一种抗氧化性鲟鱼鱼皮明胶薄膜的制备方法与流程

本发明涉及食品包装领域。具体涉及一种具有天然抗氧化性能的鲟鱼鱼皮明胶薄膜的制备方法。

背景技术：

随着人们生活质量的提高，对环保以及塑料包装材料所带来的食品安全问题的关注越来越高，而包装废弃物是造成环境污染的一大方面，因此绿色包装、可降解包装、可食用包材的发展成为研究趋势。

明胶是胶原蛋白经过蛋白变性得到的，是大分子蛋白质，有大分子蛋白质的共性，但是明胶分子结构的特殊性又决定了明胶有特殊的理化性质。明胶有一系列的优良性能：胶液容易凝胶、溶胶-凝胶随着温度升高或降低可以发生逆转，成膜性能好、侧链基团反应活性较高，并且有抗氧化性、生物相容性和可降解等，具有较好的力学性能和较高的韧性和强度，可以用于明胶薄膜材料的制备。明胶薄膜既美观又有良好的机械性能，同时也是一种营养健康的绿色载体。

以天然安全的富含丰富蛋白质的鱼皮为原料制成的鱼皮明胶薄膜是一种可食性膜。蛋白质可食性膜在人体内容易被消化，营养丰富，并且形成的薄膜时薄膜组成比较均匀透明，力学性能较好，尤其是阻气性能比较强。

近年来，随着海洋生物的研究不断深入，水产品加工业不断快速发展，在水产品加工过程中会产生大量的鱼皮废弃物，如不能对这些鱼皮加工过程中的下脚料进行充分利用，不仅会会造成环境污染，而且也浪费了大量的鱼类资源。近年来由于疯牛病、口蹄疫等传染性疾病流行，以及利用牲畜的胶原蛋白会涉及少数民族的宗教信仰的限制，导致人们对来源于牛皮胶原蛋白、猪皮胶原蛋白等牲畜类胶原蛋白的安全性产生了相关的怀疑心理，而且加之鱼类中鱼皮等下脚料众多，因此研究和开发鱼皮胶原蛋白逐渐受到人们的高度重视。

中国是世界渔业大国，鲟鱼资源也较为丰富，随着杂交鲟鱼的大量人工养殖，人工养殖鲟鱼的营养价值和研究价值更是受到人们的高度重视。鲟鱼全身除体表骨板外其它部分（含骨骼）都可食用，营养价值极高，被列为高级滋补品。因此使用鲟鱼鱼皮明胶制备包装薄膜，一方面有利于保护环境，减少污染，以及资源的综合利用；一方面蛋白质水解物多具有抗氧化活性，其主要是小分子肽类在起主要作用，小分子肽类可作为天然的抗氧化剂。鲟鱼鱼皮明胶是一种水解蛋白，其本身就具有一定的抗氧化作用；一方面鲟鱼营养价值较高，有较高的可食用性，并且有利于人体的保健养生。

中国专利CN104693811A公开了一种功能性明胶食品包装膜及其制备方法，其方法具体流程为：首先以过氧化氢氧化法制备羧基化β-环糊精，然后将溶于乙醇溶液的天然活性物质滴加至溶于乙醇溶液的羧基化β-环糊精中，超声后静置，抽滤并洗涤，冷冻干燥得到包埋天然活性物质的包埋型羧基化β-环糊精；将包埋型羧基化β-环糊精与明胶溶液共混搅拌均匀，冷冻后取出完全溶解，先后加入甘油和双全羧甲基纤维素各反应10—40分钟，脱泡后倒入模具并干燥，得到功能性明胶食品包装膜。其方法制备的明胶食品薄膜具有抑菌、抗氧化以及良好的机械性能和热稳定性；产品安全，无毒副作用；可降解利于环保。但是，其操作步骤繁琐复杂，使用的天热活性物质以及生产条件都有一定的局限性，不适宜工厂化生产。

中国专利CN103084210A公开了一种明胶蛋白质金纳米颗粒复合薄膜的制备方法。该方法用Cu(OH)2纳米线上，胶联并去除Cu(OH)2纳米线后利用明胶的电荷吸附作用和其拥有的还原特性吸附还原绿金酸根离子得到明胶蛋白质金纳米颗粒复合薄膜。其方法提供了一种应用于生物医学领域的明胶蛋白质金纳米颗粒复合薄膜的制备方法，该方法制得的薄膜具有对邻硝基苯胺催化效率高，操作简单，重复催化利用率的特点。因此，其发明所得薄膜的应用范围较局限。

中国专利CN103100308A公开了一种明胶薄膜和明胶单壁碳纳米管复合薄膜的制备方法。其方法用Cu(OH)2纳米线作为牺牲层，通过过滤的方法使用明胶沉积在Cu(OH)2纳米线上，然后胶联得到明胶薄膜；明胶单壁碳纳米管复合薄膜是用单壁碳纳米管作为过滤的基底，通过过滤的方法使用明胶沉积在单壁碳纳米管上，然后胶联得到明胶单壁碳纳米管复合膜。其发明获得的两种类型的薄膜可用于快速分离水溶液中的小分子。因此，同中国专利CN103084210A类似，其应用范围较局限。

中国专利CN101955670A公开了一种明胶-壳聚糖复合食品包装膜及其制备方法。该方法制备的一种复合食品包装膜，提高了共混膜的抗张强度，并且改观其机械性能。但是，缺乏食品包装膜还需要具备食品保鲜、美观和抗氧化等特性。

本发明采取了目前研究较少的鲟鱼鱼皮明胶作为研究对象。首次采用鲟鱼鱼皮明胶使用膜液平板铺制的方法制备明胶薄膜。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种抗氧化性鲟鱼鱼皮明胶薄膜的制备方法，该方法简单易行，成本低，可进行工厂化生产，经济效益显著。所得鲟鱼鱼皮明胶薄膜，一方面即美观又有良好的机械性能，并且均匀透明，力学性能较好，阻气性能比较强，特别是降解性能强；另一方面，富含高营养价值的鲟鱼鱼皮废料，被做成鲟鱼鱼皮明胶，再加工成鲟鱼鱼皮明胶薄膜，达到了环保的目的。而且，从DPPH法和还原力分析发现鲟鱼鱼皮明胶具有较好的抗氧化性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种抗氧化性鲟鱼鱼皮明胶薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

1）取鲟鱼鱼皮明胶一份溶于水中，鲟鱼鱼皮明胶：水=1:10-30，在20-40℃水浴中加热并搅拌，使鱼皮明胶充分溶解，单层滤纸抽滤；

2）按鲟鱼鱼皮明胶：甘油=5-15:1的比例，向步骤1）所得滤液中加入增塑剂甘油，搅拌至充分溶解，双层滤纸抽滤；

3）对步骤2）所得滤液进行超声消泡处理后，平铺到洁净的亚克力玻璃板上，使其均匀摊开，室温下放置于超净工作台进行干燥，2-3天后取出亚克力玻璃板，揭膜，放置于干燥器中进行保存，即得鲟鱼鱼皮明胶薄膜。

所述的鲟鱼鱼皮和水的投料比为1:20。

所述的水浴温度为30℃。

所述的鲟鱼鱼皮明胶滤液与增塑剂甘油的投料比为10:1。

所述的鲟鱼鱼皮明胶滤液与增塑剂甘油混合后使用超声消泡。

本发明的有益效果是：

本发明使用营养价值较高的鲟鱼鱼皮明胶制备明胶薄膜，操作步骤简单易行，成本低，可进行工厂化生产，经济效益显著。所得鲟鱼鱼皮明胶薄膜，一方面即美观又有良好的机械性能，并且均匀透明，力学性能较好，阻气性能比较强，特别是降解性能强；另一方面，富含高营养价值的鲟鱼鱼皮废料，被做成鲟鱼鱼皮明胶，再加工成鲟鱼鱼皮明胶薄膜，达到了环保的目的。而且，从DPPH法和还原力分析发现鲟鱼鱼皮明胶具有较好的抗氧化性。

附图说明

图1为性能测试图。

图2为水蒸气透过率测试图。

图3为明胶FTIR图谱。

图4为明胶薄膜表面结构图。

图5为明胶薄膜断面结构图。

图6为热重测定图。

具体实施方式

实施例1

本实施例采用50g鲟鱼鱼皮明胶，通过本发明的鲟鱼鱼皮明胶薄膜的制备方法进行处理，包括以下步骤：

取50g鲟鱼鱼皮明胶溶于1000ml水溶液中配置成5%的明胶溶液，在30℃水浴加热并搅拌，使鱼皮明胶充分溶解，单层滤纸抽滤；

按10:1的比例，向步骤（1）所得滤液中加入增塑剂甘油，搅拌至充分溶解，双层滤纸抽滤；

对步骤（2）所得滤液进行超声消泡处理后，平铺到洁净的亚克力玻璃板上，使其均匀摊开，室温下放置于超净工作台进行干燥，2天后取出亚克力玻璃板，揭膜，放置于干燥器中进行保存，即得鲟鱼鱼皮明胶薄膜。

实施例2

本实施例采用50g鲟鱼鱼皮明胶，通过本发明的鲟鱼鱼皮明胶薄膜的制备方法进行处理，包括以下步骤：

取50g鲟鱼鱼皮明胶溶于1000ml水溶液中配置成5%的明胶溶液，在40℃水浴加热并搅拌，使鱼皮明胶充分溶解，单层滤纸抽滤；

按15:1的比例，向步骤（1）所得滤液中加入增塑剂甘油，搅拌至充分溶解，双层滤纸抽滤；

对步骤（2）所得滤液进行超声消泡处理后，平铺到洁净的亚克力玻璃板上，使其均匀摊开，室温下放置于超净工作台进行干燥，2天后取出亚克力玻璃板，揭膜，放置于干燥器中进行保存，即得鲟鱼鱼皮明胶薄膜。揭膜过程中发现较实施例1制得的鲟鱼鱼皮明胶薄膜较脆，容易破裂，因此实施例1的实验条件较优。

实施例3

鲟鱼鱼皮明胶薄膜厚度的测定

用测厚仪测定实施例1制备的鲟鱼鱼皮薄膜样品厚度，测定四个顶点和中心点的厚度，取平均值，即为厚度值。

实验中，在超净工作台上放置亚克力板使其平整，采用倾倒平铺法，使配制好的明胶溶液在平置的平板上均匀展开，由厚度测定可以看出实验所制得的薄膜中心位置和四周厚度相差0.004mm左右，由此可以看出薄膜厚度较为均匀平整。

实施例4

鲟鱼鱼皮明胶薄膜力学性能测定

选择实施例1的薄膜，将薄膜用模具裁成哑铃型，用伺服控制高低温拉力试验机测定抗拉强度和伸长率。拉力试验机的初始夹距设定为50mm，拉引速率设定为 60mm/min。抗拉强度（TS）及伸长率（E%）计算公式为：

TS=Fm/(d_O×W)

式中：TS—抗拉强度(MPa)；

Fm—试样断裂时承受的最大张力(N)；

d—薄膜的厚度(mm)；

W—膜的宽度(mm)

E%=(△L/ L_O) ×100%=[(L₁-L_O)/L_O] ×100%

式中：L₀—膜的原始长度(mm)；

△L—膜断裂时被拉伸的长度(mm)；

L₁—膜断裂时达到的最大长度(mm)。

膜的力学性能取决于膜材料的分子量、交联度、溶剂和增塑剂等的性质及含量。膜的力学性能主要通过膜的抗拉强度（TS）和伸长率（E）来反映，TS是反映膜强度的指标，而E反映膜的塑性。

由图1可知：抗力强度：TS= 22.710MPa

伸长率：E%=4.90%

以5%的鲟鱼鱼皮明胶溶液制备而成的明胶膜，其TS和E分别为22.71MPa和4.90%，稍微低于猪皮明胶膜（48MPa，5.3%），这是由于鱼皮明胶与哺乳动物胶相比较为接近，因此鲟鱼鱼皮明胶薄膜的力学性能较好。

实施例5：鲟鱼鱼皮明胶薄膜水溶性测定

准确称取实施例1制得的薄膜0.250g，电热恒温鼓风干燥箱105℃干燥至恒重，称量，室温下将膜充分溶于50mL的蒸馏水中，静置24h。静置完成后将混合液以 9000r/min离心10min，倒掉上清液，将固体部分重新于干燥箱中干燥至恒重，并称量，用溶解后膜的重量减少的百分数来表示膜水溶性(WS)大小。水溶性计算公式为：

WS (%)=[( W0－W)/W0]×100%

式中：W₀—膜的初始重量(g)；

W—膜溶解后的重量(g)

结果为：水溶性（%）=77.7%

称取0.250g左右的明胶膜，105℃充分干燥至恒重后，室温下将膜充分溶于550mL的蒸馏水中24h，离心分离，结果显示鲟鱼鱼皮明胶薄膜的水溶性为77.7%，有一部分残余的固体成分，说明明胶膜的水溶性一般，适合用于水分含量较低的食品包装材料。

实施例6：鲟鱼鱼皮明胶薄膜水蒸气透过率测定

将实施例1制得的薄膜放置于干燥器中干燥2h，将干燥后的薄膜样品用模具裁剪成圆形后放置于水蒸气透过率测试仪进行薄膜水蒸气透过性测定。

膜的水蒸气透过系数是指在单位时间内，单位蒸汽压差下，透过单位厚度、单位面积膜的蒸汽量。膜的水蒸气透过系数是衡量膜透湿性能的一个非常重要的参数。水蒸气透过系数越小，说明水蒸气越不容易透过，它的阻水性就越好。水蒸气透过系数是衡量膜结构致密情况的指标。

由图2可知：水蒸气透过率WVP=1750.5096g/(m².day)

水蒸气透过率系数=1.731e-012g/cm².s.Pa

由以上数据可得薄膜的水蒸气透过率系数较小，其阻水性能具有一定优势。

实施例7：鲟鱼鱼皮明胶薄膜透光率测定

选取表面平整光滑的薄膜，将实施例1薄膜剪成 4cm×1cm 大小，紧贴在比色皿(1cm)的一侧，置于紫外可见分光光度计的样品池中，在600nm处测定透光率。透光率计算公式为：

T=A₆₀₀/d

式中：A₆₀₀—600nm处的吸光度；

d—薄膜厚度（mm）

透光率可以从感官上衡量膜的优劣程度，应用于保鲜的可食性膜的透明程度越高，就越能体现被保鲜食品原有的色泽及外观，有利于食品的销售。

600nm处的吸光度：A₆₀₀=0.073 d=0.098mm

透光率T =0.745 mm^-1

本发明所制的膜表观均呈现透明状，在600nm处的吸光度为0.073，透光率为74.5%，因此有鲟鱼鱼皮明胶制备的薄膜透光率性能良好。

实施例8：鲟鱼鱼皮明胶薄膜抗氧化活性测定—DPPH法

首先将实施例1鲟鱼鱼皮明胶薄膜溶于5%SDS,并置于85℃水浴中保温1h，然后在室温下离心5min去除不溶性碎片，取2mL的上清液（1mg/mL），加入2mL\1*104mol/L的溶液，混匀后在室温下避光反应20min,并在4000r/min下离心10min，以95%的乙醇调零，在517nm处测定其吸光度A_i，同时测定2mL、95%的乙醇与2mL样品溶液混合后的吸光度A_j以及2mL DPPH溶液与2mL95%乙醇混合后的吸光度A_o，并以牛皮明胶薄膜作为对照，以DPPH清除法测定抗氧化性能，用分光光度法依据吸光度的变化计算清除率。清除率（％）=[1-（A_i-A_j）/A_o] ×100％

由上表可知，鱼皮明胶薄膜的清除率为45.6%，牛皮明胶薄膜为20.4%，因此鲟鱼鱼皮明胶薄膜的抗氧化性相较牛皮明胶薄膜更高。

实施例9：鲟鱼鱼皮明胶薄膜抗氧化活性测定—还原作用

在酸性介质中，还原物质与铁氰化钾反应生成亚铁氰化钾，Fe²⁺与铁氰化钾溶液发生反应可产生两种化合物：当高铁溶液用量少时，生成藤氏蓝沉淀；当高铁溶液用量大时，生成可溶性普鲁士蓝络合物，在波长700nm处测定的吸光度越大，其样品的还原能力就越强。

由于样品的抗氧化性能接近于维生素C的还原力，证明鲟鱼鱼皮明胶薄膜的还原作用较好。

实施例10：鲟鱼鱼皮明胶薄膜表征

（1）膜红外光谱测定

将薄膜样品放入样品室，设置分辨率为2cm-1。用傅立叶变换红外光谱仪作全波段（500～4000cm-1）扫描,分析薄膜的红外光谱图。

由图3可知，鲟鱼鱼皮明胶薄膜具有以下特征峰：

3300cm-1为N-H、OH伸缩振动峰；

29330cm-1为CH2不对称伸缩振动峰；

1660cm-1为酰胺Ⅰ带（C=0、亚胺C=H伸缩振动峰）；

1549cm-1为酰胺Ⅱ带（N-H弯曲振动峰）；

1240cm-1为酰胺Ⅲ带（N-H变形峰）；

1338cm-1为酰胺Ⅳ带，由脯氨酸侧链上的CH2左右摇摆引起的；

606cm-1为酰胺Ⅴ带；

1453cm-1为N-H伸缩或N-H变形峰；

1083cm-1为C-O-C和C-0-H伸缩振动峰

（2）薄膜微观结构测定

扫描电镜分析：将制备好的薄膜冷冻干燥，用液氮冷脆断裂得到其断面，将样品的表面和断面贴于电镜台上，进行喷金处理后放入扫描电子显微镜下，观察膜的表面和断面结构。扫描电子显微镜广泛地被用来观察各种固态物质的表面超微结构形态及组成，图像具有较强的立体感和较大的分辨率，是观察膜结构的常用方法。上图为鲟鱼鱼皮明胶膜的 SEM 图，图4为其平面结构图，明胶膜表面非常光滑，明胶分子分散均匀，没有明显的折皱、凸起和气孔；图5为其断面结构图，明胶膜的断面比较致密，没有颗粒或明显分层现象，说明鲟鱼鱼皮明胶明胶薄膜是一种均匀的分散体系。

（3）热重分析

将薄膜样品在检测前首先在室温条件下在放置在含有吸水桂胶的干燥器中干燥一周至恒重，在热分析前进行粉碎处理，然后将样品放入热重分析仪中进行测定。由热重分析图6可知， 在室温到200⁰C之间明胶薄膜均有缓慢失重，主要是由于薄膜样品水分的损失造成的。温度在250⁰C到400⁰C之间，热分析曲线有比较严重的失重，主要是由于蛋白质分解造成的 。在400⁰C之后，蛋白质基本分解完全。

通过TGA的研究发现，鲟鱼鱼皮明胶薄膜具有一定的热稳定性。

综合上述结构测定结果，由红外图谱分析可以得出明胶薄膜的特征吸收峰为酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带和酰胺Ⅲ带；由电镜分析得出鱼皮明胶薄膜的的表面平整光滑，各成分分散均匀，断面结构没有明显的颗粒或者分层现象，由表面和断面结构说明鲟鱼鱼皮明胶薄膜比较致密均一；由热稳定性可以看出鲟鱼鱼皮明胶薄膜具有一定的热稳定性。