酸介导鸡副产物明胶(Gelatine/Gelatin)提取：乙酸浓度对提取率、分子特征及结构-热性能的影响

《Frontiers in Chemistry》：Acid-mediated extraction of gelatine from chicken by-products: impact on yield, molecular characteristics, and structural-thermal properties

　　

尽管利用禽类加工副产物作为可持续明胶来源日益受到关注，但提取条件对明胶质量、结构及功能性的影响仍了解不足。本研究探讨乙酸浓度对从鸡爪和鸡头中提取明胶的提取率、分子特征及结构-热性能的影响。研究人员分别使用3 v/v%（CBBG3）和5 v/v%（CBBG5）乙酸进行提取。CBBG5获得更高提取率（13.2%）高于CBBG3（10.49%），表明较高酸浓度促进胶原溶出；但CBBG5灰分含量更高（4.45 w/w% vs. 2.40 w/w%）且呈更明显黄绿色。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、SDS-PAGE及差示扫描量热法(DSC)表征发现两组样品存在显著差异：FTIR显示CBBG3酰胺I带和酰胺II带信号更强，表明分子结构保存更好；SEM显示CBBG3表面更平滑致密，CBBG5表面粗糙不规则；SDS-PAGE显示CBBG3中α1和α2链分子量（分别为156 kDa和130 kDa）高于CBBG5（分别为137.1 kDa和82.6 kDa），表明CBBG3分子降解较少；DSC证实CBBG3热稳定性更优，具有更高玻璃化转变温度（26.97 °C）和相变焓（2.688 J g-1）。虽提高乙酸浓度可提升提取率，但使用3 v/v%乙酸提取的明胶具有更优的分子有序度、结构完整性和热稳定性。本研究强调了优化提取条件以平衡得率与质量的重要性，并证明鸡副产物可作为食品、药品及生物医学领域高质量明胶的可持续来源。

论文解读：酸介导鸡副产物明胶提取——乙酸浓度对得率、分子特征及结构-热性能的影响

本研究发表于《Frontiers in Chemistry》。目前全球明胶市场持续增长，禽类加工副产物（如鸡爪、鸡头）因富含I型胶原被视为可持续明胶来源，但酸法提取条件（特别是乙酸浓度）对禽源明胶分子完整性、结构特征及热稳定性的系统性影响尚缺乏深入报道。现有研究多聚焦于鱼皮或猪牛骨明胶，对鸡副产物混合原料在碱预处理结合不同浓度乙酸酸化浸渍—热提取工艺中的结构–功能关系研究有限。为此，研究人员以鸡爪与鸡头混合副产物为原料，经0.5 M NaOH脱非胶原蛋白预处理后，分别采用3 v/v%乙酸（CBBG3）和5 v/v%乙酸（CBBG5）于4 ℃浸泡18 h酸化，再经75 ℃水浴6 h热提取、活性炭脱色、过滤、45 ℃烘干、粉碎制得明胶样品，系统比较两种乙酸浓度下明胶的得率、组分、微观形貌、分子量分布及热学行为，以明确乙酸浓度对鸡源明胶品质的影响规律，为工业化提取工艺优化提供依据。

研究人员以当地屠宰场获取的Arbor Acres肉鸡鸡头与鸡脚（1:1混合，各50 g）为样本队列，关键实验技术方法包括：① 碱预处理（0.5 M NaOH除非胶原蛋白）结合不同浓度乙酸（3 v/v%与5 v/v%）酸化溶胀及75 ℃热水浸提明胶；② 灰分测定（550 ℃马弗炉灼烧重量法）与CIELAB色度分析；③ 傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)鉴定酰胺带特征；④ 扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)观察明胶粉末及凝胶网络微观形貌；⑤ SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis, SDS-PAGE)分析α链及β、γ链分子量分布；⑥ 差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)测定玻璃化转变温度(T_g)与相变焓(ΔH)。

3.1 Yield, ash content and colour（提取率、灰分含量与色泽）

研究人员测定并对比两组样品的提取率、灰分及CIELAB色度参数。结果显示CBBG5提取率（13.2%±0.24）显著高于CBBG3（10.49%±0.49，p<0.000），表明5 v/v%乙酸促进胶原溶解得率升高；CBBG5灰分（4.45%±0.69）高于CBBG3（2.40%±0.57），说明高浓度乙酸同时萃出更多矿物质；色度方面CBBG5 b值（黄度，11.74±0.37）与a值（绿度，-2.40±0.04）均显著高于CBBG3（b=9.76±0.23，a=-1.93±0.24，p<0.000或=0.05），证实高浓度酸及高矿物残留导致明胶偏黄绿色调。

3.2 Chemical composition and functional groups（化学成分与官能团分析 via FTIR）

研究人员采集500–4000 cm^-1FTIR谱图分析酰胺带。两样品均具典型明胶特征吸收：酰胺A（~3400 cm^-1，N–H/O–H伸缩）、酰胺I（C=O伸缩，CBBG3为1631 cm^-1，CBBG5为1647 cm^-1）、酰胺II（N–H弯+ C–N伸缩，CBBG3为1559 cm^-1，CBBG5偏移至1405 cm^-1）、酰胺III（C–H弯+C–N伸缩，CBBG3为1243 cm^-1，CBBG5为1259 cm^-1）。CBBG3酰胺I、II带吸收更强且位移较小，说明较低乙酸浓度下胶原衍生的二级结构与氢键作用保存较好；CBBG5酰胺II带大幅蓝移且峰强减弱，表明高浓度乙酸引起更显著肽链断链与分子间作用破坏，明胶分子有序度降低。

3.3 Morphological analysis from electron microscopy（扫描电镜形态学分析）

研究人员通过SEM观察明胶粉末与5%明胶凝胶冻干断面。CBBG3粉末颗粒较大、表面平滑均匀，凝胶形成细密交联网络、孔径小；CBBG5粉末颗粒细小、表面多孔粗糙呈泡状，凝胶网络粗疏、孔洞大。表明3 v/v%乙酸酸化条件较温和，对胶原纤维破坏少，利于形成致密均一凝胶网络；5 v/v%乙酸过度水解胶原，致肽键断裂增多、粒子细化及凝胶网络松散。

3.4 Protein profile using SDS-PAGE（SDS-PAGE蛋白谱分析）

研究人员进行还原条件下SDS-PAGE分析。CBBG3显示α1链(~156 kDa)、α2链(~130 kDa)及明显γ链(~250 kDa，三聚体交联产物)与β链(二聚体)；CBBG5 α1链(~137.1 kDa)、α2链(~82.6 kDa)分子量明显降低且γ链缺失。较高分子量α链及γ链的存在说明3 v/v%乙酸预处理能较完整保留胶原原有肽链，分子降解程度低，具更好结构完整性与潜在凝胶结合能力。

3.5 Thermal behaviour from DSC analysis（差示扫描量热法热行为分析）

研究人员以DSC在N₂氛围下以5 ℃/min升温扫描。CBBG3出现明显玻璃化转变温度(T_g)为26.97 ℃，对应ΔH为2.688 J g^-1，并在70.76 ℃与159.42 ℃出现吸热峰（分别对应螺旋–无规线团转变及热降解）；CBBG5未观测到明显T_g台阶，ΔH仅为1.729 J g^-1，主要吸热峰位于66.77 ℃与~163.2–163.5 ℃。更高T_g与ΔH表明CBBG3分子链间作用强、堆砌有序度高，热稳定性优于CBBG5。

讨论与结论翻译：

本研究详细比较了不同乙酸浓度从鸡副产物中提取明胶的差异，证实提取条件显著影响明胶性质。FTIR分析确认3 v/v%乙酸提取的明胶(CBBG3)具更稳定分子结构（酰胺带信号更强）。SEM显示CBBG3较CBBG5具更平滑均匀颗粒表面。SDS-PAGE结果显示CBBG3中α1与α2链分子量（156 kDa和130 kDa）高于CBBG5（137.1 kDa和82.6 kDa），暗示更优功能特性。DSC进一步证明CBBG3具更高玻璃化转变温度（26.97 ℃）与熔化焓（ΔH_f，2.688 J/g），热稳定性增强，而CBBG5无清晰T_g且ΔH_f较低（1.729 J/g）。上述结果与已有文献一致，即较低乙酸浓度所得明胶具更佳结构完整性、功能特性与耐热性。因此，要求高稳定性与性能的工业或食品应用中，推荐使用3 v/v%乙酸从鸡副产物中提取明胶，可在保证适度得率的同时最大程度保留明胶品质，为农业工业副产物的可持续高值化利用提供工艺依据。