氨基酸亲水性小于

鱼皮鱼鳞制成塑料

2019 年世界鱼类产量估计为 1.778 亿公吨，预计未来将大幅增长 。正如联合国 2030 年可持续发展议程和粮农组织广泛承认的那样，渔业和水产养殖在粮食安全和营养方面发挥着重要作用 。大约 70% 的鱼类和海产品在销售前进行加工，因此在斩首、去壳、去内脏、去鳍和去鳞、去鱼片等活动中产生了大量的固体废物。

渔业副产品通常包括内脏、肌肉组织、胴体、头部、鳍、皮肤、鳞片和骨头，大约占鲜重的 50% 至 75%，具体取决于物种 。例如，虾和鱼片的加工产生了几乎 50% 和 75%（按重量计）的废物。大约 20% 的渔业副产品被用作动物饲料中的低价值成分 ，大部分被填埋或焚烧，从而造成环境、健康和经济损失。

因此，鱼类废弃物是一个日益严重的问题，迫切需要创新的方法和解决方案。为此，全球范围内采用了若干项目和措施来防止食物浪费。其中鱼废料作为生物塑料的新原料在不同应用领域（主要是食品包装）中引起了越来越多的关注，具有显著的经济和环境优势。

通过回收几种潜在有价值的分子（包括油、蛋白质、色素、生物活性肽、氨基酸、胶原蛋白、甲壳质、明胶可以将它们制成食品包装。目前包装仍可被视为生物塑料生产的主要细分市场，占 2020 年生物塑料市场总量的 47%（99 万吨）。在这些创新的绿色材料中，用于食品包装应用的可食用/可生物降解薄膜引起了学术界和工业界研究人员的关注。

来自，萨伦托大学创新工程系的弗朗西斯卡·里奥内托等在《Polymers》上发表

‘来自鱼类工业废物的生物聚合物在食品包装中的最新应用’为题的综述文章，总结了鱼类工业废物价值化的最新进展，以及在循环经济方法中再利用这些副产品的潜力，将其用于制备食品包装的生物塑料。

1.肌肉蛋白

肌肉蛋白根据其溶解度分为三大类：肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和基质蛋白。肌原纤维蛋白是骨骼肌的主要成分，约占总肌肉蛋白的 65-75% 。肌原纤维蛋白包括一些收缩蛋白，如肌球蛋白和肌动蛋白，调节蛋白，如原肌球蛋白和肌钙蛋白，以及其他次要蛋白。由于它们的结构和定位，肌原纤维蛋白需要变性条件，例如要溶解和提取的高离子强度溶液。

蛋白质是食品工业中最常用的生物材料之一，因为它们具有营养价值、无毒、可生物降解和形成凝胶的能力。近年来，鱼类基质蛋白和肌原纤维蛋白因其能够形成可生物降解的可食用薄膜而受到极大关注，这些薄膜具有良好的阻隔气体、有机挥发物和脂质的性能，它们不溶于水，但可以通过调节溶液的 pH 值来溶解。这些由鱼肌原纤维或肌肉蛋白制成的薄膜具有以下几个优点：(i) 与由聚氯乙烯制成的商业包装薄膜相比，具有出色的紫外线阻隔性。; (ii) 良好的氧气和二氧化碳阻隔性 ；(iii) 轻微的透明度；(iv) 生产活性包装的潜力。

限制这些薄膜广泛商业应用的主要缺点是刚性和低机械强度，这是由于薄膜网络中广泛的蛋白质-蛋白质链相互作用而进一步增强了二硫键、氢键和/或静电相互作用 。为了克服这个问题，可以将高含量的增塑剂（约 40-60%）添加到可生物降解薄膜中，以通过降低蛋白质-蛋白质链之间的力来降低脆性并增加延展性和韧性。鱼肌原纤维蛋白膜的另一个限制是水蒸气阻隔性差，这是由于蛋白质中氨基酸的高亲水性以及添加了大量亲水性增塑剂（如甘油和山梨糖醇）以赋予膜足够的柔韧性 。据报道，化学交联、电子束和伽马辐射是获得更强且渗透性更低的薄膜的有效方法 。

2.海洋胶原蛋白

胶原蛋白是最常见的动物蛋白，因为它存在于所有结缔组织（即皮肤、骨骼、韧带、肌腱和软骨）和实质器官的间质组织中。

海洋胶原蛋白主要从鱼皮、鱼骨、鳍、鳞片或水母、海胆、海星或海参结缔组织中提取。鱼皮已被用于提取胶原蛋白，因为其干物质的 70-80% 是胶原蛋白。此外，鱼鳞是另一种有前景且成本低廉的海洋胶原蛋白来源，约占鱼内脏年产量总重量的 4%，约为 18-3000 万吨。鱼鳞既含有有机成分（胶原蛋白、脂肪、卵磷脂、硬蛋白、各种维生素等），也含有无机成分（羟基磷灰石、磷酸钙等）。

与哺乳动物胶原蛋白相比，海洋胶原蛋白具有相当或略低的分子量和较低的变性（熔化）温度，对于大多数鱼类来说，该温度约为 20-35°C，而来自温水物种的胶原蛋白值较高。为了提高热稳定性，已经研究了合适的交联处理。

根据科波拉等人的说法，从鱼副产品中提取的胶原蛋白的干质量可达到50%以上。此外，鱼类加工过程中的除油保证了没有气味或味道。用化学方法从鱼鳞中提取胶原蛋白往往需要很长时间。因此，研究人员对提取鱼鳞胶原蛋白的合适工艺的兴趣正在增加。

与哺乳动物胶原蛋白相比，海洋胶原蛋白不会因宗教原因和可能的传染性疾病而存在使用限制，同时具有优异的成膜能力、生物相容性、低抗原性、高生物降解性和细胞生长潜力 。这种废料有可能被开发为一种环保和低成本的胶原蛋白来源，在保健食品、化妆品和生物医学等各个领域作为药物/递送载体或伤口敷料具有许多潜在应用。由于其高吸水能力，胶原蛋白是纹理化、增稠和凝胶形成的良好候选者。此外，它具有与表面行为相关的有趣特性，包括乳液、泡沫形成、稳定、粘附和凝聚力、保护胶体功能和成膜能力。虽然它已被用作食品添加剂以改善食品的流变特性，但海洋胶原蛋白尚未得到充分开发，其应用远低于哺乳动物胶原蛋白。

鱼胶原膜在包装行业的使用受到一些缺点的限制，例如热稳定性低和机械性能相对较差 。此外，胶原蛋白是一种具有羟基的亲水性聚合物。因此，水蒸气很容易透过薄膜。为了克服这些限制，人们做出了各种努力，包括将胶原蛋白与其他生物聚合物混合以及几种化学和酶处理。例如，艾哈迈德等人。 使用从皮夹克皮中提取的胶原蛋白和壳聚糖的混合物，增强了薄膜的抑菌能力和抑菌活性，但影响薄膜的弹性或脆性。

3.鱼胶

明胶是一种变性蛋白质，源自胶原蛋白的部分水解和热处理。它由一组不同分子量的蛋白质和多肽组成，其组成主要取决于母体胶原蛋白和提取程序 。在水解过程中，单个胶原蛋白链之间的天然分子键被分解，留下单链或多链多肽的混合物，每个多肽都具有扩展的左旋螺旋构象并含有 50-1000 个氨基酸 。通过酸水解和碱水解分别获得两种类型的明胶，即 A 型和 B 型。

由于宗教问题和对疾病传播给人类的健康问题的关注，从鱼粪中提取和应用明胶引起了广泛的兴趣。明胶是一种重要的工业生物聚合物，具有显著的胶凝和成膜特性，可用于食品、制药和其他相关领域。

由于良好的成膜性能、低成本、生物相容性和可生物降解性，鱼明胶最近被推荐用于在活性食品包装中制备可生物降解的薄膜，以取代传统的不可生物降解的聚合物和其他基于哺乳动物的明胶。通过在基于挤出的技术中施加热和机械应力，明胶很容易加工 。为了增加柔韧性，增塑剂被用作内部润滑剂，从而提高了分子流动性 。明胶水溶液可通过流延得到明胶薄膜。它们无味、无色、透明、水溶性，并且比其他用于食品包装的生物基薄膜具有更高的柔韧性。由于明胶的熔点接近体温，因此明胶基薄膜可用于制备可食用薄膜。此外，鱼明胶已显示出作为具有增强功能的生物活性化合物的优良基质的巨大潜力，例如抗氧化剂/抗菌剂。

通过将鱼明胶薄膜与防潮可生物降解聚合物层压在多层薄膜中，防水性能得到了改善，该多层薄膜具有针对特定包装和条件的优化的水分和氧气阻隔层。马图奇等人。以蒙脱石钠增塑明胶为内层，交联二醛淀粉和增塑明胶薄膜为外层，热压制得三层明胶薄膜。由于可以通过强氢键相互作用的高度相容的各个层，多层膜显示出紧凑且均匀的微观结构。同一作者还制备了一种多层结构，其中聚乳酸薄膜作为外层，其水蒸汽渗透性高于其他商业聚合物如高密度聚乙烯或聚氯乙烯。

另一种改善食品包装用鱼胶的阻隔性、机械性能和热性能的有希望的方法是基于交联。特别是，正如 Garavand 等人所审查的，为了考虑环境和健康问题以及经济问题，天然基交联剂引起了更多关注。Liguori 等人 开发了一种用柠檬酸交联鱼明胶的方案。在还原糖存在下的热处理（称为美拉德反应）已被证明会导致交联过程和改变的网络结构。最近，Maroufi 等人展示了鱼明胶与 K-角叉菜胶的醛基的化学交联。

4.壳聚糖在食品包装中的应用

几丁质是仅次于纤维素的自然界第二丰富的生物聚合物，是一种线性聚合物，即多糖，位于真菌细胞壁和浮游生物、甲壳类动物和昆虫外骨骼中，以有序结晶微纤维的形式存在，这些生物每年产生约 1000 亿吨甲壳素。

几丁质和壳聚糖生物聚合物的生物相容性、无毒和生物功能特性使其可能适用于食品包装应用。特别是，从虾中提取的壳聚糖生物聚合物被预先确定为公认安全 (GRAS) 。另一方面，与其他生物聚合物相比，壳聚糖要便宜得多。尽管如此，壳聚糖的出色性能使其更适合食品包装应用。例如，成功地提出了延长面包的保质期，因为它被证明能够通过防止微生物生长来延缓淀粉回生。

Tyliszczak 等人证明壳聚糖薄膜也可以保存草莓。此外，Zakaria 等人证明壳聚糖膜抑制蔬菜物理特性的改变。壳聚糖还可用于生产涂有它的食品包装纸，从而延缓微生物的生长。提高食品包装用壳聚糖薄膜性能的策略与鱼胶薄膜所采用的策略几乎相同。事实上，聚合物共混物的开发代表了一种提高机械性能和降低水溶性和水蒸气渗透性的有效方法。几种多糖已添加到壳聚糖中，用于生产具有增强的食品应用最终性能的混合薄膜。其中，由于其低成本、广泛的可用性和可生物降解性，淀粉是被提议用于生产基于壳聚糖的生物膜的最常见的多糖之一。

壳聚糖/淀粉薄膜在包装上显示出减少的细菌粘附、优异的抗氧化活性和增加的水蒸气阻隔性能，因此证明了它们对特定应用的潜在适用性。几位科学家研究了制备纤维素/壳聚糖混合物的可能性，以改善纯壳聚糖的机械性能 。

结论

鱼类工业废料显示出其作为生物聚合物生产新原料的巨大潜力，可用于不同应用领域，主要是食品包装。鱼类废物的增值化利用具有经济优势，因为它有助于降低安全废物处理的成本，并通过回收几种可能有价值的分子产生额外的价值。此外，鱼类副产品的增值带来了一些环境优势，这些优势来自于减少填埋、焚烧和丢弃，这构成了严重的资源浪费，以及来自化石基聚合物的替代。通过这种方式，渔业废物的回收可以对生态系统和渔业的财务可行性产生积极影响。预计未来几年它的影响会增加。

本综述的主要贡献是表明，与排放碳基温室气体相关的经典石油炼油厂相比，所有渔业副产品都可以潜在地用于开发生物炼油技术。如图所示、肌原纤维蛋白、胶原蛋白、明胶、几丁质、来自肌肉、内脏、皮肤、鳞片、鳍或甲壳类动物壳的壳聚糖已被证明满足新一代包装的技术要求，称为智能包装，涉及包装与食品或食品之间的相互作用内部包装气氛。未来的市场前景可期！

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