马面鱼皮可食性胶原蛋白膜的制备
2020-08-18公维洁朱德誉
公维洁，朱德誉
（海南热带海洋学院，海南三亚 572022）
随着环保意识的提高和对食品安全性的更高要求，越来越多的消费者开始关注无毒、无害的绿色环保包装材料[1-2]。以淀粉、纤维素、多糖、蛋白质等为材料的可食性膜就是一类理想的食品包装材料[3-7]。以胶原蛋白为原料的可食性胶原蛋白膜即是其中的一种。可食性胶原蛋白膜不仅具有显著的物理性和良好的生物相容性，同时还具有制作工艺简单、可降解、无污染、改善食品感官性能等优点[8]。
马面鱼分布于我国四大海域，仅东海区年总产量达25万余t，已成为位居我国第2位的海洋型经济鱼类。马面鱼可食部分较少，其中鱼皮占8.5%～9.4%，利用率低。因此，研究马面鱼皮胶原蛋白的提取及应用，可为其综合利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 仪器
LGJ-10型冷冻干燥机，北京松华兴科技发展有限公司产品；HH型数显恒温水浴锅，金坛市盛蓝仪器制造有限公司产品；FA22048型电子天平，上海精科天美科学仪器有限公司产品；5804R型冷冻离心机，德国艾本德股份有限公司产品；HY-3型多用振荡器，金坛市恒丰仪器厂产品。
1.2 原料及试剂
马面鱼皮，购于当地市场。
乙酸、异丙醇、氯化钠，均为国产分析纯；胃蛋白酶、生化试剂BR，河南思远生物科技有限公司提供。
1.3 方法
1.3.1 马面鱼皮胶原蛋白的提取
马面鱼皮经预处理后[9]，采用超声波辅助法提取胶原蛋白[10]。
1.3.2 马面鱼皮胶胶原蛋白膜的制备
将胶原蛋白溶于10 mL乙酸中，搅拌4 h，待其完全溶解后，超声除气泡，采用流延的方法置于有机玻璃板上，于50℃条件下干燥12 h，干燥后取膜。
1.3.3 马面鱼皮胶胶原蛋白膜透光率的测定
采用紫外可见分光光度计法，将光滑无破损的待测膜剪成10 mm×10 mm，紧贴在比色皿（1 cm）的一侧。于200～800 nm波长范围内测定其透光率，重复测定3次后取平均值。
1.3.4 单因素试验
以膜的透光率作为膜性能的评价指标，研究乙酸浓度、马面鱼皮胶原蛋白用量、干燥温度对膜性能的影响，进行单因素试验。
（1）马面鱼皮胶原蛋白用量的确定。分别称量0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 g鱼皮胶原蛋白置于10 mL的乙酸溶液中，乙酸浓度为0.5 mol/L；充分搅拌4 h，待胶原蛋白完全溶解后，超声除去气泡；采用流延的方法置于有机玻璃板上，于50℃条件下干燥12 h，干燥后取膜。
（2）乙酸浓度的确定。称量马面鱼皮胶原蛋白0.8 g置于10 mL的乙酸溶液中，乙酸浓度分别为0.1，0.3，0.5，0.7，0.9 mol/L；充分搅拌4 h，待胶原蛋白完全溶解后，超声除去气泡；采用流延的方法置于有机玻璃板上，于50℃条件下干燥12 h，干燥后取膜。
（3）干燥温度的确定。称量马面鱼胶原蛋白0.8 g置于10 mL的乙酸溶液中，乙酸浓度为0.5 mol/L；充分搅拌4 h，待胶原蛋白完全溶解后，超声除去气泡；采用流延的方法置于有机玻璃板上，分别于30，40，50，60，70℃条件下干燥12 h，干燥后取膜。
1.3.5 正交试验设计
根据单因素试验结果，选取乙酸浓度、马面鱼皮胶原蛋白用量、干燥温度进行正交试验。
试验因素与水平设计见表1。
表1 试验因素与水平设计
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果分析
2.1.1 马面鱼皮胶原蛋白用量对膜性质的影响
马面鱼皮胶原蛋白用量对膜透光率的影响见图1。
图1 马面鱼皮胶原蛋白用量对膜透光率的影响
由图1可知，马面鱼皮胶原蛋白膜的透光率随着胶原蛋白用量的增加呈现先增大后减小的趋势。当胶原蛋白用量大于0.8 g时，透光率逐渐变小，是因为单位体积内胶原蛋白分子的增加，成膜液不均匀所致[1]；胶原蛋白用量为0.8 g时，制得的膜透光率最好。因此，初步选择胶原蛋白用量的最适范围为 0.7～0.9 g。
2.1.2 乙酸浓度对膜性质的影响
乙酸浓度对膜透光率的影响见图2。
图2 乙酸浓度对膜透光率的影响
由图2可知，透光率随着乙酸浓度的增加呈现先增大后减小的变化趋势，较低浓度的乙酸溶液对马面鱼皮胶原蛋白的溶解性很差，部分胶原蛋白未溶解完全，使成膜液不均匀；乙酸浓度过高会使胶原蛋白变性，使得透光率变小。因此，选取最适乙酸浓度范围为0.3～0.7 mol/L。
2.1.3 干燥温度对膜性质的影响
干燥温度对膜透光率的影响见图3。
图3 干燥温度对膜透光率的影响
由图3可知，干燥温度40℃时膜的透光率最好，膜的透光率随着温度升高先增大再降低。随着温度变高，膜的均匀性增大，但是温度升高对胶原蛋白结构有一定影响，高温会使胶原蛋白的螺旋结构被破坏。因此，选取最适干燥温度分为30～50℃。
2.2 正交试验结果分析
正交试验结果与分析见表2。
由正交试验分析可知，各个因素对马面鱼皮胶原蛋白膜透光率的影响顺序为B>C>A，即马面鱼皮胶原蛋白用量>干燥温度>乙酸浓度。其中马面鱼皮胶原蛋白用量对膜透光率的影响最大，为主要影响因素。乙酸浓度及干燥温度极差较小，这2个因素为次要影响因素，由此得到各因素的最佳搭配为A2B2C3，即浓度为0.5 mol/L的乙酸中添加马面鱼皮胶原蛋白0.8 g，于50℃条件下干燥。
表2 正交试验结果与分析
2.3 验证试验
根据正交试验确定的最佳成膜工艺为A2B2C3，即于浓度为0.5 mol/L的乙酸中添加马面鱼皮胶原蛋白0.8 g，于50℃条件下干燥，重复试验6次，得到马面鱼皮胶原蛋白的透光率分别为86.1%，86.3%，84.9%，85.1%，86.7%，86.9%，平均值为86.0%，RSD值为0.93%。
重复性试验结果见表3。
表3 重复性试验结果
由表3可知，验证试验中马面鱼皮胶原蛋白膜的透光率与正交试验的最大值相近，说明成膜工艺稳定可靠。
3 结论
以马面鱼鱼皮为原料，提取胶原蛋白并制备可食性蛋白膜。通过单因素试验得到各因素的最佳范围为胶原蛋白用量0.7～0.9 g，乙酸浓度0.3～0.7 mol/L，干燥温度30～50℃。
通过正交试验，以透光率为指标，得出影响马面鱼皮胶原蛋白膜性质的主要顺序为胶原蛋白用量>干燥温度>乙酸浓度；优化后得到最佳工艺为乙酸浓度0.5 mol/L，胶原蛋白用量0.8 g，干燥温度50℃，此条件下得到的透光率为86.0%，可为马面鱼皮胶原蛋白的利用提供理论依据。
