白色污染现象日益严峻，人们越来越关注因塑料过度使用带来的环境压力问题，并不断寻找可以有效替代石油基的食品包装材料。目前，用天然聚合物代替合成聚合物生产环保无毒的食品包装材料是该领域的一个重要研究方向[1]。其中，明胶因其易成膜、来源广泛和安全无毒等优点，在制备生物可降解、防潮隔氧的食品包装材料上具有明显优势[2]。传统明胶主要来源于猪、牛等动物的皮和骨等组织，但近年来由于食品安全(可转移性海绵状脑病)、宗教和政策差异等原因限制了此类明胶的使用[3]。
鱼明胶是从鱼皮、鱼骨、鱼鳞等鱼类加工副产物中提取的一种生物高聚物，具有良好的成膜特性、生物可降解性和较高的生物安全性，且鱼明胶获取方便，价格便宜，可以用作生产可降解、安全无毒的食品包装材料，具备替代传统明胶的潜力，已成为食品包装领域研究的热点之一[4]。近年来，随着鱼类加工业的快速发展，鱼皮、鱼骨、鱼鳞等鱼类加工副产物的产量逐年增加，占总质量的24%，其中很大一部分是含有能够制备胶原蛋白的鱼皮和鱼骨，为鱼源明胶的生产提供了大量的原料来源[5]。
明胶通常由胶原蛋白变性后制得，而鱼明胶也需要经过提取处理才能得到所期望的功能特性。但与哺乳动物来源的明胶相比，鱼明胶中羟脯氨酸、脯氨酸的含量较少，因此其熔点和凝胶强度较低[6]，制得的包装材料流变性、凝胶强度和熔融温度均不太理想[7]，通常需要采用改性技术提升其特性。目前鱼明胶的改性技术主要有物理改性技术(紫外、高压、射线处理等)、化学改性技术(酸、醛处理等)、酶联改性技术(谷氨酰胺转氨酶处理等)及其他天然物质联合改性技术(没食子儿茶素没食子酸酯处理等)。本文综述了鱼明胶改性技术及其产品作为包装材料在食品包装中的应用进展，并重点介绍了基于鱼明胶的活性包装材料、生物可降解包装材料、可食用包装材料、食品涂膜保鲜材料等的研究进展，以期为新型食品包装材料的发展提供理论依据。
1 鱼明胶的主要来源及基本特性
目前，市场上鱼源性的天然明胶仅占1.5%，其加工原料主要为鱼类加工副产物，包括鱼皮、鱼鳞、鱼头等[8]。目前，从各类动物中共鉴定出约27种不同类型的胶原，其中，从鱼类加工副产物中分离出的胶原主要为Ⅰ型和Ⅴ型。研究发现，Ⅰ型和Ⅴ型胶原主要存在于鱼类和头足类肌肉结缔组织以及鱼皮、鱼鳞、鱼鳍和鱼骨中。与I型胶原相比，Ⅴ型胶原中富含谷氨酸、赖氨酸和异亮氨酸，而丙氨酸含量较低[9]，这也导致由不同来源鱼类加工副产物得到的明胶结构和功能上存在差异[10]。另外，根据胶原的酸、碱预处理工艺不同，明胶可分为A型明胶(等电点pI 7～9，低分子质量，动物皮等)和B型明胶(等电点pI 4.7～5.4，高分子质量，动物骨等)[3]。
传统的鱼明胶生产方法主要通过酸碱处理、热水提取制备，鱼骨等具有高度交联胶原的材料需要事先通过碱预处理[NaOH、KOH、Ca(OH)2]，而鱼皮等交联胶原较少的材料通常是由酸处理获得。如图1所示，清洗切割好的原料通过酸碱处理，原有胶原分子中羧基和酰胺基之间的结合被切断，原有三螺旋胶原分子结构被拆分成α-螺旋链，得到小分子质量明胶，经过热水提取、过滤、去除可溶性盐得到纯净的鱼明胶，最后将所得溶液浓缩，干燥研磨成颗粒或粉末状后得到最终产品[8]。此类传统方法的生产周期为20～60 d，因需要大量酸碱、热水处理，存在严重的废水污染和能源消耗等问题[11]。为解决此类问题，有研究开始探究利用生物催化代替传统方法，KALAF等[12]利用酶解-热提取耦合技术提取鱼鳞中的明胶，减少了废水污染；MA等[13]利用生物酶提取骨源明胶，将骨胶原水解时间从3～8周压缩至3 h，极大地提高了提取效率同时减少了因碱处理带来的废水污染问题，从经济和环保角度看具有较高的市场潜力。
图1 鱼明胶的提取及制作过程
Fig.1 The extraction and production process of fish gelatin
明胶是通过破坏动物组织中天然胶原结构制备得到的水溶性产品，目前市场上的明胶产品仍以哺乳动物为主要制备原料，有研究调查表明，鱼源明胶占全球市场的1.5%，但随着生产技术的进步和政策的支持，鱼源明胶的市场还有较大的上升空间[14]，可为未来鱼明胶基食品包装材料的生产应用提供原料支持。理想的食品包装材料，除了要保证安全稳定，同时还要具备良好的阻隔性能(阻隔光、氧气等)、成膜性能、耐水性能和抗菌性等条件。而鱼明胶物理特性导致其直接作为原料的食品包装材料存在凝胶强度低、流变性差等诸多缺陷，且由于脯氨酸和羟脯氨酸含量较低导致其熔化温度和水蒸气渗透性较哺乳动物明胶低[6]，因此需要对鱼明胶进行改性处理才能得到期望的包装特性，经过改性后的鱼明胶基包装材料往往能够获得优异的成膜性能、耐水性能和抗菌性等。
2 鱼明胶改性技术研究进展
2.1 鱼明胶的物理改性技术
传统的射线、加热诱导等均被证明可以在一定程度上改善鱼明胶的凝胶特性，此类方法主要通过能量输入，破坏原有胶原分子结构，并诱导新交联形成新的结构，从而改变鱼明胶的性质。BHAT等[15]将鱼胶样品(干颗粒)暴露在紫外线下照射30～60 min，发现紫外线照射在诱导蛋白质分子降解的同时，又在诱导新交联的产生，导致鱼明胶的凝胶网络增强，凝胶强度、熔融焓显著提高，因此，可以利用紫外辐射来改善鱼胶的物理化学特性，但长时间紫外照射对明胶交联特性及明胶凝胶热可逆性的影响还需进一步研究。BENBETTAÏEB等[16]研究发现，电子束辐照可以改善部分鱼明胶的特性，电子自旋共振显示辐照后明胶和明胶-壳聚糖共混膜的峰明显随着辐照剂量的增加逐渐向波长更长的方向移动，聚合物链或2种聚合物之间存在新的键合，降低了明胶膜与水的接触角和临界表面张力，明胶膜表面亲水性得到增强。射线诱导改性可以在一定程度上改善鱼明胶的物理特性，但对鱼明胶的功能特性的贡献有限，有研究发现加热诱导的美拉德反应除了会改善鱼明胶基可食性薄膜的抗紫外线能力和耐水性，在90～130 ℃加热温度下明胶-葡萄糖美拉德反应诱导生成了新的生物活性物质，可以增强薄膜向自由基提供氢离子的能力，降低脂质氧化过程中发生的传播链式反应速率进而增强薄膜的抗氧化活性，适用于食品包装，有望成为安全的可食性食品包装材料[17]。
除此之外，在材料中添加某种金属粒子，利用粒子本身的优异特性也可以赋予鱼明胶基包装材料更好的光阻隔性、耐水性和抗菌性等。目前，ZnO、Ag等纳米粒子也被广泛应用于包装薄膜中以提高抗菌和光阻隔性能[18]。通过溶液浇铸法将TiO2纳米粒子掺入双层鱼胶，制备了含有不同浓度TiO2的双层明胶薄膜，结果显示TiO2纳米颗粒具有较大的比表面积和高折射率，可极大地促进光在其界面上的漫反射，显著改善薄膜的紫外光阻隔性能、不透明度，同时TiO2纳米粒子在高浓度下形成非均匀分散的团聚体，使得薄膜的拉伸强度增大，此类鱼明胶基包装薄膜有望应用于制备光敏感类食物的包装材料[19]。
由此可见，物理改性本质上是通过能量输入改变鱼明胶内部的结构，提高鱼明胶对光的阻隔性能、耐水性和机械强度等物理特性，或者加入某种纳米粒子，借助粒子本身的特性赋予鱼明胶优异的包装性能，其中加热诱导美拉德反应可以促使鱼明胶膜产生生物活性物质并具有良好的抗氧化潜力，可以考虑用于易氧化食品的包装。
2.2 鱼明胶的化学改性技术
鱼明胶的化学改性多数为用酸或碱破坏鱼胶原蛋白中的氢键，并利用温度变化使胶原蛋白中的三股螺旋结构发生转变，并转化为可溶性胶原[2]，此类多为传统方法，操作简便，可在一定程度上改善鱼胶膜的部分性能(氧气阻隔性能等)，但由此得到的鱼明胶综合性能不佳且易造成污染。
当用不同黏度的乙酸、柠檬酸和盐酸溶液分别对鱼皮进行浸泡处理后，通过对比蛋白质提取率、羟脯氨酸含量和黏度高低发现：酸处理会使得胶原蛋白的部分交联断裂，产生大量小分子质量蛋白质，这3种酸溶液中鱼皮明胶的蛋白质提取率、羟脯氨酸含量和黏度都会随着溶液中H+浓度的增加呈先增加后减小趋势[20]。姚峰[21]对罗非鱼鱼皮进行酸处理发现，当酸预处理时间超过40 min时，鱼皮胶原的各组分在热水浸提中均发生降解现象，并且胶原的羟脯氨酸含量从59个/1 000个氨基酸下降到37个/1 000个氨基酸。随着酸预处理时间的延长，明胶的黏度、凝胶强度、变性温度和明胶膜机械强度均下降，并形成具有三螺旋结构的明胶膜。除了酸处理以外，CHIOU等[22]发现戊二醛交联剂可以通过交联减少薄膜的自由体积(物质被分子占据的体积)，改善鱼胶膜的水蒸气和氧气阻隔性能，但对其拉伸性能和熔融温度影响不大。
由上述原理可得，化学改性技术是通过对胶原蛋白分子的水解重组实现鱼明胶的改性，只涉及蛋白质结构的变化，可以改善鱼明胶基包装材料的一些物理性能(阻隔性能、凝胶强度等)，但是无法赋予鱼明胶基包装材料更优异的功能特性(抗氧化特性等)，且大多数化学交联剂通常会引起毒性或其他不良反应，且污染较大，环保成本较高[23]，因此此类方法在应用上有较大限制。
2.3 鱼明胶与其他天然物质联合改性技术
为了得到更为安全、性能更为理想的鱼明胶产品，大量研究将鱼明胶与天然活性物质结合改性或利用天然活性物质辅助鱼明胶改性，提升鱼明胶薄膜的物理特性、光阻隔性、抗菌性和抗氧化性等性能，表1罗列了部分天然物质在鱼明胶基包装中的应用及其对包装材料的影响。
表1 天然物质对鱼明胶基包装膜性质的影响
Table 1 The effect of natural substances on the properties of fish gelatin-based packaging film
天然物质含量物理特性功能特性拉伸强度/mPa透湿率×10-10/(g·s-1·mPa-1)断裂伸长率/%抑菌性能DPPH自由基清除率/%ABTS阳离子自由基清除活性/%抗紫外性能石榴果皮粉[24]1%～5%7.48～8.0234.0～47.02.00～1.88+59.74～71.8248.4～80.02/0%7.22 30.10 2.09 -53.00 32.01 /棕榈蜡[25]15%～60%8.45～12.581.12～1.2572.86～112.91///+0%9.08 1.19 44.93 ///-巴戟天油[26]1%～3%3.98～4.43.0～3.494～107/8.9～16.3//0%3.27 3.40 120.00 /0.40 //槲皮素[4]0.10%17.11 757.00 5.10 +81.45 72.20 +0%10.54 775.00 11.04 -31.20 18.11 -海藻酸钠双醛[27]10%28.40 ///+++0%7.50 ///---血橙皮果胶[28]10%～50%7.8～14.361.54～1.854.36～7.02+35.9～67.36/+0%6.23 2.05 10.97 -20.35 /-儿茶素[29]0.05%～0.2%28.49～31.118.17～8.699.55～11.92///+0%24.08 7.86 26.04 ///-芦荟凝胶[30]1%～9%5.76～11.822.73～3.101.88～1.95-67.94～74.7639.03～65.24-0%11.67 3.03 1.47 -67.94 32.59 -肉桂精油[31]0.5%～6%4.67～17.771.25～1.8184.33～125.6+//+0%29.03 0.94 160.43 -//-
注：“+”表示有促进作用；“-”表示有抑制作用；“/”表示未显示
URANGA等[32]利用柠檬酸的增塑作用，用溶液浇铸法制备了无色透明的柠檬酸-鱼胶/壳聚糖复合膜，提高了鱼明胶薄膜的断裂伸长率，降低了薄膜的溶胀速率和溶胀值，得到具有良好的抗紫外线性能且完整性更好的较为理想的水化膜。除此之外，柠檬酸和壳聚糖协同作用时可作为天然抗菌剂赋予膜抑菌活性，尤其对大肠杆菌的生长有明显的抑制作用，显示了其作为活性食品包装的潜在用途。
许多天然物质本身就具有较为突出的功能特性，例如，没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate, EGCG)作为一种天然的抗氧化剂，在食品包装中应用广泛，NILSUWAN等[29]研究了不同浓度EGCG对鱼胶膜性能的影响，与对照膜相比，添加0.20%EGCG的薄膜自由基清除能力更强，同时密封强度和密封效率也更高，所得薄膜可作为抗氧化包装材料。有研究发现，用含有EGCG的鱼胶薄膜包装鸡皮油贮藏30 d后其过氧化值和硫代巴比妥酸值均显著低于低密度聚乙烯袋包装的样品。同时与单层膜相比双层膜具有更高的拉伸强度、水蒸气阻隔性能和遮光性，因此，将EGCG与单层或双层明胶膜结合，可作为易氧化食品的包装材料，延长食品的货架期[33]。THEERAWITAYAART等[34]研究发现通过氧化亚油酸(oxidized linoleic acid, OLA)共价键合修饰鱼明胶和直接向鱼明胶中添加OLA均能够提高鱼明胶薄膜的柔韧性和水蒸气阻隔性。直接添加OLA比使用OLA进行分子修饰更有效地提高明胶薄膜的柔韧性和延展性，这主要是由于直接添加OLA的鱼明胶其明胶-明胶相互作用较低且凝胶网络较松散。然而，直接添加OLA的薄膜具有腐臭味且添加OLA显著增加了所得薄膜的黄度和不透明度，限制了其应用。
综合来看，与天然物质联合改性可以有效改善鱼明胶基材料的物理特性、阻隔性能，并赋予鱼明胶基包装材料优良的功能特性(抗菌性、抗氧化性等)且更为安全无毒，具有较好的研究价值，但是这些天然物质在原材料供应和成本上是否具有应用普及价值以及与实际生产接轨的可行性仍需要进一步的讨论。
2.4 鱼明胶酶联合改性技术
通过酶对蛋白质进行修饰改性具有条件温和、安全且专一性高等特点，目前已经应用于多个领域。与物理改性、化学改性类似，酶主要作用在蛋白质分子上，通过催化蛋白质分子的水解或交联实现对材料的改性。已有研究对微生物谷氨酰胺转氨酶(MTGase)处理的鱼明胶膜的物理特性及应用进行了探索，该研究以鱼皮明胶为成膜材料，制备了一种可食性鱼皮明胶膜，利用MTGase催化蛋白质分子中谷氨酰胺残基和赖氨酸残基，使其在分子内或分子间产生交联从而改善薄膜的抗拉强度和亲水性能，并发现随着MTGase添加量的增加，鱼皮明胶膜的水分吸附量逐渐降低，而达到水分吸附平衡所需要的时间不变，说明MTGase添加量对其水分吸附特性影响不大[35]。葛晓军[36]则利用谷氨酰胺转氨酶(TGase)和壳聚糖的联合作用对鱼皮明胶进行改性，发现鱼皮明胶膜经TGase与壳聚糖复合改性后其凝胶强度与流变学特性均得到显著改善。将该鱼皮明胶膜用于对虾的保鲜时发现，经涂膜保鲜的对虾在冷藏6 d后，其菌落总数和挥发性盐基氮分别比对照低32.1%和48.9%，说明该膜能够较好的隔绝环境空气，有效抑制对虾贮藏过程中微生物的增长。ATMA等[37]利用从印度尼西亚发酵鱼制品(bekasam)和米曲霉商业酶(flavourzyme)中提取得到的植物乳杆菌S31蛋白酶，对印度尼西亚盘古鱼骨中提取的明胶进行水解，发现水解后鱼胶的DPPH抑制率比抗坏血酸高，经该酶处理后鱼胶的生物活性显著提高，是具有抗氧化活性的潜在原料。虽然与酶联合改性较为安全高效，但生产成本较高，在一定程度上限制了其在食品包装领域的应用[16]。
3 鱼明胶在食品包装领域的应用
在食品工业中，多种天然或合成化学物质可用于修饰明胶基材料，但只有少数材料可在商业上买到并在工业规模上生产[38]，对于鱼明胶基包装材料的改性应用则更少，但是关于鱼明胶基包装材料的大量研究依旧表明其在食品包装上拥有巨大潜力，图2简要归纳了鱼明胶在食品包装材料上的应用及优势。
图2 鱼明胶在食品包装材料上的应用及优势
Fig.2 Application and advantages of fish gelatin in food packaging materials
3.1 在活性包装材料中应用
当鱼明胶用于制作活性包装时，可以携带并释放多种活性物质，以减少食品损失，延长食品货架期[39]。鱼明胶主要为蛋白质，并不含有活性物质，因此通常需要在制备过程中加入有功能活性的成分，包裹活性物质使其在贮藏过程中缓慢释放。HANANI等[24]将石榴皮粉加入鱼胶成膜液中制备了活性包装膜，因为石榴皮粉中含有天然抗菌化合物，薄膜的抗菌活性和抗氧化性能均得到显著提高，且随着石榴皮粉含量的增加，薄膜的透湿性和拉伸强度也越来越大，拉伸强度为7.48～8.02 mPa，但在该鱼胶薄膜中发现有不溶性颗粒，这也导致了膜的水蒸气渗透率增加，因此，该活性包装膜的透湿性仍待改进。ARFAT等[40]在鱼皮明胶中添加银铜双金属纳米粒子(Ag-Cu-NPs)制备了生物纳米复合膜，当添加质量分数为2%纳米粒子时，复合膜拉伸强度增加，断裂伸长率降低，同时研究表明该复合膜的紫外阻隔性能明显改善，但透明度、黄度和总色差低于对照组。差示扫描量热法和热重分析显示纳米粒子能够显著提高复合膜的热稳定性。经该方法处理的复合膜对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有较强的抗菌效果，可通过控制微生物数量达到食品保鲜的目的，是一种较为理想的活性食品包装材料。MARYAM ADILAH等[26]用鱼明胶与1%～3%的海巴戟油(Morinda citrifolia oil， MO)联合制备了一种抗氧化活性包装膜，MO含有多种抗氧化剂，如抗坏血酸、萜类和多酚等，随MO添加量的增加，该鱼胶膜的抗氧化活性从9%提高到16%。MO的掺入对膜的厚度和溶解度没有显著影响，但会使膜透明度下降，表面更粗糙，该研究表明鱼胶膜与MO结合可以用于制备抗氧化活性包装膜，但仍需进一步改进。鱼明胶基活性包装材料的研究主要是通过加入特定功能活性物质，使鱼明胶膜能够携带并释放生物活性物质，由此增强鱼明胶基包装材料的抗氧化性、抑菌性等方面的功能特性。
3.2 在生物可降解包装材料中的应用
传统塑料原材料及其积累的相关问题使得人们开始寻找更为环保的生物可降解材料来做替代品，由鱼明胶制成的包装材料之所以能够脱颖而出，是因为它们可以通过多种方式进行改性，让鱼明胶达到食品级包装材料的安全要求并实现生物可降解。GHADERI等[41]将鱼明胶、壳聚糖(CH)、聚乙烯醇(PVA)3种材料按不同比例混合，通过流延法制备了一种生物可降解膜，壳聚糖和聚乙烯醇成本较低，在食品和医药常被用于涂料和薄膜的生产，CH、PVA和鱼明胶之间存在相互作用，进而形成一种物理化学性能较好的生物可降解材料。NURUL SYAHIDA等[25]采用溶剂浇铸法制备了一种由鱼明胶和棕榈蜡组成的环保包装膜，该明胶/棕榈蜡薄膜与纯明胶膜相比具有更好的物理特性和阻水性能，主要是由于鱼明胶和棕榈蜡分子之间通过氢键的强烈相互作用促使膜表面暴露出更多疏水基团，此外该薄膜不透明，更耐紫外线辐射，适合食品包装应用。如前所述，虽然鱼明胶潜在来源非常丰富，但因鱼种品质差异和生产技术的限制，鱼源明胶市场占比仅为1.5%，尽管利用鱼明胶制作生物可降解包装具有一定的可行性，但能否进一步降低其原料成本和生产成本是鱼明胶基生物可降解材料普及生产需要重点关注的问题之一。
3.3 在可食用包装材料中应用
鱼明胶是从鱼皮、鱼鳞及鱼骨等鱼体组织中提取得到、安全无害的天然蛋白质原料，因此利用鱼明胶制作可食用性包装一直是鱼明胶基包装材料研究的热点。以斑点叉尾鲴鱼皮明胶、壳聚糖、甘油为原料可以制备出一种可食性包装膜，通过对鱼皮明胶添加量、热处理温度与甘油添加量进行3因素响应面试验设计，最终得到复合可食膜最优配比：鲴鱼皮明胶60%、甘油10%、热处理温度70 ℃，由此制得的可食膜的拉伸强度最大可达24.20 mPa，该研究为制造高强度可食用包装材料提供了一种可行的方案[42]。董宇豪等[43]以鱼明胶和海藻酸钠为主要原料，以甘油为增塑剂，通过流延法制得一种可食用鱼胶膜，综合其持水能力、抗拉强度、外观构象及隔水性分析，最优配比为海藻酸钠∶鱼明胶为1∶9，其抗拉强度为397.00 g·f，溶解率为73.92%，透湿率为280×10-10 g/(s·mPa)，含水率为16.00%，比较适用于干燥食品的保存。MOHAJER等[44]采用溶液浇铸法制备了一系列鱼胶/琼脂共混膜，琼脂的加入显著提高了鱼明胶膜的强度和刚度，同时降低了鱼明胶膜的延伸率，鱼胶/琼脂生物复合膜具有很高的紫外阻隔性能，同时，热重分析表明琼脂的存在提高了鱼明胶薄膜的热稳定性，且2种聚合物高度相容使薄膜具有均匀的结构，因此，鱼明胶与琼脂的共混是获得环保包装膜的一种合适的方法。由此可见，与其他物质混合改性后制得的鱼明胶基可食用膜具有作为可食用包装材料的潜力，为鱼明胶在可食用包装材料上的潜在应用提供了方向，但在产品稳定性和适用范围，尤其是能否适应不同水分含量的产品上需要进一步的探究。
3.4 在食品涂膜保鲜材料中的应用
随着市场上食品种类越来越丰富，食品包装材料也在不断改进，食品保鲜涂膜是新型生物基包装材料，具有安全性高、环保便捷等优势。有研究指出，亲水胶体对食品具有高效的保鲜作用，因此应用食品表面涂覆涂料可实现对食品的保鲜[45]。用鱼明胶制作性能优良的涂膜一直是研究的热点，尤其是在对易氧化变质的果蔬和高品质水产品的保鲜研究方面，鱼明胶基保鲜涂料在抗氧化性、抗菌性和安全性方面均具有良好的应用前景。SHYU等[46]研究了鱼胶-壳聚糖涂膜对鲜切苹果在5和22 ℃贮藏条件下理化特性的影响，发现鱼胶壳聚糖涂层可以降低鲜切苹果中的褐变强度、减缓其冷藏过程中的呼吸作用，从而达到延长货架期的目的。BENBETTAÏEB等[47]以壳聚糖和鱼胶为原料制备了含有抗氧化活性成分(阿魏酸、咖啡酸和酪醇)的鱼胶-壳聚糖涂膜液，研究发现抗氧化剂与蛋白质-壳聚糖聚合物之间可建立分子间相互作用，并在平衡后又逐渐释放这些活性分子，进而赋予材料长效的抗氧化功能，其中，含有咖啡酸或咖啡酸-阿魏酸混合物的薄膜在平衡状态下对自由基的清除率达90%，具有较高的自由基清除活性。水产品保鲜一直是水产品研究中的技术难点，姜黄素具有优异的抗氧化、抗菌作用，SUN等[48]用环糊精包裹姜黄素制成乳状液，克服了其溶解性差和生物利用度低的缺点，并将其与鱼胶相结合制成新型可食性涂膜，该涂膜液对冷藏草鱼片具有较好的保鲜效果，可延长鱼片在4 ℃条件下的货架期。有研究团队利用石榴皮提取物的抗菌、抗氧化作用，研制了一种以鱼明胶、卡拉胶和石榴皮提取物等为原料的食用性功能性涂膜，发现涂膜可有效地降低冷藏罗非鱼片30 d内总需氧菌、嗜冷菌、酵母菌、霉菌及肠杆菌的数量，能够显著延长冷藏鱼片的货架期[49]。鱼明胶本身安全无毒，不会影响食物的风味特性，与部分功能性物质混合制成涂膜后，可以达到更好的防腐、抗氧化和抑菌效果，是一种市场前景较好的食品保鲜涂膜原料。
4 结论与展望
哺乳动物明胶目前引领整个明胶市场，然而，鱼明胶的商业价值和市场也在呈逐年增长的趋势。大量鱼类加工副产物转化为鱼明胶具有巨大潜力，鱼明胶易成膜、无宗教限制、安全性高，是制作食品包装的理想原材料，但鱼明胶本身存在凝胶强度低、流变性差等缺陷，需要通过改性才能达到食品包装材料的标准。目前，大部分的明胶改性技术是通过物理、化学、生物酶改性的方式实现对蛋白质内部结构的重组，从而改善鱼明胶的物理特性，同时添加天然活性物质还可赋予鱼明胶基包装材料更优异的抗氧化及抑菌活性等。鱼明胶改性技术发展至今已取得了较大进展，利用鱼明胶可制得活性包装材料、可降解包装材料、保鲜涂料、可食用包装膜等更为安全环保的食品包装材料，在食品保鲜、制备可降解包装方面均表现出优异的应用潜力，但部分技术仍面临着环保或/和成本方面的问题。基于上述讨论，本文就鱼明胶在食品包装材料上的发展应用提出以下展望：
(1)虽然理论上能用于制备鱼明胶的鱼类来源丰富，但不同品种的鱼明胶性质相差较大，难以建立标准化生产模式，实际生产中能用于制备食品包装材料的鱼种有限，市场占比小，应继续探寻能用于鱼明胶基包装材料的鱼类来源，尤其加强对鱼类加工副产物的综合利用，建立标准化生产模式。
(2)简化并提升鱼明胶提取技术，进一步探索应用生物催化等新型技术降低环保成本，提高鱼明胶提取率，并在提取阶段控制胶原蛋白分子转化为小分子蛋白的程度，制备凝胶强度、透湿率等更适用于鱼明胶基包装材料的鱼明胶产品。
(3)鱼明胶基包装材料适用对象有限，应增强鱼明胶基包装材料在不同水分、温度、pH环境下的稳定性，同时研发鱼明胶腥味控制技术，扩大其应用范围。
(4)目前，较多实验研究得到的鱼明胶基包装材料表现出优异的包装特性，但大部分还停留在实验室研究阶段，需要重点讨论与实际生产接轨的可行性。
由鱼明胶制成的新型食品包装材料在目前阶段表现出良好的食品包装材料潜能，拥有巨大的市场前景和环保意义，因此用鱼明胶代替传统的石油基包装材料来制备可生物降解的、安全无毒、性能更佳的包装膜具有很大的研究潜力及未来市场。
[1] NUR HANANI Z A.Surface Properties of Biodegradable Polymers for Food Packaging[M].Switzerland:Springer International Publishing, 2018.
[2] 李双, 涂宗财, 陈雪岚.鱼明胶提取及其品质影响因素[J].食品与发酵工业, 2019, 45(2):252-259.
LI S, TU Z C, CHEN X L.A review:Factors affecting fish gelatin extraction and its quality[J].Food and Fermentation Industries, 2019, 45(2):252-259.
[3] SULTANA S, ALI M E, AHAMAD M N U.Gelatine, Collagen, and Single Cell Proteins as a Natural and Newly Emerging Food Ingredients[M]//Preparation and Processing of Religious and Cultural Foods.Amsterdam:Elsevier, 2018:215-239.
[4] YADAV S, MEHROTRA G K, BHARTIYA P, et al.Preparation, physicochemical and biological evaluation of quercetin based chitosan-gelatin film for food packaging[J].Carbohydrate Polymers, 2020, 227:115348.
[5] 王书展, 陈复生, 杨宏顺, 等.鱼明胶的功能特性与应用[J].明胶科学与技术, 2013, 33(3):109-114.
WANG S Z, CHEN F S, YANG H S, et al.Functional properties and applications of fish gelatin[J].The Science and Technology of Gelatin, 2013, 33(3):109-114.
[6] DERKACH S R, VORON’KO N G, KUCHINA Y A, et al.Modified fish gelatin as an alternative to mammalian gelatin in modern food technologies[J].Polymers, 2020, 12(12):3051.
[7] CHUNG D.Fish Gelatin:Molecular Interactions and Applications[M].Amsterdam:Elsevier Science and Technology Publishing, 2020:67-85.
[8] MILOVANOVIC I, HAYES M.Marine gelatine from rest raw materials[J].Applied Sciences, 2018, 8(12):2407.
[9] KARAYANNAKIDIS P D, ZOTOS A.Fish processing by-products as a potential source of gelatin:A review[J].Journal of Aquatic Food Product Technology, 2016, 25(1):65-92.
[10] NITSUWAT S, ZHANG P Z, NG K, et al.Fish gelatin as an alternative to mammalian gelatin for food industry:A meta-analysis[J].LWT, 2021, 141:110899.
[11] ALIPAL J, MOHD PU’AD N A S, LEE T C, et al.A review of gelatin:Properties, sources, process, applications, and commercialisation[J].Materials Today:Proceedings, 2021, 42:240-250.
[12] KALAF A A, IMRAN R A, ALSAMIR M.Enzymatic and thermal extraction of gelatin from fish scales and study its sensory properties[J].International Journal of Pharmaceutical Research, 2021, 13(2):1 043-1 054.
[13] MA Y L, ZENG X F, MA X T, et al.A simple and eco-friendly method of gelatin production from bone:One-step biocatalysis[J].Journal of Cleaner Production, 2019, 209:916-926.
[14] YANG H J, WANG H F, HUANG M, et al.Repurposing fish waste into gelatin as a potential alternative for mammalian sources:A review[J].Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2022, 21(2):942-963.
[15] BHAT R, KARIM A A.Ultraviolet irradiation improves gel strength of fish gelatin[J].Food Chemistry, 2009, 113(4):1 160-1 164.
[16] BENBETTAÏEB N, KARBOWIAK T, BORNAZ S, et al.Spectroscopic analyses of the influence of electron beam irradiation doses on mechanical, transport properties and microstructure of chitosan-fish gelatin blend films[J].Food Hydrocolloids, 2015, 46:37-51.
[17] KCHAOU H, BENBETTAIEB N, JRIDI M, et al.Influence of Maillard reaction and temperature on functional, structure and bioactive properties of fish gelatin films[J].Food Hydrocolloids, 2019, 97:105196.
[18] KAISER M, MUHAMMAD L, HANISAH K, et al.Review of fish gelatin extraction, properties and packaging applications food science and quality management[J].Food Science and Quality Management, 2016, 56:47-59.
[19] VEJDAN A, OJAGH S M, ADELI A, et al.Effect of TiO2 nanoparticles on the physico-mechanical and ultraviolet light barrier properties of fish gelatin/agar bilayer film[J].LWT-Food Science and Technology, 2016, 71:88-95.
[20] 周新, 牛丽红, 白云, 等.不同酸处理对罗非鱼皮明胶提取率及物化特性的影响[J].北京工商大学学报(自然科学版), 2012, 30(2):22-26.
ZHOU X, NIU L H, BAI Y, et al.Effects of different acid treatment on yield and physicochemical properties of gelatin derived from tilapia skin[J].Journal of Beijing Technology and Business University (Natural Science Edition), 2012, 30(2):22-26.
[21] 姚峰. 热水提取鱼皮明胶特性及其成膜性能的研究[D].厦门:集美大学, 2017.
YAO F.Study on properties and film-forming ability of tilapia skin gelatin by hot-water extraction[D].Xiamen:Jimei University, 2017.
[22] CHIOU B S, AVENA-BUSTILLOS R J, BECHTEL P J, et al.Cold water fish gelatin films:Effects of cross-linking on thermal, mechanical, barrier, and biodegradation properties[J].European Polymer Journal, 2008, 44(11):3 748-3 753.
[23] HOSSEINI S F, G
MEZ-GUILLÉN M C.A state-of-the-art review on the elaboration of fish gelatin as bioactive packaging:Special emphasis on nanotechnology-based approaches[J].Trends in Food Science & Technology, 2018, 79:125-135.
[24] HANANI Z A N, YEE F C, NOR-KHAIZURA M A R.Effect of pomegranate (Punica granatum L.) peel powder on the antioxidant and antimicrobial properties of fish gelatin films as active packaging[J].Food Hydrocolloids, 2019, 89:253-259.
[25] NURUL SYAHIDA S, ISMAIL-FITRY M R, AINUN Z M A, et al.Effects of palm wax on the physical, mechanical and water barrier properties of fish gelatin films for food packaging application[J].Food Packaging and Shelf Life, 2020, 23:100437.
[26] MARYAM ADILAH Z A, NUR HANANI Z A.Active packaging of fish gelatin films with Morinda citrifolia oil[J].Food Bioscience, 2016, 16:66-71.
[27] PARK J, NAM J, YUN H, et al.Aquatic polymer-based edible films of fish gelatin crosslinked with alginate dialdehyde having enhanced physicochemical properties[J].Carbohydrate Polymers, 2021, 254:117317.
[28] JRIDI M, ABDELHEDI O, SALEM A, et al.Physicochemical, antioxidant and antibacterial properties of fish gelatin-based edible films enriched with orange peel pectin:Wrapping application[J].Food Hydrocolloids, 2020, 103:105688.
[29] NILSUWAN K, BENJAKUL S, PRODPRAN T.Properties and antioxidative activity of fish gelatin-based film incorporated with epigallocatechin gallate[J].Food Hydrocolloids, 2018, 80:212-221.
[30] CHIN S S, LYN F H, NUR HANANI Z A.Effect of Aloe vera (Aloe barbadensis Miller) gel on the physical and functional properties of fish gelatin films as active packaging[J].Food Packaging and Shelf Life, 2017, 12:128-134.
[31] WU J L, SUN X Y, GUO X B, et al.Physicochemical properties, antimicrobial activity and oil release of fish gelatin films incorporated with cinnamon essential oil[J].Aquaculture and Fisheries, 2017, 2(4):185-192.
[32] URANGA J, PUERTAS A I, ETXABIDE A, et al.Citric acid-incorporated fish gelatin/chitosan composite films[J].Food Hydrocolloids, 2019, 86:95-103.
[33] NILSUWAN K, BENJAKUL S, PRODPRAN T, et al.Fish gelatin monolayer and bilayer films incorporated with epigallocatechin gallate:Properties and their use as pouches for storage of chicken skin oil[J].Food Hydrocolloids, 2019, 89:783-791.
[34] THEERAWITAYAART W, PRODPRAN T, BENJAKUL S, et al.Properties of films from fish gelatin prepared by molecular modification and direct addition of oxidized linoleic acid[J].Food Hydrocolloids, 2019, 88:291-300.
[35] 王书展, 陈复生, 赖少娟, 等.鱼皮明胶膜水分吸附特性的研究[J].河南工业大学学报(自然科学版), 2015, 36(3):7-11.
WANG S Z, CHEN F S, LAI S J, et al.Moisture adsorption characteristics of fish gelatin film[J].Journal of Henan University of Technology (Natural Science Edition), 2015, 36(3):7-11.
[36] 葛晓军. 鱼皮明胶的壳聚糖与酶法复合改性及其膜性能研究[D].青岛:中国海洋大学, 2011.
GE X J.Studies on fish gelatin modified with transglutaminase and chitosan and their film-forming properties[D].Qingdao:Ocean University of China, 2011.
[37] ATMA Y, FITRIANI D, MUSTOPA A Z.Radical-scavenging activity of fish gelatin hydrolysates from bone of Pangasius catfish (Pangasius sutchi) by microbial proteases hydrolysis[J].Biointerface Research in Applied Chemistry, 2020, 11(1):7 903-7 911.
[38] LUO Q Y, HOSSEN M A, ZENG Y B, et al.Gelatin-based composite films and their application in food packaging:A review[J].Journal of Food Engineering, 2022, 313:110762.
[39] ATARÉS L, CHIRALT A.Essential oils as additives in biodegradable films and coatings for active food packaging[J].Trends in Food Science & Technology, 2016, 48:51-62.
[40] ARFAT Y A, AHMED J, HIREMATH N, et al.Thermo-mechanical, rheological, structural and antimicrobial properties of bionanocomposite films based on fish skin gelatin and silver-copper nanoparticles[J].Food Hydrocolloids, 2017, 62:191-202.
[41] GHADERI J, HOSSEINI S F, KEYVANI N, et al.Polymer blending effects on the physicochemical and structural features of the chitosan/poly(vinyl alcohol)/fish gelatin ternary biodegradable films[J].Food Hydrocolloids, 2019, 95:122-132.
[42] 徐萌, 包建强, 黄雯, 等.响应面法优化斑点叉尾鮰鱼皮明胶-壳聚糖可食膜的制备工艺[J].海洋渔业, 2017, 39(4):463-470.
XU M, BAO J Q, HUANG W, et al.Optimizing edible fish skin gelatin, chitosan membrane preparation by Response Surface Method[J].Marine Fisheries, 2017, 39(4):463-470.
[43] 董宇豪, 陈浩, 吴志宇, 等.海藻酸钠-鱼明胶复合可食膜的制备及特性研究[J].中国食品学报, 2020, 20(1):134-140.
DONG Y H, CHEN H, WU Z Y, et al.Research on the preparation and properties of the sodium alginate-fish gelatin composite edible film[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2020, 20(1):134-140.
[44] MOHAJER S, REZAEI M, HOSSEINI S F.Physico-chemical and microstructural properties of fish gelatin/agar bio-based blend films[J].Carbohydrate Polymers, 2017, 157:784-793.
[45] GALVIS-S
NCHEZ A C, SOUSA A M M, HILLIOU L, et al.Thermo-compression molding of chitosan with a deep eutectic mixture for biofilms development[J].Green Chemistry, 2016, 18(6):1 571-1 580.
[46] SHYU Y S, CHEN G W, CHIANG S C, et al.Effect of chitosan and fish gelatin coatings on preventing the deterioration and preserving the quality of fresh-cut apples[J].Molecules (Basel, Switzerland), 2019, 24(10):2008.
[47] BENBETTAÏEB N, TANNER C, CAYOT P, et al.Impact of functional properties and release kinetics on antioxidant activity of biopolymer active films and coatings[J].Food Chemistry, 2018, 242:369-377.
[48] SUN X Y, GUO X B, JI M Y, et al. Preservative effects of fish gelatin coating enriched with CUR/βCD emulsion on grass carp (Ctenopharyngodon idellus) fillets during storage at 4 ℃[J]. Food Chemistry, 2019, 272:643-652.
[49] KHOJAH S M.Bio-based coating from fish gelatin, K-carrageenan and extract of pomegranate peels for maintaining the overall qualities of fish fillet[J].Journal of Aquatic Food Product Technology, 2020, 29(8):810-822.