馬面魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球保濕面膜的制備

楊承欣，公維潔，王新豪

（海南熱帶海洋學院海洋科學技術學院，海南 三亞 572022）

我國水產(chǎn)品種類豐富，是水產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、消費大國。近年來，隨著水產(chǎn)品生產(chǎn)能力的大幅提高，消費規(guī)模不斷擴大，行業(yè)得到快速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2015—2020 年我國水產(chǎn)品產(chǎn)量呈逐年增長勢態(tài)，截至2020 年我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達到6 545 萬t。水產(chǎn)品加工過程中，會產(chǎn)生40%～50%的下腳料，其中魚皮約為10%，經(jīng)核算，2020 年就產(chǎn)生了魚皮近327.25 萬t[1]。研究表明，魚皮含有豐富的膠原蛋白，若將其合理利用，可減少垃圾污染，亦能節(jié)約魚類資源。水產(chǎn)膠原蛋白與人體皮膚膠原結構相似，具有高度的可溶性、親水性和乳化性，常用作化妝品原料[2-3]。然而其機械性能不佳，在水中降解速度過快。殼聚糖是一種可降解的堿性多糖，具有良好的成膜性、生物相容性、可降解性，且機械強度高，因此在生物醫(yī)學、食品和美容護膚等領域中都有廣泛的應用，但其親水性較差、降解速率較慢，將殼聚糖與膠原蛋白共混[4-10]，以實現(xiàn)性能互補，通過噴霧干燥法制備成微球，通過噴霧法制備馬面魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球保濕面膜，對其相關性質進行研究。

1 試驗材料與方法

1.1 試劑

1.1.1 原料及試劑

馬面魚皮，市售；殼聚糖、乙酸、異丙醇，均為國藥試劑；氯化鈉為廣試試劑。

1.1.2 儀器

SD-Basic 型噴霧干燥儀，嘉盛（香港） 科技有限公司產(chǎn)品；電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產(chǎn)品；Neofuge 1600R 型高速冷凍離心機，上海立申科學儀器有限公司產(chǎn)品；真空冷凍干燥機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司產(chǎn)品；恒溫恒濕箱，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；場發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 魚皮的預處理

將馬面魚魚皮用自來水洗去表面附著的內臟等污物和黏膜，再用去離子水漂洗后自然晾干，剪成1 cm×1 cm 左右的小塊，置于-20 ℃的冰箱中保存?zhèn)溆?，使用時先放在4 ℃的冰箱中進行解凍。

1.2.2 魚皮脫脂

稱取適量解凍好的魚皮，于4 ℃下用10%異丙醇浸泡20 h，料液比1∶15，使魚皮充分脫脂。

1.2.3 魚皮除雜蛋白

魚皮脫脂后，再次用去離子水充分漂洗，洗去脫下的脂及部分顆粒雜質，將洗凈的魚皮于4 ℃用7.5%NaCl 溶液浸泡24 h，料液比1∶30，除去所含雜蛋白。

1.2.4 魚皮膠原蛋白的提取、純化

魚皮除雜蛋白后，用去離子水漂洗干凈，稱取適量魚皮，于濃度為0.38 mol/L 的乙酸溶液中浸泡33 h，溫度4 ℃，料液比1∶30。

將提取后的魚皮放入冷凍離心機離心，于4 ℃下以轉速10 000 r/min 離心10 min，取上清液，經(jīng)飽和NaCl 溶液鹽析處理后，將析出物經(jīng)0.5 mol/L乙酸溶液溶解，置入透析袋，于濃度為0.1 mol/L 的乙酸溶液透析24 h 后，用去離子水透析3 d，期間每隔3～4 h 更換透析外液，最后取少許透析內液，向透析內液中滴加少許質量分數(shù)為1.0%的AgNO3溶液，觀察沉淀析出情況，進而判斷透析內液是否透析完全。

將透析完全的透明內液進行冷凍干燥處理，即可獲得雪白狀魚皮膠原蛋白固體樣品。

1.3 樣品的制備

1.3.1 馬面魚魚皮膠原蛋白/殼聚糖微球制備

分別配置質量濃度為7.5 g/L 的魚皮膠原蛋白溶液，質量濃度為7.5 g/L 的殼聚糖溶液（含1%冰醋酸溶液），將其按1∶3 混合，攪拌均勻呈透明狀，將其放入噴霧干燥機干燥，所得粉狀固體即為魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球。

1.3.2 面膜的制備

取干凈的空白生物纖維面膜，裁剪成6.0 cm×4.0 cm，分別取4 mL 質量濃度為7.5 g/mL 的魚皮膠原蛋白溶液、魚皮膠原蛋白-殼聚糖溶液、魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球溶液，用噴槍均勻噴灑在裁剪好的空白生物纖維面膜上，于60 ℃電熱干燥箱中烘干，即得面膜樣品1（空白）、魚皮膠原蛋白面膜樣品2、魚皮膠原蛋白-殼聚糖溶液面膜樣品3、魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球溶液面膜樣品4。

1.3.3 面膜保濕性能測試

分別稱量培養(yǎng)皿的質量，并將培養(yǎng)皿的質量記為C，將面膜樣品1～4 分別放入培養(yǎng)皿中，并在面膜上分別滴加1.5 mL 去離子水，使其均勻覆蓋在面膜上，將加完去離子水的面膜樣品和培養(yǎng)皿一起稱量，總質量記為B，再將面膜樣品置恒溫恒濕箱中37 ℃下放置30 min，取出稱重，總質量記為A。保濕率的計算公式為：

1.3.4 面膜透濕性測試

參照GB/T 12704.1—2009。

向透濕杯中均勻放入35.0 g 干燥劑，使其平鋪在透濕杯底部，高度為4.0 mm。將1～4 樣品面膜裁成直徑為70 mm 大小的圓片，分別放入透濕杯中，并將透濕杯邊緣用乙烯膠帶封好后稱量（總質量記為m1），放入溫度38 ℃，濕度90%的恒溫恒濕箱中1 h 后稱重（總質量記為m2）。2 次稱量均精確至0.001 g。有效試驗面積A：0.002 83 m2。相關透濕率的計算公式為：

式中：t——試驗時間，h。

1.3.5 面膜及微球表面結構觀察研究

將制備完成的面膜樣品1～4 進行冷凍干燥，干燥完后剪成小碎塊，分別粘在粘有黑色雙面導電膠的SEM 載物臺上，輕輕壓平，用洗耳球吹去多余顆粒。將魚皮膠原蛋白/殼聚糖微球粉末均勻撒在粘有黑色雙面導電膠的SEM 載物臺上，輕輕壓平，用洗耳球輕輕吹去未粘好的小顆粒。制備完后將其分別置于離子濺射儀內對其進行真空噴鍍金處理，時間140 s，濺射電流40 mA，處理完后用SEM 觀察并拍照記錄。

2 結果與分析

2.1 面膜表面分析

面膜干燥后表面圖見圖1。

圖1 面膜干燥后表面圖

由圖1（a） 可知，面膜經(jīng)干燥后表面平整光滑，無褶皺。由圖1（b） 可知，面膜經(jīng)干燥后表面有較多褶皺，說明膠原蛋白在面膜纖維間的作用力較強，不利于面膜的成型。由圖1（c） 可知，面膜表面的褶皺明顯減少，說明添加微球有利于面膜的成型。由圖1（d） 可知，面膜表面較光滑，已無明顯褶皺，經(jīng)水浸濕后，相較于其他樣品較順滑、服帖，說明將膠原蛋白與殼聚糖結合成微球提高面膜的成膜性，有利于面膜的制備。

2.2 SEM 分析

魚皮膠原蛋白/殼聚糖微球的SEM 掃描圖見圖2。

圖2 魚皮膠原蛋白/殼聚糖微球的SEM 掃描圖

由圖2 可知，球形完整，大小均勻飽滿，球面光滑，無明顯凹陷及凸起褶皺，粒徑1～4 μm，說明魚皮膠原蛋白與殼聚糖的結合情況良好，制備成功。

面膜樣品1～4 的SEM 掃描照片見圖3。

圖3 面膜樣品1～4 的SEM 掃描照片

由圖3（a） 可知，面膜纖維呈細長絲條狀，纖維光滑，纖維間空隙較大。由圖3（b） 可知，魚皮膠原蛋白液大部分附著在面膜纖維上，將面膜纖維包裹住，面膜纖維表面較粗糙。說明魚皮膠原蛋白能夠很好地附著在面膜纖維上，溶液的附著能力強，包裹性好。由圖3（c） 可知，魚皮膠原蛋白-殼聚糖溶液只有部分附著在面膜纖維上，說明魚皮膠原蛋白溶液與殼聚糖溶液結合后，附著能力較魚皮膠原蛋白溶液有所下降。由圖3（d） 可知，魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球呈球形附著在面膜纖維上，說明微球與面膜相結合較好，但因所加微球數(shù)量較少及存放時的摩擦和抖動，導致其附著密度不夠高。

2.3 面膜保濕性能分析

不同面膜的保濕性能見圖4。

圖4 不同面膜的保濕性能

由圖4 可知，與空白面膜樣品1 相比，樣品2～4的保濕率均有提高，其中魚皮膠原蛋白面膜保濕性為42.32%，魚皮膠原蛋白-殼聚糖面膜的保濕性為41.95%，魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球面膜保濕性最高，達到了46.95%。

由樣品的SEM 掃描圖可見，魚皮膠原蛋白面膜中魚皮膠原蛋白均勻地包裹在面膜纖維上，水分被纖維吸收后不易流失，故保濕率有所上升。相比之下，魚皮膠原蛋白-殼聚糖面膜附著能力較低，水分相對易流失。魚皮膠原蛋白與殼聚糖制成微球，大大提高了面膜的保濕性，說明將魚皮膠原蛋白與殼聚糖結合成微球具有一定的保濕作用。同時，將魚皮膠原蛋白與殼聚糖制成微球，使溶液固體化，更便于后續(xù)生產(chǎn)、運輸、貯存及應用。

2.4 面膜透濕性能分析

不同面膜的透濕性能見圖5。

圖5 不同面膜的透濕性能

由圖5 可知，空白面膜透濕率為6 419.19 g/(m2·h)，魚皮膠原蛋白面膜透濕率最高，為6 550.47 g/(m2·h)，魚皮膠原蛋白-殼聚糖面膜透濕率為6 248.58 g/(m2·h)，魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球面膜，即樣品4 的透濕率為46 342.23 g/(m2·h)。面膜樣品2 的透濕率最高，樣品面膜3 和樣品4 較面膜樣品1 均有所下降，空白面膜的纖維結構間隙較大，使水分溶液透過，但魚皮含膠原蛋白溶液的面膜將面膜纖維包裹，面膜干燥后包裹的溶液固化使其纖維有所收縮，造成了面膜纖維間隙增大，加速了水分的透過。而將魚皮膠原蛋白與殼聚糖結合制備成微球，讓微球附著在面膜纖維上，減小了纖維間隙，進而減緩水分透過，將水分牢牢鎖住。但因微球附著密度不高，使其透濕率比含魚皮膠原蛋白-殼聚糖溶液面膜高，表明將魚皮膠原蛋白與殼聚糖結合能夠很好地提高面膜的鎖水效果。

3 結論

通過噴霧干燥法制得馬面魚魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球，并將其均勻噴灑于空白生物纖維制備一種新型保濕面膜，并對其性能進行測定研究。結果表明：

（1） 馬面魚魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球的球形完整，大小均勻飽滿，表面較光滑，無明顯凹陷和凸起。

（2） 馬面魚魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球面膜的表面較光滑平整，無明顯褶皺，經(jīng)水浸濕后較順滑服帖。

（3） 馬面魚魚皮膠原蛋白-殼聚糖微球保濕面膜纖維呈長條絲狀，微球呈球形均勻附著于面膜纖維上，面膜的保濕率為46.95%，透濕率為6 342.23 g/(m2·h)。