不同板材對魚鱗明膠膜性質的影響

喻弘，李發彩，彭春，張佳誠，易雅琪，喻鵬

1.武漢設計工程學院食品與生物科技學院（武漢 430205）；2.湘潭大學材料科學與工程學院（湘潭 411105）

魚鱗明膠是魚鱗膠原蛋白水解后的產物[1]，具有良好的成膜性、可再生性、可生物降解性和可加工性，在食品包裝上有很大的應用潛力[2-3]。明膠膜是明膠分子間的相互作用而形成的具有網絡結構的薄膜[4]。明膠膜的制備過程分為制備制膜液、鋪板、烘干3個步驟。明膠溶液與鋪板之間的作用力會影響成膜過程中明膠分子之間的相互作用。鋪板過程中使用的板材對膜的性質有很大影響，比如采用玻璃作為鋪板材料時，明膠膜烘干后，膜與玻璃板黏合緊密，很難起膜，揭膜困難。在明膠膜的相關文獻報道中制備明膠膜時普遍采用的是塑料材質的板材，如塑料培養皿、聚苯乙烯平板、有機玻璃板等[5-9]。但關于不同板材對明膠膜性質的影響未見文獻報道，因此選擇常見的6種塑料板材用于魚鱗明膠膜的制備，通過對魚鱗明膠膜理化性質和微觀結構的檢測，篩選出最適合制備魚鱗明膠膜的板材，為魚鱗明膠膜的制備工藝提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

草魚魚鱗（取自武漢陽光100好又多超市水產區，洗凈烘干后粉碎裝袋備用）。

PC板、POM板、亞克力板、環氧板、PP板、ABS板6種板材（圣吉利有限公司，尺寸均為長×寬×厚=80 mm×30 mm×5 mm）；其他試劑（均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 儀器與設備

FA 1004分析天平（上海越平科學儀器有限公司）；DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司）；722可見分光光度計（天津市普瑞斯儀器有限公司）；ZQ-990拉力機（東莞市智取精密儀器有限公司）；JEM-7500F場發射掃描電鏡（日本JEOL公司）。

1.3 方法

1.3.1 魚鱗明膠蛋白膜的制備

1.3.1.1 魚鱗前處理——脫鈣

用0.6 mol/L鹽酸按魚鱗與鹽酸1 g/30 mL比例浸泡1.5 h。分別用自來水和蒸餾水沖洗魚鱗，至洗出液體pH呈中性。將洗凈后的魚鱗平鋪于濾布上，放置于50℃的烘箱烘干10 h，用密封袋包裝備用[10]。

1.3.1.2 魚鱗明膠蛋白膜的制備

將脫鈣后的魚鱗樣品和蒸餾水按照1 g/10 mL的比例置于小燒杯中，80 ℃水浴2 h。將燒杯中的液體轉移至離心管中，以6 500 r/min離心3 min，取上清液即為魚鱗明膠溶液。室溫下在板上鋪膜，然后將鋪好膜的板子置于35 ℃烘箱中烘干24 h，烘干后揭下即為魚鱗明膠蛋白膜[11]。

1.3.2 膜的透過率測定

將魚鱗明膠蛋白膜裁剪成適宜的大小，緊靠于比色皿的一側，在500 nm波長下測定魚鱗明膠蛋白膜的透過率，空比色皿作為對照[12]。

1.3.3 膜的吸水率測定

準確稱量膜的質量和試管的質量，將膜放入試管中，用pH 7.4的0.1 mol/L磷酸氫二鈉緩沖溶液浸沒膜，放入溫度37 ℃的生化恒溫箱中，30 min后取出，將試管中磷酸氫二鈉溶液倒出，稱取其膜吸水后的質量[13]。

式中：m1為膜吸水前質量，g；m2為空試管質量，g；m3為膜吸水后質量，g。

1.3.4 膜的力學性質測定

將殼聚糖膜裁剪成長×寬=60 mm×25 mm的方形樣品，用游標卡尺測定膜厚度0.06 mm，設置標距39 mm，測試速度50 mm/min，采用拉力機測定膜的拉伸強度和最大伸長率[14]。

1.3.5 膜的掃描電鏡測定

明膠膜在干燥器中放置24 h后，取1 cm×4 cm膜樣品，用液氮浸沒之后進行人工折斷，將樣品粘貼于金屬圓臺上，真空狀態下噴金，置于掃描電鏡中，電子束加速電壓10.0 kV。觀察膜截面和表面微觀結構，在放大倍數1 000倍條件下拍照截圖[15]。

1.3.6 數據分析

采用SASV 8.1軟件進行分析，用Anova進行方差分析，顯著性檢驗方法為Duncan，檢測限為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同板材對魚鱗明膠膜吸水率的影響

作為一種蛋白質材料，明膠分子鏈上豐富的羥基、羧基、氨基等親水性基團使其具有很強的親水性。因此，明膠單獨作為材料應用于水中或濕度相對較大的環境中時，易發生強烈的溶脹甚至溶解。由圖1可知，不同板材制備的魚鱗明膠膜的吸水率無顯著性差異（p＞0.05）。

2.2 不同板材對魚鱗明膠膜透過率的影響

膜的光學特性是膜的重要屬性，影響產品的外觀、適銷性及應用性，透明度高的可食性膜在食品包裝系統中具有較高的應用性和可接受性。亞克力板和PP板制備的魚鱗明膠膜的透過率較大且兩者無顯著性差異（p＞0.05），分別為88.35%和87.50%；其次是POM板和環氧板制備的魚鱗明膠膜的透過率分別為76.0%和75.7%（p＞0.05）；PC板和ABS板制備的魚鱗明膠膜的透過率最低分別為61.8%和60.0%，且兩者無顯著性差異（p＞0.05）。

圖1 不同板材對魚鱗明膠膜的吸水率的影響

圖2 板材類型對魚鱗明膠膜透過率的影響

2.3 不同板材對魚鱗明膠膜力學性質的影響

不同板材對魚鱗明膠膜抗拉強度的影響見圖3。PC板、PP板、POM板制備的魚鱗明膠膜的抗拉強度較高，分別為43.7，45.5和45.2 MPa，三者無顯著性差異（p＞0.05）；其次是亞克力板和環氧板，其制備的魚鱗明膠膜的抗拉強度分別為38.8和37.4 MPa，且兩者無顯著性差異（p＞0.05）。

不同板材對魚鱗明膠膜最大伸長率的影響見圖4。POM板、亞克力板、環氧板、PP板、ABS板制備的魚鱗明膠膜的最大伸長率較高且無顯著性差異（p＞0.05），PC板制備的魚鱗明膠膜的最大伸長率最低（4.7%），與其他幾種板材制備的魚鱗明膠膜的最大伸長率有顯著性差異（p≤0.05）。

2.4 不同板材對魚鱗明膠膜的掃描電鏡的影響

由圖5可知，從膜的表面掃描電鏡圖可以看出，不同板材制備的魚鱗明膠膜的微觀結構有明顯差異，在PC板、亞克力板、環氧板、PP板上制備的魚鱗明膠膜的表面較為光滑平整，而在ABS板上制備的魚鱗明膠膜的表面呈現條紋狀，在POM板上制備的魚鱗明膠膜的表面有顆粒狀的凸起。從膜的斷面掃描電鏡圖可以看出，在PP板上制備的魚鱗明膠膜的斷面較為平整，在其他板子上制備的魚鱗明膠膜的斷面凹凸不平，有波紋狀凸起。因此，在PP板上制備的魚鱗明膠膜的微觀結構較為光滑平整。

圖3 板材類型對魚鱗明膠膜抗拉強度的影響

圖4 板材類型對魚鱗明膠膜最大伸長率的影響

圖5 不同板材上制備的魚鱗明膠膜的表面掃描電鏡圖（1）和斷面掃描電鏡圖（2）

3 結論

在不同板材制膜試驗中，從掃描電鏡圖可以看出，在聚丙烯板上制備的魚鱗明膠膜的表面和斷面掃描電鏡圖均較為光滑平整，在其他板材上制備的魚鱗明膠膜的表面或斷面均比較粗糙；從理化指標來看，聚丙烯板制備的膜的吸水率較低（2.2 g/g）、透過率較高（87.5%）、抗拉強度較大（45.5 MPa）、最大伸長率較大（7.90%），各項指標均較佳，聚丙烯板可作為適合制備魚鱗明膠膜的板材。