胶原肠衣熟化工艺及其对肠衣性能的影响

摘要

人造胶原肠衣是一种利用猪、牛等动物皮胶原加工而成的包装材料，有来源广，易规模化生产，质量稳定等诸多优点，已逐渐取代天然肠衣。目前，国产胶原肠衣在应用过程中存在诸多问题，尤其是成品香肠经高温蒸煮后，肠衣容易在短时间内发生向外卷曲的收缩现象，致使与肉馅分离，肉粘性降低。肉粘性是评价香肠的品质的重要指标。要提高肠衣的蒸煮肉粘性，就需要降低胶原肠衣在高温水浴下的热收缩率和收缩力。熟化工艺是胶原肠衣挤出成型后期利用胶原纤维热变性的不可逆性原理的固型工序。熟化温度和湿度是影响肠衣收缩性的重要因素，但现有熟化工艺并未关注湿度的作用。已有研究表明，水分子可增加胶原分子之间的氢键，从而提高胶原结构的稳定性。因此，本研究假设：胶原肠衣熟化过程中引入湿度能够增强水与胶原的结合，提高肠衣的结构稳定性，从而降低胶原肠衣的热收缩。
　　基于上述假设，本研究以未经熟化的胶原肠衣作为实验样品，引入湿度作为熟化过程的控制条件，以肠衣外观形貌、肠衣半周长、含水量、以及在100oC水浴中的热收缩性为指标，在初步筛选有效湿度范围的基础之上，进一步优化湿度、温度和时间这三个熟化工艺参数，确定最佳的熟化工艺。此外，考察了熟化对肠衣保水能力的影响，并采用DSC和ATR FTIR探索了肠衣的保水机制。相关研究结果对熟化工艺的改进及肠衣性能的评定有指导意义。主要内容及结果如下：
　　①首先以恒定湿度60%、70%、80%为控制条件，分三段进行熟化：50℃熟化24 h，70℃熟化48 h，80℃熟化4 h，样品相对湿度记为S(RH1/RH2/RH3)（第i阶段的相对湿度记为RHi）。发现：
　　1）增加湿度可显著提高胶原肠衣的含水量；与未加湿熟化样品S(0/0/0%）相比，加湿熟化可明显降低胶原肠衣的横纵向收缩率，相对湿度（RH）越大，收缩率越低。
　　2）当RH>80%时，胶原肠衣颜色变黄，表面水分较多，且半周长发生较大的收缩，不能满足应用需求；当RH<60%时，肠衣表面会干燥褶皱严重。因此，相对湿度的适用范围为：60%≤RH<80%。
　　②进一步对熟化工艺中的三个重要控制参数——湿度、温度和时间进行优化。湿度优化仍然分三段熟化；温度优化分二段熟化：T1，60%熟化48 h，T2，75%熟化2 h，样品温度记为S(T1/T2)；时间优化分二段熟化：65℃，60%熟化t1，75℃，75%熟化t2，样品时间记为S(t1/t2)。发现湿度、温度和时间对肠衣的影响不尽相同：
　　1）熟化湿度：与S(0/0/0%)相比，加湿熟化可有效降低肠衣的纵向收缩率，梯度增湿能明显降低横向收缩率；与其它样品相比，梯度湿度S(60/70/75%)横纵向收缩力较低且横向收缩力更易达到稳定。因此，S(60/70/75%)为最佳梯度湿度。
　　2）熟化温度：温度对胶原肠衣水含量无明显影响，均在15~16%之间，但明显影响收缩性。S(65/75℃)的纵向收缩率和纵横收缩率之比最小，为最佳熟化温度。
　　3）熟化时间：熟化时间延长，胶原变性程度增大。S(48/2~6 h)有较小的收缩力，为最佳熟化时间。
　　③最后，定量检测了各肠衣的保水能力，并采用DSC和ATR FTIR对肠衣保水机理进行了分析。
　　1）定量检测胶原肠衣常温放置89天过程中水含量的变化，发现：与熟化肠衣（未加湿熟化和加湿熟化）相比，未熟化肠衣的总失水率最高，失水速率最快；加湿熟化肠衣的总失水率明显低于未加湿熟化肠衣，肠衣保水能力呈现：加湿熟化肠衣>熟化肠衣>未熟化肠衣，表明在熟化过程中引入湿度有利于提高肠衣的保水能力。
　　2）DSC分析表明，熟化影响肠衣的玻璃化转变温度，熟化时间越长，玻璃化转变温度越高。熟化还影响肠衣中水分子的蒸发速率，呈现：S(48/6 h)>S(48/2 h)>S(60/70/75%)>未熟化样，提示不同熟化条件下水分子与胶原的结合能力不同。
　　3）ATR FTIR谱图显示，与未熟化胶原薄膜相比，加湿熟化胶原薄膜的红外特征峰发生偏移，且有新的吸收峰产生，表明加湿熟化可促进或改变水分子与胶原的结合，从而增强胶原的保水能力。

目录

主要缩略词

1 绪 论

1.1问题的提出及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究思路与研究内容

1.4论文创新点

2 温度和湿度对胶原肠衣性能的影响

2.1实验与方法

2.2结果分析

2.3讨论

2.4本章小结

3 胶原肠衣熟化工艺的优化

3.1实验材料与方法

3.2结果分析

3.3讨论

3.4本章小结

4 胶原肠衣的保水机制

4.1实验材料与方法

4.2 实验结果

4.3 讨论

4.4 本章小结

5 主要结论和后续工作建议

5.1结论

5.2后续工作建议

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读学位期间的科研成果目录