明膠性質(zhì)、用途與生產(chǎn)工藝
明膠（Gelatin）是由動(dòng)物皮膚、骨 、 肌膜、肌魅等結(jié)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(dòng)物明膠、膘膠。其屬于一種大分子的親水膠體，明膠是一種營養(yǎng)價(jià)值較高的低卡保健食品,可以用來制作糖果添加劑、冷凍食品添加劑等。此外，明膠也被廣泛利用到醫(yī)藥和化工產(chǎn)業(yè)中。
明膠中水分和無機(jī)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種氨基酸 組成，其中亞氨基酸Pro和Hyp的含量較高。明膠凝膠中的類三螺旋結(jié)構(gòu)主要靠分子內(nèi)氫鍵和氫鍵水合維系，Pro的-NH、Hyp的-OH與其它氨基酸 側(cè)鏈基團(tuán)及水分子均可形成氫鍵，利于類三螺旋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。
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(fā)性、透明堅(jiān)硬 的非晶體物質(zhì)。
2.分子量：明膠是膠原變性的產(chǎn)物，是一種熱可逆性的混合物，沒有固定的結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子量，其分子量分布 在幾萬到幾十萬（<300KD）。
3.溶解性：可溶于熱水，不溶于冷水，但可以緩慢吸水膨脹軟化，明膠可吸收相當(dāng)于重量5-10倍的水。
4.凝膠化：明膠溶液可形成具有一定硬度、不能流動(dòng)的凝膠。當(dāng)明膠凝膠受到環(huán)境刺激時(shí)會(huì)隨之響應(yīng),即當(dāng)溶液的組成、pH值、離子強(qiáng)度發(fā)生變化和溫度、光強(qiáng)度、電場等刺激信號(hào)發(fā)生變化時(shí),或受到特異的化學(xué)物質(zhì)刺激時(shí),凝膠就會(huì)發(fā)生突變,呈現(xiàn)出相轉(zhuǎn)變行為。
5.乳化性質(zhì)：明膠是一種有效的保護(hù)膠體,可以阻止晶體或離子的聚集,用以穩(wěn)定非均相懸浮液,在水包油的分散體藥劑中作為乳化劑。
1.生物相容性。明膠是一種天然的高分子材料,其結(jié)構(gòu)與生物體組織結(jié)構(gòu)相似,因此具有良好的生物相容性。
2.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(yōu)點(diǎn)就是降解產(chǎn)物易被吸收而不產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。在應(yīng)用明膠的可降解性時(shí),經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾,調(diào)控其降解速度以適應(yīng)不同的需要。
1.食用明膠。在食品工業(yè)中是一種重要的配料和添加劑，常作為膠凝劑、穩(wěn)定劑、乳化劑、增稠劑和澄清劑等應(yīng)用于肉制品、蛋糕、冰淇淋、啤酒、果汁等的生產(chǎn)。
2.生物膜材料。國內(nèi)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(zhì),使明膠基高分子膜材料更加具有功能性。明膠是一種親水性化學(xué)物質(zhì)，在組織化學(xué)、細(xì)菌培養(yǎng)基和光學(xué)顯微鏡放射自顯影中很有用。
3.醫(yī)用纖維。利用其他復(fù)合材料與明膠進(jìn)行共混紡絲改善明膠基醫(yī)用纖維材料力學(xué)性能。
4.組織修復(fù)與替代。明膠基復(fù)合材料用作組織工程支架材料和信號(hào)分子載體是目前生物材料的研究熱點(diǎn)之一。明膠溶液經(jīng)交聯(lián)后形成水凝膠,其中的水為致孔劑,冷凍干燥后形成多孔支架材料,而且可以通過改變冷凍參數(shù)來調(diào)節(jié)孔率和孔徑。因此可以根據(jù)不同組織修復(fù)要求,設(shè)計(jì)理想的明膠基組織工程材料。
5.工業(yè)明膠。用于纖維紡織、絕緣材料、紙張、全息材料等的制造方面。
1.堿法：將動(dòng)物的骨和皮等用石灰乳液充分浸漬后，用鹽酸中和，經(jīng)水洗，于60 ℃～70 ℃熬膠，再經(jīng)防腐、漂白、凝凍、刨片、烘干而得。成品稱“B型明膠”或“堿法明膠”。
2.酸法：原料在pH值1～3的冷硫酸液中酸化2～8 h，漂洗后水浸24 h，在50 ℃～70 ℃下熬膠4～8 h，然后凍膠、擠條、干燥而成。成品稱“A型明膠”或“酸法明膠”。
3.酶法：用蛋白酶將原料皮酶解后用石灰處理24 h，經(jīng)中和、熬膠、濃縮、凝凍、烘干而得。
ADI不作限制性規(guī)定(FAO/WHO，2001).
GB 2760-96：可用于各類食品，以GMP為限。
FAO/WHO(1984，g/kg)：加工干酪制造8；乳脂干酪5；熟洋火腿、熟豬前腿肉，按GMT；酪農(nóng)干酪5(按稀奶油計(jì))；稀奶油5(僅用于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)。
冰淇淋制造時(shí)，明膠用做保護(hù)膠體來防止冰晶增大，使產(chǎn)品口感細(xì)膩，約添加0.5%。酸奶、干酪等乳制品中添加約0.25%，可防止水分析出，使質(zhì)地細(xì)膩。
在于制造明膠甜食(dessert，主要成分是明膠)、軟糖、奶糖、蛋白糖、巧克力等(添加量1%～3.5%，最高達(dá)12%)。
在午餐肉、咸牛肉等罐頭食品中廣泛使用明膠，可與肉汁中的水結(jié)合以保持產(chǎn)品外形、濕度和香味，約添加肉的1%～5%。
亦用做醬油的增稠劑。
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）
最大允許殘留量（g/kg）
明膠
膠基糖果
膠基糖果中基礎(chǔ)劑物質(zhì)
按生產(chǎn)需要適量使用（有特別規(guī)定的除外）
明膠
食品
增稠劑
按生產(chǎn)需要適量使用（有特別規(guī)定的除外）
化學(xué)性質(zhì)
工業(yè)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。 溶于熱水。溶于甘油和醋酸，不溶于乙醇和乙醚。
用途
作增稠劑，我國規(guī)定可用于各類食品，按生產(chǎn)需要適量使用。還可作酒類的澄清劑和疏水膠體的穩(wěn)定劑。
用途
增稠劑；穩(wěn)定劑；澄清劑；發(fā)泡劑。
明膠是親水性膠體，具有保護(hù)膠體的性質(zhì)，可作為疏水膠體的穩(wěn)定劑、乳化劑。又為兩性電解質(zhì)，故在水溶液中可將帶電微粒凝聚成塊，用做酒類、酒精的澄清劑。
用途
根據(jù)明膠的功能性質(zhì)，其用途可分兩類。一類用其膠體的保護(hù)能力作分散劑，用于生產(chǎn)聚氯乙烯、感光材料，細(xì)菌培養(yǎng)及制藥，食品（如糖果，冰淇淋、魚肝油膠囊等）。另一類利用其粘結(jié)能力作粘結(jié)劑，用于造紙、印刷、紡織、印染和電鍍等工業(yè)部門。根據(jù)用途不同，對(duì)明膠的質(zhì)量要求也不一樣。明膠在膠帶、紙制容器，紙管、裝訂等方面作粘結(jié)劑使用時(shí)，粘接強(qiáng)度是主要的價(jià)值因素；而用于照相、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域時(shí)，則重視產(chǎn)品的純度。我國對(duì)食用明膠制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為GB6783-86，使用范圍和最大使用量按GB2760-86。
用途
極譜法測銅，堿性鍍鋅發(fā)光劑，測二氧化硅，鑒別培養(yǎng)基的配制，比濁及比色測定中的保護(hù)膠體。
用途
添加劑,粘附劑等
用途
明膠是親水膠體，有保護(hù)膠體作用，可作疏水膠體的穩(wěn)定劑、乳化劑。其是兩性電解質(zhì)，在水中可將帶電微粒凝聚成塊，因而可作酒類及酒精的澄清劑。作為分散劑、黏結(jié)劑、增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑廣泛用于感光材料、制藥、食品、造紙、印刷、紡織、印染、電鍍、化妝品、細(xì)菌培養(yǎng)等。
生產(chǎn)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(zhì)的下腳皮的內(nèi)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(jīng)常攪拌，使上下浸泡均勻。將浸泡的生皮從石乳缸中取出，用水洗凈，在攪拌下10%鹽酸中和3-4h，洗滌后pH應(yīng)在6.0-6.5。然后將肉皮按1：1加水，加熱蒸煮，控制溫度為60-70℃，每隔一定時(shí)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(fā)器濃縮，使相對(duì)密度為1.03-1.07。熱膠移入鋁盤冷卻，把冷膠往放在不銹鋼篩網(wǎng)上，送入烘房鼓風(fēng)干燥，溫度嚴(yán)格控制在28℃左右。干燥的膠片用顆粒粉碎即得成品。按豬皮重量計(jì)，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℃提油后水洗。洗凈利的骨頭，用3.5-4.0%的鹽酸浸泡，主骨頭柔軟后即得粗制骨素，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干燥氯化鈣。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，將此次凈骨素用0.2鹽酸進(jìn)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(dāng)酸濃度降至0.2-0.25%時(shí)，立即將酸濃度提高到1%，并維持這一濃度直至到達(dá)中和終點(diǎn)（pH3.0）。中和完畢，將骨素用清水充分洗滌，浸泡4-5h。然后用氫氧化鈉溶液洗滌，稀堿液浸泡16-20h后用清水沖洗，即得精制骨素。精制骨素經(jīng)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(duì)密度達(dá)1.025-1.075，放在膠盒上冷凍，然后刨成薄片置于篩網(wǎng)上，送入烘烘房鼓風(fēng)干燥，溫度從25℃逐漸提高至60℃。干燥后即成為成品。各道熬膠制得的明交質(zhì)量不同，按批道分為照相膠，食用膠，最后為用于制蛋白胨的烘膠，好膠率大于60%。每噸產(chǎn)品消耗：性骨約7t；30%的鹽酸約7t。常德市鼎城區(qū)常沅明膠廠利用制革生產(chǎn)中的鉻革邊角廢料（藍(lán)礬皮）生產(chǎn)有膠，采用流程如下：藍(lán)礬皮→破碎→浸灰→漂浸→浸灰→漂浸→抽提→濃縮→滴膠→烘干→粉碎。原料消耗（kg/t）藍(lán)礬皮 4000硫酸（98%） 1000鹽酸（31%） 200石灰 1000
生產(chǎn)方法
堿法 將動(dòng)物的骨和皮等用石灰乳液充分浸漬后，用鹽酸中和，經(jīng)水洗，于60～70℃熬膠，再經(jīng)防腐、漂白、凝凍、刨片、烘干而得。成品稱“B型明膠”，或“堿法明膠”。
酸法原料在pH值為1～3的冷硫酸液中酸化2～8h，漂洗后水浸24h，在50～70℃下熬膠4～8h，然后凍膠、擠條、干燥而成。成品稱“A型明膠”，或“酸法明膠”。
酶法用蛋白酶將原料皮酶解后用石灰處理24h，經(jīng)中和、熬膠、濃縮、凝凍、烘干而得。
生產(chǎn)方法
明膠的生產(chǎn)方法通常以動(dòng)物的骨頭和皮為原料，有石灰乳法(堿法)、鹽堿法、酶法和酸法。
酶法
用蛋白酶將膠原蛋白水解為明膠，加入稀鹽酸使其溶解，然后用丙酮、硫酸鈉或氯化鈉使明膠沉析出來。此法尚不成熟，目前生產(chǎn)用其來縮短灰浸時(shí)間。具體過程為：脫脂原料用稀氫氧化鈉溶液(pH值11～12)浸泡24h，再用2907堿性蛋白酶在40℃下酶解6h，水洗后酸浸(pH=2～2.5)1d，水洗至pH值5.8～6.0，再灰浸3～10d。
石灰乳法
從原料開始，經(jīng)預(yù)處理、灰浸、水洗、中和、水洗、抽提、過濾、濃縮、干燥等工序制得。此法比較成熟，國內(nèi)約80%的明膠用該法生產(chǎn)，國外也普遍采用，但此法生產(chǎn)周期長。
預(yù)處理 將豬皮或牛皮切成5mm×10mm的小塊或2mm×8mm的短條，然后進(jìn)行水力脫脂。動(dòng)物骨頭要破碎至3～5cm用苯在40～50℃下抽油，再用3.5%～4.0%的鹽酸溶液在10～15℃浸泡5～14d，用水洗至pH值3.5。
灰浸、中和及水洗 將上述處理過的動(dòng)物皮或骨頭用3.5%～4.0%的石灰乳在10～12℃浸泡30~50d，期間換石灰乳4～6次，用水泡洗24h至pH值9.0～9.5。用0.2%的鹽酸泡洗12~24h至pH值4～5，再水泡洗12～24h至pH值5.5～6.0。
抽提、濃縮和干燥 用水在50～60℃下抽提，以后每次升高溫度5℃，一般抽提6～8次，共約40h。抽提液過濾后在65～70℃第一效蒸發(fā)，60~65℃第二效蒸發(fā)至15%～20%的濃度。濃縮液經(jīng)20~40℃冷盤干燥得膠片，或用滾筒干燥得膠粉。
鹽堿法
此法適合于皮質(zhì)原料，尤其是石灰難以處理的干皮。將干碎皮用10%硫酸鈉與2%～5%的氫氧化鈉混合溶液在0~20℃下浸泡1～4d，水洗、中和后抽提即得成品。
明膠
上下游產(chǎn)品信息
上游原料
下游產(chǎn)品