本發(fā)明涉及食品包裝領(lǐng)域。具體涉及一種具有天然抗氧化性能的鱘魚魚皮明膠薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)環(huán)保以及塑料包裝材料所帶來的食品安全問題的關(guān)注越來越高，而包裝廢棄物是造成環(huán)境污染的一大方面，因此綠色包裝、可降解包裝、可食用包材的發(fā)展成為研究趨勢(shì)。

明膠是膠原蛋白經(jīng)過蛋白變性得到的，是大分子蛋白質(zhì)，有大分子蛋白質(zhì)的共性，但是明膠分子結(jié)構(gòu)的特殊性又決定了明膠有特殊的理化性質(zhì)。明膠有一系列的優(yōu)良性能：膠液容易凝膠、溶膠-凝膠隨著溫度升高或降低可以發(fā)生逆轉(zhuǎn)，成膜性能好、側(cè)鏈基團(tuán)反應(yīng)活性較高，并且有抗氧化性、生物相容性和可降解等，具有較好的力學(xué)性能和較高的韌性和強(qiáng)度，可以用于明膠薄膜材料的制備。明膠薄膜既美觀又有良好的機(jī)械性能，同時(shí)也是一種營(yíng)養(yǎng)健康的綠色載體。

以天然安全的富含豐富蛋白質(zhì)的魚皮為原料制成的魚皮明膠薄膜是一種可食性膜。蛋白質(zhì)可食性膜在人體內(nèi)容易被消化，營(yíng)養(yǎng)豐富，并且形成的薄膜時(shí)薄膜組成比較均勻透明，力學(xué)性能較好，尤其是阻氣性能比較強(qiáng)。

近年來，隨著海洋生物的研究不斷深入，水產(chǎn)品加工業(yè)不斷快速發(fā)展，在水產(chǎn)品加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的魚皮廢棄物，如不能對(duì)這些魚皮加工過程中的下腳料進(jìn)行充分利用，不僅會(huì)會(huì)造成環(huán)境污染，而且也浪費(fèi)了大量的魚類資源。近年來由于瘋牛病、口蹄疫等傳染性疾病流行，以及利用牲畜的膠原蛋白會(huì)涉及少數(shù)民族的宗教信仰的限制，導(dǎo)致人們對(duì)來源于牛皮膠原蛋白、豬皮膠原蛋白等牲畜類膠原蛋白的安全性產(chǎn)生了相關(guān)的懷疑心理，而且加之魚類中魚皮等下腳料眾多，因此研究和開發(fā)魚皮膠原蛋白逐漸受到人們的高度重視。

中國(guó)是世界漁業(yè)大國(guó)，鱘魚資源也較為豐富，隨著雜交鱘魚的大量人工養(yǎng)殖，人工養(yǎng)殖鱘魚的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和研究?jī)r(jià)值更是受到人們的高度重視。鱘魚全身除體表骨板外其它部分（含骨骼）都可食用，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，被列為高級(jí)滋補(bǔ)品。因此使用鱘魚魚皮明膠制備包裝薄膜，一方面有利于保護(hù)環(huán)境，減少污染，以及資源的綜合利用；一方面蛋白質(zhì)水解物多具有抗氧化活性，其主要是小分子肽類在起主要作用，小分子肽類可作為天然的抗氧化劑。鱘魚魚皮明膠是一種水解蛋白，其本身就具有一定的抗氧化作用；一方面鱘魚營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，有較高的可食用性，并且有利于人體的保健養(yǎng)生。

中國(guó)專利CN104693811A公開了一種功能性明膠食品包裝膜及其制備方法，其方法具體流程為：首先以過氧化氫氧化法制備羧基化β-環(huán)糊精，然后將溶于乙醇溶液的天然活性物質(zhì)滴加至溶于乙醇溶液的羧基化β-環(huán)糊精中，超聲后靜置，抽濾并洗滌，冷凍干燥得到包埋天然活性物質(zhì)的包埋型羧基化β-環(huán)糊精；將包埋型羧基化β-環(huán)糊精與明膠溶液共混攪拌均勻，冷凍后取出完全溶解，先后加入甘油和雙全羧甲基纖維素各反應(yīng)10—40分鐘，脫泡后倒入模具并干燥，得到功能性明膠食品包裝膜。其方法制備的明膠食品薄膜具有抑菌、抗氧化以及良好的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性；產(chǎn)品安全，無毒副作用；可降解利于環(huán)保。但是，其操作步驟繁瑣復(fù)雜，使用的天熱活性物質(zhì)以及生產(chǎn)條件都有一定的局限性，不適宜工廠化生產(chǎn)。

中國(guó)專利CN103084210A公開了一種明膠蛋白質(zhì)金納米顆粒復(fù)合薄膜的制備方法。該方法用Cu(OH)2納米線上，膠聯(lián)并去除Cu(OH)2納米線后利用明膠的電荷吸附作用和其擁有的還原特性吸附還原綠金酸根離子得到明膠蛋白質(zhì)金納米顆粒復(fù)合薄膜。其方法提供了一種應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的明膠蛋白質(zhì)金納米顆粒復(fù)合薄膜的制備方法，該方法制得的薄膜具有對(duì)鄰硝基苯胺催化效率高，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)催化利用率的特點(diǎn)。因此，其發(fā)明所得薄膜的應(yīng)用范圍較局限。

中國(guó)專利CN103100308A公開了一種明膠薄膜和明膠單壁碳納米管復(fù)合薄膜的制備方法。其方法用Cu(OH)2納米線作為犧牲層，通過過濾的方法使用明膠沉積在Cu(OH)2納米線上，然后膠聯(lián)得到明膠薄膜；明膠單壁碳納米管復(fù)合薄膜是用單壁碳納米管作為過濾的基底，通過過濾的方法使用明膠沉積在單壁碳納米管上，然后膠聯(lián)得到明膠單壁碳納米管復(fù)合膜。其發(fā)明獲得的兩種類型的薄膜可用于快速分離水溶液中的小分子。因此，同中國(guó)專利CN103084210A類似，其應(yīng)用范圍較局限。

中國(guó)專利CN101955670A公開了一種明膠-殼聚糖復(fù)合食品包裝膜及其制備方法。該方法制備的一種復(fù)合食品包裝膜，提高了共混膜的抗張強(qiáng)度，并且改觀其機(jī)械性能。但是，缺乏食品包裝膜還需要具備食品保鮮、美觀和抗氧化等特性。

本發(fā)明采取了目前研究較少的鱘魚魚皮明膠作為研究對(duì)象。首次采用鱘魚魚皮明膠使用膜液平板鋪制的方法制備明膠薄膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的是提供一種抗氧化性鱘魚魚皮明膠薄膜的制備方法，該方法簡(jiǎn)單易行，成本低，可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。所得鱘魚魚皮明膠薄膜，一方面即美觀又有良好的機(jī)械性能，并且均勻透明，力學(xué)性能較好，阻氣性能比較強(qiáng)，特別是降解性能強(qiáng)；另一方面，富含高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的鱘魚魚皮廢料，被做成鱘魚魚皮明膠，再加工成鱘魚魚皮明膠薄膜，達(dá)到了環(huán)保的目的。而且，從DPPH法和還原力分析發(fā)現(xiàn)鱘魚魚皮明膠具有較好的抗氧化性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種抗氧化性鱘魚魚皮明膠薄膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:

1）取鱘魚魚皮明膠一份溶于水中，鱘魚魚皮明膠：水=1:10-30，在20-40℃水浴中加熱并攪拌，使魚皮明膠充分溶解，單層濾紙抽濾；

2）按鱘魚魚皮明膠：甘油=5-15:1的比例，向步驟1）所得濾液中加入增塑劑甘油，攪拌至充分溶解，雙層濾紙抽濾；

3）對(duì)步驟2）所得濾液進(jìn)行超聲消泡處理后，平鋪到潔凈的亞克力玻璃板上，使其均勻攤開，室溫下放置于超凈工作臺(tái)進(jìn)行干燥，2-3天后取出亞克力玻璃板，揭膜，放置于干燥器中進(jìn)行保存，即得鱘魚魚皮明膠薄膜。

所述的鱘魚魚皮和水的投料比為1:20。

所述的水浴溫度為30℃。

所述的鱘魚魚皮明膠濾液與增塑劑甘油的投料比為10:1。

所述的鱘魚魚皮明膠濾液與增塑劑甘油混合后使用超聲消泡。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明使用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的鱘魚魚皮明膠制備明膠薄膜，操作步驟簡(jiǎn)單易行，成本低，可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。所得鱘魚魚皮明膠薄膜，一方面即美觀又有良好的機(jī)械性能，并且均勻透明，力學(xué)性能較好，阻氣性能比較強(qiáng)，特別是降解性能強(qiáng)；另一方面，富含高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的鱘魚魚皮廢料，被做成鱘魚魚皮明膠，再加工成鱘魚魚皮明膠薄膜，達(dá)到了環(huán)保的目的。而且，從DPPH法和還原力分析發(fā)現(xiàn)鱘魚魚皮明膠具有較好的抗氧化性。

附圖說明

圖1為性能測(cè)試圖。

圖2為水蒸氣透過率測(cè)試圖。

圖3為明膠FTIR圖譜。

圖4為明膠薄膜表面結(jié)構(gòu)圖。

圖5為明膠薄膜斷面結(jié)構(gòu)圖。

圖6為熱重測(cè)定圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

本實(shí)施例采用50g鱘魚魚皮明膠，通過本發(fā)明的鱘魚魚皮明膠薄膜的制備方法進(jìn)行處理，包括以下步驟：

取50g鱘魚魚皮明膠溶于1000ml水溶液中配置成5%的明膠溶液，在30℃水浴加熱并攪拌，使魚皮明膠充分溶解，單層濾紙抽濾；

按10:1的比例，向步驟（1）所得濾液中加入增塑劑甘油，攪拌至充分溶解，雙層濾紙抽濾；

對(duì)步驟（2）所得濾液進(jìn)行超聲消泡處理后，平鋪到潔凈的亞克力玻璃板上，使其均勻攤開，室溫下放置于超凈工作臺(tái)進(jìn)行干燥，2天后取出亞克力玻璃板，揭膜，放置于干燥器中進(jìn)行保存，即得鱘魚魚皮明膠薄膜。

實(shí)施例2

本實(shí)施例采用50g鱘魚魚皮明膠，通過本發(fā)明的鱘魚魚皮明膠薄膜的制備方法進(jìn)行處理，包括以下步驟：

取50g鱘魚魚皮明膠溶于1000ml水溶液中配置成5%的明膠溶液，在40℃水浴加熱并攪拌，使魚皮明膠充分溶解，單層濾紙抽濾；

按15:1的比例，向步驟（1）所得濾液中加入增塑劑甘油，攪拌至充分溶解，雙層濾紙抽濾；

對(duì)步驟（2）所得濾液進(jìn)行超聲消泡處理后，平鋪到潔凈的亞克力玻璃板上，使其均勻攤開，室溫下放置于超凈工作臺(tái)進(jìn)行干燥，2天后取出亞克力玻璃板，揭膜，放置于干燥器中進(jìn)行保存，即得鱘魚魚皮明膠薄膜。揭膜過程中發(fā)現(xiàn)較實(shí)施例1制得的鱘魚魚皮明膠薄膜較脆，容易破裂，因此實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)條件較優(yōu)。

實(shí)施例3

鱘魚魚皮明膠薄膜厚度的測(cè)定

用測(cè)厚儀測(cè)定實(shí)施例1制備的鱘魚魚皮薄膜樣品厚度，測(cè)定四個(gè)頂點(diǎn)和中心點(diǎn)的厚度，取平均值，即為厚度值。

實(shí)驗(yàn)中，在超凈工作臺(tái)上放置亞克力板使其平整，采用傾倒平鋪法，使配制好的明膠溶液在平置的平板上均勻展開，由厚度測(cè)定可以看出實(shí)驗(yàn)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較為均勻平整。

實(shí)施例4

鱘魚魚皮明膠薄膜力學(xué)性能測(cè)定

選擇實(shí)施例1的薄膜，將薄膜用模具裁成啞鈴型，用伺服控制高低溫拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。拉力試驗(yàn)機(jī)的初始夾距設(shè)定為50mm，拉引速率設(shè)定為 60mm/min。抗拉強(qiáng)度（TS）及伸長(zhǎng)率（E%）計(jì)算公式為：

TS=Fm/(d_O×W)

式中：TS—抗拉強(qiáng)度(MPa)；

Fm—試樣斷裂時(shí)承受的最大張力(N)；

d—薄膜的厚度(mm)；

W—膜的寬度(mm)

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

式中：L₀—膜的原始長(zhǎng)度(mm)；

△L—膜斷裂時(shí)被拉伸的長(zhǎng)度(mm)；

L₁—膜斷裂時(shí)達(dá)到的最大長(zhǎng)度(mm)。

膜的力學(xué)性能取決于膜材料的分子量、交聯(lián)度、溶劑和增塑劑等的性質(zhì)及含量。膜的力學(xué)性能主要通過膜的抗拉強(qiáng)度（TS）和伸長(zhǎng)率（E）來反映，TS是反映膜強(qiáng)度的指標(biāo)，而E反映膜的塑性。

由圖1可知：抗力強(qiáng)度：TS= 22.710MPa

伸長(zhǎng)率：E%=4.90%

以5%的鱘魚魚皮明膠溶液制備而成的明膠膜，其TS和E分別為22.71MPa和4.90%，稍微低于豬皮明膠膜（48MPa，5.3%），這是由于魚皮明膠與哺乳動(dòng)物膠相比較為接近，因此鱘魚魚皮明膠薄膜的力學(xué)性能較好。

實(shí)施例5：鱘魚魚皮明膠薄膜水溶性測(cè)定

準(zhǔn)確稱取實(shí)施例1制得的薄膜0.250g，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱105℃干燥至恒重，稱量，室溫下將膜充分溶于50mL的蒸餾水中，靜置24h。靜置完成后將混合液以 9000r/min離心10min，倒掉上清液，將固體部分重新于干燥箱中干燥至恒重，并稱量，用溶解后膜的重量減少的百分?jǐn)?shù)來表示膜水溶性(WS)大小。水溶性計(jì)算公式為：

WS (%)=[( W0－W)/W0]×100%

式中：W₀—膜的初始重量(g)；

W—膜溶解后的重量(g)

結(jié)果為：水溶性（%）=77.7%

稱取0.250g左右的明膠膜，105℃充分干燥至恒重后，室溫下將膜充分溶于550mL的蒸餾水中24h，離心分離，結(jié)果顯示鱘魚魚皮明膠薄膜的水溶性為77.7%，有一部分殘余的固體成分，說明明膠膜的水溶性一般，適合用于水分含量較低的食品包裝材料。

實(shí)施例6：鱘魚魚皮明膠薄膜水蒸氣透過率測(cè)定

將實(shí)施例1制得的薄膜放置于干燥器中干燥2h，將干燥后的薄膜樣品用模具裁剪成圓形后放置于水蒸氣透過率測(cè)試儀進(jìn)行薄膜水蒸氣透過性測(cè)定。

膜的水蒸氣透過系數(shù)是指在單位時(shí)間內(nèi)，單位蒸汽壓差下，透過單位厚度、單位面積膜的蒸汽量。膜的水蒸氣透過系數(shù)是衡量膜透濕性能的一個(gè)非常重要的參數(shù)。水蒸氣透過系數(shù)越小，說明水蒸氣越不容易透過，它的阻水性就越好。水蒸氣透過系數(shù)是衡量膜結(jié)構(gòu)致密情況的指標(biāo)。

由圖2可知：水蒸氣透過率WVP=1750.5096g/(m².day)

水蒸氣透過率系數(shù)=1.731e-012g/cm².s.Pa

由以上數(shù)據(jù)可得薄膜的水蒸氣透過率系數(shù)較小，其阻水性能具有一定優(yōu)勢(shì)。

實(shí)施例7：鱘魚魚皮明膠薄膜透光率測(cè)定

選取表面平整光滑的薄膜，將實(shí)施例1薄膜剪成 4cm×1cm 大小，緊貼在比色皿(1cm)的一側(cè)，置于紫外可見分光光度計(jì)的樣品池中，在600nm處測(cè)定透光率。透光率計(jì)算公式為：

T=A₆₀₀/d

式中：A₆₀₀—600nm處的吸光度；

d—薄膜厚度（mm）

透光率可以從感官上衡量膜的優(yōu)劣程度，應(yīng)用于保鮮的可食性膜的透明程度越高，就越能體現(xiàn)被保鮮食品原有的色澤及外觀，有利于食品的銷售。

600nm處的吸光度：A₆₀₀=0.073 d=0.098mm

透光率T =0.745 mm^-1

本發(fā)明所制的膜表觀均呈現(xiàn)透明狀，在600nm處的吸光度為0.073，透光率為74.5%，因此有鱘魚魚皮明膠制備的薄膜透光率性能良好。

實(shí)施例8：鱘魚魚皮明膠薄膜抗氧化活性測(cè)定—DPPH法

首先將實(shí)施例1鱘魚魚皮明膠薄膜溶于5%SDS,并置于85℃水浴中保溫1h，然后在室溫下離心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，混勻后在室溫下避光反應(yīng)20min,并在4000r/min下離心10min，以95%的乙醇調(diào)零，在517nm處測(cè)定其吸光度A_i，同時(shí)測(cè)定2mL、95%的乙醇與2mL樣品溶液混合后的吸光度A_j以及2mL DPPH溶液與2mL95%乙醇混合后的吸光度A_o，并以牛皮明膠薄膜作為對(duì)照，以DPPH清除法測(cè)定抗氧化性能，用分光光度法依據(jù)吸光度的變化計(jì)算清除率。清除率（％）=[1-（A_i-A_j）/A_o] ×100％

由上表可知，魚皮明膠薄膜的清除率為45.6%，牛皮明膠薄膜為20.4%，因此鱘魚魚皮明膠薄膜的抗氧化性相較牛皮明膠薄膜更高。

實(shí)施例9：鱘魚魚皮明膠薄膜抗氧化活性測(cè)定—還原作用

在酸性介質(zhì)中，還原物質(zhì)與鐵氰化鉀反應(yīng)生成亞鐵氰化鉀，F(xiàn)e²⁺與鐵氰化鉀溶液發(fā)生反應(yīng)可產(chǎn)生兩種化合物：當(dāng)高鐵溶液用量少時(shí)，生成藤氏藍(lán)沉淀；當(dāng)高鐵溶液用量大時(shí)，生成可溶性普魯士藍(lán)絡(luò)合物，在波長(zhǎng)700nm處測(cè)定的吸光度越大，其樣品的還原能力就越強(qiáng)。

由于樣品的抗氧化性能接近于維生素C的還原力，證明鱘魚魚皮明膠薄膜的還原作用較好。

實(shí)施例10：鱘魚魚皮明膠薄膜表征

（1）膜紅外光譜測(cè)定

將薄膜樣品放入樣品室，設(shè)置分辨率為2cm-1。用傅立葉變換紅外光譜儀作全波段（500～4000cm-1）掃描,分析薄膜的紅外光譜圖。

由圖3可知，鱘魚魚皮明膠薄膜具有以下特征峰：

3300cm-1為N-H、OH伸縮振動(dòng)峰；

29330cm-1為CH2不對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰；

1660cm-1為酰胺Ⅰ帶（C=0、亞胺C=H伸縮振動(dòng)峰）；

1549cm-1為酰胺Ⅱ帶（N-H彎曲振動(dòng)峰）；

1240cm-1為酰胺Ⅲ帶（N-H變形峰）；

1338cm-1為酰胺Ⅳ帶，由脯氨酸側(cè)鏈上的CH2左右搖擺引起的；

606cm-1為酰胺Ⅴ帶；

1453cm-1為N-H伸縮或N-H變形峰；

1083cm-1為C-O-C和C-0-H伸縮振動(dòng)峰

（2）薄膜微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

掃描電鏡分析：將制備好的薄膜冷凍干燥，用液氮冷脆斷裂得到其斷面，將樣品的表面和斷面貼于電鏡臺(tái)上，進(jìn)行噴金處理后放入掃描電子顯微鏡下，觀察膜的表面和斷面結(jié)構(gòu)。掃描電子顯微鏡廣泛地被用來觀察各種固態(tài)物質(zhì)的表面超微結(jié)構(gòu)形態(tài)及組成，圖像具有較強(qiáng)的立體感和較大的分辨率，是觀察膜結(jié)構(gòu)的常用方法。上圖為鱘魚魚皮明膠膜的 SEM 圖，圖4為其平面結(jié)構(gòu)圖，明膠膜表面非常光滑，明膠分子分散均勻，沒有明顯的折皺、凸起和氣孔；圖5為其斷面結(jié)構(gòu)圖，明膠膜的斷面比較致密，沒有顆?；蛎黠@分層現(xiàn)象，說明鱘魚魚皮明膠明膠薄膜是一種均勻的分散體系。

（3）熱重分析

將薄膜樣品在檢測(cè)前首先在室溫條件下在放置在含有吸水桂膠的干燥器中干燥一周至恒重，在熱分析前進(jìn)行粉碎處理，然后將樣品放入熱重分析儀中進(jìn)行測(cè)定。由熱重分析圖6可知， 在室溫到200⁰C之間明膠薄膜均有緩慢失重，主要是由于薄膜樣品水分的損失造成的。溫度在250⁰C到400⁰C之間，熱分析曲線有比較嚴(yán)重的失重，主要是由于蛋白質(zhì)分解造成的 。在400⁰C之后，蛋白質(zhì)基本分解完全。

通過TGA的研究發(fā)現(xiàn)，鱘魚魚皮明膠薄膜具有一定的熱穩(wěn)定性。

綜合上述結(jié)構(gòu)測(cè)定結(jié)果，由紅外圖譜分析可以得出明膠薄膜的特征吸收峰為酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶和酰胺Ⅲ帶；由電鏡分析得出魚皮明膠薄膜的的表面平整光滑，各成分分散均勻，斷面結(jié)構(gòu)沒有明顯的顆?；蛘叻謱蝇F(xiàn)象，由表面和斷面結(jié)構(gòu)說明鱘魚魚皮明膠薄膜比較致密均一；由熱穩(wěn)定性可以看出鱘魚魚皮明膠薄膜具有一定的熱穩(wěn)定性。