不同板材对鱼鳞明胶膜性质的影响

喻弘，李发彩，彭春，张佳诚，易雅琪，喻鹏

1.武汉设计工程学院食品与生物科技学院（武汉 430205）；2.湘潭大学材料科学与工程学院（湘潭 411105）

鱼鳞明胶是鱼鳞胶原蛋白水解后的产物[1]，具有良好的成膜性、可再生性、可生物降解性和可加工性，在食品包装上有很大的应用潜力[2-3]。明胶膜是明胶分子间的相互作用而形成的具有网络结构的薄膜[4]。明胶膜的制备过程分为制备制膜液、铺板、烘干3个步骤。明胶溶液与铺板之间的作用力会影响成膜过程中明胶分子之间的相互作用。铺板过程中使用的板材对膜的性质有很大影响，比如采用玻璃作为铺板材料时，明胶膜烘干后，膜与玻璃板黏合紧密，很难起膜，揭膜困难。在明胶膜的相关文献报道中制备明胶膜时普遍采用的是塑料材质的板材，如塑料培养皿、聚苯乙烯平板、有机玻璃板等[5-9]。但关于不同板材对明胶膜性质的影响未见文献报道，因此选择常见的6种塑料板材用于鱼鳞明胶膜的制备，通过对鱼鳞明胶膜理化性质和微观结构的检测，筛选出最适合制备鱼鳞明胶膜的板材，为鱼鳞明胶膜的制备工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

草鱼鱼鳞（取自武汉阳光100好又多超市水产区，洗净烘干后粉碎装袋备用）。

PC板、POM板、亚克力板、环氧板、PP板、ABS板6种板材（圣吉利有限公司，尺寸均为长×宽×厚=80 mm×30 mm×5 mm）；其他试剂（均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

1.2 仪器与设备

FA 1004分析天平（上海越平科学仪器有限公司）；DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）；722可见分光光度计（天津市普瑞斯仪器有限公司）；ZQ-990拉力机（东莞市智取精密仪器有限公司）；JEM-7500F场发射扫描电镜（日本JEOL公司）。

1.3 方法

1.3.1 鱼鳞明胶蛋白膜的制备

1.3.1.1 鱼鳞前处理——脱钙

用0.6 mol/L盐酸按鱼鳞与盐酸1 g/30 mL比例浸泡1.5 h。分别用自来水和蒸馏水冲洗鱼鳞，至洗出液体pH呈中性。将洗净后的鱼鳞平铺于滤布上，放置于50℃的烘箱烘干10 h，用密封袋包装备用[10]。

1.3.1.2 鱼鳞明胶蛋白膜的制备

将脱钙后的鱼鳞样品和蒸馏水按照1 g/10 mL的比例置于小烧杯中，80 ℃水浴2 h。将烧杯中的液体转移至离心管中，以6 500 r/min离心3 min，取上清液即为鱼鳞明胶溶液。室温下在板上铺膜，然后将铺好膜的板子置于35 ℃烘箱中烘干24 h，烘干后揭下即为鱼鳞明胶蛋白膜[11]。

1.3.2 膜的透过率测定

将鱼鳞明胶蛋白膜裁剪成适宜的大小，紧靠于比色皿的一侧，在500 nm波长下测定鱼鳞明胶蛋白膜的透过率，空比色皿作为对照[12]。

1.3.3 膜的吸水率测定

准确称量膜的质量和试管的质量，将膜放入试管中，用pH 7.4的0.1 mol/L磷酸氢二钠缓冲溶液浸没膜，放入温度37 ℃的生化恒温箱中，30 min后取出，将试管中磷酸氢二钠溶液倒出，称取其膜吸水后的质量[13]。

式中：m1为膜吸水前质量，g；m2为空试管质量，g；m3为膜吸水后质量，g。

1.3.4 膜的力学性质测定

将壳聚糖膜裁剪成长×宽=60 mm×25 mm的方形样品，用游标卡尺测定膜厚度0.06 mm，设置标距39 mm，测试速度50 mm/min，采用拉力机测定膜的拉伸强度和最大伸长率[14]。

1.3.5 膜的扫描电镜测定

明胶膜在干燥器中放置24 h后，取1 cm×4 cm膜样品，用液氮浸没之后进行人工折断，将样品粘贴于金属圆台上，真空状态下喷金，置于扫描电镜中，电子束加速电压10.0 kV。观察膜截面和表面微观结构，在放大倍数1 000倍条件下拍照截图[15]。

1.3.6 数据分析

采用SASV 8.1软件进行分析，用Anova进行方差分析，显著性检验方法为Duncan，检测限为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同板材对鱼鳞明胶膜吸水率的影响

作为一种蛋白质材料，明胶分子链上丰富的羟基、羧基、氨基等亲水性基团使其具有很强的亲水性。因此，明胶单独作为材料应用于水中或湿度相对较大的环境中时，易发生强烈的溶胀甚至溶解。由图1可知，不同板材制备的鱼鳞明胶膜的吸水率无显著性差异（p＞0.05）。

2.2 不同板材对鱼鳞明胶膜透过率的影响

膜的光学特性是膜的重要属性，影响产品的外观、适销性及应用性，透明度高的可食性膜在食品包装系统中具有较高的应用性和可接受性。亚克力板和PP板制备的鱼鳞明胶膜的透过率较大且两者无显著性差异（p＞0.05），分别为88.35%和87.50%；其次是POM板和环氧板制备的鱼鳞明胶膜的透过率分别为76.0%和75.7%（p＞0.05）；PC板和ABS板制备的鱼鳞明胶膜的透过率最低分别为61.8%和60.0%，且两者无显著性差异（p＞0.05）。

图1 不同板材对鱼鳞明胶膜的吸水率的影响

图2 板材类型对鱼鳞明胶膜透过率的影响

2.3 不同板材对鱼鳞明胶膜力学性质的影响

不同板材对鱼鳞明胶膜抗拉强度的影响见图3。PC板、PP板、POM板制备的鱼鳞明胶膜的抗拉强度较高，分别为43.7，45.5和45.2 MPa，三者无显著性差异（p＞0.05）；其次是亚克力板和环氧板，其制备的鱼鳞明胶膜的抗拉强度分别为38.8和37.4 MPa，且两者无显著性差异（p＞0.05）。

不同板材对鱼鳞明胶膜最大伸长率的影响见图4。POM板、亚克力板、环氧板、PP板、ABS板制备的鱼鳞明胶膜的最大伸长率较高且无显著性差异（p＞0.05），PC板制备的鱼鳞明胶膜的最大伸长率最低（4.7%），与其他几种板材制备的鱼鳞明胶膜的最大伸长率有显著性差异（p≤0.05）。

2.4 不同板材对鱼鳞明胶膜的扫描电镜的影响

由图5可知，从膜的表面扫描电镜图可以看出，不同板材制备的鱼鳞明胶膜的微观结构有明显差异，在PC板、亚克力板、环氧板、PP板上制备的鱼鳞明胶膜的表面较为光滑平整，而在ABS板上制备的鱼鳞明胶膜的表面呈现条纹状，在POM板上制备的鱼鳞明胶膜的表面有颗粒状的凸起。从膜的断面扫描电镜图可以看出，在PP板上制备的鱼鳞明胶膜的断面较为平整，在其他板子上制备的鱼鳞明胶膜的断面凹凸不平，有波纹状凸起。因此，在PP板上制备的鱼鳞明胶膜的微观结构较为光滑平整。

图3 板材类型对鱼鳞明胶膜抗拉强度的影响

图4 板材类型对鱼鳞明胶膜最大伸长率的影响

图5 不同板材上制备的鱼鳞明胶膜的表面扫描电镜图（1）和断面扫描电镜图（2）

3 结论

在不同板材制膜试验中，从扫描电镜图可以看出，在聚丙烯板上制备的鱼鳞明胶膜的表面和断面扫描电镜图均较为光滑平整，在其他板材上制备的鱼鳞明胶膜的表面或断面均比较粗糙；从理化指标来看，聚丙烯板制备的膜的吸水率较低（2.2 g/g）、透过率较高（87.5%）、抗拉强度较大（45.5 MPa）、最大伸长率较大（7.90%），各项指标均较佳，聚丙烯板可作为适合制备鱼鳞明胶膜的板材。