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    • 一种大分子的亲水胶体

    明胶[一种大分子的亲水胶体]

    明胶(Gelatin)是由动物皮肤、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;故又叫做动物明胶、膘胶。工业明胶为无色至淡黄色透明或半透明等薄片或粉粒。无味,无臭。在冷水中吸水膨胀。 溶于热水。溶于甘油和醋酸,不溶于乙醇和乙醚。

    明胶属于一种大分子的亲水胶体,是一种营养价值较高的低卡保健食品,可以用来制作糖果添加剂、冷冻食品添加剂等。此外,明胶也被广泛利用到医药和化工产业中。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 明胶 外文名: Gelatin
    别称: 明胶海绵 化学式: 无固定的结构
    分子量: 无固定相对分子量 沸点:
    水溶性: 可溶于热水,不溶于冷水 外观: 白色或淡黄色、半透明、微带光泽的薄片或粉粒
    应用: 胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂
    原料: 煮过的动物骨头,皮肤和筋腱

    目录

    化合物介绍/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    基本信息

    中文名称:明胶

    中文别名:白明胶;动物胶;食用明胶;

    英文名称:Gelatin

    英文别名:Gelatins;Gelatine;

    CAS号:9000-70-8

    安全信息

    海关编码:3503001001

    危险类别码:R36/37/38

    安全说明:S24/25; S36/37/39; S27; S26

    计算化学数据/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    1.疏水参数计算参考值(XlogP):6.1

    2.氢键供体数量:1

    3.氢键受体数量:5

    4.可旋转化学键数量:9

    5.互变异构体数量:5

    6.拓扑分子极性表面积64.6

    7.重原子数量:36

    8.表面电荷:0

    9.复杂度:915

    10.同位素原子数量:0

    11.确定原子立构中心数量:0

    12.不确定原子立构中心数量:1

    13.确定化学键立构中心数量:0

    14.不确定化学键立构中心数量:0

    15.共价键单元数量:1

    组成与结构/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    明胶中水分和无机盐大约占16%,蛋白含量占82%以上。与母体胶原类似,明胶也由18种氨基酸 组成,其中亚氨基酸Pro和Hyp的含量较高。明胶凝胶中的类三螺旋结构主要靠分子内氢键和氢键水合维系,Pro的-NH、Hyp的-OH与其它氨基酸 侧链基团及水分子均可形成氢键,利于类三螺旋结构的稳定。

    理化性质/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    性状:明胶成品为白色或淡黄色、半透明、微带光泽的薄片或粉粒;是一种无色无味,无挥发性、透明坚硬 的非晶体物质。

    分子量:明胶是胶原变性的产物,是一种热可逆性的混合物,没有固定的结构和相对分子量,其分子量分布 在几万到几十万(<300KD)。

    溶解性: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。

    凝胶化:明胶溶液可形成具有一定硬度、不能流动的凝胶。当明胶凝胶受到环境刺激时会随之响应,即当溶液的组成、pH值、离子强度发生变化和温度、光强度、电场等刺激信号发生变化时,或受到特异的化学物质刺激时,凝胶就会发生突变,呈现出相转变行为。

    乳化性质:明胶是一种有效的保护胶体,可以阻止晶体或离子的聚集,用以稳定非均相悬浮液,在水包油的分散体药剂中作为乳化剂。

    1.

    性状:明胶成品为白色或淡黄色、半透明、微带光泽的薄片或粉粒;是一种无色无味,无挥发性、透明坚硬 的非晶体物质。

    2.

    分子量:明胶是胶原变性的产物,是一种热可逆性的混合物,没有固定的结构和相对分子量,其分子量分布 在几万到几十万(<300KD)。

    3.

    溶解性: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。

    4.

    凝胶化:明胶溶液可形成具有一定硬度、不能流动的凝胶。当明胶凝胶受到环境刺激时会随之响应,即当溶液的组成、pH值、离子强度发生变化和温度、光强度、电场等刺激信号发生变化时,或受到特异的化学物质刺激时,凝胶就会发生突变,呈现出相转变行为。

    5.

    乳化性质:明胶是一种有效的保护胶体,可以阻止晶体或离子的聚集,用以稳定非均相悬浮液,在水包油的分散体药剂中作为乳化剂。

    化学性质/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    工业明胶为无色至淡黄色透明或半透明等薄片或粉粒。无味,无臭。在冷水中吸水膨胀。 溶于热水。溶于甘油和醋酸,不溶于乙醇和乙醚。

    生物学性能/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    生物相容性。明胶是一种天然的高分子材料,其结构与生物体组织结构相似,因此具有良好的生物相容性。

    生物可降解性。明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其优点就是降解产物易被吸收而不产生炎症反应。在应用明胶的可降解性时,经常对其进行化学修饰,调控其降解速度以适应不同的需要。

    1.

    生物相容性。明胶是一种天然的高分子材料,其结构与生物体组织结构相似,因此具有良好的生物相容性。

    2.

    生物可降解性。明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其优点就是降解产物易被吸收而不产生炎症反应。在应用明胶的可降解性时,经常对其进行化学修饰,调控其降解速度以适应不同的需要。

    用途/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    明胶依据生产原料、生产方式和产品质量、产品用途不同,分为食用明胶、药用明胶、工业明胶、照相明胶、以及皮胶、骨胶。主要应用:

    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 。

    生物膜材料。国内外研究最多的明胶基膜材料主要是壳聚糖-明胶共混膜、明胶-丝素共混膜、聚乳酸-明胶共混膜以及聚乙烯醇-明胶共混膜等,这些混合材料大大提高了明胶的理化性质,使明胶基高分子膜材料更加具有功能性。

    医用纤维。利用其他复合材料与明胶进行共混纺丝改善明胶基医用纤维材料力学性能。

    组织修复与替代。明胶基复合材料用作组织工程支架材料和信号分子载体是目前生物材料的研究热点之一。明胶溶液经交联后形成水凝胶,其中的水为致孔剂,冷冻干燥后形成多孔支架材料,而且可以通过改变冷冻参数来调节孔率和孔径。因此可以根据不同组织修复要求,设计理想的明胶基组织工程材料。

    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。在工业用胶中,人们习惯把用于提取水解动物蛋白质的蛋白用胶叫蛋白明胶,把专用于饲料添加剂的饲料用胶叫饲料明胶,把用于火柴行业的火柴专用胶叫火柴明胶,以及把用于包装等产品的热溶明胶叫热溶胶粉,把以自然晾晒为干燥方式的明胶叫土胶。

    1.

    食用明胶。

    2.

    生物膜材料。

    3.

    医用纤维。

    4.

    组织修复与替代。

    5.

    工业明胶。

    制备与生产/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    制备方法

    碱法:将动物的骨和皮等用石灰乳液充分浸渍后,用盐酸中和,经水洗,于60 ℃~70 ℃熬胶,再经防腐、漂白、凝冻、刨片、烘干而得。成品称“B型明胶”或“碱法明胶”。

    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 ℃下熬胶4~8 h,然后冻胶、挤条、干燥而成。成品称“A型明胶”或“酸法明胶”。

    酶法:用蛋白酶将原料皮酶解后用石灰处理24 h,经中和、熬胶、浓缩、凝冻、烘干而得。

    生产方法

    主要有石灰乳法和盐酸法。

    1.石灰乳法 将牛皮、猪皮等变质的下脚皮的内层油脂乱去,切成小块,放在3.5%-4.0%的石灰乳中浸泡约30-40d,中间换石灰乳4-6次。在浸泡过程中,经常搅拌,使上下浸泡均匀。将浸泡的生皮从石乳缸中取出,用水洗净,在搅拌下10%盐酸中和3-4h,洗涤后pH应在6.0-6.5。然后将肉皮按1:1加水,加热蒸煮,控制温度为60-70℃,每隔一定时间抽取胶水,用清洁纱布趁热过滤,共抽5-6次。将稀胶水送入蒸发器浓缩,使相对密度为1.03-1.07。热胶移入铝盘冷却,把冷胶往放在不锈钢筛网上,送入烘房鼓风干燥,温度严格控制在28℃左右。干燥的胶片用颗粒粉碎即得成品。按猪皮重量计,收率约22%。

    2.盐酸法 将家畜的杂骨,脊骨及小骨粉碎,用苯在45-50℃提油后水洗。洗净利的骨头,用3.5-4.0%的盐酸浸泡,主骨头柔软后即得粗制骨素,水洗,使水溶液pH在3.5左右,加石灰乳可制饲料磷酸氢钙及干燥氯化钙。将骨头再用3.0%-3.5%以上的石灰乳浸泡30-50d(中间换石灰乳5-6次),取出,用水洗约1h,将此次净骨素用0.2盐酸进行第一次中和,待pH降至3.5-4.0,放掉中和液,另加入清水,再用0.5%盐酸中和约2h。当酸浓度降至0.2-0.25%时,立即将酸浓度提高到1%,并维持这一浓度直至到达中和终点(pH3.0)。中和完毕,将骨素用清水充分洗涤,浸泡4-5h。然后用氢氧化钠溶液洗涤,稀碱液浸泡16-20h后用清水冲洗,即得精制骨素。精制骨素经过7道熬胶得到胶水,各道熬胶的加水量,温度分别掌握,加水量逐道减少,熬胶温度逐道提高,从第一道的64℃提高到第七道的85℃。出胶的浓度从第一道到第七道,也从8%降低至2-3%。共熬40h。将得到的稀胶水过滤,浓缩,使用对密度达1.025-1.075,放在胶盒上冷冻,然后刨成薄片置于筛网上,送入烘烘房鼓风干燥,温度从25℃逐渐提高至60℃。干燥后即成为成品。各道熬胶制得的明交质量不同,按批道分为照相胶,食用胶,最后为用于制蛋白胨的烘胶,好胶率大于60%。每吨产品消耗:性骨约7t;30%的盐酸约7t。

    使用限量/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    GB 2760-96:可用于各类食品,以GMP为限。

    FAO/WHO(1984,g/kg):加工干酪制造8;乳脂干酪5;熟洋火腿、熟猪前腿肉,按GMT;酪农干酪5(按稀奶油计);稀奶油5(仅用于巴氏杀菌掼奶油或掼打用的超高温杀菌稀奶油和消毒稀奶油)。

    冰淇淋制造时,明胶用做保护胶体来防止冰晶增大,使产品口感细腻,约添加0.5%。酸奶、干酪等乳制品中添加约0.25%,可防止水分析出,使质地细腻。

    在于制造明胶甜食(dessert,主要成分是明胶)、软糖、奶糖、蛋白糖、巧克力等(添加量1%~3.5%,最高达12%)。

    在午餐肉、咸牛肉等罐头食品中广泛使用明胶,可与肉汁中的水结合以保持产品外形、湿度和香味,约添加肉的1%~5%。

    亦用做酱油的增稠剂。

    最大允许量/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    与胶原区别/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    明胶是胶原部分水解而得到的一类蛋白质,明胶与胶原具有同源性。胶原具有棒状三股螺旋结构,当其部分水解制备明胶的过程中,胶原的这种三螺旋结构发生部分分离和断裂。明胶的氨基酸组成与胶原相似,但因预处理的差异,组成成分也可能不同。不同规格的明胶分子量一般为15000~250000Da。

    药典标准/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    鉴别

    (1)、取该品约0.5g,加水50ml,加热使溶解后,取溶液5ml ,加重铬酸钾试液4 份与稀盐酸1 份的混合液数滴,即生成桔黄色絮状沉淀。

    (2)、取鉴别(1) 项下剩余的溶液1ml ,加水100ml ,摇匀后,加鞣酸试液数滴,即发生浑浊。 (3)、取该品,加钠石灰后,加热,即发生氨臭。

    检查

    酸度取该品1.0g,加入100ml 热水中,充分振摇使溶解,放冷至35℃,

    依法测定(附录Ⅳ H),pH值应为3.6~7.6。

    透明度

    取该品5.0g,加水90ml使膨胀后,在65~70℃水浴中加热溶解,取出,加水使成100ml ;分取5ml ,置25ml纳氏比色管中,立即与同体积的对照液(精密量取标准氯化钠溶液30ml,置50ml量瓶中,加硝酸与硝酸银试液各1ml ,用水稀释至刻度,在暗处放置5 分钟,必要时可用焦糖溶液调色)比较,不得更浑浊。

    亚硫酸盐

    取该品20g ,置长颈圆底烧瓶中,加水50ml,放置使膨胀后,加稀硫酸50ml,即时连接冷凝管,用水蒸气蒸馏,馏液导入过氧化氢试液(对甲基红-亚甲蓝混合指示液显中性)20ml中,至馏出液达80ml,停止蒸馏;馏出液中加甲基红-亚甲蓝混合指示液数滴,用氢氧化钠滴定液(0.1mol/L)滴定至溶液显草绿色,并将滴定的结果用空白试验校正,消耗氢氧化钠滴定液(0.1mol/L)不得过1.0ml。

    干燥失重

    取该品约1g,置经105 ℃干燥至恒重的不锈钢或铝制器皿(直径约75mm)中,精密称定,加水10ml,放置,使膨胀后,置水浴上加热溶解,蒸干,在105 ℃干燥至恒重,减失重量不得过16.0%(附录Ⅷ L)。

    灰分

    取该品1.0g,置炽灼至恒重的坩锅中,精密称定,缓缓炽灼至完全炭化时,逐渐升高温度至60~70℃,使完全灰化并恒重,遗留灰分不得过2.0 %。

    重金属

    取灰分项下遗留的残渣,加盐酸2ml 与硝酸0.5ml ,置水浴上蒸干,加水5ml,再蒸干,加醋酸盐缓冲液(pH3.5)5ml与水20ml,温热数分钟,加水适量使成50ml。分取20ml,加水5ml ,依法检查(附录Ⅷ H第一法),含重金属不得过百万分之五十。

    砷盐

    取该品1.0g,加淀粉0.5g与氢氧化钙1.0g,加水少量,搅拌均匀,干燥后,先用小火炽灼使炭化,再在500 ~600 ℃炽灼成灰白色,放冷,加盐酸8ml 与水20ml溶解后,依法检查(附录Ⅷ J第一法),应符合规定(0.0002%)。

    凝冻浓度

    取该品1.10g ,置称定重量的锥形瓶中,加水80ml,在15~18℃放置 2小时,使完全膨胀后,置60℃水浴中加热溶解,取出,称重,加水适量使内容物成100g,取10ml,置内径13mm的试管中,在0℃冰浴中冷冻6 小时,取出,倒置10秒钟,应不流下。

    分类/明胶[一种大分子的亲水胶体] 编辑

    明胶是一种水溶性、能形成凝胶体的混合蛋白质类物质,通常采取加热水提取预处理动物体结缔组织制得。明胶主要成分中,胶原蛋白≥80%,水分≤14%。

    (1)明胶按照提取原料可以分为皮明胶、骨明胶。皮明胶又可细分为牛皮明胶、猪皮明胶、鸡皮明胶、鱼皮明胶等;骨明胶又可细分为牛骨胶、猪骨胶、鸡骨胶、鱼骨胶等。

    鱼鳞明胶是近年来研究出来以鱼鳞为原料提取出来的明胶。经研究发现,鱼鳞中丰富的胶原蛋白,约20 ~ 40%,并且脂肪含量少,明胶提取及纯化工艺简单,并且,提取的明胶气味较轻,性质稳定。但是鱼鳞明胶存在生产原料受到限制的问题,产量不大,目前不是明胶市场的主流。

    鱼明胶是近年研究明胶的热点。传统的明胶原料为猪和牛的皮和骨,但对于清真教、犹太教及伊斯兰教地区却存在着宗教问题,猪明胶及不按照他们要求屠宰和生产的牛明胶根本不能进入市场。并且,近年来欧美国家时常发生疯牛病、猪口蹄疫,其牛肉猪肉消费量显著下降,明胶生产原料也相应地减少。与此同时,随着海洋渔业资源的大量开发与利用,越来越多的鱼类产品走向人们的餐桌,伴随着产生的鱼皮、鱼骨等下脚料也逐渐受到战略科学家们的重视。鉴于以上种种原因,鱼明胶的生产工艺优化及可行性分析,成为从事明胶研究生产人员的一个重要方面。

    (2)明胶按照生产方式分为碱法明胶(又称 B 型明胶)、酸法明胶(又称A 型明胶)、酶法明胶。三种明胶最大的不同点即为明胶生产过程中的前处理过程采用不同的方法。B 型明胶的产量居三种明胶之首,原料在碱性介质中预处理,中和后在中性介质中提取得到。A 型明胶是指原料在酸性介质中预处理,酸性介质中提取得到的明胶。酶法明胶是指原料经酶预处理,在适度 pH 值的介质中提取的明胶。

    (3)明胶按照用途可以分为食用明胶、药用明胶、照相明胶、工业明胶。目前,世界明胶年产量已达 32 万吨,食用明胶约占总量的 60%以上。

    (4)明胶按照品质不同可以分为高档明胶、低档明胶、骨胶,其中高档明胶简称明胶,国外称为Gelatin,低档明胶和骨胶则称为Glue   。

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