TWI578917B - 水產明膠用於調和高乳化性油脂之用途 - Google Patents
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Description
本案係關於一種明膠用途，尤指一種水產明膠之用途。
膠原蛋白是動物體內含量最豐富、分佈最廣泛的蛋白質。膠原蛋白具有獨特的三螺旋結構、低抗原性、無毒性、良好的生物相容性和生物可降解性等特點，已被廣泛應用於組織工程支架材料、止血海綿、藥物控緩釋系統、基因傳遞載體、美容外科等生物醫用領域。
明膠為動物的皮、骨、腱與韌帶中含有的膠原蛋白經部分水解後得到的一種製品。明膠是一種重要的天然高分子物質，因具有水溶性高分子所特有的增稠性和對生物組織的高安全性等特點，被廣泛應用於食品及醫藥領域。明膠在食品上的應用在於它具有親水性質，可影響食品之結構、質地及其相關特性，例如應用於各類點心與食品中作為增稠劑、安定劑、發泡劑、結合劑、凝膠劑及澄清劑等。而明膠在醫藥上則可應用於微細膠囊之製造，用以包裹有機或無機之氣體，可作為錠劑用之結著劑和調製劑、止血棉、血漿替代品，及以明膠水解液製備血管收縮素轉化酶抑制劑等用途。
目前，明膠的製備主要是使用來自豬和牛的皮、骨、腱等，但隨著狂牛症和口蹄疫等疾病的發生，使人們對它們的安全性產生了質疑；另外，由於宗教和習俗等原因，豬來源的明膠在某些地區的應用也受到了限制。因此，有必要尋求品質和安全性更好的明膠來源。
我國每年魚皮及魚鱗等水產品廢棄物數量不少，這些水產品廢棄物含有豐富的膠原蛋白和明膠，且不存在人畜共患的傳染性疾病，具有極大的開發和利用價值，但這些廢棄物除小部分被用於生產飼料外，大部分卻被丟棄。因此，開發魚皮及魚鱗等水產品廢棄物的利用新途徑，不僅可提高水產品加工的附加價值，而且能減少環境污染，具有良好的經濟和社會效益。
本案之目的在於從水產生物中萃取出明膠，以作為新的明膠來源，並提高水產品加工的附加價值。
本案之另一目的在於從水產生物中萃取出明膠，並進一步利用明膠之特性開發應用於高乳化性油脂之調和。
為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種水產明膠之用途，其係用於高乳化性油脂之調和。
在一實施例中，該油脂係為植物油脂，包括椰子油、玉米油、棉籽油、橄欖油、棕櫚油、花生油、菜籽油、芝麻油、大豆油或葵花油。
在一實施例中，該水產明膠係萃取自台灣鯛、巨型魷魚、海鱺魚、鯰魚或虱目魚，且萃取部位為魚皮、魚鱗或魚骨。
在一實施例中，該水產明膠係為台灣鯛魚皮明膠。
在一實施例中，該台灣鯛魚皮明膠係以1-3%之含量進行該高乳化性油脂之調和。
在一實施例中，該台灣鯛魚皮明膠係以鹼化、中和處理後，再以熱水萃取而得。
在一實施例中，該水產明膠係為台灣鯛魚鱗明膠。
在一實施例中，該台灣鯛魚鱗明膠係以1-3%之含量進行該高乳化性油脂之調和。
在一實施例中，該台灣鯛魚鱗明膠係以鹼化、中和及擠壓處理後，再以熱水萃取而得。
S11‧‧‧步驟11
S12‧‧‧步驟12
S13‧‧‧步驟13
S14‧‧‧步驟14
S15‧‧‧步驟15
S16‧‧‧步驟16
S21‧‧‧步驟21
S22‧‧‧步驟22
S23‧‧‧步驟23
S24‧‧‧步驟24
S25‧‧‧步驟25
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S27‧‧‧步驟27
S12‧‧‧步驟12
S13‧‧‧步驟13
S14‧‧‧步驟14
S15‧‧‧步驟15
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S22‧‧‧步驟22
S23‧‧‧步驟23
S24‧‧‧步驟24
S25‧‧‧步驟25
S26‧‧‧步驟26
S27‧‧‧步驟27
第1圖為本案魚皮明膠(HFG)之萃取流程圖。
第2圖為本案魚鱗明膠(FSG)之萃取流程圖。
第3圖顯示市售豬明膠(LG)、市售魚明膠(FG)、台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)等四種樣品之水分含量、pH值及膠強度之測定結果。
第4圖顯示各樣品之SDS-PAGE蛋白質電泳分析。
第5圖顯示各樣品之HPLC層析圖。
第6圖顯示各樣品之黏度分析。
第7圖顯示各樣品之DSC分析。
第8圖顯示各樣品之保濕能力分析。
第9圖顯示各樣品之吸濕能力分析。
第10圖顯示本案較佳實施例之油脂調配比例。
第11A圖及第11B圖顯示有添加及無添加明膠之乳化效果。
第12圖顯示乳化油脂之固態含量分析。
第13圖顯示乳化油脂之脂肪酸含量分析。
第14圖顯示本案較佳實施例之餅乾製作比例。
第15圖顯示不同明膠樣品之乳化油脂於餅乾製作之打發性分析。
第16圖顯示不同明膠樣品之乳化油脂於餅乾製作之乳化性分析。
第17圖顯示不同明膠樣品之乳化油脂於餅乾製作之朔性分析。
第18圖顯示不同明膠樣品之乳化油脂製成餅乾之脆度測試結果。
第19圖顯示不同明膠樣品之乳化油脂製成餅乾之感官品評結果。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，然其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
本發明主要係自水產生物中萃取出明膠，以替代傳統來自豬、牛的明膠，並進一步開發水產明膠的新用途。所述之水產生物可包含台灣鯛(又稱吳郭魚)、巨型魷魚(又稱莖柔魚)、海鱺魚、鯰魚及虱目魚等，但不以此為限，且萃取部位可為魚皮、魚鱗或魚骨。以下將以台灣鯛作為本案較佳實施例之說明。
本案係以台灣鯛魚皮為原料，經水萃取製備出台灣鯛魚皮明膠(HFG)，並與擠壓處理之台灣鯛魚鱗明膠(FSG)、市售豬明膠(LG，購自傑樂生技)及市售魚明膠(FG，購自傑樂生技)進行物性分析並比較其差異性，再進一步利用明膠之特性開發應用於高乳化性油脂之調和。
請參閱第1圖，其係為本案魚皮明膠(HFG)之萃取流程圖。如第1圖所示，首先將魚皮以自來水清洗乾淨後，再以0.1N NaOH浸泡24小時，對魚皮進行鹼化處理(步驟S11)，接著將魚皮多餘之雜質以自來水水洗兩次以進行中和(步驟S12)。之後，將魚皮以約60℃溫水水煮1-2小時以進行熱水萃取(步驟S13)，完成後以40 mesh (0.42mm)過濾網進行過濾(步驟S14)，並以15℃，8000 rpm轉速進行離心30分鐘(步驟S15)。之後取下層粗液於45℃下進行熱風乾燥直到呈脆化狀為止，或是於-60℃下進行冷凍乾燥(步驟S16)，即完成魚皮明膠(HFG)之萃取。
請參閱第2圖，其係為本案魚鱗明膠(FSG)之萃取流程圖。如第2圖所示，首先將魚鱗以自來水清洗乾淨後，再以0.1N NaOH浸泡24小時，對魚鱗進行鹼化處理(步驟S21)，接著將魚鱗多餘之雜質以自來水水洗兩次以進行中和(步驟S22)。之後，對魚鱗進行擠壓處理(步驟S23)，再將魚鱗以約60℃溫水水煮1-2小時以進行熱水萃取(步驟S24)，完成後以40 mesh (0.42mm)過濾網進行過濾(步驟S25)，並以15℃，8000 rpm轉速進行離心30分鐘(步驟S26)。之後取下層粗液於45℃下進行熱風乾燥直到呈脆化狀為止，或是於-60℃下進行冷凍乾燥(步驟S27)，即完成魚鱗明膠(FSG)之萃取。
接著，針對本案所萃取出的台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)與市售豬明膠(LG)及市售魚明膠(FG)進行明膠特性之分析，包括水分含量、pH值、膠強度、SDS-PAGE、HPLC、黏度、DSC、吸濕性及保濕性等物性分析。
水分含量之測定係秤取不同樣品以紅外線儀器於130℃加熱至恆重之，並紀錄乾燥後明膠的水份測定。pH值測定係將不同樣品配成6.67%溶液在25℃下以微電腦酸鹼計測量之。凝膠強度之測定則係依照Muyonga et al.(2004)之方法加以修改，秤取7.5g之乾燥明膠製品於Bloom瓶內，加入105ml蒸餾水於室溫下浸漬15min，移入45℃水浴中加熱，至明膠完全溶解後製成濃度6.67%明膠水溶液；繼續於室溫放置30min後，隨即移至10±1℃水浴中冷藏17±1h，取出後立即測定其凝膠強度(Bloom值)。第3圖即顯示市售豬明膠(LG)、市售魚明膠(FG)、台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)等四種樣品之水分含量、pH值及膠強度之測定結果，結果顯示本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)之水分含量略低於市售明膠產品(LG及FG)，pH值略高低於市售明膠產品(LG及FG)，而膠強度則略低於市售明膠產品(LG及FG)。
第4圖顯示各樣品之SDS-PAGE蛋白質電泳分析。實驗係採用7~15%的膠體進行蛋白質電泳分析，電壓設定150V，電泳分析時間約1h。從第4圖可見，本案萃取方法確實可從台灣鯛魚皮及台灣鯛魚鱗中萃取出明膠，且可觀察到兩條α鏈及一條β鏈。
第5圖顯示各樣品之HPLC層析圖，其中HPLC液相層析儀係以管柱 Superdex 200以移動相0.02M Phosphate buffer (PBS)及0.25M NaCl，以流速0.5 ml/min進行分離。從第5圖可見各樣品都在同一時間點分離出，亦顯示本案萃取方法確實可從台灣鯛魚皮及台灣鯛魚鱗中萃取出明膠。
第6圖顯示各樣品之黏度分析，其係用6.67%明膠溶液以溫度60℃至14℃及100 rpm轉速下分析不同溫度之黏度值。從第6圖可見，本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)有相較於市售明膠產品(LG及FG)顯著較高之黏度，故可減少明膠之使用量即可達到相同之黏度。
隨著溫度的增加，界劑型凝膠會由固態變成流動狀態，為了更進一步了解相轉變發生的過程，透過差式掃瞄熱量測定法(DSC)研究過程中熱流變化與溫度之間的關係。由於發生相轉變時樣品會有大幅度的吸放熱情形，而造成與參考物之間有溫差的情況，故系統必須提供額外能量來保持兩者溫度相同，此能量即為相轉變熱(Phase transition enthalpy)。第7圖顯示各樣品之DSC分析結果，其設定條件為氮氣流量50ml，空氣流量50ml，上升溫度5℃/min，掃描溫層0℃-220℃。從第7圖可見，本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)之裂解溫度達180 ℃以上，而市售明膠產品(LG及FG) 之裂解溫度則為165-166 ℃，故本案之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)有相較於市售明膠產品較佳之熱穩定性。
第8圖顯示各樣品之保濕能力分析，其係取0.1克重之明膠粉末放置於小圓皿上，在康威氏皿外室中，加入適量之碳酸氫鈉飽和溶液，再將小圓皿加入0.1克重去離子水後放入康威氏皿內室，蓋子塗上凡士林，蓋上使之成密封狀態。將康威氏皿放入恆溫箱內於30℃靜置24小時，之後取出小圓皿秤重，並以公式：(1-(初始重量-24小時後重量)/0.1)*100計算受測樣品的保濕率。從第8圖可見，LG、FG、HFG及FSG之保濕率分別為12.5%、11.3%、14.1%及15.9%，故本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)有相較於市售明膠產品(LG及FG)顯著較佳之保濕效果。
第9圖顯示各樣品之吸濕能力分析，其係取 0.1克重之明膠粉末放置在錫箔紙上，置於康威氏皿內室之小圓碟中並秤重，在外室加上3ml 碳酸氫鈉飽和溶液，於康威氏皿蓋子邊緣塗抹凡士林使之成為密閉空間，放入30℃烘箱中24小時，取出小圓碟秤重，並以公式：((24小時後重量-初始重量)/初始重量)*100計算受測樣品的吸濕率。從第9圖可見，LG、FG、HFG及FSG之吸濕率分別為6.1%、5.2%、7.9%及8.2%，故本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)有相較於市售明膠產品(LG及FG)顯著較佳之吸濕效果。
本發明主要係開發明膠之新用途，將所萃取出的台灣鯛魚皮明膠及台灣鯛魚鱗明膠應用於高乳化性油脂之調和，以形成乳化均勻之油脂，並將乳化油脂進一步用於烘焙產品或其他食品之製作。其中，該油脂較佳為植物油脂，例如椰子油、玉米油、棉籽油、橄欖油、棕櫚油、花生油、菜籽油、芝麻油、大豆油及葵花油等，但不以此為限。又，棕櫚油包含全棕櫚油、硬棕櫚油及軟棕櫚油等。
根據本案之構想，油脂篩選調配係以1-3%台灣鯛魚皮明膠(HFG)或台灣鯛魚鱗明膠(FSG)將數種植物油脂與水進行乳化調和。第10圖係顯示本案較佳實施例之油脂調配比例，包含49%全棕櫚油、12%硬棕櫚油、15%大豆油、6%軟棕櫚油、16%水、以及2%魚皮明膠或魚鱗明膠。當然，前述實施例之油種及調配比例係作為示範說明，並非用以限制本案。
進行乳化調和時，明膠係先加入水相溶解後再加入油相乳化形成W/O之乳化相，並於5℃進行捏練，待捏合完成即可得到乳化均勻成膏狀之油脂。第11A圖及第11B圖係為有添加及無添加2%魚皮明膠或魚鱗明膠之乳化效果，由圖中可見，有添加2%魚皮明膠或魚鱗明膠之實驗組可得到乳化相當均勻的膏狀油脂，而無添加2%魚皮明膠或魚鱗明膠之對照組則仍可見乳化不均勻、油水分離的現象，顯示本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)確實在高乳化性油脂之調和上有很好的應用效果。
進一步針對利用魚皮明膠或魚鱗明膠所調和成之乳化油脂進行熔點及碘價測量，並以核磁共振儀(NMR)分析其固態含量，及以氣相層析儀(GC)測定其氫化反式程度及飽和脂肪酸含量。熔點測量係將油脂去水，以毛細管吸取適量油脂，冷凍5分鐘，再放入加熱器以磁石攪拌水溫慢慢加熱溫度，直至毛細管內油脂溶化上升之溫度即為熔點。碘價測量則係將油脂去水，加熱75℃、5分鐘，以FT-NIR光譜儀分析近紅外吸收光譜，其係利用物質在近紅外光譜區的吸收主要包括基團基頻振動的合頻和倍頻振動吸收，藉以分析出不同油脂之吸收光。前述乳化油脂所測得之熔點為36.68℃，碘價為63.43。
油脂固態含量分析則係將油脂去水，取5cc至試管加熱沸騰5分鐘，60℃ 30分鐘，0℃ 60分鐘，個溫層30分鐘，以分析不同溫層之油脂固態含量。從第12圖所示之乳化油脂固態含量分析可見，隨著溫度的升高，乳化油脂之固態含量越低，而在接近人體體溫時，固態含量約在10%以下，故可得到較好的口溶性及較佳的口感。而第13圖則顯示乳化油脂之脂肪酸含量分析，其係將油脂去水，取0.1克至試管加熱加入KOH加熱皂化10分鐘，再加入HCl甲基化10分鐘，冷卻後加入飽和NaCl再加入正己烷，震盪一分鐘，取上層液1μl注入GC，進行脂肪酸數據分析。
接著再將不同明膠樣品之乳化油脂運用於烘焙產品製作，例如製成餅乾、蛋捲或吐司等，並測試其打發性、乳化性、朔性等應用屬性，並以物性測定所得之質地數據作為開發高乳化性油脂之品質依據。以餅乾製作為例，第14圖係顯示本案較佳實施例之餅乾製作比例。首先，將130克之乳化油脂與120克之糖粉打發，接著加入60克全蛋及20克牛奶乳化拌勻，接著加入40克奶粉拌勻，再加入200克低筋麵粉及2克泡打粉拌勻，之後即可分小塊以烤箱烘烤。
第15圖至第17圖分別顯示不同明膠樣品之乳化油脂於餅乾製作之打發性、乳化性、朔性分析，根據分析結果，本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)與市售明膠產品(LG及FG)在乳化油脂物性上並沒有明顯的差異。第18圖則顯示不同明膠樣品之乳化油脂製成餅乾之脆度測試結果，可見四種餅乾之脆度並沒有顯著的差異。接著再進行餅乾感官品評，品評人數為30人，主要年齡為20-25歲，針對餅乾之外觀、口感、風味、酥脆度及喜好度進行六分制評分法感官品評。由第19圖所示之感官品評結果可見，本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)與市售明膠產品(LG及FG)在成品物性上並沒有明顯的差異，表示本案萃取出之台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)所製作之餅乾接近市售明膠所製作之餅乾，故亦可廣泛被消費者所接受。
綜上所述，本案係萃取出台灣鯛魚皮明膠(HFG)及台灣鯛魚鱗明膠(FSG)，並與市售豬明膠(LG)及市售魚明膠(FG)進行分析比較。研究結果顯示，台灣鯛魚皮明膠及台灣鯛魚鱗明膠有相較於市售明膠顯著較高之黏度，可顯著減少明膠之使用量即可達相同之黏度；由DSC分析得知，台灣鯛魚皮明膠及台灣鯛魚鱗明膠之裂解溫度達180 ℃以上，有相較於市售明膠較佳之熱穩定性；由保濕性及吸濕性實驗得知，台灣鯛魚皮明膠及台灣鯛魚鱗明膠有相較於市售明膠顯著較佳之效果；經烘焙測試後之酥脆度及感官品評分析得知，台灣鯛魚皮明膠及台灣鯛魚鱗明膠所調和之高乳化性油脂並不顯著影響餅乾之質地，故可作為天然來源之乳化劑應用於食品上。因此，本案開發了台灣鯛魚皮明膠或魚鱗明膠之新用途，可應用於高乳化性油脂之調和，尤其是植物油脂之調和，並得到相當好之乳化效果，更可將乳化油脂進一步運用於烘焙產品製作，且由於採用天然來源萃取出的明膠，更大大提升了食品安全性，同時也提升了廢棄水產品的附加價值，減少廢棄物的耗費，更能開啟有價值的食品原料。故本案極具產業價值，爰依法提出申請。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。
S11‧‧‧步驟11
S12‧‧‧步驟12
S13‧‧‧步驟13
S14‧‧‧步驟14
S15‧‧‧步驟15
S16‧‧‧步驟16
Claims (6)
- 一種魚鱗明膠之用途，其係用於高乳化性油脂之調和，其中該油脂包含棕櫚油，且該棕櫚油佔該乳化油脂67%。
- 如申請專利範圍第1項所述之魚鱗明膠之用途，其中該棕櫚油包含軟棕櫚油、硬棕櫚油及全棕櫚油。
- 如申請專利範圍第1項所述之魚鱗明膠之用途，其中該魚鱗明膠係萃取自台灣鯛、海鱺魚或虱目魚。
- 如申請專利範圍第1項所述之魚鱗明膠之用途，其中該魚鱗明膠係為台灣鯛魚鱗明膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之魚鱗明膠之用途，其中該魚鱗明膠係以1-3%之含量進行該高乳化性油脂之調和。
- 如申請專利範圍第1項所述之魚鱗明膠之用途，其中該魚鱗明膠係以鹼化、中和及擠壓處理後，再以熱水萃取而得。
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