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阿胶研究-驴皮的结构和成分

 数字人生6688 2019-04-21
(2010-01-31 17:44:18)

二、驴皮的结构

 驴皮结构从外到里可分为三层:最外层是比较薄的表皮层,中间是最厚最紧密的真皮层,下层是皮下层,也叫脂肪层。

(一) 表皮层

 表皮层由各种形状、彼此紧密贴着的许多单核细胞结构的角朊蛋白组成。表皮层的厚度占1%~1.5%。表皮层很薄而且是由非胶原蛋白组成,在制胶上并无价值。组成表皮层的角朊具有疏水性,比胶原对化工材料有较高的稳定性,不过,由于表皮层溶于碱水溶液中,所以,在制胶的原料炮制处理过程中,往往加入碱性物质促使其溶解。

(二) 真皮层

 真皮层介于表皮层和皮下层之间,其重量和厚度均占皮料的90%以上。该层是制备阿胶的主要加工对象。真皮层又可分为乳头层和网状层,与表皮层连接的叫乳状层,与皮下层相连的叫网状层。

真皮层主要是由构造、编织和化学组成上彼此不同的胶原纤维、弹性纤维和网状纤维构成,此外,真皮层中还含有细胞、汗腺、脂腺、血管、淋巴腺、神经、毛束、肌肉、纤维间质和矿物质等成分。

(三) 皮下层

 皮下层是一层松软的结缔组织,由排列疏松的胶原纤维和弹性纤维构成,纤维间包含着许多脂肪细胞、神经、肌肉纤维和血管等。脂肪的含量依据种类、屠杀时间和牲畜的肥瘦不同而异,一般脂肪的含量为0.5%~3%。

 显然,皮下层也含有少量的胶原纤维,可以提取少量的胶,但是胶的质量较差。

三、驴皮的成分

 生皮料是极其复杂的物质。它基本上是由蛋白质和非蛋白质两大组分组成,其中,蛋白质占鲜皮的30%~35%。

新剥下来的生皮的pH值为6.8~7.8,在存放过程中随皮料的逐渐变质,pH值亦随之变化。

(一) 皮料的蛋白质组分

 组成生皮的蛋白质种类很多,皮料蛋白质分为纤维蛋白(结构蛋白)、非纤维蛋白(非结构蛋白)和酶等。

 纤维蛋白由胶原、角朊、弹性硬朊组成。胶原约占生皮总量(除皮下层)的29%,约占全部蛋白质总量的88%;角朊约占生皮总量(除皮下层)的2%,约占全部蛋白质总量的6.1%;弹性硬朊约占生皮总量(除皮下层)的0.3%,约占全部蛋白质总量的0.9%。

  非纤维蛋白由简单蛋白、缀分蛋白组成。简单蛋白(白蛋白、球蛋白)约占生皮总量(除皮下层)的1%,约占全部蛋白质总量的3%;缀分蛋白(粉蛋白、类黏蛋白)约占生皮总量(除皮下层)的0.7%,约占全部蛋白质总量的2%。

 皮料蛋白质的组成元素:碳47%~50%,氢6%~7%,氧24%~25%,氮16%~17%,硫0.2%~0.3%。

(二) 皮料的非蛋白质组分

 皮料的非蛋白质组分有水分、脂肪和类脂物、矿物质以及碳水化合物和不属于蛋白质的含氮物等。

 水分:皮中的水分是动物赖以生存所必需的,含水量随畜种、畜龄、雌雄、部位的不同而有差异。皮料的表皮层含水量最少,真皮层最多,皮下层脂肪含量高因而水分较少。鲜皮的含水量一般在60%~75%。

 脂肪和类脂物:主要存在于皮下层,脂肪的存在有害于阿胶的质量,在生产过程中要不断地将其除去。

  矿物质:皮料含有的盐类主要是钾、钠、磷、钙、镁的化合物,其中以食盐为最多。矿物质在皮中的含量甚微,仅占鲜皮重的0.35%~0.5%。

 碳水化合物:鲜皮中含有微量的非蛋白质含氮物质,如脲素、肌酸、脲酸、维生素、嘌呤碱、游离氨基酸和葡萄糖、半乳酸、甘露糖等单糖以及糖原、黏多糖等碳水化合物,这些物质在皮料中的总量一般不超过0.5%。

(三) 胶原

 在皮料结缔组织中胶原是含量最多、最重要的结构蛋白质,它约占真皮层干物质的98%。胶原是制备阿胶的主要部分,其他蛋白质成分和非蛋白质组分大都有害于阿胶的质量,应在制胶的过程中分别针对其特性,采取相应的方法加以排除。

  胶原的结构:胶原纤维的直径为20~40μm,每条纤维由平行排列成行的直径为2~5μm的细纤维构成;用超声波还可以将细纤维分成更小的结构单元,这更小的结构单元是直径小至几十个纳米的原纤维;原纤维可以再拆散成更细的亚原纤维(纤丝),直径为30nm;再用电子显微镜或X射线衍射分析,可以看到构成亚原纤维的是直径为1.2~1.9nm的初原纤维。

 蛋白质分子的基本成分是α氨基酸,氨基酸相互缩聚成多肽;胶原分子是由三个多肽螺旋扭合成绳状的大分子,分子量一般为30万~50万,胶原大分子的线形高聚物便是胶原的初原纤维。

 胶原结构的最终阐明还有待于进一步查明胶原氨基酸的排列次序和对纤维形成机理的研究。

  胶原的氨基酸组成:胶原由18种氨基酸组成,组成胶原的氨基酸有:甘氨酸约占1/3;丙氨酸约占1/9;脯氨酸和羟脯氨酸约占2/9,这四种氨基酸共占氨基酸总数的67%。其次为谷氨酸、精氨酸、门冬氨酸及丝氨酸,约占氨基酸总数的20%;组氨酸、蛋氨酸及酪氨酸也有少量的存在。

 可以看出,在组成的氨基酸中,羟脯氨酸和脯氨酸的含量较多(共占22%),它们不仅关系到胶原的特殊构型,也与胶原的收缩温度有密切的关系。羟脯氨酸在胶原中的含量高于10%,但它在其他蛋白质中的含量很少甚至没有,因此,可以用测定试样的羟脯氨酸含量来鉴定胶原的纯度。

 胶原中甘氨酸的含量很高约占1/3,胶原中非极性氨基酸占64%,极性氨基酸占20%;其中,酸性氨基酸比碱性氨基酸多,但是由于一部分酸性氨基酸的侧链已转变成酰胺基,所以,胶原分子中出现的碱性基比酸性基略多。

 胶原的收缩温度:胶原纤维在水中受热到一定程度,就要自动卷曲收缩,此变形状态发生时的温度称为收缩温度。一般皮料的收缩温度为60~65℃。

 胶原的等电点:氨基酸的两性性质决定着胶原的两性性质。胶原也是一种两性电解质,它在酸碱溶液作用下,会吸水膨胀,当胶原分子内存在的氨基(NH3+)和羧基(COO-)数量相同时,膨胀最小,此时胶原所在介质的pH值即为胶原的等电点。胶原的等电点为7.5~7.8。

 酸碱与胶原的作用:胶原在酸碱溶液中,首先要与酸碱结合,同时强烈的膨胀,在pH值2.2和12时膨胀最大,使皮料松软。酸碱影响到肽链间的氢键,进一步还要破坏肽链间的牢固交联键;胶原受碱作用时发生纵向的断裂,而受酸作用时发生横向的断裂。胶原的水解,可用胶解度来表示,即

 胶解度=(变为阿胶的氮含量/胶原的总氮量)×100%

 胶原的酸容量为:0.82~0.9mg/g(干胶原)

 胶原的碱容量为:0.4~0.5mg/g(干胶原)

 盐类与胶原的作用:各种盐类与胶原的作用各不相同,大致可分为三类:一是硫氰酸盐、碘化物、钡盐、钙盐、镁盐等,胶原在这些盐的任一浓度都会膨胀,纤维素缩短、变粗,胶原的收缩温度有显著下降。二是胶原在氯化钠的稀溶液中,只有微微膨胀,当盐的浓度较高时要引起脱水作用,此时胶原的收缩温度略微升高。三是脱水性大而吸附性小的盐类,如硫酸盐、硫代硫酸盐。盐类对胶原膨胀能力的大小顺序如下:

 阳离子:Ca2+>Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+

 阴离子:CNS->I->NO3->Cl->CH3COO->SO42-  

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