本发明涉及明胶制备技术领域，具体涉及一种抗菌耐热型明胶的制备方法。
背景技术：
明胶作为动物胶原蛋白组织的提取物，是一种天然高分子和生物大分子材料。明胶也是一种营养价值较高的低卡保健食品，可以用来制作糖果添加剂、冷冻食品添加剂等。它具有良好的生物相容性、无抗原性、止血及促进组织愈合等性能，因此，明胶也被广泛利用到医药和化工产业中。我国的明胶资源储备丰富、来源广泛、价格低廉，且由于明胶良好的反应活性、成膜性、凝固性、生物相容性、可降解性、绿色环保性及可再生性等性能，使其近年来成为生物大分子材料科学领域的研究热点。
目前，世界上90%以上的明胶来源于猪、牛的皮和骨，但由于对疯牛病、口蹄疫的恐慌以及宗教信仰等原因，哺乳动物明胶的应用受到了一定的限制。研究发现，鱼明胶具有与哺乳动物明胶类似的凝胶性，可作为一种新型替代哺乳动物明胶的材料。
近年来，一些国家研究机构利用鱼类副产物中的鱼皮、鱼鳞、鱼骨提取明胶。但是，由于鱼类的生存环境温度低于哺乳动物，以鱼皮、鱼鳞为原料制备的明胶其凝胶性能和热稳定性相对较差，而且鱼类胶原蛋白较猪、牛皮胶原蛋白更易降解，因此采用这些方法生产的鱼类明胶包括凝胶性能等性质均不及猪、牛皮明胶，结果导致鱼类明胶产品在实际中推广应用受到限制。
改善鱼明胶的功能特性方法很多，如静电法、酶法、化学法等。但静电法制备的鱼明胶性质不稳定，易出现相分离的现象；酶法并不能保证鱼明胶的凝胶强度和热学稳定性完全一致；化学法容易引入新的有害物质。
因此，研制出一种能够解决上述性能问题的明胶非常有必要。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对目前常见的明胶存在抗菌性差、力学性能差和热稳定性差，满足不了市场要求的缺陷，提供了一种抗菌耐热型明胶的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种抗菌耐热型明胶的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）称取10～12g海藻酸钠倒入带有24～32ml无水乙醇的烧杯中混合搅拌，得到自制悬浮液，再称取6～8g高碘酸钠倒入带有32～36ml去离子水的烧杯中混合搅拌，得到自制溶液，将自制溶液加入到上述自制悬浮液中，在无光室温下混合搅拌反应，得到反应液，继续向反应液中加入反应液体积3％的乙二醇混合搅拌反应，得到混合液，将混合液和无水乙醇混合搅拌，抽滤去除滤液，用无水乙醇洗涤滤渣，最后将洗涤后的滤渣放入表面皿中，将表面皿置于烘箱中干燥，得到改性海藻酸钠；
（2）称取0.4～0.6kg蟹壳倒入0.6～0.8l去离子水中浸泡，浸泡后置于烘箱中烘干，烘干后将蟹壳研磨粉碎后过120目筛，收集过筛蟹壳粉末，将过筛蟹壳粉末和盐酸混合置于烧杯中混合搅拌，搅拌后放入离心机中离心分离，得到酸化过筛蟹壳粉末，用去离子水洗涤酸化过筛蟹壳粉末，得到反应产物；
（3）将反应产物和氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，继续保持转速混合搅拌，搅拌后放入离心机中离心分离，得到碱化过筛蟹壳粉末，再用去离子水洗涤碱化过筛蟹壳粉末，最后放入烘箱中干燥，得到自制甲壳素纳米纤维；
（4）称取60～80g鱼皮放入搅碎机中搅碎，得到鱼皮碎片，将鱼皮碎片、氢氧化钙和去离子水混合置于烧杯中浸泡，得到浸泡鱼皮，用去离子水清洗浸泡鱼皮，再将浸泡鱼皮和盐酸混合置于烧杯中浸泡，得到酸化鱼皮，用去离子水冲洗酸化鱼皮，直至冲洗液ph呈中性，将冲洗后的酸化鱼皮和蒸馏水混合置于水浴锅中提胶，过滤去除滤渣，取出胶液，将胶液置于旋转蒸发器中旋蒸，去除水分，得到自制明胶坯体；
（5）按重量份数计，分别称取30～40份自制明胶坯体、16～20份改性海藻酸钠、12～16份自制甲壳素纳米纤维和6～8份硝酸银溶液混合置于搅拌机中搅拌，再添加3～5份壳聚糖、2～4份京尼平、1～3份过碳酸钠和2～4份乙二胺，继续保温混合搅拌固化，冷却出料，即可制得抗菌耐热型明胶。
步骤（1）所述的搅拌时间为16～20min，混合搅拌时间为4～6min，搅拌反应时间为2～4h，混合搅拌反应时间为1～2h，混合液和无水乙醇的体积比为1；3，继续混合搅拌时间为7～9min，洗涤次数为3～5次，干燥温度为55～65℃，干燥时间为4～6h。
步骤（2）所述的浸泡时间为35～45min，烘干温度为65～75℃，烘干时间为20～30min，研磨粉碎时间为10～12min，过筛蟹壳粉末和质量分数为15％的盐酸的质量比为1：5，搅拌转速为300～500r/min，搅拌时间为2～4h，离心转速为200～300r/min，离心分离时间为12～16min，洗涤次数为3～5次。
步骤（3）所述的反应产物和质量分数为25％的氢氧化钠溶液的质量比为1：4，继续搅拌时间为1～3h，离心转速为200～300r/min，离心分离时间为10～12min，干燥温度为60～70℃，干燥时间为2～4h。
步骤（4）所述的搅碎时间为5～7min，鱼皮碎片、氢氧化钙和去离子水的质量比为1：2：5，浸泡时间为4～6h，清洗次数为2～4次，浸泡鱼皮和浓度为0.06mol/l的盐酸的质量比为1：4，混合浸泡时间为1～2h，冲洗次数为3～5次，冲洗后的酸化鱼皮和蒸馏水的质量比为1：5，提胶温度为65～75℃，提胶时间为2～4h，旋蒸时间为10～12min。
步骤（5）所述的搅拌温度为55～65℃，搅拌时间为20～30min，继续搅拌固化时间为1～3h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以自制明胶坯体为基材，改性海藻酸钠、自制甲壳素纳米纤维和硝酸银溶液作为补强剂，并辅以壳聚糖、京尼平和乙二胺等制备得到抗菌耐热型明胶，首先利用酸碱溶液对鱼皮进行反应处理得到自制明胶坯体，再利用高碘酸钠对海藻酸钠进行改性，由于海藻酸钠的一个单体单元中含有两个相邻的羟基，羟基可以被高碘酸钠氧化成两个醛基，并生成氧化海藻酸钠，在制备过程中，将其与基体发生物理或化学反应，形成了半互穿网络结构，该结构有利于明胶的耐热性得到提高，由于海藻酸钠中含有大量的-oh与-coo-，基体中含有大量的-nh2与-cooh，海藻酸钠与基体之间会发生化学或物理反应，并通过分子间作用力、氢键及离子键等作用相结合，从而呈现分子水平的互穿网络结构，提高了二者之间的相互作用力及相容性，有利于明胶的耐热性和力学性能得到提高；
（2）本发明从蟹壳中提取甲壳素纳米纤维，由于自制甲壳素纳米纤维可以通过氢键与壳聚糖分子以及基体分子相互作用，在受到外力作用时，起到了传递应力的作用，从而增加明胶内部高分子链段的旋转运动阻力，提高了明胶的结晶度，有利于明胶的力学性能得到提高，接着加入壳聚糖，其中壳聚糖含有自由氨基，可以与基体配位而交联，两者分子间可以通过氢键相互作用，形成天然的半互穿聚合物网络结构，该结构有利于明胶的耐热性得到提高，另外在使用过程中，壳聚糖分子中的-nh3+带正电性，吸附在细菌细胞表面，也可以通过渗透进入细菌的细胞内，吸附细菌的细胞体内带有阴离子的物质，扰乱细菌细胞正常的生理活动，从而达到杀灭细菌的效果，提高了明胶的抗菌性；
（3）本发明通过硝酸银溶液对基体进行改性，利用催化反应进行杀菌，以银离子作为催化活性中心，与基体激活水分子和空气中的氧，并利用产生的羟基自由基和活性氧离子来破坏细菌增殖实现抗菌，当菌体失去活性后，银离子又从菌体中游离出来，实现持久抗菌，再次提高明胶的抗菌性，最后加入京尼平，京尼平与基体交联，在共混过程中固定了海藻酸钠，并形成了互穿网络结构，分子链由于交联点的束缚可以承受较大的外力，宏观上表现为互穿网络膜拉伸强度的增加，进一步提高明胶的力学性能，具有广泛的应用前景。
具体实施方式
称取10～12g海藻酸钠倒入带有24～32ml无水乙醇的烧杯中混合搅拌16～20min，得到自制悬浮液，再称取6～8g高碘酸钠倒入带有32～36ml去离子水的烧杯中混合搅拌4～6min，得到自制溶液，将自制溶液加入到上述自制悬浮液中，在无光室温下混合搅拌反应2～4h，得到反应液，继续向反应液中加入反应液体积3％的乙二醇混合搅拌反应1～2h，得到混合液，按体积比为1；3将混合液和无水乙醇混合搅拌7～9min，抽滤去除滤液，用无水乙醇洗涤滤渣3～5次，最后将洗涤后的滤渣放入表面皿中，再将表面皿置于烘箱中，于温度为55～65℃下干燥4～6h，得到改性海藻酸钠；称取0.4～0.6kg蟹壳倒入0.6～0.8l去离子水中浸泡35～45min，浸泡后置于烘箱中，在温度为65～75℃下烘干20～30min，将烘干后的蟹壳研磨粉碎10～12min后过120目筛，收集过筛蟹壳粉末，按质量比为1：5将过筛蟹壳粉末和质量分数为15％的盐酸混合置于烧杯中，在转速为300～500r/min下混合搅拌2～4h，搅拌后放入离心机中，在转速为200～300r/min的条件下离心分离12～16min，得到酸化过筛蟹壳粉末，用去离子水洗涤酸化过筛蟹壳粉末3～5次，得到反应产物；按质量比为1：4将反应产物和质量分数为25％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，继续保持转速混合搅拌1～3h，搅拌后放入离心机中，在转速为200～300r/min的条件下离心分离10～12min，得到碱化过筛蟹壳粉末，再用去离子水洗涤碱化过筛蟹壳粉末，最后放入烘箱中，在温度为60～70℃下干燥2～4h，得到自制甲壳素纳米纤维；称取60～80g鱼皮放入搅碎机中搅碎5～7min，得到鱼皮碎片，按质量比为1：2：5将鱼皮碎片、氢氧化钙和去离子水混合置于烧杯中浸泡4～6h，得到浸泡鱼皮，用去离子水清洗浸泡鱼皮2～4次，再按质量比为1：4将浸泡鱼皮和浓度为0.06mol/l的盐酸混合置于烧杯中浸泡1～2h，得到酸化鱼皮，用去离子水冲洗酸化鱼皮3～5次，直至冲洗液ph呈中性，将冲洗后的酸化鱼皮和蒸馏水按质量比为1：5混合置于水浴锅中，在温度为65～75℃下提胶2～4h，过滤去除滤渣，取出胶液，将胶液置于旋转蒸发器中旋蒸10～12min，去除水分，得到自制明胶坯体；按重量份数计，分别称取30～40份自制明胶坯体、16～20份改性海藻酸钠、12～16份自制甲壳素纳米纤维和6～8份质量分数为15％的硝酸银溶液混合置于搅拌机中，在温度为55～65℃下搅拌20～30min，再添加3～5份壳聚糖、2～4份京尼平、1～3份过碳酸钠和2～4份乙二胺，继续保温混合搅拌固化1～3h，冷却出料，即可制得抗菌耐热型明胶。
实例1
称取10g海藻酸钠倒入带有24ml无水乙醇的烧杯中混合搅拌16min，得到自制悬浮液，再称取6g高碘酸钠倒入带有32ml去离子水的烧杯中混合搅拌4min，得到自制溶液，将自制溶液加入到上述自制悬浮液中，在无光室温下混合搅拌反应2h，得到反应液，继续向反应液中加入反应液体积3％的乙二醇混合搅拌反应1h，得到混合液，按体积比为1；3将混合液和无水乙醇混合搅拌7min，抽滤去除滤液，用无水乙醇洗涤滤渣3次，最后将洗涤后的滤渣放入表面皿中，再将表面皿置于烘箱中，于温度为55℃下干燥4h，得到改性海藻酸钠；称取0.4kg蟹壳倒入0.6l去离子水中浸泡35min，浸泡后置于烘箱中，在温度为65℃下烘干20min，将烘干后的蟹壳研磨粉碎10min后过120目筛，收集过筛蟹壳粉末，按质量比为1：5将过筛蟹壳粉末和质量分数为15％的盐酸混合置于烧杯中，在转速为300r/min下混合搅拌2h，搅拌后放入离心机中，在转速为200r/min的条件下离心分离12min，得到酸化过筛蟹壳粉末，用去离子水洗涤酸化过筛蟹壳粉末3次，得到反应产物；按质量比为1：4将反应产物和质量分数为25％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，继续保持转速混合搅拌1h，搅拌后放入离心机中，在转速为200r/min的条件下离心分离10min，得到碱化过筛蟹壳粉末，再用去离子水洗涤碱化过筛蟹壳粉末，最后放入烘箱中，在温度为60℃下干燥2h，得到自制甲壳素纳米纤维；称取60g鱼皮放入搅碎机中搅碎5min，得到鱼皮碎片，按质量比为1：2：5将鱼皮碎片、氢氧化钙和去离子水混合置于烧杯中浸泡4h，得到浸泡鱼皮，用去离子水清洗浸泡鱼皮2次，再按质量比为1：4将浸泡鱼皮和浓度为0.06mol/l的盐酸混合置于烧杯中浸泡1h，得到酸化鱼皮，用去离子水冲洗酸化鱼皮3次，直至冲洗液ph呈中性，将冲洗后的酸化鱼皮和蒸馏水按质量比为1：5混合置于水浴锅中，在温度为65℃下提胶2h，过滤去除滤渣，取出胶液，将胶液置于旋转蒸发器中旋蒸10min，去除水分，得到自制明胶坯体；按重量份数计，分别称取30份自制明胶坯体、16份改性海藻酸钠、12份自制甲壳素纳米纤维和6份质量分数为15％的硝酸银溶液混合置于搅拌机中，在温度为55℃下搅拌20min，再添加3份壳聚糖、2份京尼平、1份过碳酸钠和2份乙二胺，继续保温混合搅拌固化1h，冷却出料，即可制得抗菌耐热型明胶。
实例2
称取11g海藻酸钠倒入带有28ml无水乙醇的烧杯中混合搅拌18min，得到自制悬浮液，再称取7g高碘酸钠倒入带有34ml去离子水的烧杯中混合搅拌5min，得到自制溶液，将自制溶液加入到上述自制悬浮液中，在无光室温下混合搅拌反应3h，得到反应液，继续向反应液中加入反应液体积3％的乙二醇混合搅拌反应1.5h，得到混合液，按体积比为1；3将混合液和无水乙醇混合搅拌8min，抽滤去除滤液，用无水乙醇洗涤滤渣4次，最后将洗涤后的滤渣放入表面皿中，再将表面皿置于烘箱中，于温度为60℃下干燥5h，得到改性海藻酸钠；称取0.5kg蟹壳倒入0.7l去离子水中浸泡40min，浸泡后置于烘箱中，在温度为70℃下烘干25min，将烘干后的蟹壳研磨粉碎11min后过120目筛，收集过筛蟹壳粉末，按质量比为1：5将过筛蟹壳粉末和质量分数为15％的盐酸混合置于烧杯中，在转速为400r/min下混合搅拌3h，搅拌后放入离心机中，在转速为250r/min的条件下离心分离14min，得到酸化过筛蟹壳粉末，用去离子水洗涤酸化过筛蟹壳粉末4次，得到反应产物；按质量比为1：4将反应产物和质量分数为25％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，继续保持转速混合搅拌2h，搅拌后放入离心机中，在转速为250r/min的条件下离心分离11min，得到碱化过筛蟹壳粉末，再用去离子水洗涤碱化过筛蟹壳粉末，最后放入烘箱中，在温度为65℃下干燥3h，得到自制甲壳素纳米纤维；称取70g鱼皮放入搅碎机中搅碎6min，得到鱼皮碎片，按质量比为1：2：5将鱼皮碎片、氢氧化钙和去离子水混合置于烧杯中浸泡5h，得到浸泡鱼皮，用去离子水清洗浸泡鱼皮3次，再按质量比为1：4将浸泡鱼皮和浓度为0.06mol/l的盐酸混合置于烧杯中浸泡1.5h，得到酸化鱼皮，用去离子水冲洗酸化鱼皮4次，直至冲洗液ph呈中性，将冲洗后的酸化鱼皮和蒸馏水按质量比为1：5混合置于水浴锅中，在温度为70℃下提胶3h，过滤去除滤渣，取出胶液，将胶液置于旋转蒸发器中旋蒸11min，去除水分，得到自制明胶坯体；按重量份数计，分别称取35份自制明胶坯体、18份改性海藻酸钠、14份自制甲壳素纳米纤维和7份质量分数为15％的硝酸银溶液混合置于搅拌机中，在温度为60℃下搅拌25min，再添加4份壳聚糖、3份京尼平、2份过碳酸钠和3份乙二胺，继续保温混合搅拌固化2h，冷却出料，即可制得抗菌耐热型明胶。
实例3
称取12g海藻酸钠倒入带有32ml无水乙醇的烧杯中混合搅拌20min，得到自制悬浮液，再称取8g高碘酸钠倒入带有36ml去离子水的烧杯中混合搅拌6min，得到自制溶液，将自制溶液加入到上述自制悬浮液中，在无光室温下混合搅拌反应4h，得到反应液，继续向反应液中加入反应液体积3％的乙二醇混合搅拌反应2h，得到混合液，按体积比为1；3将混合液和无水乙醇混合搅拌9min，抽滤去除滤液，用无水乙醇洗涤滤渣5次，最后将洗涤后的滤渣放入表面皿中，再将表面皿置于烘箱中，于温度为65℃下干燥6h，得到改性海藻酸钠；称取0.6kg蟹壳倒入0.8l去离子水中浸泡45min，浸泡后置于烘箱中，在温度为75℃下烘干30min，将烘干后的蟹壳研磨粉碎12min后过120目筛，收集过筛蟹壳粉末，按质量比为1：5将过筛蟹壳粉末和质量分数为15％的盐酸混合置于烧杯中，在转速为500r/min下混合搅拌4h，搅拌后放入离心机中，在转速为300r/min的条件下离心分离16min，得到酸化过筛蟹壳粉末，用去离子水洗涤酸化过筛蟹壳粉末5次，得到反应产物；按质量比为1：4将反应产物和质量分数为25％的氢氧化钠溶液混合置于烧杯中，继续保持转速混合搅拌3h，搅拌后放入离心机中，在转速为300r/min的条件下离心分离12min，得到碱化过筛蟹壳粉末，再用去离子水洗涤碱化过筛蟹壳粉末，最后放入烘箱中，在温度为70℃下干燥4h，得到自制甲壳素纳米纤维；称取80g鱼皮放入搅碎机中搅碎7min，得到鱼皮碎片，按质量比为1：2：5将鱼皮碎片、氢氧化钙和去离子水混合置于烧杯中浸泡6h，得到浸泡鱼皮，用去离子水清洗浸泡鱼皮4次，再按质量比为1：4将浸泡鱼皮和浓度为0.06mol/l的盐酸混合置于烧杯中浸泡2h，得到酸化鱼皮，用去离子水冲洗酸化鱼皮5次，直至冲洗液ph呈中性，将冲洗后的酸化鱼皮和蒸馏水按质量比为1：5混合置于水浴锅中，在温度为75℃下提胶4h，过滤去除滤渣，取出胶液，将胶液置于旋转蒸发器中旋蒸12min，去除水分，得到自制明胶坯体；按重量份数计，分别称取40份自制明胶坯体、20份改性海藻酸钠、16份自制甲壳素纳米纤维和8份质量分数为15％的硝酸银溶液混合置于搅拌机中，在温度为65℃下搅拌30min，再添加5份壳聚糖、4份京尼平、3份过碳酸钠和4份乙二胺，继续保温混合搅拌固化3h，冷却出料，即可制得抗菌耐热型明胶。
对比例
以济南市某公司生产的明胶作为对比例
对本发明制得的抗菌耐热型明胶和对比例中的明胶进行检测，检测结果如表1所示：
1、物理力学性能测试
称取7.5g本发明制备的实例1～3和对比例产品，分别溶解于105ml蒸馏水中，再倒入冻力瓶中，用塞子塞住瓶口，放入水浴中加热，而后置于室温下15min，得到6.67%的胶样。将冻力瓶放入恒温（保持10℃）冷水浴中，放置16～18h。调整上接点与下接点的间隔等于4mm，用直径为12.7mm的柱塞压入冻胶表面，记录使之产生4mm深的凹陷所需要的重量，即为胶样的勃鲁姆动力。
2、热稳定性测试
将本发明制备的实例1～3和对比例产品，分别置于65℃、75℃和85℃的恒温水浴中加热30min，使其失活，后冷藏保存24h，使其复性。室温下将0.5g复性后的样品、浓度为25mol/ml的4-硝基苯基棕榈酸酯1ml以及浓度为10mol/ml，ph＝7.50的磷酸盐缓冲溶液2ml快速混合后，立即通过紫外分光光度计检测反应液在400nm处的吸光度变化，将该吸光度与未经加热的明胶在同样的反应条件下经同样的测试所得的吸光度进行比较，得到相对酶活性。
表1
由表1数据可知，本发明制得的抗菌耐热型明胶，力学性能好、抑菌性强、热稳定性好，明显优于对比例产品。因此，具有广阔的使用前景。