明胶具有许多优异的性质与性能,但也不可避免地具有一些不足之处,因而需要通过一定的手段来予以弥补和使之消除,或者使之具有新的性质与性能,这就是“明胶的改性”。明胶的改性大体上可通过三种途径,即纯物理改性、共hungai性和化学改性。 [2] 纯物理改性 纯物理改性是指在不添加任何添加剂的情况下,通过明胶本身结构的改变来改变其某些性能。众所周知,明胶在其制品中是以胶原状的螺旋构象和卷曲构象的形式存在的,两种构象比例的不同,对明胶制品性能的影响很大。例如,明胶溶液或涂布成膜冷凝后放置一定时间,使明胶分子构象转变形成高度螺旋构象,此即为“复性”(renaturation),属纯物理改性。这在理论和实践上都具有重要的意义,但其中许多问题却远未获得实际解决而无法应用。 [2] 共hungai性 共hungai性或称物理-化学改性,是利用双组分或三组分体系来改变明胶原有的化学组成和结构以达到改性的目的。参与共混的组分又分为低分子化合物和高分子化合物。 [2] (1)低分子化合物 添加低分子化合物如乙二醇、尿素、甘油、三乙醇胺等甚至水,它们都属于低分子量增塑剂,可以降低明胶膜的玻璃态转变温度,降低膜的脆性及改善韧性等性能。 [2] (2)高分子化合物 参与共混的高分子化合物又分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。 [2] 天然高分子化合物:纤维素衍生物加于照相明胶涂层中具有提高显影后银的遮盖力的作用。参与明胶共混的天然高分子化合物还有:卡拉胶、果胶、甲壳素、海藻酸钠、丝素蛋白、透明质酸等。明胶与卡拉胶的混合物可改变其流变性能:明胶具有牛顿流体行为,而明胶、卡拉胶却没有,它随着黏度的增加(卡拉胶量增加),其牛顿流体行为减小而变成假塑性体,在没有剪切作用情况下的黏度高于剪切时的黏度。 [2]
参与共混的高分子化合物又分为天然高分子化合物和合成高分子化合物。 [2] 天然高分子化合物:纤维素衍生物加于照相明胶涂层中具有提高显影后银的遮盖力的作用。参与明胶共混的天然高分子化合物还有:卡拉胶、果胶、甲壳素、海藻酸钠、丝素蛋白、透明质酸等。明胶与卡拉胶的混合物可改变其流变性能:明胶具有牛顿流体行为,而明胶、卡拉胶却没有,它随着黏度的增加(卡拉胶量增加),其牛顿流体行为减小而变成假塑性体,在没有剪切作用情况下的黏度高于剪切时的黏度。 [2] 明胶与甲壳素的混合物可制备成创伤敷膜或在生物工程中制作支架。明胶、甲壳素共混膜能调变膜的透气率、吸水率、溶胀比等性能。明胶与海藻酸钠的混合凝胶按其明胶用量的不同,可用以调变混合凝胶的弹性模量,并且凝胶融化后的溶液比原始溶液有较高的黏度。明胶与丝素蛋白混合物可制备生物工程需要的支架,用以培养细胞。 [2] 合成高分子化合物:据文献报道,已经开发了多种合成高分子化合物与明胶共混来对明胶进行改性。如:在明胶中添加聚乙烯醇和胶体二氧化硅可以降低明胶膜的脆性和对湿度的敏感性;在明胶层中添加聚乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸-烷基丙烯酸酯的水溶性铵盐或碱金属盐、丙烯酸-N-取代丙烯酰胺、聚醋酸乙烯酯,以及丙烯酰胺-苯乙烯共聚物等,都可以提高感光层银的遮盖力,并在卤化银乳剂中起防灰雾作用;丙烯腈与丙烯酸及丙烯酸丁酯的混合聚合物可用来降低明胶层的脆性;甲基丙烯酸甲酯与丁二烯的共聚物、甲基丙烯酸- 2-乙酰乙酸乙酯-富马酸二(3-磺酸丙)酯-丙烯酸甲酯共聚物都是明胶的高分子增塑剂,并可改善明胶层的尺寸稳定性。 [2] 化学改性 明胶的化学改性是利用明胶分子链上各官能团能与低分子或高分子化合物进行反应的功能。众所周知,感光乳剂所用的PA胶即是明胶的酞酰化(明胶与苯酐反应)改性产物,它可以在乳剂制备中既用作为乳化用胶,又用作为乳剂沉降剂;马来酰化(MA)明胶是马来酸酐(maleic anhydride)与明胶反应的产物,可以用作为电沉积型光致抗蚀剂;明胶上的羧基与氯化亚砜反应得到酰氯,再与醇类如甲醇反应,则即得酯化明胶。 [2] 明胶的化学改性较多地在明胶与高分子化合物的单体进行接枝反应上进行开发与研究,这是因为通过接枝共聚反应所得到的接枝共聚物,既保留了母体明胶原有的许多宝贵的性能,如形成凝胶和形成螺旋结构的能力以及耐热性好等,又能从接枝组分中获得新的性质。例如,明胶接上聚丙烯酸丁酯,由于后者性能与橡胶相近,因而由此制成的膜,其弹性随接枝链的含量增加而提高;但若接上具有刚性链的丙烯腈,则共聚膜的脆性增大;将乙烯通过接枝共聚反应接到明胶分子链上去,所得到的是可生物降解的高分子材料,用于生产制品即为可生物降解制品。 [2] 在明胶上进行接枝反应的主要是丙烯酸系单体,如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯类(如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯)、甲基丙烯酸甲酯,以及丙烯腈等,并已取得了广泛的应用。 [2] 食品中的应用 播报 编辑 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、晶花软糖、橡皮糖等软糖。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,形成叠叠层层的网状结构,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。明胶在糖果中的一般加量为5%~10%。在晶花软糖中明胶用量6%时效果zuihao。在橡皮糖中明胶的加量为6.7%。在牛轧糖中为0.6%~3%或更多些。在糖果粘液的浓糖浆中加量为1.5%~9%,糖味锭剂或枣子糖果的配料要求含明胶2%~7%。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,需要凝胶强度大的优质明胶。 [7] 冷冻食品改良剂 在冷冻食品中,明胶可用作胶冻剂,明胶胶冻的熔点较低,易溶于热水中,具有入口即化的特点,常用于制作餐用胶冻、粮食胶冻等。明胶还可用于制作果冻,明胶胶冻在温热而尚未溶化的糖浆中不会结晶,温热的胶冻在凝块被搅碎后还可重新形成胶冻。明胶作为稳定剂可用于冰淇淋、雪糕等的生产,明胶在冰淇淋中的作用是防止形成粗粒的冰晶,保持组织细腻和降低溶化速度。为获得优良的冰淇淋,明胶的含量必须恰如其分。明胶在冰淇淋中的一般用量为0.25%~0.6%,任何胶冻强度的明胶都可制得良好的冰淇淋,但不同强度必须配以相对应的浓度。 [7] 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、罐头火腿、口条、小牛肉、火腿馅饼、罐头肉类及镇江肴肉等制品的生产,提高了产品的产量和质量。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,并保护产品原有的特色。在罐头食品中,明胶还可作为增稠剂,常常添加粉状明胶,也可加入一份明胶,二份水配成的浓胶冻。 [7]
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