超高壓技術(shù)制備高品質(zhì)明膠及其機(jī)理研究.pdf

1、針對(duì)傳統(tǒng)明膠制備工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)、酸堿污染嚴(yán)重等現(xiàn)狀，本實(shí)驗(yàn)采用超高壓技術(shù)取代傳統(tǒng)酸法誘導(dǎo)豬皮膠原明膠化以改進(jìn)傳統(tǒng)豬皮明膠制備工藝，首先對(duì)超高壓誘導(dǎo)豬皮膠原明膠化工藝進(jìn)行優(yōu)化，然后對(duì)超高壓明膠的品質(zhì)及明膠化機(jī)理進(jìn)行分析，以期為超高壓技術(shù)在明膠產(chǎn)業(yè)化中應(yīng)用提供技術(shù)參考，為明膠清潔、高效生產(chǎn)工藝的建立奠定理論基礎(chǔ)。
　　 以明膠提取率和凝膠強(qiáng)度作為膠原明膠化效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)，篩選較優(yōu)的超高壓處理方法，進(jìn)一步以超高壓壓力、時(shí)間、傳壓介質(zhì)的

2、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為分析因素，通過單因素、正交試驗(yàn)對(duì)豬皮膠原的超高壓誘導(dǎo)明膠化工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果顯示，超高壓可以誘導(dǎo)膠原明膠化，其中以超高壓協(xié)同酸處理的明膠化效果最優(yōu)，可以在保證較高提取率的基礎(chǔ)上顯著提高成品明膠的凝膠強(qiáng)度。較優(yōu)明膠化工藝條件為超高壓處理壓力250MPa、超高壓時(shí)間10min、HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75％。在此條件下，明膠提取率可達(dá)88.62％，凝膠強(qiáng)度可達(dá)384.439。較之傳統(tǒng)酸法工藝，該工藝大大縮短了明膠化處理時(shí)間，大幅度減小了

3、酸廢水量，降低了對(duì)環(huán)境的污染，在污染物處理投入和生產(chǎn)周期方面具有很大優(yōu)勢(shì)。
　　 與商品明膠對(duì)比，對(duì)超高壓明膠的基本理化性質(zhì)、氨基酸組成、亞基組成及分子量分布、膠凝/熔化溫度、黏度特性及光譜特性進(jìn)行分析。結(jié)果表明超高壓明膠水分、灰分、pH值和凝膠強(qiáng)度等指標(biāo)達(dá)到了A級(jí)皮食用明膠的標(biāo)準(zhǔn)，透明度和色澤明顯優(yōu)于商品明膠。氨基酸組成特征與膠原相符，甘氨酸含量最大，脯氨酸、羥脯氨酸次之，而芳香氨基酸和含硫氨基酸含量很低。此外，UHP明膠膠凝

4、性能也優(yōu)于商品明膠，如較高的凝膠強(qiáng)度、膠凝/熔化溫度和黏度的熱穩(wěn)定性以及黏度對(duì)剪切速率較低的敏感性。超高壓明膠的脯氨酸和羥脯氨酸兩種亞氨基酸含量以及α、β和γ，等高分子量亞基組分含量均明顯高于商品明膠，這是其具有較好膠凝特性的重要原因。紫外吸收光譜和紅外光譜分析進(jìn)一步證明了明膠具有膠原的氨基酸組成特點(diǎn)和蛋白質(zhì)的特征振動(dòng)模式。UHP明膠的膠原特征結(jié)構(gòu)完整性較商品明膠差，這可能有利于明膠凝膠化過程中結(jié)構(gòu)的重排，進(jìn)而提高明膠的膠凝性能。

5、>　　 采用DSC和SDS-PAGE分析技術(shù)從熱力學(xué)角度及分子層面評(píng)價(jià)不同超高壓條件誘導(dǎo)產(chǎn)生的明膠化膠原的結(jié)構(gòu)變化，結(jié)合提取率分析超高壓誘導(dǎo)膠原明膠化的機(jī)理;采用流變儀分析超高壓明膠的流變學(xué)特性，結(jié)合其凝膠強(qiáng)度和電泳分析結(jié)果，分析超高壓條件對(duì)明膠膠凝性能的影響及影響產(chǎn)生機(jī)制。主要研究結(jié)論如下:
　　 (1)超高壓誘導(dǎo)膠原明膠化過程中，膠原三螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部氫鍵被破壞，導(dǎo)致其三螺旋結(jié)構(gòu)松散，明膠化程度增加，從而有利于提膠過程亞基的釋

6、放。低壓力(100-300MPa)、短時(shí)間(5-15min)、低質(zhì)量分?jǐn)?shù)的HCl介質(zhì)(0.5-1％)即能顯著松散膠原三螺旋結(jié)構(gòu)，促進(jìn)膠原明膠化;進(jìn)一步增大壓力或延長(zhǎng)時(shí)間，受膠原變性聚集作用及水合橋接（水分子介導(dǎo)的氫鍵）的形成等因素的影響，膠原明膠化結(jié)構(gòu)變化不大。酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對(duì)明膠化膠原的氫鍵影響較小，主要通過影響共價(jià)交聯(lián)而影響膠原明膠化程度。
　　 (2)超高壓作用對(duì)膠原的共價(jià)鍵特別是肽鍵影響較小，同時(shí)具有誘導(dǎo)膠原聚合的作用

7、，因而超高壓明膠的高分子量組分含量較高。在一定壓力(300MPa)、時(shí)間(30min)范圍內(nèi)，隨著壓力增大或時(shí)間延長(zhǎng)高壓誘導(dǎo)膠原聚合作用增加，明膠中高分子量組分（亞基組分）相對(duì)含量增大。而酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％時(shí)，高壓誘導(dǎo)膠原聚合作用占主導(dǎo)，明膠亞基組分（特別是β組分）相對(duì)含量明顯高于水介質(zhì)組;增加至1％時(shí)，酸對(duì)共價(jià)交聯(lián)的破壞占主導(dǎo)，明膠亞基組分相對(duì)含量與水介質(zhì)組相當(dāng)。延長(zhǎng)超高壓作用時(shí)間至45min或進(jìn)一步提高酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)，酸對(duì)肽鍵的破壞作

8、用增加，明膠亞基組分相對(duì)含量減小。
　　 (3)明膠凝膠強(qiáng)度、膠凝/熔化溫度等膠凝性指標(biāo)隨壓力、酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化與高分子量組分相對(duì)含量的相一致，因?yàn)楦叻肿恿拷M分能夠參與形成長(zhǎng)三螺旋結(jié)構(gòu)，有利于凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成與穩(wěn)定。超高壓作用影響高分子量組分相對(duì)含量，進(jìn)而影響成品明膠的品質(zhì)。然而膠凝性指標(biāo)與高分子量組分含量隨時(shí)間的變化沒有明顯的一致性，說明除分子量外，明膠的膠凝性還會(huì)受到膠凝環(huán)境等其他因素的影響。
　　 綜上研究結(jié)果，超高