鲫鱼鱼鳞结构与有效成分的研究进展

摘要鲫鱼是一类重要的经济型食用鱼，不仅肉质鲜美，鱼鳞也有极高的利用价值。从鲫鱼鱼鳞的结构以及鲫鱼鱼鳞胶原蛋白等有效成分的提取方法、鲫鱼鱼鳞抗菌活性肽的制备方法以及鱼鳞的应用等方面总结了鲫鱼鱼鳞结构与有效成分的研究进展，旨在为鲫鱼鱼鳞的深加工与进一步优化利用提供参考。

关键词鲫鱼；鱼鳞；结构；功能成分；应用研究

中图分类号TS201.2文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）11-0004-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.11.002开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on the Structure and Effective Components of Carassius auratus Fish Scales

WU Tao，GAO Tian-tian，LI Jun et al（College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Tianjin 300134）

AbstractCrucian carp is an important economic food fish，not only its meat is delicious，but also its scales have high utilization value.This paper summarizes the research progress on the structure and effective components of Carassius auratus fish scales from the aspects of the structure of fish scale and the extraction methods of effective components such as collagen of Carassius auratus fish scales，the preparation methods of antibacterial active peptides of Carassius auratus fish scales and the applications of fish scales，aiming to provide reference for the deep processing and further optimization of the utilization of Carassius auratus fish scales.

Key wordsCarassius auratus;Fish scale;Structure；Functional components;Applied research

水产动物是指生活在水生生态系统中，具有一定应用价值的动物及其初级加工产品。随着我国水资源的不断开发，中国的水产养殖业已经走在了世界的前列［1］。水生动物是一种相对安全的原料来源，可作为加工各种产品的原料［2］。鱼鳞作为鱼类的副产品，经常被作为废弃物丢弃，易造成环境污染与资源浪费。相关研究表明，鱼鳞中的胶原蛋白含量丰富，胶原蛋白分解后的产物肽类可以被人体肠道直接吸收，长期食用胶原蛋白肽具有提高皮肤弹性、修复表皮受损细胞、延缓衰老等益处［3］。因此，在保护环境与节约资源以及关注大健康的背景下，提高鱼鳞的综合利用率也变得日趋重要［4-5］。

鲫鱼是中国最重要的淡水鱼类之一，分布广泛，生活在除青藏高原以外的几乎所有主要水系［6］。鲫鱼的体色以灰色为主，包括灰黑色的背部、银灰色的腹面和灰白色的鳍［7］。鲫鱼是一种杂食性鱼类，适应性强，繁殖力强，抗病力强，生长快，易繁殖［8］，鲫鱼也是评估水生生态系统和各种毒理学研究的良好模型［9］。

该研究以鲫鱼为主要研究对象，总结了近年来鲫鱼鱼鳞结构及其有效成分的研究进展，以期为鲫鱼鱼鳞资源的开发利用提供参考。

1鱼鳞的结构与有效成分研究进展

鱼鳞覆盖在鱼体表面，属于鱼类皮肤的衍生物，具有保护鱼体的作用。鱼鳞按照其质地与形态，分为盾鳞、齿鳞、圆鳞和硬鳞4种类型。盾鳞一般在软骨鱼上发现较多，比如鲨鱼的鱼鳞就属于盾鳞［10-11］。鱼鳞中的主要成分为粗蛋白和灰分，另外含有少量的脂肪和糖类。根据文献报道，鲫鱼鱼鳞含有约44.90%的粗蛋白，27.43%灰分以及18.29%的水分［12］ 。

1.1鱼鳞结构与鲫鱼鱼鳞结构1982年，Zylberberg等［13］通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段首次对鱼鳞的精细结构进行了分析，发现鱼鳞具有纵向的3层结构。1990年，周伟等［14］采用扫描电子显微镜技术观察与分析了杞麓湖鲤鱼鳞片表面结构，发现其表面的齿状粒突渐变结构可能作为鱼类分类的一种依据；另外，通过对鱼鳞辐射沟的分析，发现鱼鳞辐射沟对于热胀冷缩起着缓冲作用，同时也可以增强鳞片的柔韧性。随后，丁瑞华等［15］观察分析了虎嘉鱼鳞片的表面结构。另外还有众多研究采用透射显微镜技术先后对蓝罗非鱼鱼鳞、寿南小沙丁鱼鳞、鲤鱼的鱼鳞片的断面结构进行了分析［16］。上述研究均集中于对鱼鳞表面结构的研究。

王玉坤［17］利用热重、XRD 和扫描电子显微镜（含能谱），对鲫鱼鱼鳞分级结构的成分组成和构成模式进行了更加全面的观察与研究。其研究结果表明，鲫鱼鱼鳞在基本组成上，主要由羟基磷灰石和I型胶原构成。其中，有机质（包括但不限于I型胶原）的质量含量约58.2%，无机物（包括但不限于羟基磷灰石）的质量含量约29.5%，另外含有约123%的水分。从结构组成来看，可将鲫鱼鱼鳞看作羟基磷灰石/胶原复合材料，其分级结构主要包括羟基磷灰石颗粒、羟基磷灰石颗粒与细胶原纤维相互间隔形成的板条状复合物等5级结构。段婷婷等［18］采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线能谱与衍射、傅里叶红外光谱和热分析等方法与手段对鲫鱼鱼鳞跨尺度结构与成分进行了表征与研究，结果表明，鲫鱼鱼鳞片表面含有鳞脊和鳞槽，是一种跨尺度结构复合材料，由有机成分和无机成分组成。有机成分为片状或层状的蛋白质纤维，无机成分为羟基磷灰石颗粒。另外，在液氮冷冻条件下，橡胶会变脆而鱼鳞不会变脆与断裂，因此认为鱼鳞的韧性高于橡胶。鲫鱼鱼鳞的良好韧性可以使其防止内部组织受到侵害。

至此，人们对于包括鲫鱼在内的各种鱼鳞的结构有了比较清晰的认识，也有了比较完善的分析与观察手段。

1.2鲫鱼鱼鳞的有效成分鱼鳞中的有效成分主要包括鱼鳞胶原、鱼鳞明胶、鱼鳞胶原肽、羟基磷灰石、卵磷脂等，其中的主要成分为鱼鳞胶原和羟基磷灰石［19］。鲫鱼鱼鳞中的有效成分同样主要包括前述主要物质。其中，鱼鳞胶原即胶原蛋白，是由动物细胞合成的一种高分子化合物，具有生物活性，同时也是结缔组织中极其重要的成分。与陆生动物相比，虽然鱼类明胶中脯氨酸和羟脯氨酸的含量低于动物明胶中的含量，但鱼鳞明胶中的蛋氨酸含量明显高于动物明胶中的含量。因而可以利用这些特性开发相应的高附加值产品［17］。

鲫鱼鱼鳞中主要的无机成分为羟基磷灰石，属于磷灰石的一种，该类物质具有生物兼容性、骨传导性、无生物毒性、不引起炎症、不引起机体免疫等特性，目前广泛应用于医疗行业［20］ 。

2鲫鱼鱼鳞胶原蛋白提取工艺研究

2.1胶原蛋白的结构胶原蛋白普遍存在于动物的皮肤、软骨等结缔组织中，占总生物蛋白的25%～30%［21］。根据结构特征分类，胶原蛋白可分为纤维状（条纹状）、非纤维状（网状）、微纤维状（丝状）和纤维状相关的胶原蛋白。根据现有的研究，已经确定了29种类型，常见的类型有I型、II型、III型、V型和D型，其中I型胶原是最常见的，几乎存在于所有结缔组织中［22］。从胶原蛋白组成的结构单元来看，胶原蛋白是由3条肽链（2条α1和1条α2）组成的三螺旋结构，由重复的氨基酸单元组装而成，通过分子内氢键和相互右旋形成，这样的结构保证了胶原蛋白的稳定性。

2.2胶原蛋白的提取方法如表1所示，从水产动物中提取胶原蛋白通常使用5种提取方法。每种方法都有其优点和缺点。选择酸类作为提取液用于鱼鳞胶原蛋白的提取，可使胶原蛋白水解较彻底，但存在色氨酸等氨基酸被破坏、胶原蛋白粗提物含量降低、后续纯化工作烦琐、提取设备易被酸液腐蚀等问题，不利于工业化大规模生产，因此在实际提取过程中可以考虑酸酶结合、超声波提取或微波辅助提取等方法进行优化。采用酶法提取鱼鳞胶原蛋白时，只需展开胶原蛋白的肽链，不改变胶原蛋白的3股螺旋结构。酶法提取鱼鳞胶原蛋白所需要的反应条件温和，提取速率高，提取时间短，提取过程无消解［24］。Ikoma等［20］提取鱼鳞胶原蛋白时，采用EDTA对鱼鳞进行脱钙预处理，然后用胃蛋白酶水解鱼鳞，胶原蛋白的提取率超过33.6%。为了提高鱼鳞胶原蛋白的提取率，胡建平等［25］用多种酶分别水解鲢鱼的鱼鳞，鱼鳞胶原蛋白提取率的大小依次为胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、胰蛋白酶。胡方园［26］利用Alcalase 酶解鳙鱼鱼鳞，并且在鱼鳞预处理阶段辅以超声波、微波、微细粉碎等辅助手段。结果表明，经过微细粉碎处理的样品，其酶解效果最好，水解度为24.22%、蛋白回收率为95.76%。

2.3鲫鱼鱼鳞胶原蛋白提取工艺在鲫鱼鱼鳞胶原蛋白提取方面，朱秀灵等［27］采用响应面法对影响鲫鱼鱼鳞酸溶性胶原蛋白提取效果的醋酸浓度、料液比、提取时间3个因素进行了优化，建立了各因素与酸溶性胶原蛋白提取率的关系数学模型并进行了分析。

陈军等［28］对鲫鱼鳞蛋白酶解工艺进行了优化。结果表明，采用胃蛋白酶进行水解，最佳提取条件为酶添加量5%，酶解7 h， 60 ℃条件下酶解，酶解环境的pH =3。此条件下得到最佳水解度14.58%。

在鲫鱼鱼鳞胶原蛋白的提取过程中，脱钙是鱼鳞胶原蛋白提取过程中一个非常重要的步骤。陈健萍等［29］采用单因素和正交试验优化了鲫鱼鱼鳞胶原蛋白的提取工艺，在最佳提取条件下，胶原蛋白的提取率为0.773%。聂小宝等［30］采用不同浓度的盐酸作为脱钙液，以0.5 mol /L的醋酸-醋酸钠缓冲液为原料，提取鲫鱼鱼鳞中的胶原蛋白。结果表明，提取温度12 ℃，固液比1∶25，提取时间2 d，脱钙酸浓度0.4 mol/L，脱钙时间3 h的提取条件下，胶原蛋白提取率为1.142%。李文凤等［31］为探索大黄鱼鱼鳞的脱钙工艺条件，以柠檬酸为脱钙剂，在超声波辅助处理下对大黄鱼鱼鳞的脱钙条件进行了优化。以脱钙率为评价指标，考察了料液比、柠檬酸浓度和超声时间3个因素对大黄鱼鱼鳞脱钙的影响。通过优化分析，得到了大黄鱼鱼鳞脱钙的最佳工艺条件。响应面优化试验表明，超声波辅助脱钙可以有效提高柠檬酸对大黄鱼鱼鳞的脱钙效果，并且在此条件下，造成的鱼鳞胶原蛋白的损失较小。超声波辅助脱钙也是鲫鱼鱼鳞脱钙可参考的方法。

另外，纪书焕［32］采用离子液体法来提取鲫鱼鱼鳞中的胶原蛋白。选择了氯化胆碱/1，4-丁二醇提取鲫鱼鱼鳞中的胶原蛋白。在温度70 ℃、提取时间2.5 h、固液比1∶15的最优提取条件下，胶原蛋白的得率为4.14%，而且提取的胶原蛋白具有良好的三螺旋结构。

3鲫鱼鱼鳞抗菌肽的制备工艺研究

鱼鳞胶原蛋白活性肽是鱼鳞胶原蛋白或鱼鳞明胶水解的产物，具有较强的抗氧化活性，可减缓脂质过氧化、清除自由基，也具有一定的调节机体新陈代谢的功效，因此在食品保鲜与营养保健方面有较多的应用［33］。

近年来，对鲫鱼鱼鳞胶原蛋白肽的研究呈现出多元化、多角度的特点。施永清等［34］采用双酶消化法制备鲫鱼鱼鳞的抗菌肽，并通过响应面方法确定最佳的酶解条件；采用G-25分离纯化酶解物，同时考察了有效抑制部分对不同细菌的最小抑制浓度（MIC）。结果显示，酸性蛋白酶是二次酶解的最佳蛋白酶。在最佳酶解条件下，G2馏分对假单胞菌和志贺氏菌的MIC为1.56 μg/mL，对金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌和副溶血性弧菌经层析后的MIC为6.25 μg/mL。

顾晨涛等［35］研究了鲫鱼鳞片抗菌多肽的制备、纯化过程及其抗菌性能。对鲫鱼鱼鳞进行预处理后，采用柠檬酸提取和酶解得到鱼鳞的粗酶解物，然后采用透析、凝胶过滤色谱和阴离子交换色谱对粗酶解物进行纯化，获得鲫鱼鱼鳞的抗菌多肽，该多肽具有较强的抗菌活性。然后通过SDS-PAGE分析了抗菌多肽的分子量和纯度。结果表明，鱼鳞抗菌肽的分子质量约为20.1 kDa，对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、白葡萄球菌、副溶血性弧菌、假单胞菌和施瓦那菌的最小抑制活性为16 μg/mL，对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑制活性为32 μg/mL。