明膠

膠原水解產物

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明膠是什么

明膠

明膠(gelatin),又稱白明膠、動物明膠、膘膠、吉利丁(從英文名Gelatine譯音而來),以動物的骨、皮、筋、腱和鱗等為原料經適度水解所制得的食品添加劑,呈淡黃色至黃色固體狀如顆粒、片狀、粉末等,無不適氣味,可溶于熱水、甘油和醋酸,不溶于冷水、乙醇和乙醚,但可以緩慢吸水膨脹軟化。

實際上,明膠在自然界并不存在,它是膠原纖維的衍生物。膠原基礎的結構是由2-氨基及氨基酸以多膚鍵連接在一起的聚合物。膠原是構成各種動物皮、骨等結締組織的主要成分,如果將動物的皮或骨經處理后,加熱水解就可以獲得膠原的水解產物一一明膠,即膠原蛋白經不可逆的加熱水解反應,使分子間鍵部分斷裂后轉變成水溶性的產物,在結構上明膠是由氨基酸組成的大分子,較其他食用膠具有營養保健、特殊的凝膠作用、穩定性等優點。

明膠作為蛋白質來說,具有一定的營養價值,但由于它是一種不完全蛋白質,所以其生物價和氨基酸評分是比較低的,在食品中利用時,更多地是利用它的理化性能及作用。

明膠基本參數

中文名稱明膠中文別名白明膠、吉利丁、動物明膠、膘膠
英文名稱Gelatin外觀淡黃色至黃色顆粒或片狀或粉末
CNS號20.002CAS號9000-70-8
氣味無不適合氣味分子量1.0萬~7.0萬
企業生產規范《食品添加劑明膠生產企業衛生規范》質量規格標準GB6783-2013食品安全國家標準 食品添加劑明膠

明膠原料要求

可以使用的原料

a、屠宰場、肉聯廠、罐頭廠、菜市場等提供的經檢疫合格的新鮮牛、豬、羊和魚等動物的皮、骨、筋、腱和鱗等。

b、制革鞣制工藝前,剪切下的帶毛邊皮或剖下的內層皮。

c、骨粒加工廠加工的清潔骨粒和自然風干的骨料。

禁止使用的原料

a、制革廠鞣制后的任何廢料。

b、無檢驗檢疫合格證明的牛、豬、羊或魚等動物的皮、骨、筋、腱和鱗等。

c、經有害物處理過或使用苯等有機溶劑進行脫脂的動物的皮、骨、筋、腱和鱗等。

明膠檢驗方法

取適量明膠置于潔凈透明的玻璃器皿中,在自然光線下,觀察其色澤和狀態,為淡黃色至黃色固體狀(如顆粒、片狀、粉末等)。

配制明膠溶液(2.5%),嗅其味,無不適氣味。明膠感官要求應符合表1規定。

表1感官要求

項目 要求 檢驗方法
色澤 淡黃色至黃色 取適量樣品置于潔凈透明的玻璃器皿中,在自然光線下,觀察其色澤和狀態
狀態 固體狀(如顆粒、片狀、粉末等)
氣味 無不適氣味 配制明膠溶液(2.5 %),嗅其味

明膠理化指標

項目 指標要求 檢驗方法
水分,w/%? ≤ 14.0 GB 5009.3 ?直接干燥法a
凝凍強度(6.67%)/(Bloom g)≥ 50 附錄A中A.4
灰分,w/%≤ 2.0 GB 5009.4b
透射比/% 波長/nm 450≥ 30 附錄A中A.5
620≥ 50 附錄A中A.5
水不溶物,w/% ≤ 0.2 附錄A中A.6
二氧化硫/(mg/kg)≤ 30 附錄A中A.7
過氧化物/(mg/kg) ≤ 10 附錄A中A.8
總砷(As)/(mg/kg) ≤ 1.0 GB/T 5009.11
鉻(Cr)/(mg/kg) ≤ 2.0 GB/T 5009.123原子吸收石墨爐法c 或附錄A中A.9
鉛(Pb)/(mg/kg) ≤ 1.5 GB 5009.12石墨爐原子吸收光譜法
a稱樣量為?1.0 g,精確至0.001g,干燥溫度為105℃±2℃。
b稱樣量為1g±0.1g,精確至0.001g。
c為仲裁法。

明膠微生物指標

項目 指標要求 檢驗方法
菌落總數/(CFU/g)≤ 10000 GB 4789.2
沙門氏菌 不得檢出 GB 4789.4
大腸菌群/?(MPN/g)≤ 3 GB 4789.3 MPN計數法

明膠化學結構

明膠的分子既沒有固定的結構,又沒有固定的相對分子質量。但它們的相對分子質量都是簡單的蛋白質相對分子質量的整數倍,并且往往是成幾何級數系中的倍數。因此,我們所說的商品明膠,是許多膠質的混合物,它們的相對分子質量各不相同,為15000~250000,各種成分的量,一方面依賴于原料的性質,另一方面也與制造的方法有關。商品明膠中,降解程度較低者,其相對分子質量是比較大的,平均大約為55000。為了制得較多、較好的明膠,在生產上既要求把膠原盡可能水解為明膠,又要求明膠不再水解下去。

明膠的分子式:C102H151039N31

明膠的物化性質

明膠性狀

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。

明膠溶解性

明膠可溶于熱水,不溶于冷水,但可以緩慢吸水膨脹軟化,明膠可吸收相當于重量5-10倍的水。

明膠分子量

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)。

明膠凝膠化

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響應,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。

明膠凝膠性

明膠重要的功能性質,指明膠分子在一定條件下由無規則卷曲態逐漸恢復成有序三螺旋結構,分三個階段:第一,當溫度降至凝固點約35℃以下時,明膠溶液中無規則卷曲的多肽鏈復旋成左手螺旋,相鄰的左手螺旋鏈段間作用產生氫鍵交聯,重新形成類膠原螺旋體的核心區域,此過程稱為“復性”。第二,類膠原螺旋體聚合形成微凝膠。第三,聚集體進一步形成具有一定剛性的網絡凝膠。明膠的凝膠性受明膠的氨基酸組成、平均分子量及分子量分布、膠液濃度和PH、凝膠溫度和凝凍時間等多種因素影響。明膠凝膠性的好壞通常以凝膠強度、膠凝溫度和溶化溫度來衡量。

明膠乳化性質

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。

明膠還具有許多優良的功能特性如持水性、成膜性、乳化性及起泡性等。

明膠化學性質

明膠濃度5%以下時不凝固,通常以10%~15%的溶液形成凝膠。膠凝化溫度隨濃度及共存鹽類的種類、濃度溶液的PH等因素而異。溶解溫度與凝固溫度相差很小,約30℃溶解,20~25℃時凝固。其凝膠富有彈性,口感柔軟。其水溶液長時間沸煮,因分解而性質發生變化,冷卻后不再形成凝膠,如再加熱則變成蛋白和胨。明膠溶液如受甲醛作用,則變成不溶于水的不可逆凝膠。

明膠生物學性能

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,其優點降解產物易被吸收而不產生炎癥反應。在應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。

抗微生物性能

明膠溶液是細菌的培養基,很多細菌如致病性葡萄球菌、專性厭氣菌、兼性厭氣菌、需氣菌以及真菌中的青霉、曲霉、毛霉等都能液化明膠。

明膠的特性

明膠營養特征

除色氨酸外,明膠含有所有種類的必須氨基酸,以及很大比例的非必須氨基酸。無論是單獨使用,還是和其他蛋白質來源相結合,明膠都能幫助人們建立健康、豐富、平衡的膳食。

明膠界面特性

明膠的界面反應受到親水、疏水分子以及它們的界面的影響。這些屬性決定了明膠的特性,例如泡沫和乳液的穩定性、粘結性能和溶解度。

明膠等電點

明膠是由局部水解的膠原蛋白制成,使用酸處理生產的A型明膠的等電點約在8到9之間。堿處理生產的B型明膠的等電點則在4.8到5.4之間。該差異是由于谷氨酰胺和天冬酰胺在原材料的堿預處理過程中部分脫氨基產生的谷氨酸與天冬氨酸導致。

等電點在明膠的應用中十分重要。最終產品的酸堿值越接近明膠的等電點,出現渾濁或沉淀的可能性就越高。

兩相表現

明膠是一種由長度各異的蛋白鏈組成的多分散系統,這些蛋白質鏈由長疏水鏈片段和短親水鏈片段交替組成。這種分子結構是表面活性物質的典型結構。得益于這種結構,明膠分子能夠聚集在表面,形成一層薄膜,從而降低水性體系中的表面張力。這種能力能夠在泡沫或乳液等多項系統的形成和穩定中發揮技術作用。

泡沫和乳液

在具體應用中,可能會需要明膠實現特定的發泡或攪打質量。A型明膠的發泡質量優于B型明膠。這一差異在酸堿值為3到6時非常穩定。這是由于不同酸堿值(酸堿兼性的表現/兩性表現)造成的表面電荷差異,導致了分子解卷積的強化或削弱。除了這些基本差異外,兩種類型的明膠盡管存在著差異,這兩種類型的明膠在經過分子結構(兩親行為)上的相應調整后都可適用于發泡和穩定作用,以及乳膠的形成和穩定。

明膠生產工藝

明膠生產方法主要有石灰乳法和鹽酸法。

明膠制備方法主要有堿法、酸法、鹽堿法和酶法等,國內外普遍采用的是堿法生產。

堿法:將動物的骨和皮等用石灰乳液充分浸漬后,用鹽酸中和,經水洗,于60℃~70℃熬膠,再經防腐、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,經中和、熬膠、濃縮、凝凍、烘干而得。

明膠產品分類

1、根據生產方式(生產時水解方式)不同,明膠可分為酸法明膠(又稱A型明膠)、堿法明膠(又稱B型明膠)、酶法明膠,水解明膠,前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采用不同的方法。

酸法明膠(又稱A型明膠):指原料在酸性介質中預處理,酸性介質中提取得到的明膠。A型明膠主要是由6~9個月的動物皮及骨頭,通過酸化處理(pH3.5~4.5)10~48h提取而得,酸法明膠等電點在pH6.8~8.5(骨膠)及7.5~9.5(皮膠)之間。

堿法明膠(又稱B型明膠):B型明膠的產量居三種明膠之首,原料在堿性介質中預處理,中和后在中性介質中提取得到。B型明膠主要是由2~5年的牛骨及皮骨,用堿法處理6~8周后提煉出來的明膠,堿法明膠等電點在pH4.5~5.3。

酶法明膠:指原料經酶預處理,在適度pH值的介質中提取的明膠。

水解明膠:以牛、豬等動物的骨和皮為原料,在堿、酸、熱或酶的作用下使其水解,從而制得小分子明膠液,再經精制、分級、調整其分子量后分別進行后處理,即可得到各種不同分子量的水解明膠產品。

2、按照原材料不同,明膠可分為皮明膠、骨明膠、清真明膠。

皮明膠:以動物的皮,如牛皮、豬皮等為原料直接熬制提取的動物膠粗制品,一般為黃色或褐色塊狀半透明或不透明物,純度低,有特殊的臭味,分子量在1.75~4.5萬內變化。

皮明膠:可細分為牛皮明膠、豬皮明膠、雞皮明膠、魚膠、魚鰾膠等。

牛皮膠:牛皮膠呈褐色顆粒,用于制作砂輪用。

魚膠:魚皮膠呈淡黃色細小顆粒,用于食品添加劑

魚鰾膠:由取自海洋動物石首魚科、大黃魚、小黃魚及同科動物,鱘科動物中華鱘、鰉魚及同科動物的鰾經粉碎、浸泡、溶膠、干燥等加工而成長圓形薄片微黃透明天然蛋白質制品。

骨明膠:由牛、豬等動物骨頭經粉碎、水解、過濾、干燥等工序加工制成,呈淺黃色到黃棕色、半透明微帶光澤的球狀顆粒,無臭無肉眼可見的雜質,因其外觀為珠狀也稱作珠狀骨膠。

骨明膠:可細分為牛骨膠、豬骨膠、雞骨膠、魚骨膠等。

清真明膠:以符合伊斯蘭教法可食用動物(牛、羊、雞、魚等,不得使用豬及其制品作為原料)制得的食品添加劑。

3、按照品質不同,明膠還可分為高檔明膠、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。

明膠使用方法

食用明膠的溶解

食用明膠的溶解可以分兩步進行,第一步是讓食用明膠在冷開水中吸水膨脹約30min,第二步是向膨脹好的食用明膠加熱水(經煮沸后而又冷卻至60~70℃)或加熱使食用明膠溶解成所需要的明膠溶液。

食用明膠溶液使用前的準備及保持

食用明膠溶液在使用前必須徹底攪拌,使溶液處于均勻狀態,如果溶液中明膠含量(明膠濃度)太大,在使用前應該用熱水稀釋,使食用明膠的濃度適當,凝凍后凝膠強度適宜。食用明膠溶液在使用前,特別是冬天或室溫較低時,應將盛放食用明膠溶液的容器放在熱水浴中保溫,使明膠能保持溶液狀態,如已凝凍,應用熱水浴使其溶化。

顏色和透明度

明膠在溶解時會呈現出一種特殊的微黃色調。這一特性可以通過加工過程中的熱處理進行調整。現代工藝已經能夠生產出潤澤、水晶般透明的明膠。膨脹度高的明膠通常是透明的。這些透明明膠通常會被應用于不希望受到色彩干擾的產品中。

顆粒尺寸

幾乎所有生產過程都是從溶解開始。研磨過程中顆粒尺寸的均勻分布是這一階段的重要參數之一。用于溶解的各種技術差異很大,但其中大多數都是一個很簡單的過程是將適量的水加熱到60攝氏度到80攝氏度,然后添加明膠并進行攪拌。

根據使用的設備不同,溶解過程中可能會發生結塊或發泡等問題,并且常常會伴隨著損失明膠粉末的現象。這種現象通常是由于溶解時間過長或者過高的渦輪攪拌動能而造成的。

明膠溶解動能相關步驟

1、明膠顆粒的浸潤

2、明膠顆粒吸水(膨脹)

3、膨脹明膠顆粒的分解

一般來說,所有類型的顆粒都可用于備制低濃度明膠溶液。如果要備制高濃度的明膠溶液,粗顆粒的明膠則更適合。它們在溶解時比較不容易結塊,形成的氣泡也較少。然而,它們的吸水速度卻比較緩慢,并且需要更長的時間進行膨脹、進而溶解。同時還要考慮到明膠溶液的粘性會隨著其濃度增加而呈指數型上升。因此,在選定明膠產品時,需要同時考慮加工工藝設備的情況。

明膠安全性評估

中國:中華人民共和國國家標準《食品添加劑使用標準》(GB 6783-2013)規定明膠可在各類食品中按生產需要適量使用(GB 2760-2014表A.3)。

GB 2760-2014表A.3,食用明膠可在調制乳、風味發酵乳、蒸餾酒、熟肉制品、奶油類似品、焙烤食品、果凍、復合調味料、水產品罐頭、碳酸飲料、脂肪類甜品、冷凍飲品、蔬菜罐頭、豆類制品、冷凍米面制品等各類食品中按生產需要適量使用。

日本:近年來日本等國較多將食用明膠用于食品的涂層,在食品表面涂覆明膠具有抑制褐變反應、防止食品吸潮及僵硬、使食品表面具有光澤,改善了食品的外觀等好處。

國際:國際上關于食品添加劑明膠的安全性評價和使用情況聯合國糧農組織/世界衛生組織聯合食品添加劑專家委員會(JECFA)對食用明膠的安全性進行了評價,其每日允許攝入量(ADI)不需要限定。

明膠用途

明膠按照用途可以分為食用明膠、藥用明膠、工業明膠(含照相明膠)等。其中,食用明膠約占總量的60%以上。目前,世界明膠年產量已達32萬噸。不同用途的明膠主要原料來源不同,執行的標準、生產規范和衛生規范也不同。

食用明膠:明膠在食品工業中是一種重要的配料和添加劑,食用明膠常作為食品增稠劑、膠凝劑、穩定劑、乳化劑和澄清劑等應用于肉制品、蛋糕、冰淇淋、啤酒、皮凍、罐頭、果汁等產品生產。

藥用明膠:在醫藥中應用中,明膠常作為包裹藥物的膠囊、片劑糖衣的原材料。

工業明膠:在工業中,明膠用于板材、家具、火柴、飼料、包裝、造紙、紡織、絲綢、印染、印刷、陶瓷、石油、日化、涂料、冶金等行業的各種產品中,并在其中起增稠、穩定、凝聚、調和、上光、上漿、粘合、固水等作用。

照相明膠:主要用于感光材料生產,通常是乳劑用膠、分散用膠、護膜用膠、襯底用膠、鋇底用膠和修飾用膠。

明膠應用領域

食品:乳制食品、肉制食品、烘焙食品、面制食品、調味食品等。

醫藥:保健食品、軟硬膠囊、填充劑、外科敷料、止血海棉、醫藥原料等。

化妝品:洗面乳、美容霜、化妝水、洗發水、面膜等。

工業:砂紙/拋光布、黑膠/橡膠包裝、工藝品用粘膠業、木制家具業、皮革制造業、冶煉工業、電鍍工業、制酒工業及各種膠片、膠卷、醫用X光膠片、印刷片、相紙等感光工業中。

飼料:寵物罐頭、動物飼料、水產飼料、維生素飼料、獸藥產品(工業明膠中低粘度低灰份的明膠專用于飼料添加劑的工業)。

明膠生產企業衛生規范標準

目前,中國明膠企業生產衛生規范標準為《食品添加劑明膠生產企業衛生規范》(衛監督發[2005]535號), 該標準規范食品添加劑明膠生產,保障食品添加劑明膠衛生安全,于2005年12月31日衛生部依據《中華人民共和國食品衛生法》和《食品添加劑衛生管理辦法》的有關規定制定,2006年6月1日起實施。

明膠國家質量規格標準

目前,明膠執行的質量規格標準為《GB 6783—2013食品安全國家標準食品添加劑 明膠》,該標準代替原來的《GB 6783—1994食品添加劑 明膠》,GB 6783-2013明確規定明膠的定義、原料要求、感官要求、理化指標、微生物指標、檢驗方法等,于2013年11月29日發布,2014年6月1日起實施。

明膠市場規模

明膠具有獨特的理化性質,被廣泛應用于工業、食品、醫藥、保健品、化妝品等領域。2017年我國明膠行業產量約6.74萬噸,相比2016年的5.52萬噸,增長了22.1%,消費量約4.93萬噸,產值規模約19.08億元,其中進口金額約0.91億元,出口金額約5.73億元,國內明膠市場規模達到了14.26億元。

明膠安全信息

海關編碼:3503001001

危險類別碼:R36/37/38

安全說明:S24/25;S36/37/39;S27;S26

明膠包裝儲存運輸

包裝

明膠產品包裝分內外兩層。內層用防潮食品用塑料薄膜袋,必須用熱壓嚴密封口。外層可用麻袋、化纖袋、紙箱或木桶。每件凈重不超過50Kg包裝材料都應是清潔、干燥、防潮和牢固的。

標志

每件產品包裝在的正面都應有明顯的下列標志,生產廠廠名、產品名稱、批號、凈重、生產日期、食用明膠應增加“食品添加劑”字樣。包裝袋內應有產品質量符合標準要求的證明和標準編號。

運輸

運輸明膠產品時,必須用清潔、通風并有篷蓋的運輸工具,防止受潮和受熱,不可與有毒物品混在一起裝運。

貯存

明膠產品必須貯存在清潔、干燥、通氣的倉庫中,不得露天堆放應防止受熱和日曬。

參考資料
1.食品增稠劑第二版黃來發[2009]
2.功能性食品膠第二版胡國華[2014]
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