明膠[明膠]

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明膠(Gelatin)是由動物皮膚、骨 、 肌膜、肌魅等結締組織中的膠原部分降解而成為白色或淡黃色、半透明、微帶光澤的薄片或粉粒;故又叫做動物明膠、膘膠。工業明膠為無色至淡黃色透明或半透明等薄片或粉粒。無味,無臭。在冷水中吸水膨脹。 溶於熱水。溶於甘油和醋酸,不溶於乙醇和乙醚。 明膠屬於一種大分子的親水膠體,是一種營養價值較高的低卡保健食品,可以用來製作糖果添加劑、冷凍食品添加劑等。此外,明膠也被廣泛利用到醫藥和化工產業中。

基本信息

化合物介紹

基本信息

中文名稱:明膠

中文別名:白明膠;動物膠;食用明膠;

英文名稱:Gelatin

英文別名:Gelatins;Gelatine;

CAS號:9000-70-8

安全信息

海關編碼:3503001001

危險類別碼:R36/37/38

安全說明:S24/25; S36/37/39; S27; S26

計算化學數據

1.疏水參數計算參考值(XlogP):6.1

2.氫鍵供體數量:1

3.氫鍵受體數量:5

4.可鏇轉化學鍵數量:9

5.互變異構體數量:5

6.拓撲分子極性表面積64.6

7.重原子數量:36

8.表面電荷:0

9.複雜度:915

10.同位素原子數量:0

11.確定原子立構中心數量:0

12.不確定原子立構中心數量:1

13.確定化學鍵立構中心數量:0

14.不確定化學鍵立構中心數量:0

15.共價鍵單元數量:1

組成與結構

明膠中水分和無機鹽大約占16%,蛋白含量占82%以上。與母體膠原類似,明膠也由18種胺基酸 組成,其中亞胺基酸Pro和Hyp的含量較高。明膠凝膠中的類三螺鏇結構主要靠分子內氫鍵和氫鍵水合維繫,Pro的-NH、Hyp的-OH與其它胺基酸 側鏈基團及水分子均可形成氫鍵,利於類三螺鏇結構的穩定。

理化性質

性狀:明膠成品為白色或淡黃色、半透明、微帶光澤的薄片或粉粒;是一種無色無味,無揮發性、透明堅硬 的非晶體物質。

分子量:明膠是膠原變性的產物,是一種熱可逆性的混合物,沒有固定的結構和相對分子量,其分子量分布 在幾萬到幾十萬(<300KD)。

溶解性:可溶於熱水,不溶於冷水,但可以緩慢吸水膨脹軟化,明膠可吸收相當於重量5-10倍的水。

凝膠化:明膠溶液可形成具有一定硬度、不能流動的凝膠。當明膠凝膠受到環境刺激時會隨之回響,即當溶液的組成、pH值、離子強度發生變化和溫度、光強度、電場等刺激信號發生變化時,或受到特異的化學物質刺激時,凝膠就會發生突變,呈現出相轉變行為。

乳化性質:明膠是一種有效的保護膠體,可以阻止晶體或離子的聚集,用以穩定非均相懸浮液,在水包油的分散體藥劑中作為乳化劑。

1.

性狀:明膠成品為白色或淡黃色、半透明、微帶光澤的薄片或粉粒;是一種無色無味,無揮發性、透明堅硬 的非晶體物質。

2.

分子量:明膠是膠原變性的產物,是一種熱可逆性的混合物,沒有固定的結構和相對分子量,其分子量分布 在幾萬到幾十萬(<300KD)。

3.

溶解性:可溶於熱水,不溶於冷水,但可以緩慢吸水膨脹軟化,明膠可吸收相當於重量5-10倍的水。

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凝膠化:明膠溶液可形成具有一定硬度、不能流動的凝膠。當明膠凝膠受到環境刺激時會隨之回響,即當溶液的組成、pH值、離子強度發生變化和溫度、光強度、電場等刺激信號發生變化時,或受到特異的化學物質刺激時,凝膠就會發生突變,呈現出相轉變行為。

5.

乳化性質:明膠是一種有效的保護膠體,可以阻止晶體或離子的聚集,用以穩定非均相懸浮液,在水包油的分散體藥劑中作為乳化劑。

化學性質

工業明膠為無色至淡黃色透明或半透明等薄片或粉粒。無味,無臭。在冷水中吸水膨脹。 溶於熱水。溶於甘油和醋酸,不溶於乙醇和乙醚。

生物學性能

生物相容性。明膠是一種天然的高分子材料,其結構與生物體組織結構相似,因此具有良好的生物相容性。

生物可降解性。明膠作為一種天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其優點就是降解產物易被吸收而不產生炎症反應。在套用明膠的可降解性時,經常對其進行化學修飾,調控其降解速度以適應不同的需要。

1.

生物相容性。明膠是一種天然的高分子材料,其結構與生物體組織結構相似,因此具有良好的生物相容性。

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生物可降解性。明膠作為一種天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其優點就是降解產物易被吸收而不產生炎症反應。在套用明膠的可降解性時,經常對其進行化學修飾,調控其降解速度以適應不同的需要。

用途

明膠依據生產原料、生產方式和產品質量、產品用途不同,分為食用明膠、藥用明膠、工業明膠、照相明膠、以及皮膠、骨膠。主要套用:

食用明膠。在食品工業中是一種重要的配料和添加劑,常作為膠凝劑、穩定劑、乳化劑、增稠劑和澄清劑等套用於肉製品、蛋糕、冰淇淋、啤酒、果汁等的生產 。

生物膜材料。國內外研究最多的明膠基膜材料主要是殼聚糖-明膠共混膜、明膠-絲素共混膜、聚乳酸-明膠共混膜以及聚乙烯醇-明膠共混膜等,這些混合材料大大提高了明膠的理化性質,使明膠基高分子膜材料更加具有功能性。

醫用纖維。利用其他複合材料與明膠進行共混紡絲改善明膠基醫用纖維材料力學性能。

組織修復與替代。明膠基複合材料用作組織工程支架材料和信號分子載體是目前生物材料的研究熱點之一。明膠溶液經交聯後形成水凝膠,其中的水為致孔劑,冷凍乾燥後形成多孔支架材料,而且可以通過改變冷凍參數來調節孔率和孔徑。因此可以根據不同組織修復要求,設計理想的明膠基組織工程材料。

工業明膠。用於纖維紡織、絕緣材料、紙張、全息材料等的製造方面。在工業用膠中,人們習慣把用於提取水解動物蛋白質的蛋白用膠叫蛋白明膠,把專用於飼料添加劑的飼料用膠叫飼料明膠,把用於火柴行業的火柴專用膠叫火柴明膠,以及把用於包裝等產品的熱溶明膠叫熱溶膠粉,把以自然晾曬為乾燥方式的明膠叫土膠。

1.

食用明膠。

2.

生物膜材料。

3.

醫用纖維。

4.

組織修復與替代。

5.

工業明膠。

製備與生產

製備方法

鹼法:將動物的骨和皮等用石灰乳液充分浸漬後,用鹽酸中和,經水洗,於60 ℃~70 ℃熬膠,再經防腐、漂白、凝凍、刨片、烘乾而得。成品稱“B型明膠”或“鹼法明膠”。

酸法:原料在pH值1~3的冷硫酸液中酸化2~8 h,漂洗後水浸24 h,在50 ℃~70 ℃下熬膠4~8 h,然後凍膠、擠條、乾燥而成。成品稱“A型明膠”或“酸法明膠”。

酶法:用蛋白酶將原料皮酶解後用石灰處理24 h,經中和、熬膠、濃縮、凝凍、烘乾而得。

生產方法

主要有石灰乳法和鹽酸法。

1.石灰乳法 將牛皮、豬皮等變質的下腳皮的內層油脂亂去,切成小塊,放在3.5%-4.0%的石灰乳中浸泡約30-40d,中間換石灰乳4-6次。在浸泡過程中,經常攪拌,使上下浸泡均勻。將浸泡的生皮從石乳缸中取出,用水洗淨,在攪拌下10%鹽酸中和3-4h,洗滌後pH應在6.0-6.5。然後將肉皮按1:1加水,加熱蒸煮,控制溫度為60-70℃,每隔一定時間抽取膠水,用清潔紗布趁熱過濾,共抽5-6次。將稀膠水送入蒸發器濃縮,使相對密度為1.03-1.07。熱膠移入鋁盤冷卻,把冷膠往放在不鏽鋼篩網上,送入烘房鼓風乾燥,溫度嚴格控制在28℃左右。乾燥的膠片用顆粒粉碎即得成品。按豬皮重量計,收率約22%。

2.鹽酸法 將家畜的雜骨,脊骨及小骨粉碎,用苯在45-50℃提油後水洗。洗淨利的骨頭,用3.5-4.0%的鹽酸浸泡,主骨頭柔軟後即得粗製骨素,水洗,使水溶液pH在3.5左右,加石灰乳可制飼料磷酸氫鈣及乾燥氯化鈣。將骨頭再用3.0%-3.5%以上的石灰乳浸泡30-50d(中間換石灰乳5-6次),取出,用水洗約1h,將此次淨骨素用0.2鹽酸進行第一次中和,待pH降至3.5-4.0,放掉中和液,另加入清水,再用0.5%鹽酸中和約2h。當酸濃度降至0.2-0.25%時,立即將酸濃度提高到1%,並維持這一濃度直至到達中和終點(pH3.0)。中和完畢,將骨素用清水充分洗滌,浸泡4-5h。然後用氫氧化鈉溶液洗滌,稀鹼液浸泡16-20h後用清水沖洗,即得精製骨素。精製骨素經過7道熬膠得到膠水,各道熬膠的加水量,溫度分別掌握,加水量逐道減少,熬膠溫度逐道提高,從第一道的64℃提高到第七道的85℃。出膠的濃度從第一道到第七道,也從8%降低至2-3%。共熬40h。將得到的稀膠水過濾,濃縮,使用對密度達1.025-1.075,放在膠盒上冷凍,然後刨成薄片置於篩網上,送入烘烘房鼓風乾燥,溫度從25℃逐漸提高至60℃。乾燥後即成為成品。各道熬膠製得的明交質量不同,按批道分為照相膠,食用膠,最後為用於制蛋白腖的烘膠,好膠率大於60%。每噸產品消耗:性骨約7t;30%的鹽酸約7t。常德市鼎城區常沅明膠廠利用製革生產中的鉻革邊角廢料(藍礬皮)生產有膠,採用流程如下:藍礬皮→破碎→浸灰→漂浸→浸灰→漂浸→抽提→濃縮→滴膠→烘乾→粉碎。原料消耗(kg/t)藍礬皮 4000硫酸(98%) 1000鹽酸(31%) 200石灰 1000

使用限量

GB 2760-96:可用於各類食品,以GMP為限。

FAO/WHO(1984,g/kg):加工乾酪製造8;乳脂乾酪5;熟洋火腿、熟豬前腿肉,按GMT;酪農乾酪5(按稀奶油計);稀奶油5(僅用於巴氏殺菌摜奶油或摜打用的超高溫殺菌稀奶油和消毒稀奶油)。

冰淇淋製造時,明膠用做保護膠體來防止冰晶增大,使產品口感細膩,約添加0.5%。優酪乳、乾酪等乳製品中添加約0.25%,可防止水分析出,使質地細膩。

在於製造明膠甜食(dessert,主要成分是明膠)、軟糖、奶糖、蛋白糖、朱古力等(添加量1%~3.5%,最高達12%)。

在午餐肉、鹹牛肉等罐頭食品中廣泛使用明膠,可與肉汁中的水結合以保持產品外形、濕度和香味,約添加肉的1%~5%。

亦用做醬油的增稠劑。

最大允許量

添加劑中文名稱 允許使用該種添加劑的食品中文名稱 添加劑功能 最大允許使用量(g/kg)
明膠 膠基糖果 膠基糖果中基礎劑物質 按生產需要適量使用(有特別規定的除外)
明膠 食品 增稠劑 按生產需要適量使用(有特別規定的除外)

與膠原區別

明膠是膠原部分水解而得到的一類蛋白質,明膠與膠原具有同源性。膠原具有棒狀三股螺鏇結構,當其部分水解製備明膠的過程中,膠原的這種三螺鏇結構發生部分分離和斷裂。明膠的胺基酸組成與膠原相似,但因預處理的差異,組成成分也可能不同。不同規格的明膠分子量一般為15000~250000Da。

藥典標準

鑑別

(1)、取該品約0.5g,加水50ml,加熱使溶解後,取溶液5ml ,加重鉻酸鉀試液4 份與稀鹽酸1 份的混合液數滴,即生成桔黃色絮狀沉澱。

(2)、取鑑別(1) 項下剩餘的溶液1ml ,加水100ml ,搖勻後,加鞣酸試液數滴,即發生渾濁。 (3)、取該品,加鈉石灰後,加熱,即發生氨臭。

檢查

酸度取該品1.0g,加入100ml 熱水中,充分振搖使溶解,放冷至35℃,

依法測定(附錄Ⅳ H),pH值應為3.6~7.6。

透明度

取該品5.0g,加水90ml使膨脹後,在65~70℃水浴中加熱溶解,取出,加水使成100ml ;分取5ml ,置25ml納氏比色管中,立即與同體積的對照液(精密量取標準氯化鈉溶液30ml,置50ml量瓶中,加硝酸與硝酸銀試液各1ml ,用水稀釋至刻度,在暗處放置5 分鐘,必要時可用焦糖溶液調色)比較,不得更渾濁。

亞硫酸鹽

取該品20g ,置長頸圓底燒瓶中,加水50ml,放置使膨脹後,加稀硫酸50ml,即時連線冷凝管,用水蒸氣蒸餾,餾液導入過氧化氫試液(對甲基紅-亞甲藍混合指示液顯中性)20ml中,至餾出液達80ml,停止蒸餾;餾出液中加甲基紅-亞甲藍混合指示液數滴,用氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)滴定至溶液顯草綠色,並將滴定的結果用空白試驗校正,消耗氫氧化鈉滴定液(0.1mol/L)不得過1.0ml。

乾燥失重

取該品約1g,置經105 ℃乾燥至恆重的不鏽鋼或鋁製器皿(直徑約75mm)中,精密稱定,加水10ml,放置,使膨脹後,置水浴上加熱溶解,蒸乾,在105 ℃乾燥至恆重,減失重量不得過16.0%(附錄Ⅷ L)。

灰分

取該品1.0g,置熾灼至恆重的坩鍋中,精密稱定,緩緩熾灼至完全炭化時,逐漸升高溫度至60~70℃,使完全灰化並恆重,遺留灰分不得過2.0 %。

重金屬

取灰分項下遺留的殘渣,加鹽酸2ml 與硝酸0.5ml ,置水浴上蒸乾,加水5ml,再蒸乾,加醋酸鹽緩衝液(pH3.5)5ml與水20ml,溫熱數分鐘,加水適量使成50ml。分取20ml,加水5ml ,依法檢查(附錄Ⅷ H第一法),含重金屬不得過百萬分之五十。

砷鹽

取該品1.0g,加澱粉0.5g與氫氧化鈣1.0g,加水少量,攪拌均勻,乾燥後,先用小火熾灼使炭化,再在500 ~600 ℃熾灼成灰白色,放冷,加鹽酸8ml 與水20ml溶解後,依法檢查(附錄Ⅷ J第一法),應符合規定(0.0002%)。

凝凍濃度

取該品1.10g ,置稱定重量的錐形瓶中,加水80ml,在15~18℃放置 2小時,使完全膨脹後,置60℃水浴中加熱溶解,取出,稱重,加水適量使內容物成100g,取10ml,置內徑13mm的試管中,在0℃冰浴中冷凍6 小時,取出,倒置10秒鐘,應不流下。

分類

明膠是一種水溶性、能形成凝膠體的混合蛋白質類物質,通常採取加熱水提取預處理動物體結締組織製得。明膠主要成分中,膠原蛋白≥80%,水分≤14%。

(1)明膠按照提取原料可以分為皮明膠、骨明膠。皮明膠又可細分為牛皮明膠、豬皮明膠、雞皮明膠、魚皮明膠等;骨明膠又可細分為牛骨膠、豬骨膠、雞骨膠、魚骨膠等。

魚鱗明膠是近年來研究出來以魚鱗為原料提取出來的明膠。經研究發現,魚鱗中豐富的膠原蛋白,約20 ~ 40%,並且脂肪含量少,明膠提取及純化工藝簡單,並且,提取的明膠氣味較輕,性質穩定。但是魚鱗明膠存在生產原料受到限制的問題,產量不大,目前不是明膠市場的主流。

魚明膠是近年研究明膠的熱點。傳統的明膠原料為豬和牛的皮和骨,但對於清真教、猶太教及伊斯蘭教地區卻存在著宗教問題,豬明膠及不按照他們要求屠宰和生產的牛明膠根本不能進入市場。並且,近年來歐美國家時常發生瘋牛病、豬口蹄疫,其牛肉豬肉消費量顯著下降,明膠生產原料也相應地減少。與此同時,隨著海洋漁業資源的大量開發與利用,越來越多的魚類產品走向人們的餐桌,伴隨著產生的魚皮、魚骨等下腳料也逐漸受到戰略科學家們的重視。鑒於以上種種原因,魚明膠的生產工藝最佳化及可行性分析,成為從事明膠研究生產人員的一個重要方面。

(2)明膠按照生產方式分為鹼法明膠(又稱 B 型明膠)、酸法明膠(又稱A 型明膠)、酶法明膠。三種明膠最大的不同點即為明膠生產過程中的前處理過程採用不同的方法。B 型明膠的產量居三種明膠之首,原料在鹼性介質中預處理,中和後在中性介質中提取得到。A 型明膠是指原料在酸性介質中預處理,酸性介質中提取得到的明膠。酶法明膠是指原料經酶預處理,在適度 pH 值的介質中提取的明膠。

(3)明膠按照用途可以分為食用明膠、藥用明膠、照相明膠、工業明膠。目前,世界明膠年產量已達 32 萬噸,食用明膠約占總量的 60%以上。

(4)明膠按照品質不同可以分為高檔明膠、低檔明膠、骨膠,其中高檔明膠簡稱明膠,國外稱為Gelatin,低檔明膠和骨膠則稱為Glue 。

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