第五节　皮明胶的加工应用

明胶是以牛、猪等动物骨和皮中的胶原通过变性而制得的变性蛋白质，其化学组成与胶原基本相同，都含有18种氨基酸。众所周知，胶原占人体蛋白质的三分之一，如果胶原蛋白的生物合成发生反常或因其他原因引起变异，即有可能导致医学上的胶原病。与其他蛋白质相比，胶原的代谢率非常缓慢。以往认为，胶原是一种代谢很不活跃的物质，而实际上体内的胶原在不断地进行合成和分解而处于动态平衡。

一、明胶的结构与分类

（一）明胶的结构

明胶是胶原蛋白部分水解后的产物。胶原蛋白是由3条多肽链相互缠绕所形成的螺旋体（图1-2）。当胶原蛋白的分子水解时，三股螺旋互相拆开，其肽链有不同程度的分离和断裂。

这种分离和断裂方式有4种：①3条肽链松开后仍有氢键相互联结；②1条肽链分离，另2条肽链松开后仍有氢键联结；③螺旋完全松开，成为3条互不联结的、不规则盘旋的α肽链；④3条分离的α链部分断裂。胶原蛋白分子的棒状三螺旋结构按上述4种方式分离和断裂后就形成了明胶分子的结构。

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15000～250000，是18种氨基酸所组成的两性大分子，其中甘氨酸占1/3，丙氨酸占1/9，脯氨酸和羟脯氨酸合占1/3，谷氨酸、精氨酸、天冬氨酸及丝氨酸共占1/5，组氨酸、蛋氨酸及酪氨酸少量存在。明胶中还含有少量微量元素，不同的行业都要求有严格的技术指标来控制明胶中微量元素的含量。

（二）明胶的分类

在我国及国际市场上，明胶的品种按用途不同可分为食用明胶、照相明胶、药用明胶和工业明胶4类，其中所占比重最大的是食用和医药用明胶。按处理方法不同可以分为酸法胶、碱法胶、酶法胶；按品质不同可以分为高档明胶、低档明胶、骨胶。

食用明胶可用于肉冻、食品添加剂、罐头、糖果、火腿肠、汽水悬浮剂、雪糕等食品行业。药用明胶主要用作生产软硬胶囊、片剂糖衣的原材料。工业明胶主要用于胶合板、印刷、塑料、电子、国防、砂布砂纸、火柴、木器家具、冶金镀液、化妆发胶等工业和部门。

根据制造方法的不同，明胶又分为A型明胶、B型明胶、普通型明胶。A型明胶（等电点6～8）是用酸水解猪皮得到的，可塑性和弹性较好；B型明胶（等电点4.7～5.3）是碱水解骨头及动物皮肤得到的，硬度较好；普通型明胶是通过生产工艺上的不同而制得的一种既有A型明胶特性又有B型明胶特性的明胶，这种明胶用A型、B型明胶所采用的同样方法来检验和分级，有时也可以通过将A型与B型明胶适当混合来获得普通型的明胶。A型和B型明胶的性质见表1-1。

在某些工业中使用时，明胶品种不同是无关紧要的，但在有些方面应用时，必须准确地采用所必需的型号，以避免制品的失败或变异。常常会发生用某种型号明胶可以得到良好的结果，而换一种型号却得不到良好结果的情况。

在食品和医药用明胶中，我国目前基本上还没有生产与供应A型明胶。在国际市场上，明胶产品除具有一定的理化质量指标外，作为商品，基本上是以冻力来分级和计价的。自冻力100g起始，每升高25g为一级，最高级的冻力为300g，各级产品间均有适当的价差。

某种黏度高的明胶，其冻力可能低于另一种黏度低的明胶的冻力。由于明胶在某些应用上主要是利用其冻力，而且也要根据冻力大小来确定使用量，所以冻力指标直接与用户的生产成本有关，这是商品胶以冻力分级计价的主要原因。

明胶的冻力是指在规定检测环境的条件下，使用专业的动物明胶冻力检测仪，将一定比例的胶液（含明胶6.67%或12.5%的胶液），在专用冻力测试瓶中溶解并冷凝一定时间后使形成圆柱，冻力检测仪器探头压入胶冻表面4mm时所施加的力。由于冻力仪的探头配置不同，测量会有误差。

单冻力：是指水分12%、明胶含量6.67%的情况下，在10℃环境下的凝冻强度。

双冻力：是指水分12%、明胶含量12.5%的情况下，在10℃环境下的凝冻强度。

除了冻力以外，与应用技术关系密切的物化特性还有明胶的保护胶体的特性、聚凝作用、浑浊现象，以及明胶的染菌与防腐等。这些在应用技术上是十分重要的，在应用明胶生产制品时，往往由于对这些物化特性的忽视而导致使用失当甚至造成废品。

二、明胶的性质与用途

明胶成品为无色或淡黄色、透明或半透明而坚硬的非晶体物质，不溶于冷水，但可以缓慢吸水膨胀软化，可吸收相当于重量5～10倍的水。能溶于甘油、醋酸、水杨酸和苯二甲酸等有机酸，不溶于乙醇和乙醚。呈细棒或纤维结构，是由重复的肽键—CO—NH—缠绕成的网状组织。具有α-氨基酸和蛋白质的一般物理与化学性质。温水是其最普遍的溶剂，皮明胶可溶于热水，形成热可逆性凝胶。它具有极其优良的物理性质（如胶冻力、亲和力、高度分散性、低黏度特性、分散稳定性、持水性、被覆性、韧性及可逆性），因此被广泛应用于医药、保健、食品加工、化妆品、化工、感光材料等众多领域，有“工业味精”的美称，在国内外市场上供不应求。

（一）明胶的理化性质

明胶的理化性质与胶原蛋白的来源、制备方法、提取和浓缩条件、受热历程、pH值以及杂质或添加剂的化学性质等有关，其理化性质主要有如下几方面：

1.凝胶化

当组成胶团的各种蛋白质链借助于侧链互相缔合时，将形成一个不溶性的固体点阵，这就是凝胶。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。这种响应提示了凝胶的智能性的存在。根据明胶凝胶化所具有的智能性，可以利用明胶制作仿生智能材料。例如郭晓明等采用明胶成膜和溶胶-凝胶成膜相结合的技术，制得了性能良好的生物传感器。虽然这种材料目前在国内报道很少，但是智能天然高分子材料的研究已经成为仿生材料领域中的重要发展方向之一。

2.胶体和乳化性质

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。

3.两性电解质

明胶分子与其他蛋白质一样，在不同pH溶液中，可形成正离子、负离子或两性离子。加入与明胶分子所带电荷相反的聚合物能使明胶从溶液中析出。利用这种共聚凝作用，可以制备微胶囊或微球。明胶在制备药物缓释材料和药物载体材料中具有可喜的应用前景。

（二）明胶的用途

在食品工业中，皮明胶是一种重要的食品添加剂，如作为食品的胶冻剂、稳定剂、增稠剂、发泡剂、乳化剂、分散剂、澄清剂等。

1.糖果添加剂

据报道，全世界的明胶有60%以上用于食品糖果工业。在糖果生产中，明胶用于生产奶糖、蛋白糖、棉花糖、果汁软糖、橡皮糖等软糖。皮明胶具有吸水和支撑骨架的作用，明胶微粒溶于水后，能相互吸引、交织，形成层层叠叠的网状结构，并随温度下降而凝聚，使糖和水完全充塞在凝胶空隙内，使柔软的糖果能保持稳定形态，即使承受较大的荷载也不变形。明胶在糖果中的添加量一般为5%～10%。在糖果生产中，使用明胶较淀粉、琼脂更富有弹性、韧性和透明性，特别是生产弹性充足、形态饱满的软糖、奶糖时，更需要凝胶强度大的优质明胶。

2.肉制品改良剂

明胶作为胶冻剂添加到肉制品中，用于香野猪肉、肉冻、火腿罐头、口条、火腿馅饼、肉类罐头及镇江肴肉等制品的生产，提高了产品的产量和质量。此外，明胶还可对一些肉制品起乳化剂的作用，如乳化肉酱和奶油汤的脂肪，并保持产品原有的特色。在罐头食品中，明胶还可作为增稠剂，常添加粉状明胶，也可加入由一份明胶、两份水配成的浓胶冻。如原汁猪肉罐头加入11.7%的明胶，可增加肉味，增稠汤汁。火腿罐头中添加2%的明胶，可使形成透明度良好的光滑表面，火腿罐头装罐后，在其表面撒明胶粉，可避免粘盖。

3.发料澄清剂

明胶可作为澄清剂用于啤酒、果酒、露酒、果汁、黄酒、巴旦木果仁乳饮料等产品的生产。其作用机理是明胶能与单宁（鞣质）生成絮状沉淀，静置后，呈絮状的胶体微粒可与浑浊物吸附、凝聚、成块而共沉，再经过滤去除。对于不同的饮料，可根据需要将明胶和不同的物质一起使用，达到不同的效果。如在桑椹汁的生产工艺中，明胶需要和单宁、硅胶共同起澄清剂的作用。对于巴旦木果仁乳饮料，明胶可与海藻酸钠一起作为复合增稠剂，制成一种风味独特且口感优良的乳饮料。针对不同的饮料，明胶的添加量也不相同。在果汁饮料中，明胶用量为2%～3%。在啤酒澄清中所用的是含明胶0.15%的水溶液。在葡萄酒澄清中，明胶用量为0.11～0.13g/L。

4.乳制品添加剂

明胶广泛应用于各种乳制品，如酸奶、酸性稀奶、软质干酪、增香乳、低脂奶油等。明胶用于乳制品中主要有三大功能：一是抗乳清析出作用，明胶通过氢键的形成阻止乳清析出，避免酪蛋白产生收缩作用，因而阻止了固相从液相中分离；二是乳化稳定作用，酪蛋白本身就是天然的乳化剂和稳定剂，但酪蛋白在酸性环境中会失去乳化能力和稳定能力，而明胶可为酪蛋白提供稳定条件，起保护胶体的作用；三是乳泡沫的稳定剂，所有乳泡沫均可看作空气-脂肪-水的乳化体系，明胶作为亲水胶体可与水结合形成明胶薄层覆盖脂肪球，并包裹空气泡，减少外界条件对空气泡中空气压力的影响，达到稳定泡沫的作用，从而建立起稳定的乳化状态。在单独使用明胶无法达到所需的产品组织状态和工艺条件的情况下，可将明胶与其他亲水胶体（如琼脂、淀粉）结合使用，使其在乳产品中具有更广泛的应用。

5.食品涂层材料

近年来，日本等国较多地将明胶用于食品涂层。在食品表面涂覆明胶具有以下优点。①当两种不同的食品组合在一起时，涂覆明胶能抑制褐变反应。如氨基酸和糖类混合在一起会发生美拉德反应，使产品着色、溶解性变差，并发生异臭。②防止食品吸潮及僵硬。在粉末状、颗粒状糖类的表面涂覆食用明胶，能防止糖类吸潮，避免结块现象。③可使食品表面有光泽，提高食品质量。如生产葡萄白脱时，若预先在葡萄上涂覆食用明胶，则葡萄中的色素不会污染白脱，提高了葡萄白脱的质量。④可防止食品腐败氧化。浓度为10%～15%的明胶形成的涂层适用于火腿、腌肉、香肠和干酪等，可防止食品腐败，延长食品保存期。

6.其他方面的应用

在食品生产中，明胶还可用于制作蛋糕和各种糖衣。由于明胶的稳定性，糖衣即使在热天当液相增加时也不会渗入糕饼中，而且还能控制糖晶体的大小。明胶还可用于制作彩珠冰淇淋的彩珠、无糖罐头等。在食品包装方面，明胶可合成明胶膜。明胶膜又称可食包装膜、生物可降解膜。现已证明，明胶膜具有良好的抗拉强度、热封性，以及较高的阻气、阻油、阻湿性能。

三、明胶的营养价值

1.明胶的营养成分

明胶的化学组成包含有18种氨基酸（表1-2）。

其中，缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸等7种氨基酸为必需氨基酸，但不含另一种必需氨基酸色氨酸。所谓“必需氨基酸”是指那些在人体内不能合成而只能由食物提供的氨基酸。对于成人来说，必需氨基酸即上述8种氨基酸；而对于婴儿来说，组氨酸也是必需氨基酸。由于明胶中不含色氨酸，所以不能像蛋和奶那样被称为“优质蛋白质”。也正因为如此，过去不少人认为在食品中添加明胶不一定有什么营养价值。其实，这是一种片面的见解。明胶虽然缺少色氨酸，但完全可以通过食物的营养互补来达到最佳的组合，其所含的众多的氨基酸可以成为合成蛋白质的氨基酸源。生物化学实验指出，食物中如果缺乏某些非必需氨基酸时，必须摄入更多的必需氨基酸，以便利用这些必需氨基酸的氮来合成非必需氨基酸，这是很不经济的。因此不能轻视明胶中的非必需氨基酸。实验证明，将营养价值低于蛋、奶的明胶蛋白质巧妙地补充到生物价较高的食品混合物中去，就可以使此食品混合物的营养价值得到改善。

2.明胶的生物价

食用明胶中主要成分为由18种氨基酸组成的蛋白质，蛋白质营养价值的最常用的表示方法是生物价。生物价是食物蛋白质被吸收储留在体内真正被利用的氮与在体内被吸收的氮的数量之比，可用下式表示：

其中：

储留的氮量=食物含氮量-（粪中含氮量-肠道代谢废物氮）-（尿中含氮量-尿中原含氮）

储留的氮量=食物含氮量-（粪中含氮量-肠道代谢废物氮）

生物价表征了蛋白质被吸收后在体内被利用的程度。明胶和某些食物的生物价见表1-3。

蛋白质的生物价可因条件的不同而不同。例如，鸡蛋蛋白质在食物中比例占总热能的8%时，其生物价为91；而占12%时则为84；如增加至占16%时即为62，这是应当注意的。

四、猪皮明胶的生产方法

猪皮可分为表皮层、真皮层及皮下结缔组织。其中真皮层含有大量胶原蛋白，占固形物含量的90%～95%，是制造明胶的主要来源。猪皮中的胶原蛋白不易被水解消化，消费者大都不愿意食用它。但如果将其利用转变为明胶，将可大大提高其水解性，可广泛地应用于科学研究和工业生产领域。

1.工艺流程

猪皮→浸泡→蒸煮→过滤浓缩→干燥→粉碎→包装

2.操作要点

（1）原料处理　选取鲜猪皮放入水池内清洗干净，除毛，刮去脂肪层，切成8cm×10cm左右的长方块。

（2）浸泡　将处理好的猪皮长方块，投入石灰水浸泡30h左右，直至皮块膨胀、柔软、发白。然后捞出，放清水池内用清水洗净。再浸入稀酸溶液中（可用盐酸、磷酸等配制），pH为3.5～4.5，时间10～48h。然后取出用水洗净，放入耐酸容器进行蒸煮。

（3）蒸煮　蒸煮分四次进行：60～65℃，65～70℃，70～75℃，90℃。每次蒸煮4～6h，每次蒸煮后得到的胶汁都用铜网过滤。头2次滤出胶汁可作食用明胶，第3次滤出胶汁可作工业明胶，第4次滤出胶汁供作皮胶。

（4）过滤浓缩　经过滤的胶汁立即倒入浓缩锅内，在60～70℃的温度下浓缩，待浓缩至80%左右，再倒入平底玻璃容器或铝制容器进行冷却成型，后再切成10cm×20cm的胶片。

（5）干燥、粉碎　将胶片风干，然后用粉碎机粉碎成直径1～3cm的颗粒。

（6）包装　粉碎后的颗粒，用无毒塑料袋包装，即为成品。其中，对于包装材料的要求是牢固耐用。

五、牛皮明胶的生产方法

牛皮胶，又名黄明胶，味甘、性平，有补血止血、滋阴润肺的功能，常用于血证、阴虚证、虚劳喘咳、阴虚燥咳。牛皮胶入药始于汉代或更早。陶弘景《本草经集注》称此胶为“煮牛皮作之”。说明《本草经集注》所说阿胶，即牛皮胶，今名黄明胶。宋元两代所用阿胶既有牛皮胶又有驴皮胶，还混有少部分杂皮熬制的次品胶。李时珍将牛皮胶从阿胶中分出，以黄明胶之名另述。据此，后世遂将驴皮胶称为阿胶，牛皮胶称为黄明胶，猪皮胶称为新阿胶。黄明胶与阿胶功效相似，临床常互为代用。阿胶滋阴补血效果较好，黄明胶兼能消肿。在食品工业中主要用于制造各种圣诞水果、工艺品水果等。

1.工艺流程

原料处理→预浸灰→切碎、水洗→浸灰水洗→中和水洗→熬胶→过滤浓缩→干燥粉碎→包装

2.工艺要点

（1）原料处理　将鲜牛皮放入水池内清洗，除毛，刮去脂肪层。

（2）预浸灰　将原料在划槽中用5%的石灰乳液处理24h。通过预浸灰可使皮初步得到膨胀，且经膨胀后皮变得硬挺，切皮时容易切断。此外，还可除去皮上的血污、黏液、脏物以及皂化部分油脂等。

（3）切碎、水洗　将预浸过的原料从石灰水中捞起，在切皮机上切碎。对切碎的要求是切成不大于5cm×8cm的小块，较厚的牛皮可切成不大于2cm×8cm的小条。总之原料切碎时应尽可能切得小一点，但以在浸灰、水洗时皮块不大量流失为限度，且同批料应尽可能切得大小一致，使作用均匀。然后用清水冲洗。切碎的目的是为了加快反应速度，缩短浸灰、熬胶时间。

（4）浸灰水洗　可在划槽或转鼓中进行。石灰、料液比为（2.5～4）∶1，温度为l5～18℃左右，浸泡时间约为30～40d。若改用30g/L左右的氢氧化钠代替浸灰，则浸灰时间可缩短为2d，然后用清水冲洗。浸灰的目的为在预浸灰的基础上进一步更充分地使胶原纤维膨胀，松弛侧链与侧链以及主链与主链之间的结合，使胶原纤维由于膨胀而高度分散，这样在加温熬胶时水分子容易进入胶原分子空隙，使胶原容易水解而出胶。且经浸灰后由于胶原的浓缩温度降低，这样有利于在较低温度下熬胶。同时由于灰液的作用，可进一步除去对制胶有害的蛋白质如黏蛋白、类黏蛋白以及色素、脂肪等。总之，充分浸灰是制造高级明胶所不可缺少的重要环节。

（5）中和水洗　多采用HCl，酸的耗用量为3%～4%，需在12～24h内完成。中和加酸时必须注意，应避免一次加入过量的酸，否则由于溶液中局部酸过浓，会导致皮产生酸膨胀，胶原纤维变得透明溶胀，将纤维间的毛细孔堵塞，阻碍酸液进入皮内，使中和皮内剩余的碱发生困难。中和之后弃去废酸水并充分进行水洗，以洗去中和时产生的盐类及余酸。中和、水洗后皮的pH应为中性，即使少量的酸或碱存在也会使胶原过度水解，发生链的环化作用，使黏度和凝固点下降。

（6）熬胶　在熬胶锅内放入热水，将清洗过的原料倒入锅内，注意不要焦煳。熬胶分四次进行：70～75℃，75～85℃，85～90℃，100℃。每次蒸煮6～8h。温度是影响成胶的主要因素。温度低，出胶速度慢；但温度高，会加快水解，降低胶的质量。故熬胶时应根据原料情况尽可能采取较低温度，尤其在熬制高级明胶时，温度不宜超过70℃。每道熬胶时间应控制在3～8h。熬煮时间宜短不宜长，以防止胶原过度水解而使胶的质量下降。出胶浓度以淡为好，但放出胶液如浓度太低，将会给浓缩造成困难，因此要求每道胶液出时应达到一定浓度。

（7）过滤浓缩　熬得的胶液中含有一些皮渣小颗粒、畜毛、脂肪等杂质，可用澄清或过滤法加以清除。通常采用板框压滤机过滤，在过滤前可在胶液中加入纸浆、过滤棉、硅藻土等作为助滤剂，以吸收悬浮物质，然后把胶液置于压滤机上过滤。浓缩宜采用真空减压浓缩，浓缩浓度越小胶的质量越好，浓缩浓度越大胶的质量越差。浓缩后立即将胶液盛入金属盆或模型中冷却，至完全凝胶化，生成胶冻为止。

（8）干燥粉碎　将胶冻切成适当大小的薄片或碎块，采用隧道式烘房烘干。在烘房的一端装有空气过滤器、鼓风机和加热器，将进入烘房的空气预热到20～40℃，其相对湿度应在75%以下。干燥时空气与胶片以逆流的方式进行。干燥完毕后，在锤击式粉碎机上进行粉碎。粉碎时胶片的水分含量不可超过15%，否则将给粉碎带来困难。对于粉碎细度尚无统一要求。

（9）包装　将粉碎好的胶粒包装。对于包装材料的要求是牢固耐用，尤应注意防潮。

六、其他皮明胶的生产方法

近年来，我国肉鸡加工业发展很快，但肉鸡加工中的废弃物尚未得到充分利用。目前，国内外肉鸡生产中废弃的鸡皮通常经过干燥、粉碎等粗加工生产动物饲料，但是这种饲料适口性差，消化利用率也较低；还有少部分鸡皮被用来生产低档肉糜制品。因此，急需开发鸡皮新用途和深度加工产品，以提高资源利用率和企业的经济效益。由于对疯牛病的担忧，人们对牛皮、牛骨明胶的使用存在疑虑，所以使用鸡皮制备明胶的研究有利于新的明胶资源的开发与利用。

1.鸡皮明胶制备工艺流程

2.工艺要点

（1）预处理　称取冷冻新鲜鸡皮，除去表面杂物，切成1cm×1cm小块。

（2）浸酸　加入稀HCl，在15～18℃浸泡2d，每隔6～8h更换1次HCl溶液。浸酸后的鸡皮颜色变白，体积膨胀且有较高的弹性。

（3）中和、水洗　浸酸处理后，去除鸡皮中的废酸，加入0.2mol/L NaOH溶液中和至pH 4.7～5.0，冲洗鸡皮，使其pH至5.5～6.5。此时鸡皮呈半透明状，可以清楚地看到鸡皮切面的结构。

（4）提胶　在洗净的鸡皮中加入与鸡皮等体积的蒸馏水，于水浴锅中提胶。第一道提胶温度为55～60℃，时间2.5～3h。当胶液的相对密度为1.025时过滤，分离胶液。在滤渣中再加入等体积蒸馏水，进行第二道提胶。第二道提胶温度为60～65℃，时间3～3.5h。

（5）去除油脂　将各道胶液混合，于55℃的水浴锅中静置数小时，将上层油脂除去。

（6）胶液浓缩、干燥　将胶液置于旋转蒸发器中浓缩至原体积的1/4，再及时用真空冷冻机干燥至水分含量低于16%。

（7）粉碎、包装　将干燥好的胶片用粉碎机粉碎成直径1～3cm的颗粒，用防潮塑料袋进行包装，即得成品。