本發(fā)明涉及一種利用魚加工下腳料皮制備天然膠原膜的方法，屬于食品加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著生活水平的提高，對(duì)于環(huán)保問題的關(guān)注越來(lái)越多，包裝材料的大量使用引起的污染問題也受到了人們的重視。傳統(tǒng)的包裝材料通常由塑料或者紙制品制成，存在著不易降解、不能食用和安全性的問題，利用膠原或者明膠的成膜性能和可生物降解的特性，將其制成綠色包裝材料如膠原腸衣的研究越來(lái)越多，擴(kuò)展了膠原在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

近年來(lái)，隨著魚類養(yǎng)殖技術(shù)和規(guī)模的提高，水產(chǎn)加工業(yè)發(fā)展迅速，中國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量超過(guò)6000萬(wàn)噸，位居全球第一，在魚產(chǎn)品加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的頭、鱗片、骨和皮等下腳料，約占總量的40～50％，如果將其將廢棄物丟棄或者加工成飼料、肥料等低附加值產(chǎn)品使用，會(huì)造成資源的浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染。使用魚皮作為膠原和明膠提取的原料，和陸生動(dòng)物膠原相比具有更高的安全性并且可以避免一些穆斯林等人群的宗教禁忌，提升魚皮材料附加值的同時(shí)避免環(huán)境污染，具有更廣的應(yīng)用范圍。

目前關(guān)于魚皮膠原膜制備的研究，有以下兩種方式：

(1)利用魚皮制備得到明膠，直接干燥成膜或者添加其他外源物質(zhì)(如多糖、無(wú)機(jī)物、蛋白、納米材料等)對(duì)明膠進(jìn)行改性后，得到明膠膜。中國(guó)專利CN101341977A公布了一種含有魚皮膠原蛋白的可食膜及其生產(chǎn)方法，通過(guò)酸堿二元法處理魚皮去除非膠原蛋白及色素，采用熱水(55～75℃)浸提魚皮得到魚皮膠原蛋白液，然后與大豆蛋白及甘油共混干燥制備魚皮膠原膜。中國(guó)專利101942204A公開了一種膠原蛋白膜的生產(chǎn)方法，將魚骨、魚皮、魚鱗及魚筋等魚類加工下腳料脫脂、脫腥、脫灰、去除非膠原蛋白等步驟處理后使用熱水(60～100℃)浸提、提純后得到膠原蛋白液，然后加入甘油共混干燥后得到膠原蛋白膜。中國(guó)專利105348819A公開了從羅非魚皮中提取明膠然后加入戊二醛和海藻酸鈉進(jìn)行改性，然后干燥后得到膠原蛋白膜。然而，在這些研究中較高溫度的處理得到的是膠原蛋白液已經(jīng)發(fā)生變性，分子量和天然膠原蛋白分子相比大大降低，天然膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，得到的膜實(shí)際上不能稱之為膠原膜而是明膠膜。而純明膠膜質(zhì)脆易碎，和未變性膠原蛋白形成的膜相比力學(xué)性能差。通過(guò)添加改性劑能夠改善明膠膜的性能。同時(shí)，外源物質(zhì)的引入可能對(duì)于可食用包裝膜的使用存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

(2)通過(guò)魚皮制備得到未變性的天然膠原蛋白，然后干燥成膜或者添加外源物質(zhì)(如戊二醛、TG酶等)對(duì)其進(jìn)行改性后成膜。如Tang等人(Lanlan Tang,Shulin Chen,Wenjin Su,Wuyin Weng,Kzafumi Osako,Munehiko Tanaka.Physicochemical properties and film-forming ability of fish skin collagen extracted from different freshwater species,Process Biochemistry 50(2015)148-155)通過(guò)去除雜蛋白、脫脂、純化等處理后，用0.5mol/L醋酸從羅非魚、草魚和銀鯉魚皮中分離出膠原蛋白，然后將20％的甘油溶液加入到10mg/mL的膠原溶液在25℃，50％濕度條件下干燥，得到魚皮膠原膜。Elango等人(Jeevithan Elango,Yongshi Bu,Bao Bin,Jeyasekaran Geevaretnam,Jeya Shakila Robinson,Wenhui Wu.Effect of chemical and biological cross-linkers on mechanical and functional properties of shark catfish skin collagen films,Food Bioscience 17(2017)42-51)對(duì)巨型鯰魚皮脫脂和去除非膠原蛋白處理后，用0.5mol/L醋酸提取純化得到膠原蛋白，然后通過(guò)甘油、戊二醛、六亞甲基二異氰酸酯、TG酶、卡拉膠對(duì)膠原進(jìn)行改性后干燥制備得到魚皮膠原膜。通過(guò)此種方法制備的膠原蛋白未發(fā)生變性，然而在膠原的提取過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量未被酸溶解的魚皮殘?jiān)?，這些魚皮殘?jiān)鼪]有被充分利用，會(huì)造成了資源的二次浪費(fèi)，還會(huì)產(chǎn)生環(huán)保問題。此外，魚皮中含有較多的色素，會(huì)導(dǎo)致制備的膠原膜含有顏色，影響其應(yīng)用。交聯(lián)劑等外源物質(zhì)的引入可能對(duì)于可食用包裝膜的使用存在安全風(fēng)險(xiǎn)。

利用魚皮制備膠原膜作為可食用包裝材料存在著魚皮材料利用不完全會(huì)造成二次污染；明膠已經(jīng)發(fā)生變性失去了天然膠原穩(wěn)定的三螺旋結(jié)構(gòu)，用其制備的膜質(zhì)脆；外源物質(zhì)的引入會(huì)引起安全風(fēng)險(xiǎn)等問題。因此，開發(fā)一種充分利用魚皮的純凈膠原膜對(duì)拓展魚皮材料的應(yīng)用和降低環(huán)境污染有著重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種利用魚加工下腳料皮制備天然膠原膜的方法，其特點(diǎn)是以淡水魚類加工下腳料皮為原料，通過(guò)酸法提取未變性天然膠原蛋白，熱提法提取魚皮明膠，再將兩種材料共混制備魚皮膠原膜，制備得到的魚皮膠原膜能夠被生物降解，降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了對(duì)魚皮材料的充分利用，提升魚皮材料的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)，其中所述原料份數(shù)除特殊說(shuō)明外，均為重量份數(shù)。

利用魚加工下腳料皮制備天然膠原膜的方法包括以下步驟：

(1)魚皮原料預(yù)處理

將新鮮魚皮去除鱗片、表面粘液、皮下組織，洗凈瀝干后將魚皮剪成0.2×0.2cm的小塊，置于料液比為1∶10～30(w/v)，質(zhì)量濃度為5～10％的碳酸氫鈉或碳酸鈉溶液中攪拌24～48h，每隔8～12h換一次液，溫度20～40℃水洗，置于料液比為1∶10～30(w/v)，體積濃度為10～15％的異丙醇溶液中攪拌24～48h，每隔8～12h換一次液，溫度20～40℃水洗，置于料液比為1∶10～30(w/v)，體積濃度為3～6％的非離子脫脂劑AXAUT AP或AXAUT-50溶液中攪拌24～48h，每隔8～12h換一次液，溫度20～40℃水洗；

(2)脫色處理

將步驟(1)中所得的魚皮置于料液比為1∶10～30(w/v)，體積濃度為0.5～4％，pH為10～12的過(guò)氧化氫溶液中攪拌12～24h，每隔8～12h換一次液，蒸餾水洗；

(3)去除雜蛋白

將步驟(2)所得魚皮加入料液比為1∶10～30(w/v)，pH為7.5，0.05～0.2mol/L的Tris-HCl緩沖溶液中攪拌12～24h，每隔8～12h換一次液，蒸餾水清洗；

(4)未變性天然膠原的提取及明膠的制備

將步驟(3)所得魚皮置于料液比為1∶20～50(w/v)，濃度為0.1～0.5mol/L酸溶液中，在冰水浴下攪拌提取48～72h，獲得未變性魚皮膠原溶液，用8000～20000rpm冷凍高速離心機(jī)分離，上清液加入氯化鈉至最終濃度為0.7mol/L，離心取沉淀用0.5mol/L醋酸溶解，透析冷凍干燥后得到魚皮膠原；未被酸溶解的魚皮殘?jiān)?∶10～30(w/v)去離子水在溫度40～50℃提取12～24h，干燥后得到魚皮明膠；

(5)魚皮膠原膜的制備

將步驟(4)所得魚皮膠原溶解在0.01mol/L的醋酸得到魚皮膠原溶液，明膠粉末加入去離子水在溫度20～30℃下溶解得到魚皮明膠溶液，然后將魚皮膠原溶液和明膠溶液混合，置于室溫條件下成膜，得到魚皮膠原膜。

所述魚皮為新鮮的淡水草魚、鯰魚、黑魚或/和鯉魚中的至少一種。

所述Tris-HCl緩沖液中含有氯化鈉，氯化鈉的質(zhì)量濃度為5～10％。

所述用于成膜的膠原溶液的濃度為5～20mg/mL，明膠溶液的濃度為10～30mg/mL，膠原溶液中明膠的含量為20％～50％。

所述利利用魚皮經(jīng)過(guò)酸處理得到未變性膠原蛋白，未被酸溶解的殘?jiān)苽漪~皮明膠。

所述利用魚加工下腳料皮制備天然膠原膜的方法制備得到的天然魚皮膠原膜。

所述天然魚皮膠原膜用于食品包裝材料或可食性食品包裝材料。

性能測(cè)試：

將不同膠原和明膠混合比例的膠原膜樣品裁剪成45mm×10mm大小，貼于比色皿內(nèi)表面，以空氣作為參比，在500nm處測(cè)量其透過(guò)率，表征其透明度，結(jié)果如圖1所示。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、利用魚類加工過(guò)程中產(chǎn)生的下腳料皮制備天然膠原膜，將下腳料變廢為寶，提升魚皮附加值的同時(shí)保護(hù)了環(huán)境。

2、將提取魚皮膠原后未被酸溶解的殘?jiān)苽錇槊髂z，并且將魚皮膠原和明膠共混制備為可食用膠原膜，充分利用了魚皮材料，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

3、所制備的魚皮膠原膜所用原料均從魚皮中獲取，不會(huì)引入外源物質(zhì)，替代塑料或者紙制品作為食品的包裝材料，是一種環(huán)境友好型的天然材料。

附圖說(shuō)明

圖1為不同魚皮明膠/膠原比例共混膠原膜的透光率曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)性的改進(jìn)和調(diào)整。

實(shí)施例1

將市場(chǎng)上購(gòu)買的新鮮黑魚，去除肉、鱗片、粘液后，充分水洗瀝干后將魚皮剪成0.2×0.2cm的小塊，用料液比為1∶10(w/v)，質(zhì)量濃度為5％的碳酸鈉溶液攪拌48h，每隔12h換一次液，溫度20℃水洗，用料液比為1∶10(w/v)，體積濃度為10％的異丙醇攪拌24h，每隔8h換一次液，20℃水洗，用料液比為1∶10(w/v)，體積濃度為3％的AXAUT AP非離子脫脂劑攪拌24h，每隔8h換一次液，溫度20℃水洗；然后將魚皮置于料液比為1∶10(w/v)，pH為12，體積濃度為4％的過(guò)氧化氫溶液中攪拌24h，每隔12h換一次液，蒸餾水清洗；再加入料液比為1∶10(w/v)，pH為7.5，0.05mol/L的Tris-HCl緩沖溶液(NaCl含量為5％)中攪拌24h，每隔12h換一次液，蒸餾水清洗。將預(yù)處理后的魚皮置于料液比為1∶20(w/v)，濃度為0.5mol/L醋酸溶液中，在冰水浴下攪拌提取72h，獲得未變性魚皮膠原溶液。用8000rpm冷凍高速離心機(jī)分離，沉淀用去離子水充分沖洗，然后加入去離子水在溫度45℃下提取36h，干燥后得到魚皮明膠；上清液加入氯化鈉至最終濃度為0.7mol/L，冰水浴條件下攪拌3h，離心取沉淀用0.5mol/L醋酸溶解，冰水浴下攪拌3h，透析后冷凍干燥。將膠原海綿溶解在醋酸中(10mg/mL)，和20mg/mL明膠溶液按照1∶0.2在溫度30℃混合，在室溫下成膜得到黑魚皮天然膠原膜。

實(shí)施例2

將市場(chǎng)上購(gòu)買的新鮮鯰魚，去除肉、粘液后，充分水洗瀝干后將魚皮剪成0.2×0.2cm的小塊，用料液比為1∶20(w/v)，質(zhì)量濃度為10％的碳酸氫鈉溶液攪拌24h，每隔8h換一次液，溫度30℃水洗，用料液比為1∶20(w/v)，體積濃度為15％的異丙醇攪拌48h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗，用料液比為1∶20(w/v)，體積濃度為5％的AXAUT-50非離子脫脂劑攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗；然后將魚皮置于料液比為1∶20(w/v)，pH為11，體積濃度為1％的過(guò)氧化氫溶液中攪拌12h，每隔8h換一次液，蒸餾水清洗；再加入料液比為1∶20(w/v)，pH為7.5，0.05mol/L的Tris-HCl緩沖溶液(NaCl含量為10％)中攪拌12h，每隔8h換一次液，蒸餾水清洗。將預(yù)處理后的魚皮置于料液比為1∶40(w/v)，濃度為0.1mol/L鹽酸溶液中，在冰水浴條件下攪拌提取48h，獲得未變性魚皮膠原溶液。用20000rpm冷凍高速離心機(jī)分離，沉淀用去離子水充分沖洗，然后加入去離子水在溫度40℃下提取24h，干燥后得到魚皮明膠；上清液加入氯化鈉至最終濃度為0.7mol/L，冰水浴下攪拌3h，離心取沉淀用0.5mol/L醋酸溶解，冰水浴下攪拌3h，透析后冷凍干燥。將膠原海綿溶解在醋酸中(5mg/mL)，和30mg/mL明膠溶液按照1∶0.5在溫度20℃混合，在室溫下成膜得到鯰魚皮天然膠原膜。

實(shí)施例3

將市場(chǎng)上購(gòu)買的新鮮草魚，去除鱗片、肉、粘液后，充分水洗瀝干后將魚皮剪成0.2×0.2cm的小塊，用料液比為1∶30(w/v)，質(zhì)量濃度為10％的碳酸氫鈉溶液攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度40℃水洗，用料液比為1∶30(w/v)，體積濃度為12％的異丙醇攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度40℃水洗，用料液比為1∶30(w/v)，體積濃度為6％的AXAUT-50非離子脫脂劑攪拌48h，每隔12h換一次液，溫度40℃水洗；然后將魚皮置于料液比為1∶30(w/v)，pH為12，體積濃度為0.5％的過(guò)氧化氫溶液中攪拌16h，每隔8h換一次液，蒸餾水清洗；再加入料液比為1∶30(w/v)，pH為7.5，0.05mol/L的Tris-HCl緩沖溶液(NaCl含量為8％)中攪拌16h，每隔8h換一次液，蒸餾水清洗。將預(yù)處理后的魚皮置于料液比為1∶50(w/v)，濃度為0.5mol/L檸檬酸溶液中，在冰水浴下攪拌提取72h，獲得未變性魚皮膠原溶液。用10000rpm冷凍高速離心機(jī)分離，沉淀用去離子水充分沖洗，然后加入去離子水在溫度50℃下提取12h，干燥后得到魚皮明膠；上清液加入氯化鈉至最終濃度為0.7mol/L，冰水浴下攪拌3h，離心取沉淀用0.5mol/L醋酸溶解，冰水浴下攪拌3h，透析后冷凍干燥。將膠原海綿溶解在醋酸中(20mg/mL)，和10mg/mL明膠溶液按照1∶0.3在溫度10℃混合，在室溫下成膜得到草魚皮天然膠原膜。

實(shí)施例4

將市場(chǎng)上購(gòu)買的新鮮鯉魚，去除鱗片、肉、粘液后，充分水洗瀝干后將魚皮剪成0.2×0.2cm的小塊，用料液比為1∶20(w/v)，質(zhì)量濃度為8％的碳酸氫鈉溶液攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗，用料液比為1∶20(w/v)，體積濃度為10％的異丙醇攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗，用料液比為1∶30(w/v)，體積濃度為4％的AXAUT AP非離子脫脂劑攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗；然后將魚皮置于料液比為1∶20(w/v)，pH為10，體積濃度為2％的過(guò)氧化氫溶液中攪拌24h，每隔10h換一次液，蒸餾水清洗；再加入料液比為1∶20(w/v)，pH為7.5，0.05mol/L的Tris-HCl緩沖溶液(NaCl含量為9％)中攪拌24h，每隔10h換一次液，蒸餾水清洗。將預(yù)處理后的魚皮置于料液比為1∶40(w/v)，濃度為0.5mol/L醋酸溶液中，在冰水浴條件下攪拌提取48h，獲得未變性魚皮膠原溶液。用10000rpm冷凍高速離心機(jī)分離，沉淀用去離子水充分沖洗，然后加入去離子水在溫度45℃下提取18h，干燥后得到魚皮明膠；上清液加入氯化鈉至最終濃度為0.7mol/L，冰水浴下攪拌3h，離心取沉淀用0.5mol/L醋酸溶解，冰水浴下攪拌3h，透析后冷凍干燥。將膠原海綿溶解在醋酸中(8mg/mL)，和15mg/mL明膠溶液按照1∶0.2在溫度15℃混合，在室溫下成膜得到鯉魚皮天然膠原膜。

實(shí)施例5

將市場(chǎng)上購(gòu)買的新鮮鯰魚和草魚，去除肉、粘液后，充分水洗瀝干后將兩份魚皮剪成0.2×0.2cm的小塊，分別用料液比為1∶20(w/v)，質(zhì)量濃度為10％的碳酸氫鈉溶液攪拌24h，每隔8h換一次液，溫度30℃水洗，分別用料液比為1∶20(w/v)，體積濃度為15％的異丙醇攪拌48h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗，分別用料液比為1∶20(w/v)，體積濃度為5％的AXAUT AP非離子脫脂劑攪拌36h，每隔12h換一次液，溫度30℃水洗；然后將魚皮置于料液比為1∶20(w/v)，pH為10，體積濃度為2％的過(guò)氧化氫溶液中攪拌12h，每隔8h換一次液，蒸餾水清洗；分別再加入料液比為1∶20(w/v)，pH為7.5，0.05mol/L的Tris-HCl緩沖溶液(NaCl含量為7.5％)中攪拌12h，每隔8h換一次液，蒸餾水清洗。將預(yù)處理后的魚皮分別置于料液比為1∶40(w/v)，濃度為0.5mol/L醋酸溶液中，在冰水浴條件下攪拌提取48h，獲得未變性鯰魚皮和草魚皮膠原溶液。用20000rpm冷凍高速離心機(jī)分離，沉淀用去離子水充分沖洗，然后加入去離子水在溫度40℃下提取24h，干燥后得到鯰魚皮和草魚皮明膠；上清液加入氯化鈉至最終濃度為0.7mol/L，冰水浴下攪拌3h，離心的沉淀分別用0.5mol/L醋酸溶解，冰水浴下攪拌3h，透析后冷凍干燥。將鯰魚皮和草魚皮膠原海綿溶解在醋酸中(15mg/mL)，然后將鯰魚皮和草魚皮膠原溶液按照1∶1的比例在溫度20℃混合，再和20mg/mL明膠溶液按照1∶0.2混合，在室溫下成膜得到鯰魚皮和草魚皮共混天然膠原膜。

應(yīng)用實(shí)例1

制備作為可降解的包裝膜材料

將實(shí)施例1中制備的共混鯰魚皮膠原和明膠溶液置于有機(jī)玻璃盒中，在溫度45℃下干燥成膜，揭膜得包裝膜材料。取包裝膜材料按照GB/T 1040.2-2006方法裁剪試驗(yàn)樣條，采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)UTM6203，以1mm/min拉伸速率進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。結(jié)果表明包裝膜材料的拉伸強(qiáng)度為28.73MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為10.455％。

應(yīng)用實(shí)例2

制備作為腸衣

將實(shí)施例5中制備的鯰魚草魚共混膠原明膠溶液裝入擠出機(jī)中，調(diào)節(jié)擠出機(jī)的溫度為45℃，通過(guò)管機(jī)頭擠出成型，烘干后成腸衣材料。取膠原腸衣材料裁剪成2cm×2cm小塊，置于烘箱中在溫度45℃下干燥6h，恒重后記錄膠原膜質(zhì)量。然后將其加入含有20U/mL胰蛋白酶的PBS緩沖液中(pH＝7.4)在溫度37℃下酶解，去離子水沖洗后烘干恒重記錄其質(zhì)量。經(jīng)測(cè)得8h后膠原膜的酶解率為69.13％,24h后酶解率98.57％。