马面鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球保湿面膜的制备

2023-08-17杨承欣公维洁王新豪

农产品加工 2023年13期

杨承欣，公维洁，王新豪

（海南热带海洋学院海洋科学技术学院，海南三亚 572022）

我国水产品种类丰富，是水产品生产、加工、消费大国。近年来，随着水产品生产能力的大幅提高，消费规模不断扩大，行业得到快速发展。数据显示，2015—2020 年我国水产品产量呈逐年增长势态，截至2020 年我国水产品总产量达到6 545 万t。水产品加工过程中，会产生40%～50%的下脚料，其中鱼皮约为10%，经核算，2020 年就产生了鱼皮近327.25 万t[1]。研究表明，鱼皮含有丰富的胶原蛋白，若将其合理利用，可减少垃圾污染，亦能节约鱼类资源。水产胶原蛋白与人体皮肤胶原结构相似，具有高度的可溶性、亲水性和乳化性，常用作化妆品原料[2-3]。然而其机械性能不佳，在水中降解速度过快。壳聚糖是一种可降解的碱性多糖，具有良好的成膜性、生物相容性、可降解性，且机械强度高，因此在生物医学、食品和美容护肤等领域中都有广泛的应用，但其亲水性较差、降解速率较慢，将壳聚糖与胶原蛋白共混[4-10]，以实现性能互补，通过喷雾干燥法制备成微球，通过喷雾法制备马面鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球保湿面膜，对其相关性质进行研究。

1 试验材料与方法

1.1 试剂

1.1.1 原料及试剂

马面鱼皮，市售；壳聚糖、乙酸、异丙醇，均为国药试剂；氯化钠为广试试剂。

1.1.2 仪器

SD-Basic 型喷雾干燥仪，嘉盛（香港）科技有限公司产品；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；Neofuge 1600R 型高速冷冻离心机，上海立申科学仪器有限公司产品；真空冷冻干燥机，北京博医康实验仪器有限公司产品；恒温恒湿箱，天津市泰斯特仪器有限公司产品；场发射扫描电子显微镜，日本电子株式会社产品。

1.2 试验方法

1.2.1 鱼皮的预处理

将马面鱼鱼皮用自来水洗去表面附着的内脏等污物和黏膜，再用去离子水漂洗后自然晾干，剪成1 cm×1 cm 左右的小块，置于-20 ℃的冰箱中保存备用，使用时先放在4 ℃的冰箱中进行解冻。

1.2.2 鱼皮脱脂

称取适量解冻好的鱼皮，于4 ℃下用10%异丙醇浸泡20 h，料液比1∶15，使鱼皮充分脱脂。

1.2.3 鱼皮除杂蛋白

鱼皮脱脂后，再次用去离子水充分漂洗，洗去脱下的脂及部分颗粒杂质，将洗净的鱼皮于4 ℃用7.5%NaCl 溶液浸泡24 h，料液比1∶30，除去所含杂蛋白。

1.2.4 鱼皮胶原蛋白的提取、纯化

鱼皮除杂蛋白后，用去离子水漂洗干净，称取适量鱼皮，于浓度为0.38 mol/L 的乙酸溶液中浸泡33 h，温度4 ℃，料液比1∶30。

将提取后的鱼皮放入冷冻离心机离心，于4 ℃下以转速10 000 r/min 离心10 min，取上清液，经饱和NaCl 溶液盐析处理后，将析出物经0.5 mol/L乙酸溶液溶解，置入透析袋，于浓度为0.1 mol/L 的乙酸溶液透析24 h 后，用去离子水透析3 d，期间每隔3～4 h 更换透析外液，最后取少许透析内液，向透析内液中滴加少许质量分数为1.0%的AgNO3溶液，观察沉淀析出情况，进而判断透析内液是否透析完全。

将透析完全的透明内液进行冷冻干燥处理，即可获得雪白状鱼皮胶原蛋白固体样品。

1.3 样品的制备

1.3.1 马面鱼鱼皮胶原蛋白/壳聚糖微球制备

分别配置质量浓度为7.5 g/L 的鱼皮胶原蛋白溶液，质量浓度为7.5 g/L 的壳聚糖溶液（含1%冰醋酸溶液），将其按1∶3 混合，搅拌均匀呈透明状，将其放入喷雾干燥机干燥，所得粉状固体即为鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球。

1.3.2 面膜的制备

取干净的空白生物纤维面膜，裁剪成6.0 cm×4.0 cm，分别取4 mL 质量浓度为7.5 g/mL 的鱼皮胶原蛋白溶液、鱼皮胶原蛋白-壳聚糖溶液、鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球溶液，用喷枪均匀喷洒在裁剪好的空白生物纤维面膜上，于60 ℃电热干燥箱中烘干，即得面膜样品1（空白）、鱼皮胶原蛋白面膜样品2、鱼皮胶原蛋白-壳聚糖溶液面膜样品3、鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球溶液面膜样品4。

1.3.3 面膜保湿性能测试

分别称量培养皿的质量，并将培养皿的质量记为C，将面膜样品1～4 分别放入培养皿中，并在面膜上分别滴加1.5 mL 去离子水，使其均匀覆盖在面膜上，将加完去离子水的面膜样品和培养皿一起称量，总质量记为B，再将面膜样品置恒温恒湿箱中37 ℃下放置30 min，取出称重，总质量记为A。保湿率的计算公式为：

1.3.4 面膜透湿性测试

参照GB/T 12704.1—2009。

向透湿杯中均匀放入35.0 g 干燥剂，使其平铺在透湿杯底部，高度为4.0 mm。将1～4 样品面膜裁成直径为70 mm 大小的圆片，分别放入透湿杯中，并将透湿杯边缘用乙烯胶带封好后称量（总质量记为m1），放入温度38 ℃，湿度90%的恒温恒湿箱中1 h 后称重（总质量记为m2）。2 次称量均精确至0.001 g。有效试验面积A：0.002 83 m2。相关透湿率的计算公式为：

式中：t——试验时间，h。

1.3.5 面膜及微球表面结构观察研究

将制备完成的面膜样品1～4 进行冷冻干燥，干燥完后剪成小碎块，分别粘在粘有黑色双面导电胶的SEM 载物台上，轻轻压平，用洗耳球吹去多余颗粒。将鱼皮胶原蛋白/壳聚糖微球粉末均匀撒在粘有黑色双面导电胶的SEM 载物台上，轻轻压平，用洗耳球轻轻吹去未粘好的小颗粒。制备完后将其分别置于离子溅射仪内对其进行真空喷镀金处理，时间140 s，溅射电流40 mA，处理完后用SEM 观察并拍照记录。

2 结果与分析

2.1 面膜表面分析

面膜干燥后表面图见图1。

图1 面膜干燥后表面图

由图1（a）可知，面膜经干燥后表面平整光滑，无褶皱。由图1（b）可知，面膜经干燥后表面有较多褶皱，说明胶原蛋白在面膜纤维间的作用力较强，不利于面膜的成型。由图1（c）可知，面膜表面的褶皱明显减少，说明添加微球有利于面膜的成型。由图1（d）可知，面膜表面较光滑，已无明显褶皱，经水浸湿后，相较于其他样品较顺滑、服帖，说明将胶原蛋白与壳聚糖结合成微球提高面膜的成膜性，有利于面膜的制备。

2.2 SEM 分析

鱼皮胶原蛋白/壳聚糖微球的SEM 扫描图见图2。

图2 鱼皮胶原蛋白/壳聚糖微球的SEM 扫描图

由图2 可知，球形完整，大小均匀饱满，球面光滑，无明显凹陷及凸起褶皱，粒径1～4 μm，说明鱼皮胶原蛋白与壳聚糖的结合情况良好，制备成功。

面膜样品1～4 的SEM 扫描照片见图3。

图3 面膜样品1～4 的SEM 扫描照片

由图3（a）可知，面膜纤维呈细长丝条状，纤维光滑，纤维间空隙较大。由图3（b）可知，鱼皮胶原蛋白液大部分附着在面膜纤维上，将面膜纤维包裹住，面膜纤维表面较粗糙。说明鱼皮胶原蛋白能够很好地附着在面膜纤维上，溶液的附着能力强，包裹性好。由图3（c）可知，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖溶液只有部分附着在面膜纤维上，说明鱼皮胶原蛋白溶液与壳聚糖溶液结合后，附着能力较鱼皮胶原蛋白溶液有所下降。由图3（d）可知，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球呈球形附着在面膜纤维上，说明微球与面膜相结合较好，但因所加微球数量较少及存放时的摩擦和抖动，导致其附着密度不够高。

2.3 面膜保湿性能分析

不同面膜的保湿性能见图4。

图4 不同面膜的保湿性能

由图4 可知，与空白面膜样品1 相比，样品2～4的保湿率均有提高，其中鱼皮胶原蛋白面膜保湿性为42.32%，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖面膜的保湿性为41.95%，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球面膜保湿性最高，达到了46.95%。

由样品的SEM 扫描图可见，鱼皮胶原蛋白面膜中鱼皮胶原蛋白均匀地包裹在面膜纤维上，水分被纤维吸收后不易流失，故保湿率有所上升。相比之下，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖面膜附着能力较低，水分相对易流失。鱼皮胶原蛋白与壳聚糖制成微球，大大提高了面膜的保湿性，说明将鱼皮胶原蛋白与壳聚糖结合成微球具有一定的保湿作用。同时，将鱼皮胶原蛋白与壳聚糖制成微球，使溶液固体化，更便于后续生产、运输、贮存及应用。

2.4 面膜透湿性能分析

不同面膜的透湿性能见图5。

图5 不同面膜的透湿性能

由图5 可知，空白面膜透湿率为6 419.19 g/(m2·h)，鱼皮胶原蛋白面膜透湿率最高，为6 550.47 g/(m2·h)，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖面膜透湿率为6 248.58 g/(m2·h)，鱼皮胶原蛋白-壳聚糖微球面膜，即样品4 的透湿率为46 342.23 g/(m2·h)。面膜样品2 的透湿率最高，样品面膜3 和样品4 较面膜样品1 均有所下降，空白面膜的纤维结构间隙较大，使水分溶液透过，但鱼皮含胶原蛋白溶液的面膜将面膜纤维包裹，面膜干燥后包裹的溶液固化使其纤维有所收缩，造成了面膜纤维间隙增大，加速了水分的透过。而将鱼皮胶原蛋白与壳聚糖结合制备成微球，让微球附着在面膜纤维上，减小了纤维间隙，进而减缓水分透过，将水分牢牢锁住。但因微球附着密度不高，使其透湿率比含鱼皮胶原蛋白-壳聚糖溶液面膜高，表明将鱼皮胶原蛋白与壳聚糖结合能够很好地提高面膜的锁水效果。