明胶(一种大分子的亲水胶体)

明胶(Gelatin),没有固定的结构和相对分子量,由动物皮肤、骨、肌膜、肌魅等结缔组织中的胶原部分降解而成为白色或淡黄色、半透明、微带光泽的薄片或粉粒;是一种无唤无味,无挥发性、透明坚硬的非晶体物质,可溶于热水,不溶于冷水,但可以缓慢吸水膨胀软化,明胶可吸收相当于重量5-10倍的水。广泛应用于食品、医药及化工产业。明胶凝胶中的类三螺旋结构主要靠分子内氧键和氧键水合维系,Pro的-NH、Hyp的-OH与其它氨基酸侧链基团及水分子均可形成氧键,利于类三螺旋结构的稳定。因此,亚氨基酸含量高的哺乳动物明胶的凝胶性能优于鱼皮明胶。

基本简介

明胶的主要组成为氨基酸组成相同而分子量分布很宽的多肽分子混合物,分子量一般在几万至十几万。明胶既具有酸性,又具有碱性,是一种两性物质,明胶的胶团是带电的,在电场作用下,它将向两极中的某一极移动。明胶分子结构上有大量的羟基,另外还有许多羧基和氨基,这使得明胶具有极强的亲水性。明胶不溶于有机溶剂,不溶于冷水,在冷水中吸水膨胀至自身的5-10倍,易溶于温水,冷却形成凝胶,溶点在24-28°C之间,其溶解度与凝固温度相差很小,易受水份、温度、湿度的影响而变质。明胶含有内氨酸、甘氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸等人体所需的18种氨基酸。

明胶是以动物的皮、骨为原料,通过分类、洗浸、脱脂、中和、水解、过滤、浓缩、凝胶、烘干、粉碎等十几道工序制成,为一种无味、半透明、坚硬的薄片、颗粒或粉末。生产工艺有酸法(A型)、碱法(B型),还有极少数采用酶法。

明胶是肽分子聚合物质,是胶原蛋白多级的水解产物,在食品、医药等工业领域有着广泛应用。食用明胶是一种食品添加剂,有较高的营养价值,它可以直接制成浓汤、肉皮冻子、肉食罐头,水晶冻、色拉、蛋黄汁、糖霜、奶油糖、香味酱、巧克力、饮料、啤酒等;照相明胶用于制造胶卷、胶片等感光材料;药用明胶可生产药用空心胶囊、明胶海绵等;工业明胶可生产砂轮、砂布、火柴、印刷胶辊等。

除了一些犹太教的明胶是用琼脂做的以外,其它大部分都不是。一些全素的明胶替代品有:瓜尔豆胶(guar gum)和角叉菜胶即卡拉胶(carrageenan)。只有一些“乳化剂”(emulsifiers)是纯素的。明胶用在摄影上,虽然已有技术来代替摄影胶片,但它的价格使它无法被接受。希望随着素食主义的发展这种情况能很快改变。

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。食用后既不会使人发胖,也不会导致体力下降。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。

犹太教的明胶(kosher gelatine)来源于 Vegetarian Resource Group:

犹太人的明胶可能用鱼骨,牛皮或牛骨来做。与一般人们的想象所不同的是,犹太教的食品也有可能使用奶制品。犹太教的法律是很复杂的,在明胶产品中的兽骨和兽皮被认作是不含肉和奶的(pareve)。Pareve的通常的含义是不含牛奶及肉的食物,而很多人认为这样的制品就是素的。但是,OU pareve 认可的成份允许有动物制品,如鱼、蛋、和明胶。

犹太明胶园形软糖: Glatt Kosher 和 'OU-Pareve',一篇犹太教杂志上的文章解释了两者的差别。以下是引用该文的一段文字:

“…因为明胶是源于兽皮和兽骨-不是真正的肉-而且经过了重大的改变,它不再被认作是肉(fleishig)而是不含肉和奶的(pareve),而且可以和奶制品一起食用。”明胶为亲水性胶体,属于两性电解质,具有起泡和稳泡的作用,在凝固温度附近作用更明显,在冰淇淋的生产过程中,明胶可以保护胶体,有效防止冰晶增大,使产品的口感细腻。

明胶在乳制品中主要有三大功能:防止乳清析出的作用,明胶通过氢键的形成成功阻止乳清析出,避免酪蛋白产生收缩作用,因而阻止了固相从液相中分离;乳化稳定作用,酪蛋白本身就是天然的乳化剂和稳定剂,但酪蛋白在酸性环境中会失去乳化能力和稳定能力,而明胶可以为酪蛋白提供稳定的条件,起保护胶体的作用;乳泡沫的稳定剂,所有乳泡沫均可以看作空气脂肪水的乳化体系,明胶作为亲水胶体与水结合形成明胶薄层复盖脂肪球,并包裹空气泡,减少了外界条件对空气泡中空气压力的影响,达到稳定泡沫的作用,从而保持稳定的乳化状态。

明胶在多种乳制品中有着非常重要的作用,在酸奶审查中可以防止乳清分离,提高成品的组织状态及稳定性。在酸性稀奶油中可以使其达到良好的外观、口感及质构。明胶在很多乳制品中还起到稳定剂、优化产品外观和口感、提高组织状态等重要作用。——(2014年中国明胶市场投资发展趋势——智研咨询整理)

同时,明胶受到不断成长的市场需求的刺激,食品制造商不断地开发方便准确、易于保存、低卡路里、新口味、新质地、新外观的产品来满足消费者的需求,所以不得不在配方中使用多种成分,使产品满足需求。

主要用途

明胶根据用途不同可分为:

1)食用明胶—-在食品工业中是一种重要的配料和添加剂,常作为胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂和澄清剂等应用于肉制品、蛋糕、冰淇淋、啤酒、果汁等的生产;

2)医用明胶—-医药中应用最多的是作为包裹药物的胶囊;

3)工业明胶—-用于纤维纺织、绝缘材料、纸张、全息材料等的制造方面。

主要制法

明胶是胶原的部分水解产物,来源广泛,价格低廉,具有良好的生物相容性和可降解性。明胶是胜肽与胶原蛋白质部分水解的混合物,胶原蛋白通常自牛、鸡、猪和鱼的皮、骨骼、结缔组织中提取。照相和医药级明胶一般从牛骨头制成,虽然一些牛骨明胶也用于食品工业。明胶是一种动物蛋白不同于用于食品行业的许多其他的胶凝剂。

明胶一般由动物物质精炼而成,因此明胶又称“动物胶”(Animal glue)。制造者会将牛和猪的骨头和皮肤放入约70英尺高的炉里煮滚提炼胶原,再浸湿隔渣。制作过程不使用动物的角和蹄。精练而成的物质干后会磨成粉末,再混入砂糖、己二酸、柠檬酸钠,以及人造调味剂和食物色素。

由于胶原经透彻处理,美国联邦政府不会将制成品分类为肉类或动物制品。不过素食人士会以洋菜作为明胶的替代品。另外,穆斯林由于伊斯兰教因素,会采用经清真处理的牛明胶,而不会食用猪明胶的生产方法有四种:即碱法、酸法、盐碱法和酶法等。

国内外普遍采用的是碱法生产,现将制备工艺过程叙述如下:

原料整理:将不同品种的原料进行分类整理,如牛皮与猪皮;湿皮与干皮等应分开,拣出不合规格的皮另行处理。带毛皮可用5%石灰乳或0.5~l%的硫化溶液浸泡,将毛脱去。鲜猪皮的脂肪层应刮去。干皮要泡在清水中浸软。

石灰水预浸:将整理好的皮原料放人1%左右的石灰水中浸渍1~2d,然后切成小块。

水力除污:将皮块与水连续地加入水力除脂机内,利用水力的冲击作用和高速铁锤的机械作用,清洗除脂肪和污物。

石灰水浸渍:将去脂的皮块放入浸渍池中,用2~4%的石灰水(比重1.015~1.035)浸渍。湿皮与水的比例为1:3~4,pH值为12.0~12.5。温度最好在15℃,时间为15-90d。气温高时石灰水浓度可低些,气温低时其浓度可增大。此工序称"发皮";是明胶生产的关键工序之一。

洗涤中和:待皮块膨胀后,捞出用水充分洗涤,经过多次洗涤,最后pH为9.0~9.5。洗涤后,用酸中和剩余的石灰,先加水使原料浸没,在不断搅拌下,用6mol/LHOCI调节pH,为2.5-3.5。每隔一定时间加酸调整一次pH值,8h后可不再加酸使其平衡,共需12~16h才能完成。中和后,排出废酸水,在充分搅拌下用水洗净,一般需8~12h内完成。

熬胶浓缩:先在胶锅内放入热水,然后将原料倒入,注意不使粘结成团,同时缓慢升温至55~65℃,热浸6~8h后放出胶汁;再向锅内加入热水,使水温较前次提高5~100C继续熬胶,依此类推,进行多次,每次温度也相应地逐步升高,最后一次可以煮沸。将所得稀胶汁在600C左右用过滤棉、活性炭或硅藻土等作助滤剂,以板框式压滤机过滤,得澄清胶液,胶液再用离心机分离,进一步除去油脂等杂质。再将稀胶液放入减压浓缩罐中,控制温度65~700C进行蒸发浓缩,当胶液变浓时,可改为60~650C继续减压浓缩。根据胶液质量和干燥设备条件掌握胶液浓缩的浓度,如用冷热风空调干燥时,胶液浓缩到比重1.050~1.080(500C)含胶量为23~33%即可。

发展情况

目前,我国的明胶行业正处于高速发展时期,市场容量迅速庞大,智研咨询研究部统计数据显示,我国明胶协行业市场容量从2005年的2.86x104t增加到2010年的6.32x104t。其中,骨明胶的市场容量从2005年1.80x104t增加到2010年的3.46xx104t。数据显示,2013年全国乳制品产量26,980,298,2014年1-5月全国乳制品产量为10,434,302.76吨,由于中国乳制品的产量大,对于乳制品中的明胶,随着乳制品中的大量的生产,明胶在乳品中的需求将不断增长。pH值对明胶网络凝胶法制备镍锌铁氧体纳米粉体具有决定性的作用,最佳pH值范围为9至11.加入添加剂可在较低的煅烧温度下使杂相消失并得到单相镍锌铁氧体产物。

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