明胶工艺讲座

明胶工艺一概念：明胶、胶原、胶原蛋白明胶明胶是从动物的皮、骨中等提取获得。是动物胶精制品的统称。明胶(Gelatin)是胶原的水解产物，是一种无脂肪的高蛋白，且不含胆固醇，是一种天然营养型的食品增稠剂。明胶还是一种强有力的保护胶体，乳化力强，进入胃后能抑制牛奶、豆浆等蛋白质因胃酸作用而引起的凝聚作用，从而有利于食物消化，明胶是胶原在酸，碱，酶或者高温作用下的变性产物。没有生物性，但是与胶原一样由18种氨基酸。胶原是可转变成明胶的物质。是动物骨、皮中最重要的蛋白质，如存在真皮结缔组织胶原纤维中的胶原，约占真皮干物质的98%。胶原（collagen）,有表达为胶原蛋白的意思，中国人把胶原蛋白称为水解胶原，这是不想把胶原和胶原蛋白混为一谈必须是其三螺旋结构没有改变的那类蛋白质，还保留有生物学活性。60年代，常称蛋白质为朊，过去叫胶朊。（60年代，当朊废除之后）就有胶原之称。胶原胶原蛋白上述胶原第一种水解产物：胶原蛋白。胶原三螺旋结构彻底松开，成了3条自由肽链，且降解成可分散的肽，其中包括小肽。因此胶原蛋白是多肽混合物。分子从几千到几十万。无生物活性。能溶于冷水，被酸分解。•胶原蛋白(Collagen)又称胶原，•是由三条肽链拧成的螺旋形纤维状蛋白质。胶原蛋白是动物结缔组织重要的蛋白质，结缔组织除了含60～70％的水分外，胶原蛋白占了约20～30％，因为有高含量的胶原蛋白，结缔组织具有了一定的结构与机械力学性质，如张力强度、拉力、弹力等以达到支撑、保护的功能。胶原蛋白富含除色氨酸和半胱氨酸外的18种氨基酸，其中维持人体生长所必需的氨基酸有7种。所以胶原蛋白的营养十分丰富。什么是肽肽(peptide)是氨基酸通过肽键彼此连结而成的小分子化合物，一般都由L型α-氨基酸组成，也称多肽，是生物体内一类重要的活性物质。它们的化学结构式如图。肽是两个或两个以上的氨基酸以肽键相连的化合物。一个氨基酸不能称为肽，也不能合成肽，必须是两个或两个以上氨基酸以肽键相连的化合物。两个氨基酸以肽键相连的化合物称为二肽；三个氨基酸以肽键相连的化合物称为三肽，以此类推，三十四个氨基酸以肽键相连的化合物称为三十四肽。分子量段在5000～180之间的才能称为肽。分子量段在5000～1000之间的称为大肽。分子量段在1000～180之间的称为小肽、寡肽、低聚肽，也称为小分子活性多肽。生物学家将肽称为“氨基酸链”，将小分子活性多肽统称为“生物活性肽”。•氨基酸•含氨基（－NH2）又含羧基（-COOH）的有机化合物。•氨基与羧基结合在同一碳原子上的称为α-氨基酸。•α-氨基酸相互间失水形成肽键连接（见图）的化合物为蛋白质或肽。由于氨基从α顺次向相邻的碳原子移动，因此被称之为β-，γ－，δ-氨基酸等，但并不存在于蛋白质中。•氨基酸是本世纪初由费歇尔等（E．Fisheretal．）阐明的。构成一般蛋白质的有23种（半胱氨酸和胱氨酸另计），立体构型均属L-型。•天然产的氨基酸的结构上都具有共同特点：即在羧基邻位α—碳原子上有一个氨基，因此称α—氨基酸。天然蛋白质是由不同的α—氨基酸，通过肽键结合而成的复杂高分子化合物，结构和组成•一分子氨基酸的α－羧基和一分子氨基酸的α－氨基脱水缩合形成的酰胺键，即-CO-NH-。氨基酸借肽键联结成多肽链。胶原蛋白属于结构蛋白质，使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度。胶原蛋白至少包括四种类型，称胶原蛋白I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。腱的胶原纤维具有很高的抗张强度(tensilestrength)，约为20-30kg／mm2，相当于12号冷拉钢丝的拉力。骨铬中的胶原纤维周围排列着羟基磷灰石(hydroxyapatite，Ca10(PO4)6(OH)2）结晶。脊椎动物的皮肤含有编织比较疏松，向各个方向伸展的胶原纤维。血管亦含有胶原纤维。基底膜蛋白聚糖层黏连蛋白巢蛋白胶原蛋白的共价键吡啶啉是由一个原胶原的N末端区和另一个相邻的原胶原的C末端区之间形成。随着年龄的增长，胶原蛋白之间的交联键会增多。明胶成分与特性•成分•由动物的骨或皮中所含的胶原经部分水解制得。胶原是由3条本身为左旋螺旋体的多肽链分子相互交联，并向一个共同轴线盘绕成的一个右旋超螺旋体。其分子量约为300000。•特性•亲水性好，能形成凝胶冻，溶胶和凝胶能随温度可逆转化，成膜性好，具表面活性。•胶原在热水的作用下，首先是形成交联的氢键或静电性键断裂，然后是共价键的水解断裂，引起其超螺旋体的解体。这个作用称为解旋。解旋的产物就是可溶性的明胶质，是18种氨基酸排列成长链的高分子。•同时必然伴随着一部分明胶质的降解。因此明胶是指制造过程的总产物。虽然它不是均一的,但在化学性质上却是确定的,平均分子量在30000左右。产品还有少量的有机和无机杂质,形状呈薄片或不规则的小颗粒，色泽为浅黄到棕黄色。•明胶的分子既没有固定的结构，又没有固定的分子量。但它们的分矛量都是简单的蛋白质分子量的整数倍，并且往往是成儿何级数系中的倍数。•因此，我们所说的商品明胶，是许多明胶质的混合物，它们的分子量各不相同，自15000至250,000不等。各种成分的多少，一方面依赖一于原料的性质，另一方面也与制造的方法有关。•胶原变成明胶后，不能再恢复到原先的结构。明胶在40℃时能无限溶解于水，而胶原则不能溶解。•特性：⑴、药用明胶是选用动物皮、骨和筋腱，经复杂的理化处理制得的无脂肪高蛋白易被人体吸收的高级胶品。具有粘度高、冻力高、易凝冻等物理特点。外观为淡黄色至黄色细粒,应保持干燥、洁净、均匀,无夹杂物。应通过孔径4mm标准筛网。⑵、食用明胶为淡黄色至黄色细粒,应保持干燥、洁净、均匀,无夹杂物。是由猪、牛、骡、马的皮子之角料，（其它动物皮除外）经除杂、消毒、蒸煮形成汁子，再经脱水、制造形成的胶条、胶片、粉粒状物（一般常用粉粒状胶）。应通过孔径4mm标准筛网即5目。本品含有18种氨基酸和90%的胶原蛋白,富保健美容效果,具有优良的胶体保护性、表面活性、粘稠性、成膜性、悬乳性、缓冲性、浸润性、稳定性和水易溶性。明胶的性质•明胶的成品为无色或淡黄色的透明薄片或微粒。明胶不溶于冷水，但可缓慢吸水膨胀软化，明胶可吸收相当于其重量5—10倍的水。•依据来源不同，明胶的物理性质也有较大的差异，其中以猪皮明胶性质较优，透明度高，可塑性强。明胶可溶于热水，形成热可逆性凝胶，它具有极其优良的物理性质，如胶冻力、亲和性、高度分散性、低粘度特性、分散稳定性、持水性。被覆性、韧性及可逆性等，因此明胶是一种重要的食品添加剂，如作为食品的胶冻剂、稳定剂。增稠剂、发泡剂。乳化剂、分散剂、澄清剂等，被广泛应用。按品质不同：高档明胶、低档明胶、骨胶。•高档明胶:原料顶处理后经温和水解所得的较高质量明胶。•高档明胶一般简称为明胶(国外称Gelatin)•低档明胶:原料预处理，经温和水解提取高质量的明胶后，再升高温度提取的低质量的明胶。常见的有皮胶。•骨胶:骨料预处理后，经较强烈条件提取的低质量的明胶•后两种低质明胶在国外通称为Glue【分类】明胶按用途可分为照相、食用、药用及工业四类。(第五类皮胶)•【性状】本品为淡黄色至黄色、半透明、微带光泽的粉粒或薄片；无臭；潮湿后，易为细菌分解；在水中久浸即吸水膨胀并软化，重量可增加5～10倍。本品在热水、醋酸或甘油与水的热混合液中溶解，在乙醇、氯仿或乙醚中不溶。明胶应用•食用明胶可用于医用软硬胶囊、外科敷料、止血海棉、肉冻、食品添加剂、罐头、糖果、冰糕、火腿肠、皮冻、汽水悬浮剂、检剂、淀剂、雪糕等食品行业等、执行国家标准GB6783-94。药用明胶主要用于软硬胶囊、片剂糖衣的原材料。工业明胶主要用于胶合板、纱布、砂石、印刷、粘合剂等。•食用明胶作为一种增稠剂广泛使用于食品工业的添加如果冻、食用色素、高级软糖、冰其淋、干酷、酸奶、冷冻食品等。在化工行业主要用作粘合、乳化和高级化妆品等制作的原料。明胶在糖果中的应用•据报道，全世界的明胶有60％以上用于食品糖果工业。在糖果生产中，明胶用于生产奶糖。蛋白糖、棉花糖，果汁软糖、晶花软糖，橡皮糖等软糖。明胶具有吸水和支撑骨架的作用，明胶微粒溶于水后，能相互吸引、交织，形成叠叠层层的网状结构，并随温度下降而凝聚，使糖和水完全充塞在凝胶空隙内，使柔软的糖果能保持稳定形态，即使承受较大的荷载也不变形。明胶能控制糖结晶体变小，并防止糖浆中油水相对分离，作为乳化剂，黏合剂用于糖果制造中，可减少脆性，有利于成型，便于切割，从而防止了各类型糖果的破碎，提高成品率。•明胶在糖果中的一般加量为5％～10％。在晶花软糖中明胶用量6％时效果最好，在橡皮糖中明胶的添加量为6．17％，在牛轧糖中为0．16%～3％或更多些，在糖果粘液的浓糖浆中加量为1．15%～9％，糖味锭剂或枣子糖果的配料要求含明胶2％～7％。在糖果生产中，使用明胶较淀粉、琼脂更富有弹性．韧性和透明性，特别是生产弹性充足、形态饱满的软糖、奶糖时，需要凝胶强度大的优质明胶。药用明胶•明胶的凝胶性、固水性、粘结性和溶解性等多种特性，令明胶在医药行业有关广泛的用途，其中最主要的有硬胶囊、软胶囊、代血浆和包衣等。•治疗应用在医疗上，明胶是止血剂，也是碘及矾中毒的解毒剂;它能治血友病、紫斑病及出血性紫斑病等病症。照相明胶•明胶在胶卷生产的每一步骤都起着非常关键的作用，它既能维持感光银盐的稳定分散,以能让乳剂成熟更易于控制，同时还影响胶卷曝光和冲晒的效果。是国内照相企业主要的供应商，特别是彩胶已大量地被应用于彩色照片的制造冲印。照相明胶是明胶中的高档产品，是感光材料生产中三大重要材料之一，由于它的物理化学性能独特，至今在银盐感光材料中做为载体，还没有可以全面取代明胶的物质。照相明胶可以广泛地应用于生产各种胶片、胶卷、医用X光胶片、印刷片、相纸等感光工业中。照相明胶分为彩色感光照相明胶和黑白照相明胶。•彩色感光材料生产所使用的照相明胶（简称“彩胶”），又是照相明胶中的高档次产品，它不仅具有更高的物理性能，对重金属等微量元素含量有更严格的控制要求，还具备更优良的感光性能。•彩色感光照相明胶：彩色感光材料是当今高科技精细化工的精华，目前世界上仅有极少数国家能够生产。•黑白照相明胶：除用于黑白正负片、相纸、医用和工业用X光胶片外，还广泛用于报纸和书刊的印刷胶片。注意！（区别）1.从广意上讲：明胶属于“胶原蛋白”，但是明胶的分子量比胶原蛋白高一些。而且明胶的肽链之间还有小量的氢键。2.从结构上讲：胶原是具有共价键连接三股α肽链的蛋白质；明胶是共价主链基本上被打断，只剩次级链的蛋白质；而胶原蛋白基本上不被共价键和次级键束缚，比较自由的α-肽链。物质组成：胶原和明胶都是由18种AA，牛骨，牛皮，猪皮明胶AA十分接近。这决定了不同来源的明胶具有共性。1.胶原AA:甘氨酸,丙氨酸,赖氨酸和羟脯氨酸,2.明胶以上四种占明胶氨基酸67％，其次谷氨酸，天冬氨酸，精氨酸20％，组氨酸少量，无色氨酸。在明胶分子中还有一定量的糖，而且含量糖量与组织的种类有关。如糖类胶原的含糖量每100个AA中仅有22糖分子。其中8-9个单糖，13半乳糖，这些以多聚糖的形式结合到多肽链的羟基氨基酸残基上。明胶生产的要点可概括为四点:•(1)明胶生产是一个复杂的化工生产过程，工序多，包括了化工生产的主要基本单元操作:物料粉碎、物料输送、萃取、过滤、蒸发、干燥。其中任何一个单元操作不慎都将影响产品的产量和质量。•(2)明胶生产过程实质上是胶原发生各种变化的过程，在该过程中，由于胶原和明胶都是蛋白质，是滋生细菌的培养基，如何防止细菌的污染、灭菌，是明胶生产过程中极为重要的环节口•(3)明胶生产周期一般取决于提胶前的原料处理过程。在一定期限内前处理越长越好，而提胶后，时间越短越好。•(4)明胶经复杂的生产过程，会因原料的种类和鲜度、生产艺和设备、气候和环境、水质等的不同生产出不同质量的明胶。另外同一批原料在相同处理后分道提取的明胶质量也不相同。明胶生产的原料•外为骨密质--分布在表面，致密坚硬。•内为骨松质--分布在内面，骨质疏松如蜂窝。•骨内含有2/3的无机物和1/3的有机物•无机物为:水分、羚基磷灰石(包括