technology Based on Response Surface Method

ZHANG Chen， XUE Xiaojuan， ZHAO Yajing

（Gansu Forestry Polytechnic， Tianshui 741020， China）

Abstract： This article takes salmon skin as the research object， extracts collagen from fish skin through acid-base treatment， and then adds trypsin for enzymatic hydrolysis to extract fish skin peptides. Optimize the optimal process parameters for fish skin peptide extraction using single factor experiments and response surface methodology. The results showed that the addition of trypsin， hydrolysis time， and hydrolysis temperature had a significant impact on the extraction rate of fish skin peptides， with the order of influence being trypsin addition＞hydrolysis temperature＞hydrolysis time. The optimal process parameters for extracting peptides from salmon skin are enzymatic hydrolysis environment pH value of 7.50， trypsin addition amount of 1.78%， enzymatic hydrolysis time of 5.20 h， and enzymatic hydrolysis temperature of 52.20 ℃. Under these extraction conditions， trypsin activity is the highest and the peptide extraction rate can reach 8.98%. This study provides technical support for promoting the optimization and innovation of fish skin peptide extraction technology.

Keywords： salmon; fish skin; collagen; polypeptide extraction rate; response surface method

在水产品加工流程中，会产生相当数量的副产物。其中，鱼皮占较大比例。如果这些副产品未能得到合理处置，将会引发资源浪费和生态环境污染等问题[1]。因此，对鱼皮进行深度加工，不仅能提升其资源价值，实现高附加值利用，还能有效减轻环境污染问题，这与可持续发展的原则相契合[2]。

鱼皮中含有丰富的蛋白质，通过采用专门的提取技术，能够从中提取出具有多种生物活性的多肽物质。这些多肽展现出良好的抗氧化、降压、免疫调节等作用[3]。目前，提取鱼皮多肽的主要技术手段包括酶解法、化学处理法和发酵生物技术等[4]。其中，酶促水解因其温和的反应条件、高度的安全性以及产物结构的稳定性而得到广泛应用。然而，相对较高的生产成本成了一个制约因素。相比之下，化学法的操作过程更简便，且成本效益高，但该方法在反应过程中容易引入有害物质，从而降低产品的安全性，并且可能导致部分氨基酸的破坏。发酵法的优势在于操作流程简便和成本较低，但该方法的产物收率相对较低，且部分用于产酶的微生物可能具有一定的毒性。因此，如何优化提取工艺，提高多肽的得率和纯度，同时降低生产成本和环境污染，是当前鱼皮多肽提取工艺研究面临的重要挑战。

三文鱼因其洄游习性和对冷水环境的适应性，使得其鱼皮富含胶原蛋白等有益物质，这些物质在经过适当的加工处理后，可转化为大量的多肽。基于此，本研究以三文鱼鱼皮为研究对象，在单因素试验的基础上，采用响应面法对鱼皮多肽提取工艺进行优化研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

胰蛋白酶；三文鱼皮；NaOH溶液（浓度为1.0 mmol·L-1，分析纯）；HCL水溶液（浓度为0.5%，分析纯）。

1.2 仪器与设备

JIDI-20D型离心机；HWS数显恒温培养箱；GCM-S-02型卷式膜分离设备；实验型ZLGJ-10冻干机。

1.3 试验方法

1.3.1 提取鱼皮胶原蛋白

洗净三文鱼鱼皮后，将鱼皮置于清水中浸泡1 h，再切成1.2 cm的小块。将鱼皮块置于NaOH溶液中（鱼皮和溶液的体积比为1∶10）浸泡2 h后，用清水清洗鱼皮块，直至其pH值达到中性状态。将鱼皮块置于0.5%的HCL水溶液中（鱼皮和溶液的体积比为1∶8）浸泡1 h后，取出鱼皮块并清洗干净。向已清洗的鱼皮中添加纯净水，在恒温环境中，以7 500 r·min-1的速度离心处理15 min，从上清液中分离出的物质即为胶原蛋白[5]。

1.3.2 制备鱼皮胶原蛋白多肽

称取1.3.1提取的三文鱼鱼皮胶原蛋白1 g，向其中加入胰蛋白酶复合物，同时调节混合物的pH值。在恒温培养箱中对混合物进行酶解后，将混合物料投入沸水中，加热处理10 min，让其自然冷却至室温。再将混合物以7 500 r·min-1的速度离心30 min。离心完成后，提取上清液，经卷式膜分离设备浓缩处理后，进行冷冻干燥，即可得到胶原蛋白肽。

1.3.3 单因素试验设计

（1）在温度为55 ℃、胰蛋白酶添加量为1.8%、酶解时间为5 h的条件下，固定1.3.2其他提取条件，分别设置酶解环境pH值为6.5、7.0、7.5、8.0和8.5，考察多肽提取率的变化情况。

（2）在温度为55 ℃、酶解环境pH值为7.5、酶解时间为5 h的条件下，固定1.3.2其他提取条件，分别设置胰蛋白酶添加量为1.0%、1.4%、1.8%、2.2%和2.6%，考察多肽提取率的变化情况。

（3）在温度为55 ℃、酶解环境pH值为7.5、胰蛋白酶添加量为1.8%的条件下，固定1.3.2其他提取条件，分别设置酶解时间为3.5、4.0、4.5、5.0 h和5.5 h，考察多肽提取率的变化情况。

（4）在酶解环境pH值为7.5、胰蛋白酶添加量为1.8%、酶解时间为5.0 h的条件下，固定1.3.2其他提取条件，设置酶解温度为40、45、50、55 ℃和60 ℃，考察多肽提取率的变化情况。

1.3.4 多肽提取率计算

本研究以多肽提取率（η）为分析指标，计算公式为

（1）

式中：N表示酶解液多肽质量浓度，g·L-1；V表示酶解液的体积，mL；M表示酶解液的质量，g；p表示鱼皮胶原蛋白的含量，%。

1.3.5 响应面试验设计

根据单因素试验结果，选取对鱼皮多肽提取率影响较大的3个因素（胰蛋白酶添加量、酶解时间、酶解温度）进行响应面分析，从而确定最优的鱼皮多肽提取工艺参数。响应面试验因素及水平见表1。

1.4 数据处理

本研究利用统计软件SPSS对数据进行统计分析；采用Design-Expert软件构建响应面模型，通过拟合二次多项式方程来描述各因素与响应值之间的关系。同时，进行方差分析以评估模型拟合度和各因素显著性。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 不同pH值对鱼皮多肽提取率的影响

由图1可知，随着酶解环境pH值的增加，多肽提取率呈先升高后降低的趋势。在pH值为7.5时，多肽提取率最高。这是因为该pH值条件下，胰蛋白酶的活性最高，能够有效地将鱼皮中的胶原蛋白水解为多肽。

2.1.2 不同胰蛋白酶添加量对鱼皮多肽提取率的影响

由图2可知，随着胰蛋白酶添加量的增加，多肽提取率呈现先升高后降低的趋势。在胰蛋白酶添加量为1.8%时，酶活性最高，能够有效地将鱼皮中的胶原蛋白水解为多肽，因此多肽提取率最高。

2.1.3 不同酶解时间对鱼皮多肽提取率的影响

由图3可知，随着酶解时间的延长，多肽提取率呈现先升高后降低的趋势。在酶解时间为5.0 h时，多肽提取率最高。此时，胰蛋白酶能够将鱼皮中的胶原蛋白充分水解。

2.1.4 不同酶解温度对鱼皮多肽提取率的影响

由图4可知，酶解温度为40～50 ℃时，多肽提取率迅速上升，当继续升高温度，提取率则呈现下降趋势。在酶解温度为50 ℃时，胰蛋白酶的活性最高，能够最有效地将鱼皮中的胶原蛋白水解为多肽。

2.2 响应面试验结果分析

2.2.1 响应面法优化提取工艺参数

在单因素试验的基础上，以胰蛋白酶添加量（A）、酶解时间（B）、酶解温度（C）为考察因素，以多肽提取率为响应值（η），优化鱼皮提取工艺，响应面优化试验结果见表2[6]。使用Design-Expert 软件对表2中的数据进行线性回归分析，得回归方程为η=10.42+0.78A+0.35B+0.51C-0.78AB+0.09AC-0.64BC-0.93A2-1.42B2-2.51C2。

2.2.2 响应面试验方差分析

由表3可知，经回归分析发现，回归模型P＜0.001，失拟项P＞0.05，表明该模型拟合度较好。各因素对响应值的影响大小依次为胰蛋白酶添加量（A）＞酶解温度（C）＞酶解时间（B）。一次项A和C，交互项AB、BC，以及二次项A2、B2、C2对鱼皮多肽提取率的影响显著。

2.2.3 不同因素交互作用响应面分析

为了进一步分析胰蛋白酶添加量（A）、酶解温度（C）、酶解时间（B）之间的交互作用对鱼皮多肽提取率的影响，本实验绘制了三维曲面图。由图5（a）可知，酶解时间与胰蛋白酶添加量之间存在明显的协同作用，在最优范围内，二者的配合可以有效提升多酚提取率。由图5（b）可知，酶解时间与酶解温度的最佳匹配有助于提高多酚提取率，且在最佳点附近形成相对平滑的高值区域。由图5（c）可知，酶解温度与胰蛋白酶添加量之间的相互配合也会显著影响多酚的提取效率，在最佳组合点形成较为集中且稳定的提取率高值区域。

2.3 验证试验

通过Design-Expert软件分析预测，得到三文鱼鱼皮多肽提取最佳工艺参数为胰蛋白酶添加量为1.78%、酶解时间为5.20 h，酶解温度为52.20 ℃。在此条件下进行验证性试验，得到的多肽提取率为8.98%，表明响应面法优化得到的工艺参数具有较高的可靠性。

3 结论

本研究以三文鱼鱼皮为实验原料，采用酸碱处理结合胰蛋白酶酶解的方法提取鱼皮多肽。通过单因素实验和响应面法优化鱼皮多肽提取工艺参数，确定了最佳工艺条件为胰蛋白酶添加量1.78%、酶解时间5.20 h、酶解温度52.20 ℃。在此条件下提取三文鱼鱼皮多肽，酶活性最高，能够有效地将鱼皮中的胶原蛋白水解为多肽，提取率可达到8.98%。本研究通过优化提取工艺，不仅提高了多肽提取率，实现了鱼皮资源的高附加值利用，还推动了相关产业的发展和创新。

参考文献

[1]刘忠慧，周燕代子，王存文.蚯蚓多肽的提取纯化工艺及应用研究进展[J].化学与生物工程，2024，41（3）：7-14.

[2]龚频，岳山，王小娟，等.酶法制备蛹虫草多肽工艺优化及其体外抗氧化活性研究[J].陕西科技大学学报，2023，41（5）：50-56.

[3]陈玟羽，李亚，陈煜沛，等.一种具抗氧化功效的林蛙皮多肽及其提取工艺[J].科技创新与应用，2023，13（18）：44-48.

[4]周田田，张红，袁文鹏.海洋多肽的提取纯化及生物活性研究进展[J].食品工业科技，2022，43（19）：419-426.

[5]沙小梅，晏侬洋，陈文美，等.提取pH值对猪皮明胶凝胶性能和特征性多肽鉴定的影响[J].食品科学，2023，44（18）：26-33.

[6]周雅情，王莹，王昱沣.牛排菇多肽的酶解工艺优化[J].食品研究与开发，2023，44（14）：169-174.

作者简介：张晨（1985—），男，甘肃天水人，本科，讲师。研究方向：环境微生物检测。