食用明胶的使用技术及应用进展

食用明胶的使用技术及应用进展

明胶(gelatine)来源于广泛存在于动物皮、筋、骨骼中的胶原蛋白质，是一种从动物的结缔或表皮组织中的胶原部分水解出来的蛋白质。实际上，明胶在自然界并不存在，它是胶原纤维的衍生物。胶原最基础的结构是由2-氨基及氨基酸以多肽键连结在一起的聚合物。胶原是构成各种动物皮、骨等结缔组织的主要成分，如果将动物的皮或骨经处理后，加热水解就可以获得胶原的水解产物—明胶，即胶原蛋白经不可逆的加热水解反应，使分子间键部分断裂后转变成水溶性的产物。

由于原料来源和生产时水解方式不同，商品明胶可分为A型及B型。随动物种类及生长期的不同，明胶胶原三螺旋结构体网络上共价连接键的数目有多有少。一般6～9个月猪的皮及骨头，或小牛骨带有的这类连接键数目比较少，这就是A型明胶的常见原料来源。采用这种原料，洗净后浸泡在稀酸溶液中(pH＝3.5～4.5，浸泡温度15℃)l0～48h，等原料完全酸化并达到最大溶胀后再调整pH值，经热水提取、过滤、去离子后再低温真空浓缩(一般从5％浓缩至35％)、杀菌(140℃, 6～8s)、干燥粉碎、冻力测定、批号混合后即得到A型明胶。由于用酸水解，A型明胶的等电点在6.8～8.5(骨胶)，及7.5～9.5(皮胶)之间。

一、明胶的化学组成与结构

明胶的分子既没有固定的结构，又没有固定的相对分子质量。但它们的相对分子质量都是简单的蛋白质相对分子质量的整数倍，并且往往是成几何级数系中的倍数。因此，商品明胶,其实是许多胶质的混合物，它们的相对分子质量各不相同，自15，000至250，000不等，各种成分的量，一方面依赖于原料的性质，另一方面也与制造的方法有关。商品明胶中，降解程度较低者，其相对分子质量是比较大的，平均大约为55，000。为了制得较多、较好的明胶，在生产上既要求把胶原尽可能水解为明胶，又要求明胶不再水解下去。

明胶胶原蛋白质是以三螺旋结构的肽链为基本单位，相互间连接成的网络结构，不溶于水，通过水解使部分连接键断裂后即成为具有水溶性的明胶，三螺旋束自身也可拆散成三股单一的α-链，或者α-链加β-链，或γ-链结构。结构上，明胶是由氨基酸组成的大分子，具有典型的蛋白质特性。

明胶具有许多优良的物理及化学性质，如形成可逆性凝胶、粘结性、表面活性等，在食品工业中广泛地用作胶凝剂、乳化剂、稳定剂、粘合剂和澄清剂等。

二、明胶的物化性质

商品明胶为浅黄色粉粒，无嗅无味，无挥发性、透明而坚硬的非晶体物质。干明胶加热时不熔化，短时间加热到105℃，再溶于水，其性能仍然不变。但若温度在60℃以上，长时间加热，明胶将变软胀大，其粘度也逐渐降低。商品明胶都含有一定的水分，一般都把水分≤16％的胶称为干胶。相对密度视胶的含水分的多少而略有差异，一般为1.37。

明胶最主要的评价指标是：(1)冻力值（Bloom），该指标反映了凝胶强度，测定方法为6.67％的明胶溶液在10℃置16～18h后，用直径12.7mm的圆柱形探头下压明胶胶冻表面

4mm深所需要的重量，冻力值可从50的低冻力到300的极高冻力，冻力值与α-链及β-链上的成分有关。(2)粘度，也使用6.67％的浓度，于60℃测定，其值一般在1.5～7.5×10-3Pa.s 之间。粘度取决于分子量(单一α-链的分子量约8～12.5道尔顿，明胶的分子量是其倍数)。明胶的色泽、凝胶透明度等也是品质的参考指标。明胶不溶于冷水，但可吸水溶胀达5～10倍体积；明胶颗粒度上升，吸水能力下降，加热温度超过明胶的熔点后即成胶溶液，冷却后

成为胶冻。明胶的熔点随原料来源、冻力值、浓度及含盐量等因素而不同。水解（明胶）蛋白具有胶体保护性、表面活性、保水性、粘结性、乳化性、起泡性、成膜性、耐热性、缓冲性、稳定性等多方面的特性。明胶的具体物化特性阐述如下：

(一)溶解性

温水是明胶最普通的溶剂。在常温下，明胶可以溶于尿素、硫脲，硫氰酸盐以及浓度较高的溴化钾或碘化钾的溶液中，也能溶于醋酸、苯酰醋酸、水杨酸和苯二甲酸等有机酸中。在常温下，3mol／L的苯磺酸可以使明胶溶解，但并不使明胶发生任何化学变化。在明胶的水溶液中加入酒精、硫酸铵或其他盐类时，明胶即呈白色沉淀物析出。明胶的水溶液在冷却至15℃以下的温度时，能形成紧密的胶冻(凝胶)，并且当胶冻浓度为l0％时，其胶冻载荷达O.2MPa。

(二)溶胀性能

明胶在水中的溶胀性随pH的改变而变化。在等电点处附近有一个最小值。在盐酸等强酸存在的情况下，明胶溶胀得特别快，在pH2.5时，溶胀速度将达到最大值。明胶不溶于冷水，但能吸水膨胀，它能吸收5～10倍甚至更多的水分，形成坚固而有弹性的胶冻，加热此胶冻则能变成溶液．明胶膨胀时吸收了水分以后，处于两种状态：①借吸引力而与明胶的胶体微粒相结合，这水不易从胶冻中蒸发出去，因而称为“水合水”．②自由状态的水，它存在于明胶的分子之间，称为“膨胀水”，此水易于蒸发．

(三)起泡性能

将明胶溶液放在试管内按一定的幅度上下摇动，试管里将有一部分的胶形成泡沫，这就是明胶的起泡能力．经过过度水解的明胶的起泡能力较大。因此，低级胶的泡沫比高级胶多。加入不溶性的物质(如松香、炭黑、氧化锌、玻璃粉、硫磺等)能增加泡沫，细度越高，作用越大；加入亚麻仁油、油酸、鱼油和润滑油，能降低起泡性能．

(四)不耐酸碱性

明胶能与酸、碱、盐形成化合物。如与沸腾的酸、碱作用时，明胶将逐步分解相继形成蛋白质、胨、多缩氨基酸和氨基酸等简单的物质。若以沸腾的稀硫酸与明胶作用数小时，然后用碳酸钙中和，并将所得的滤液蒸发，即可得甘氨酸的结晶。

（五）流变特性

明胶的水溶液具有粘性。明胶在溶液中的分子空间结构是由许多简单的、柔韧的、具有不规则形状的蛇形的链所构成，所以它的化学结构比较复杂而易变。搅拌会使一些链和另一些链脱开，其溶液的粘度就降低；静置会使内部结构的刚性逐渐增长，即有更多的链搭牢，其溶液的粘度将增大。静置的时间越长，溶液的粘度将越高(也不是无限的)。温度是影响粘度的重要因素。除当温度升至35℃时，粘度的变化极小外，一般来说，温度越低，粘度增长越快。

粘度的增长还与pH有关。实验证明，明胶溶液的粘度在等电点处为最低，尤以新配制的溶液更为显著。而将明胶溶液于52℃下静置24h，其粘度将在pH7.6时有一个较为显著的极大值。斯太英斯比(Stainsty)曾经指出其稀溶液的粘度随着溶液的pH而变化，是由于分子带电的影响而使分子变形。在pH很高的情况下，加进去的离子的影响克服了分子上的总电子，故分子重新卷得更紧，结果粘度降低。由于由酸性法生产的明胶的等电点要比碱性法的高，因而酸性明胶由静置引起的粘度变化在等电点外非常之小，几乎可以忽略不计，实验证明，当pH>8时，这种变化不显著，而当pH<8时，就变得非常明显。

(六)凝胶性能