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目录
1.明胶的历史
2.明胶面向的市场
3.明胶的原料(collagen)
4.明胶的制作方法
5.明胶的一般特性
5-1-1化学构成
5-1-2氨基酸构成
5-2等电点
5-3分子量(分布)
5-4营养价值
5-5溶胶-凝胶变化
5-6反应性
6.明胶溶胶的性质
6-1粘度
7.明胶凝胶的性质
7-1凝胶强度
8.明胶皮膜的性质和应用
8-1明胶皮膜的应用
8-2胶囊
9.与其他胶凝剂的对比
10.明胶的质量标准
11.如何活用明胶
11-1保管方法
11-2溶解方法
11-3根据加热的情况所带来的影响
11-4细菌(杀菌)
11-5蛋白酶污染
11-6A型和B型明胶的混合
1.明胶的历史
明胶起源于古代埃及,主要作为胶水被利用。但是,使其工业化及规模化生产制造最初出现在1690年的荷兰。其后,17世纪,明胶的制造也成为英国的主要产业。当进入18世纪,法国、美国以及德国也将其工业化并延续直至现在。因此,明胶有着5000年的历史,如今因有用性而被沿用至今的素材是很难得的。
在18世纪之前,明胶只是被作为皮革制造的主要原料,在1814年,英国的骨胶原(osein)的制造技术被确立。19世纪初,工业化的骨胶原也开始工业化制造生产。与此同时,食用性的明胶也开始生产制造。到了19世纪中后期,明胶被运用至感光乳剂中,明胶工业得到了进一步的发展。
另外,与欧美国家相比,日本的工业化发展较晚,在19世纪才引入明胶的生产制造,拥有的历史较浅。作为其理由之一,在日本,如琼脂这样的材料从古至今作为食品素材一直被使用着。但随着日本战后饮食生活的欧美化,以及喜好食品的多样化,食用明胶在日本国内的消费以及生产量都逐年增长。
明胶这一词是源于拉丁语中的"gelatus"(坚硬的,冷冻的),18世纪初开始普遍使用。
2.明胶面向的市场
明胶,一般被分为食用,医药用,照片用,工业用这4个用途。世界全部的生产量,大约为30万吨,其中约70%用于食用,医药用20%,照片用以及其他大约是10%。按地域上来分,欧洲占全部的40%,北美占其20%,亚洲和大洋洲占其20%,而南美占其17%。根据日本明胶工业调查汇总,日本国内的明胶销量,约1万5000吨是(2005年的数据),而其中食用占得比例是60%,照片用20%,医药用15%,工业用5%。
以下为明胶的用途和使用例子:
食用:果冻,巴伐利亚布丁,棉花糖,软糖果冻,压片糖,酸奶,冰淇淋,小菜,汤,火腿和香肠的粘合剂,酒的沉淀剂等
制药:硬胶囊,软胶囊,微型胶囊,胶布,药片,含片,栓剂,止血剂等
照片用:照相胶片,X光片,相纸,印刷材料等
工业用:乐器等的粘合剂,砂纸,火柴等
3.明胶的原料(collagen)
用工业的规模来生产的明胶,其主要原料分别是牛骨、牛皮以及猪皮。在世界各地生产的明胶原料使用比例如下,牛皮或猪皮大约是70%,牛骨大约是30%。
在以上原料中,转化为明胶的原物质是一种名为“胶原”的蛋白质。胶原的定义大概总结为以下几点。存在于骨和皮之中,是一种难溶性的物质。在经过酸和碱的前处理后,加热,便可破坏其3螺旋链的分子结构,随机分成三个分子。而这样拥有热变性,可溶解的胶原被称为“明胶”。
<表3-1> | |
分布 | 胶原属于纤维蛋白之一,广泛地分布在动物的骨,皮,腱等结缔组织。脊椎动物里含有的蛋白质中,胶原占1/3。 |
结构 | 3条各约10万分子量的多肽链聚集,构成螺旋结构单位。单位有规则地集合,产生分子间作用力,形成着长纤维。 |
形状 | 长度 约300nm、宽度 约1.5nm |
分子量 | 约30万(1单位) |
氨基酸組成 | 甘氨酸,亚氨基酸(脯氨酸,羟脯氨酸),各自占全部的3/1,9/2的情况特别多。不存在胱氨酸和色氨酸。明胶的氨基酸组成,与胶原的氨基酸大体上相同。 |
<图3-1>
4.明胶的制造方法
(1)原料以及预处理
如前述,工业明胶的生产,主要以牛骨、牛皮以及猪皮为原料。就牛骨来说,因为无机物(磷酸钙)占着骨的成分的约75%,需用稀盐酸去除。与脱钙骨所留下的胶原主体物质被称为为“骨胶原(osein)”。
为了由这些胶原原料,效率更好地提取高质量的明胶。需用用盐酸和硫酸等无机酸如石灰,进行原料的预处理。一般地,在进行酸处理时,从数10小时开始数日,再石灰处理需要2~3个月的处理期间。根据原料的预处理条件,前者为明胶酸处理,后者为明胶碱处理(或石灰处理)。简略来说,按顺序被称为A类型,B类型。
(2)水洗和抽出
对已经预处理过的原料进行水洗,洗去过剩的酸和碱的以后,用温水加热,提取明胶。提取法为进行最初以50~60℃的温度提取后,提取出明胶液,剩下的原料再次浸于温水,使用比第1次提取的更高的温度进行第2次的提取。如上所述,通常情况下是利用这个用(分批)式反复提取多次的方法
(3)纯化
提取得到的明胶溶液,经过各种的方法过滤,离子交换处理等的纯化过程,提高其纯度。
(4)浓缩和干燥
纯化过的明胶溶液,通过浓缩过程提高其浓度,杀菌之后,再送去干燥工序。一般情况下,明胶液体冷却,变成条状的果冻(凝胶)状态后,在有空调的条件下进行通风干燥处理。
(5)产品化,质量检查
干燥后的明胶,作为半成品(批次库存)被暂时保管,进行物理性质和化学性质的测试。为了符合质量标准的明胶,将多数批次的半成品粉碎,过筛,混合以后,按规定的形态进行包装,完成产品制作。最终完成品经过出厂检查,便可面向客户出货。
下面说明明胶生产流程:
<表4-1> 明胶的制造过程
5.明胶的一般特性
5-1-1.化学的組成
明胶是以胶原为原物质形成的动物性蛋白质。如其制造工程(第4章)所表明,经过各种纯化过程,含蛋白质以外的物质少。
蛋白:85%或以上
水分:8-14%
灰分:2%
其他(脂质,多糖):小于1%
5-1-2.氨基酸组成
明胶是胶原的热变性的物质,氨基酸组成与胶原几乎相同。在A型和B型中,B型稍微含更多的羟脯氨酸,而酪氨酸含量趋势较低。猪皮和牛皮,牛骨明胶的氨基酸组成例子如下所示。与其它蛋白质相比,明胶·胶原的氨基酸组成和排列特异性非常高。甘氨酸占所以约1/3,在氨基酸序列中,每三个氨基酸就有一个甘氨酸重复排列。甘氨酸是最简单的氨基酸,对分子链的配置限制少,在凝胶化时,为螺旋结构的再生起着重要作用。明胶·胶原的氨基酸组合中,包含的亚氨基酸(脯氨酸,羟脯氨酸)含量也多,大约占了其总体的2/9。亚氨基酸有吡咯烷环,与甘氨酸相反,对分子链配置的限制较大,为螺旋结构的稳定化起重要作用。从必须氨基酸来看,含赖氨酸较多,而色氨酸含有量却为0,成为限制氨基酸。
氨基酸 | 名称缩写 | 猪皮 | 牛皮 | 牛骨 |
甘氨酸 | Gly | 330 | 332 | 335 |
丙氨酸 | Ala | 112 | 112 | 117 |
缬氨酸 | Val(*) | 26 | 20 | 22 |
亮氨酸 | Leu(*) | 24 | 23 | 24 |
异亮氨酸 | Ile(*) | 10 | 12 | 11 |
丝氨酸 | Ser | 35 | 36 | 33 |
苏氨酸 | Thr(*) | 18 | 17 | 18 |
天冬氨酸 | Asp | 45 | 46 | 47 |
谷氨酸 | Glu | 72 | 71 | 73 |
胱氨酸 | Cys | 0 | 0 | 0 |
蛋氨酸 | Met(*) | 4 | 6 | 4 |
赖氨酸 | Lys(*) | 27 | 28 | 28 |
羟赖氨酸 | Hyl | 6 | 6 | 4 |
精氨酸 | Arg(*) | 49 | 46 | 48 |
组氨酸 | His | 4 | 5 | 4 |
苯丙氨酸 | Phe(*) | 13 | 12 | 14 |
酪氨酸 | Tyr | 3 | 2 | 1 |
色氨酸 | Trp(*) | 0 | 0 | 0 |
脯氨酸 | Pro | 131 | 129 | 124 |
羟脯氨酸 | Hyp | 91 | 97 | 93 |
<表5-1-2-1>明胶的氨基酸组成(大约1000残基)注)缩写中有(*)标记的是必需氨基酸
5-2.等电点
明胶的氨基酸组成中,氨基酸在侧链的极性基团中的比例约35%,详细为15%的羟基基团,12%的酸性基团,8%碱性基团。具有酸性基团的天冬氨酸,谷氨酸,在胶原中约1/3酰胺化。为此,胶原的等电点一般情况下为pH9〜9.2左右。然而,在制造明胶的过程中,胶原中的酰胺酸水解后,释放氨变为羧基,明胶的等电点降低。特别是碱处理的明胶,经石灰处理为了接近100%地进行脱酰胺反应,等电点约为pH5。与此相对,在酸处理的明胶,原料加工周期短,脱酰胺速率低,具有与胶原的等电点相近的pH8〜9。
如图5-2-1,显示了两种类型明胶的等电点及其分布情况。酸处理的明胶,如上述原因,氨基酸侧链的脱酰胺率低,且因每个分子的脱酰胺反应程度不同,不仅等电点值高,而且分布也很广泛。相比之下,碱处理的明胶的等电点分布明显。明胶水溶液,比等电点pH低的电荷为+,而高的电荷则为- 。在这种方式中,由于明胶分子的等电点因环境中电荷状态而产生变化,而明胶的粘度也会根据其pH值而变化,因此有必要注意因与相反电荷的电解质共存情况下而产生浑浊的情况。
<图5-2-1>明胶的等电点及其分布
5-3.分子量分布
如在“3.明胶材料”中所提到,胶原蛋白是由三条约100,000(α链)分子量的多肽链组成。当胶原分子因加热处理而发生变性,会分为三条α链。在实际制造明胶时,会生成另外的α链的二聚体(β成分)和三聚体(γ成分)。此外,根据原料的处理和步骤显示,因为胶原,明胶的分子之间,分子内结合的一部分也会被随机切断。明胶具有各种分子量的分子的集合。通常,市面销售的明胶的分子量达到数万到数百万之间。
图5-3-1显示的是通过GPC(凝胶渗透色谱法/PAGI法)的碱处理的骨明胶的分子量分布例子。。显著峰是约100,000分子量的α。 α,β,γ成分,高分子量和低分子量成分的比率和分子量分布的模式反映了明胶制造商的制造经验,明胶类型以及其等级的不同。
<图5-3-1>碱处理明胶的分子量分布
5-4.营养价值
明胶是一种脂肪含量及其他物质含量很少的纯动物性蛋白。然而,明胶里含有大量的甘氨酸和亚氨基酸,不包括胱氨酸和色氨酸。特别是,由于缺乏色氨酸这样的必需氨基酸,明胶含有蛋白比值为零。在这个意义上,食用明胶虽然不是一个完全的营养食品,当其他蛋白质中必须氨基酸不足时可作为供给源,比作为食品更能发挥作用。例如,由于明胶中含有相对较多的赖氨酸,赖氨酸为限制性氨基酸的稻米或小麦面粉与明胶一起摄取,具营养补充的效果。
5-5.溶胶-凝胶变化
明胶的特点之一是通过加热和冷却,明胶溶液会发生从溶胶到凝胶,从凝胶到溶胶的相位变化。此外,该溶胶—凝胶的变化在接近室温温度下是可逆的。明胶具有胶原的热变性,加热溶液时会变成无规线圈的分子结构。当冷却溶液时,明胶分子的一部分,变回原胶原的螺旋结构,形成网络结构,最终失去流动性,并变成凝胶化状态。网状的凝胶随冷却的时间而继续增加,形成更坚固的凝胶。
明胶凝胶的强度通常以JIS标准(JIS K6503)“凝胶强度”来定义。凝胶强度测量显示,6.67%的明胶溶液的表面通过在10℃凝胶冷却17小时,用二分之一英尺直径的柱塞加重,测量压下凝胶表面4毫米所需的重量。单位以克表示。
<图5-5-1>明胶的溶胶-凝胶的变化
5-6.反应性
明胶,在过热或紫外线,γ照射的情况下,通过和某些物质的反应变得不溶于水。使明胶不溶化的物质也可以称为硬化剂,无机化合物中的含有铬,铝,铁等多价金属离子的金属盐。同样有机化合物中的醛,酮,醌等。从反应性来看,无机化合物的情况下,由于明胶的羧基参与反应,接近pH4.5具有高反应性。而有机化合物的情况下则是接近pH8的具有高反应性,这与氨基酸有关。当含有重铬酸钾的明胶在光的照射下,铬从六价还原成三价与明胶反应,发生硬化。该反应为重铬酸钾明胶照片反应,被广泛应用于印刷技术。
众所周知,若加热含有氨基酸和糖的混合物,会受Maillard反应(氨基羰基反应)变为褐色。如明胶的情况下,和葡萄糖那样含有羧基的糖共存下,高温加热并长期保存,着色,不溶化。影响Maillard反应(氨基羰基反应)的因素,会提高还原糖的能力,pH值,温度,与金属离子共存的能力等。
6.明胶溶胶的性质
6-1.粘度
粘度是用于评估明胶质量的代表特征之一。粘度测量可以采取多种多样的方法,明胶粘度这一质量标准是由JIS K6503规定根据布卢姆方法测定。换句话说,根据一定量的明胶溶液(60℃,6.67%)在吸移管型粘度计里向下流动的时间来转换成粘度值(单位:mp)。
明胶溶胶的粘度受明胶浓度,体系的温度,pH值,共存的盐所影响。JIS粘度=20〜60MP的明胶浓度和粘度之间的关系(60℃)如图6-1-1所示。而图6-1-2中则表明明胶的6.67%溶液的温度和粘度之间的关系。随着明胶浓度的上升和温度的降低,可以看出粘度的急剧增加。
<图6-1-1>明胶的浓度与粘度的关系
<图6-1-2>溶胶温度和粘度的关系
<图6-1-3>明胶粘度的pH依赖性
图6-1-3显示A,B型明胶的JIS粘度的pH依赖性。 B型明胶,显示出显著的粘度的pH依赖性,在等电点的pH约5时,此时明胶的粘度最低。这样做的原因是在等电点为了不引起侧链电荷的反弹,明胶分子变成丝状,粘性阻力减小。 与A型明胶对pH值的依存性没有B型明胶那么明显,这与A型明胶的等电点分布广泛的原因相关。
7.明胶凝胶的性质
7-1.凝胶强度
凝胶强度代表着明胶的物理性质,是决定明胶的商业价值的指标之一。明胶的性状是因明胶的浓度、冷却温度和时间而变化的。“胶和明胶”JIS K6503-1996被确立作为质量标准的凝胶强度,用6.67%的明胶溶液,在10℃将其冷却17小时配制的凝胶表面,用2分之一英尺(12.7毫米)柱塞通过测量压下凝胶表面4毫米所需的重量。由此作为凝胶强度。
图7-1-1,根据凝胶强度标准(JIS K6503),50~250g的碱处理明胶,其明胶浓度和凝胶强度(10℃、17时间保存)的关系。如图7-1-1所示,随着明胶浓度增加,凝胶强度也相应增加。
图7-1-2,显示出A型明胶和B型明胶的凝胶程度(JIS K6503)的pH值的依赖性。根据其低pH值和高pH值来看,两种类型的凝胶强度低下。当pH值从酸性到中性,A,B型明胶的凝胶强度的变化有所不同。因此,即使使用相同的明胶,根据调节的pH值,需要注意凝胶的坚固度的变化。
<图7-1-1>明胶浓度和凝胶强度
<图7-1-2>凝胶强度的pH依赖性
图7-1-3显示,JS=150〜300克(凝胶强度:JIS K6503)的5%的明胶溶液中,在5〜20℃冷却时凝胶强度的变化。在任一温度,冷却开始后,凝胶强度在1-5小时内急剧上升,之后便呈现缓慢上升的趋势。随时间推移而明胶分子凝胶网络增加,结构也变得稳定和更稳健。
并且,如图7-1-3~5所示的凝胶强度也根据JIS K6503在凝胶表面用二分之一的柱塞的4毫米的负载来表示。
<图7-1-3>凝胶强度随时间的变化~冷却温度
图7-1-4显示在用于餐用凝胶的明胶浓度范围的凝胶强度和冷却时间的关系。图中表示,在JS=170〜310克(凝胶强度:JIS K6503)情况下,1.0〜3.0%的明胶溶液在10℃时中冷却所示的凝胶强度随时间的变化。
在图7-1-5中,显示根据添加糖的程度,其凝胶强度(JS=210, 310g明胶,2.0%溶液)上升。即使相同的2.0%浓度,用10%,20%蔗糖溶液配制的凝胶比水凝胶的凝胶强度更高。
<图7-1-4>,凝胶强度随时间的变化~明胶浓度
<图7-1-5>根据添加糖的程度,其凝胶强度上升(蔗糖浓度10,20%)
8.明胶涂层的性质与应用
8-1.明胶涂层的应用
明胶有非常强的成膜能力。
明胶涂层被用于硬胶囊,软胶囊和涂层剂。防止内容物的酸化和因潮湿而变质,也可以让刺激性药物易于吞服。此外,也被用于糖包衣,着色或调味剂。明胶作为保护层被利用在照相胶片和相纸感光材料层中。
8-2.胶囊
日本药典(第十三修正案)按以下描述定义胶囊。“胶囊”就是填充呈液体,悬浊液状,糊状,粉末或粒状的药物至胶囊,或用胶囊基剂包装药物制作而成。它大致分为硬胶囊和软胶囊两种类型。
将明胶作为胶囊基剂的主要理由,为以下明胶的功能和特点:
1、可进行溶胶 - 凝胶的变化。
2、具有成膜能力。该膜具有优秀的机械强度。
3、在体内易溶及被吸收,没有毒性。
4、获得途径简单且价格低廉
硬胶囊的制作方法:将胶囊形状的销钉浸渍在已混合色素的明胶溶液中,取出时翻转期间将其冷却,便可作出均匀的凝胶膜。通过通风干燥机将其干燥后,从销钉中分离取出,按照规定长度来切分。从以上过程可知,除去色素和酸化钛,硬胶囊的成分几乎都是明胶。它由空囊身和囊帽组成,囊身里装载着粉末状或颗粒状,糊状,液体的药剂,套合上囊帽组成药物胶囊。
软胶囊是是明胶中加入甘油和山梨糖醇配制成的基剂,包裹液状或糊状的药物,形成一定形状的物品。明胶薄膜的形成与药物填充是同时进行的,以完成胶囊。作为制造方法,一般使用滚模压制法和双喷嘴滴制法。滚模压制法,由一对带胶囊模具的转辊传送明胶软片,注入填充药剂,连续打孔形成胶囊。双喷嘴滴制法是使用拥有液态石蜡冷却柱,装有双喷嘴,其中心处喷出药剂,外侧不断地喷出明胶溶液包裹形成球状胶囊。双喷嘴滴制法虽可制作无缝胶囊,但形状被限定成球形,大小也受限。相对比之下,滚模压制法则成为主流制作方法。软胶囊除了制作医药品,也被广泛使用于维生素E和EPA等保健品。
9.与其他凝胶剂的对比
如明胶,用于制备果冻(凝胶)的制剂被称为胶凝剂。
以下是典型的胶凝剂类型及其性质说明的总结:
<表9-1> | ||||
项目 | 明胶 | 琼脂 | 卡拉胶 | 果胶 |
原料 | 牛骨,牛皮,猪皮 | 红藻类,石花菜,江蓠(发菜) | 红藻, | 柑橘皮,苹果 |
制造法 | 对原料进行碱或酸处理,然后加热提取 | 对原料进行碱处理,加热提取 | 对原料进行碱处理,加热提取 | 加热处理提取 |
主要成分 | 胶原 | 琼脂糖,琼脂胶 | 半乳糖,脱水半乳糖 | 半乳糖醛酸,半乳糖醛酸甲基酯 |
营养价值 | 约350K卡路里 | 没有 | 没有 | 没有 |
类型 | 碱处理,酸处理 | κ、ι、λ | HM、LM | |
凝胶化的必要成分 | κ:钾,钙离子(市售商品不是要成分) | HM:糖度65度以上、pH3.5以下 | ||
凝胶状态 | 柔软,具有弹性和粘性 | 硬,无弹性,较脆 | 稍软,弹性较小(取决于不同类型) | 弹性较小,平滑(取决于不同类型) |
凝胶化所需浓度 | 普遍1.5~3.0% | 0.15~0.6%、0.1%以下为粘稠液 | 0.3~1.0% | 0.3~1.0% |
凝胶化温度 | 15~20℃ | 30~40℃ | 30~75℃ | HM:60~80℃ |
凝胶化时间 | 需要冷却至20℃以下,16至18小时基本稳定 | 常温即可,5~24小时基本稳定 | 能在常温下迅速凝胶化,稳定 | 常温即可,24小时稳定 |
凝胶溶解温度 | 20〜30℃ 根据浓度不同上下浮动 | 85℃以上 | 根据凝胶化开始的温度,大概提高5~10℃可溶解 | HM:60~80℃ |
食品中的应用 | 果冻,软糖,巴伐利亚奶油,棉花糖,软酸奶,熟食 | 羊羹,寒天,蜜豆杏仁豆腐,硬酸奶 | 果冻,布丁,冰淇淋,糖浆,慕斯 | HM:含糖量高的果冻,果酱,酸性乳饮料 |
10.明胶的质量标准
明胶的基本质量标准由日本工业标准“胶水及明胶”JIS K6503-1996规定,具体有以下项目:
1.水分
2.粘度
3.凝胶强度
4.灰分
5.油和脂肪含量
6.不溶物
7.融点
8.凝固点
9.透过率
10.PH值
除JIS以外的规格,有第十四次修改日本药典(JPXIV)有“明胶”和“精制明胶”的项目。此外,根据照片明胶的测试方法,有感光材料制造商和明胶制作商共同制定的第九版PAGI(Photographic And Gelatin Industries)。其他,根据明胶的用途,可以进行微生物实验和各种离子分析。
在以上的品质项目中,粘度和凝胶强度是明胶的典型特征,符合国际通用测量方法布卢姆(Bloom)法。
粘度
在恒温水槽中用手指按着设置的移液管型粘度计的下端,装入6.67%的明胶溶液。将内部温度调节至60℃,让检测液体向下流动,测量液面经过标线1和标线2之间所需时间,将其转换成粘度(图10-1)。
PAGI法的粘度测量也采取同样的测量方法,但由于测量温度为40℃,如果要观察照相明胶的粘度值,需注意测量条件。
<图10-1>明胶的粘度测定
凝胶强度
将粘度测量中使用的6.67%的明胶溶液倒入凝胶杯中,在10℃的恒温槽中冷却17个小时,制成凝胶。如图10-2,在凝胶表面,用二分之一英尺(12.7mm)直径的柱塞,向下按压至4mm时所需的荷重,以此换算为凝胶强度。单位是克,不过也有取试验方法的名称,以Bloom为单位。凝胶强度测量,如图10-3所示,利用质地分析仪来测定的。
<图10-2>明胶的凝胶强度测量
<图10-3>质地分析仪
11.如何活用明胶
11-1.保管方法
明胶的储存方法,以一般的干粮存储装置的方法就足够了。没有必要采取特殊方法。如果一直保持干燥的状态下,长时间保管是不会变质,变坏。但是,在湿度高的环境下,吸湿水分达到16%以上,则凝固并可能发霉。此外,直接暴露在阳光下(紫外光),高温下保存或与甲醛等有机溶剂接触可造成不溶化,需留意。
以下是保存方面的注意事项:
1. 避免长期在高温环境下进行保存
2. 避免阳光直射
3. 不与有机溶剂放在相同场所保存
4. 密封保存,防止潮湿
11-2.溶解法
在明胶的溶解方法中,有“膨胀溶解方法”和“直接溶解法”的两种方式,但哪种方法更为合适要根据以下条件而定。
1. 明胶的粒径
2. 明胶溶液的浓度
3. 时间的限制
4. 溶解环境的规模
5. 溶解设备(容器形状,搅拌装置等)
膨胀溶解法(溶胀)
溶胀法,就是预先将明胶粉末在冷水中吸水膨胀后,加热溶解。适合于小规模的溶解作业。如果溶解作业规模大的时候,搅拌溶胀后的明胶是相当困难的,且加热冷水耗时长。在溶胀作业中,细粉状的明胶如果搅拌分散不充分的话,部分明胶不会溶胀。若将明胶粒子均匀充分进行吸水的话,基本不会溶解失败。
一般的溶解条件如下:
溶胀时间: 30~60 分
溶胀温度: 10~25℃
溶解温度: 50~60℃
直接溶解法
将明胶粉末直接投入温水中进行搅拌溶解称为直接溶解法。在明胶粉末充分分散情况下,与上述的膨胀溶解法相比,该方法的溶解时间更短。当粉末完全分散时,为防止边搅拌会发生气泡夹带,因此要考虑到容器以及搅拌机的选择。
一般的溶解条件如下:
溶解温度: 60~70℃
溶解时间: 15~20分
另外,明胶的溶解作业需要注意的事项列举如下:
1.为了防止结块的发生,在正常情况下,最好是把明胶粉末放入水中。
2.为了防止由于过度加热而导致明胶的物理性能劣化,不要对明胶溶液的局部进行加热和煮沸。此外,溶解完成后,取走热棒,降低溶液温度到不变硬的程度(40℃前后)的温度。
3.明胶的物理性能劣化很可能发生在低pH或高pH值的环境中。由于这个原因,添加果汁或柠檬酸不可以与明胶的溶解同时进行。最好将之放在最终的工序。
11-3.加热的影响
当明胶溶液保持长时间处于加热状态中时,加水分解后,引起明胶的低分子化,降低其粘度和凝胶强度。物理性质的劣化程度是因明胶溶液的PH值,温度,加热时间来改变的。
图11-3-1和2显示在60℃的储存环境下,碱处理过的明胶发生的物理性能改变。初期的物理性粘度是30mp,36.5mp,45mp。凝胶强度是115g,165g,215g(JIS K6503)。这两个物理性能随加热时间增加产生数值降低,物理性能劣化。
<图11-3-1>粘度随加热时间的变化
<图11-3-2>凝胶强度随加热时间的变化
如图11-3-3,4,显示粘度为45mp,凝胶强度为215g的碱处理明胶(6.67%,pH5.6),在50℃~80℃保存温度之间的物理性能劣化变化。当加热温度越高,其性能劣化程度则越严重。
<图11-3-3>加热温度的影响~粘度变化
<图11-3-4>加热温度的影响~凝胶强度的变化
根据图11-3-5,6所示,受其保存的pH值和明胶浓度的影响的粘度劣化。将粘度为45mp的碱处理的明胶,配制成规定的pH值和浓度的溶液,60℃加热保存。明胶加热后,再将溶液调整为6.67%、pH5.6,测定其粘度。其中pH值,越远离中性区域,粘度的降低幅度越大。但是,高浓度的明胶溶液的物理性质劣化较小。
<图11-3-5>保存pH值的影响
<图11-3-6>明胶浓度的影响
因为明胶的物理性质劣化程度极大影响着最终产品的特性,有必要在明胶溶解后的加热处理后,尽可能地在短时间内降低温度。
11-4.细菌(杀菌)
如明胶适宜作为细菌培养基。溶液或凝胶状态下的明胶,要注意和防止其空气或容器,用水等受细菌污染。通常细菌的增长变化取决于其温度和pH值,若被细菌污染后5-6小时后细菌数开始迅速增加。一旦明胶溶液受细菌的影响后,将失去凝胶化机能,粘度大幅降低以及发生浊化。因此,在使用明胶的时候,尽量当天内用完,避免大量明胶一起溶解配液。此外,需要长时间制造作业时,最好是定期对装置和管道进行CIP清洗。
食用明胶的细菌数,随着工程管理和杀菌技术的进步,数目很大程度被降低。但是,对于使用了明胶的产品,其生产过程中,也要考虑前述的细菌污染及增殖,有必要对产品进行最终灭菌。
11-5.蛋白酶污染
若明胶混合少许蛋白酶后,极易被分解,其粘度被降低,失去凝胶化机能。干燥明胶即使只有约ppm的酶,也会很大程度地影响明胶的物理性质。如果将含有蛋白酶的水果,如菠萝和木瓜,猕猴桃,蜜瓜等与明胶一起被加热处理后,其酶将会失活。因此必须使用罐装或瓶装的熟制品。
11-6.A类型和B类型明胶的混合
如5-2项目所述,A型(pH值8~9)和B型(pH 5)的等电点是不同的。因此,在pH值呈中性偏弱酸性之间时,A型的电荷为正,B型电荷为负。在这pH值域之间,一旦将两种类型的明胶溶液相混合,发生凝聚作用产生白色沉淀物。
如图11-6所示,在酸处理过的猪皮明胶(A)与碱处理过的骨明胶(B)相混合的场合下,显示pH 5.6,10%的溶液的透过率(at 570nm)变化。特别是碱处理明胶与不同百分比数的酸处理过的明胶混合时,其透过率低下。
例如,在制造工程中的明胶容器或罐,在CIP设备故障的情况下,A型和B型一旦被污染,有必要注意避免发生预想之外的混浊情况。
<图11-6-1>A,B混合的透过率变化
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