《Scientific Reports》：Gelatin production from red tilapia skin fish using high-pressure processing and its characterisations
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為解決傳統魚皮明膠提取方法耗時長、環境影響大的問題，研究人員采用新型高壓處理（HPP）技術從紅羅非魚皮中提取明膠。研究發現，HPP法能縮短時間、減少化學廢物，并提升產率（達32.1±1.81%）和凝膠強度（184g），是種有前景的環保提取方法。
在食品工業的廣闊天地里，明膠作為一種至關重要的原料，廣泛應用于糖果、酸奶、肉制品乃至藥品膠囊中，默默支撐著無數產品的形態與口感。然而，這看似平凡的膠質背后，卻隱藏著傳統生產方式的困境。長久以來，明膠主要從豬、牛等哺乳動物的皮骨中提取，這種方法不僅生產周期漫長，更伴隨著高能耗和化學試劑的大量使用，對環境造成不小的負擔。隨著消費者對食品安全、可持續性以及特殊飲食需求（如清真、猶太食品）的關注與日俱增，尋找新型、高效且環保的替代性明膠來源，已成為食品科學領域一項緊迫而富有意義的探索。
近年來，漁業加工的副產品——魚皮，進入了研究者的視野。魚皮富含膠原蛋白，是生產明膠的潛在寶庫，既能實現廢物利用，又能契合特定的飲食文化要求。但如何“喚醒”魚皮中的膠原蛋白，將其高效轉化為高品質的明膠，仍是一個挑戰。常規的提取方法往往在效率與環保之間難以兩全。就在此時，一項名為高壓處理（High-Pressure Processing, HPP）的技術閃亮登場。它并非依靠高溫或大量化學品，而是通過施加極高的靜水壓力來改變蛋白質結構，從而實現提取目的。這種方法被譽為一種新穎、綠色的“非熱”加工技術，有望在明膠提取領域掀起一場效率與品質的“靜默革命”。
那么，將HPP技術應用于特定的魚種——紅羅非魚的魚皮，究竟能碰撞出怎樣的火花？它能否真的實現“又快又好又環保”的提取目標？為了回答這些問題，一組研究人員開展了一項針對性的研究，并將成果發表于《Scientific Reports》期刊。他們的核心探索在于：比較HPP法與常規方法在從紅羅非魚皮中提取明膠時的表現，從產率、凝膠強度、微觀結構到化學成分，進行全方位的“比拼”，以期找到優化明膠生產的新路徑。
研究人員開展此項研究，主要運用了以下幾項關鍵技術方法：首先，核心提取技術是高壓處理（HPP） 與常規熱水提取法的對比。研究中設置了不同的壓力水平（如250 MPa和350 MPa）進行HPP提取。其次，對提取產物進行了系統的表征分析，這包括使用傅里葉變換紅外光譜（FTIR） 分析明膠的官能團和蛋白質二級結構，采用掃描電子顯微鏡（SEM） 觀察明膠的微觀形貌，以及通過氨基酸分析測定其氨基酸組成。此外，凝膠強度測定是評估明膠功能特性的關鍵實驗，而產率計算則是衡量提取效率的基本指標。本研究的明膠原料來源于紅羅非魚（Oreochromis sp.）的魚皮。
產率與基本成分
通過對比發現，高壓處理（HPP）展現出了其在效率上的優勢。采用HPP法提取的明膠，其產率達到了32.1 ± 1.81%，而常規方法僅為25.8 ± 1.24%。這意味著HPP法能使明膠的產出提升約1.24倍。然而，在明膠的濃度方面，兩種提取方法所得的產品之間并未觀察到顯著的差異。這表明HPP在提升提取總量的同時，并未稀釋最終產品的有效成分。
化學結構分析
品質的優劣不僅在于“量”，更在于“質”。研究人員利用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）對兩種方法得到的明膠進行了“指紋”鑒定。分析結果顯示，無論是通過常規方法還是HPP法提取的明膠，其特征官能團（如酰胺I帶、酰胺II帶等）和蛋白質組成都基本一致。這說明HPP這種物理處理方式，盡管施加了高壓，但并未破壞明膠蛋白分子的主體化學結構，保留了其基本的化學特性。
功能特性：凝膠強度與微觀結構
明膠在食品應用中最受關注的性能之一便是其形成凝膠的能力，即凝膠強度。這項研究得出了一個令人振奮的結論：HPP法能夠顯著提升明膠的凝膠強度。具體數據顯示，從紅羅非魚皮中通過HPP提取的明膠，其凝膠強度高達184克，而常規方法提取的明膠凝膠強度為128克。換言之，HPP法使凝膠強度增強了1.45倍。更強的凝膠意味著產品可能具有更好的彈性和口感。
為了探究其背后的原因，研究人員在顯微鏡下觀察了明膠的微觀世界。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像揭示，HPP法產生的明膠呈現出一種獨特的海綿狀微觀結構，這種多孔、疏松的形態可能與水分保持和凝膠網絡的形成方式有關，從而貢獻了其卓越的凝膠強度。而常規方法提取的明膠則表現出更為致密、連續的片層結構。
工藝優化：壓力的影響與氨基酸含量
任何技術都需要尋找其最佳的“甜蜜點”。研究也探討了HPP中壓力參數的影響。研究發現，施加更高的壓力（350 MPa）雖然可能對提取有其他方面的影響，但會導致提取出的明膠中氨基酸含量降低。氨基酸是蛋白質的基石，其含量的變化可能影響明膠的營養價值和某些功能特性。綜合各項指標，本研究確定，使用250 MPa的壓力進行HPP處理，是生產具有理想特性明膠的較優條件。
研究結論與討論
本研究系統評估了高壓處理（HPP）技術用于從紅羅非魚皮中提取明膠的潛力，并與傳統方法進行了對比。主要結論可歸納為以下幾點：
首先，在提取效率上，HPP法具有明顯優勢，其明膠產率比常規方法高出約24%，為實現魚皮下腳料的高值化利用提供了更高效的途徑。
其次，在產品品質，尤其是關鍵功能特性上，HPP法表現突出。它不僅能生產出化學結構完整的明膠，更能顯著提升產品的凝膠強度（增強1.45倍），并形成獨特的海綿狀微觀結構，這對其在食品工業中的應用性能至關重要。
然而，研究也指出了HPP工藝中需要關注的平衡點。過高的處理壓力（如350 MPa）可能導致明膠中氨基酸含量的損失，因此，工藝參數的優化至關重要。本研究表明，250 MPa 是兼顧產率、凝膠強度與營養成分的較佳壓力條件。
綜上所述，這項研究證實，高壓處理（HPP）是一種從紅羅非魚皮中提取明膠的、具有廣闊前景的環保型替代技術。它不僅能縮短加工時間、減少化學廢物，還能提升產品的產率和核心功能特性（凝膠強度）。這項工作的重要意義在于，它為利用漁業加工副產品生產高品質明膠開辟了一條綠色、高效的新路徑，響應了食品工業對可持續發展和清潔生產的需求。當然，為了穩定生產出更優質的魚皮明膠，未來仍需要對HPP工藝（如壓力、時間、溫度的組合）進行更深入的優化研究。這項發表于《Scientific Reports》的成果，為明膠提取技術的革新貢獻了重要的實驗證據和思路。
