明胶（一种大分子的亲水胶体）

一种大分子的亲水胶体明胶（一种大分子的亲水胶体）01相关简介分类明胶的改性理化性质明胶生产食品中的应用目录030502040607医药应用药典信息其他应用目录0908基本信息明胶是一种大分子的亲水胶体，是胶原部分水解后的产物。按其性能和用途可分为照相明胶、食用明胶和工业明胶。根据用途不同，对明胶的质量要求也不一样。用作粘结剂使用时，主要要求粘接强度。用于照相、食品、医药等领域时，则强调产品的纯度。胶原分子是由三条多肽链相互缠绕所形成的螺旋体，通过工艺过程的处理，胶原分子螺旋体变性分解成单条多肽链（α-链）的α-组分和由两条α链组成的β-组分及由三条α链组成的γ-组分，以及介于其间和小于α-组分或大于γ-组分的分子链碎片。由此可见，明胶是一个具有一定分子量分布的多分散体系，其分子量分布因工艺条件不同而有所差别，并影响到明胶的理化性能。相关简介与胶原区别明胶是胶原部分水解而得到的一类蛋白质，明胶与胶原具有同源性。胶原具有棒状三股螺旋结构，当其部分水解制备明胶的过程中，胶原的这种三螺旋结构发生部分分离和断裂。明胶的氨基酸组成与胶原相似，但因预处理的差异，组成成分也可能不同。

理化性质等电点表面活性凝胶强度黏度理化性质等电点据报道酸法猪皮明胶的等电点一般在pH7.5～9的范围内，而碱法明胶的等电点在pH4.8～5.0范围内。这两种不同工艺制得的明胶相混合使用时会出现不相容的现象，如乳剂分层、透明度降低、凝聚等等，因此在混胶时要注意胶的等电点及使用时的pH。

表面活性由氨基酸构成的多肽链存在着亲水区和疏水区，因而明胶和一些表面活性剂一样具有适当的表面活性。研究表明，明胶溶液的表面张力与其浓度、温度、pH值等因素有关。在明胶溶液浓度为1%或1%以下、温度为10～45℃，在溶液形成少于1小时的界面上进行测定，发现在pH=2～3之间其表面张力最大，而最小表面张力则出现在等电点处。研究还指出，表面张力在30℃以下随温度而直线下降，在30～40℃之间下降更为急剧，在40℃以上时随着温度的不断增高而进一步下降，其下降速率比纯水的要大。凡出现老化的地方，表面张力一般会随时间而下降。

凝胶强度当温热的明胶水溶液冷却时，其黏度逐渐升高，如果浓度足够大，温度充分低，明胶水溶液即转变为凝胶。明胶凝胶类似于固体的物质，能够保持其形状，并具有弹性。明胶凝胶在受热后能可逆地又转变为溶液状态。这是明胶无可比拟的特性。将明胶溶液在低温下冷却至发生凝胶化并在一定的低温下老化一定时间，即可测得其稳定的凝胶强度数值。明胶的凝胶强度与明胶的分子量及其分布、氨基酸组成及工艺过程有关，不同用途的明胶所要求的凝胶强度也不同。

明胶溶液的凝冻及其随后的凝胶网络的变化是由于溶液中无序明胶分子部分地回复到胶原结构而引起的。非常均一的明胶稀溶液中所诱导和产生的更广泛的向胶原的逆转，这也是凝胶形成机理本质上类似的这种逆转过程，称之为“复性”，但由于受明胶分子分散性、复杂的化学组成和它们非常的浓度的影响而有所变化。在复性过程中，明胶的组分所起的作用有所不同。

明胶凝胶在冷却到0℃以下时，内部水分结冰，其结晶晶格的引力超过了明胶分子对水分子的引力，水分就在凝胶内部网络中间形成冰的结晶，并逐渐扩大。温度越低，结晶的水分越多。在俄罗斯的寒冷季节，有时利用天然冷风使明胶淡液结出冰晶，得到浓缩的凝胶，这比蒸发法减少水分既经济而又不影响质量。

皮明胶在结冰时冰晶在凝胶内部形成，将冰晶除去，剩下一个和冻豆腐类似的立体网络；但在骨明胶结冰时，冰晶在凝胶的表面及四周产生。黏度黏度反映了微小的纤维状肽链分子溶解并分散在水中时因相对运动而产生的内摩擦力。对于稀溶液来说，由于体系中分子数极少，内摩擦力几乎为零，其所表现出的黏度反映了多肽链体系平均分子量的大小。因此，在固定温度、pH等的条件下，稀溶液的黏度测定主要用于测定明胶体系的平均分子量。而在浓溶液的情况下，其黏度主要是由明胶分子之间的流体力学的相互作用所引起的。在明胶浓溶液的浓度范围内，影响黏度的主要变量是温度、pH值和所加的盐类；此外，明胶的平均分子量和分子量分布也影响到明胶的黏度。

商品明胶黏度与浓度的关系在早期研究中被确定为“黏度是浓度的指数函数”；随后的研究发现，黏度的对数对浓度作图始终是一条曲线，只是随着浓度的增加而曲率呈下降趋势。明胶浓溶液的黏度在等电点pH下处于最低值，而在盐溶液加入时，所有pH值下的溶液黏度均相应地降低。

分类分类（1）明胶按照生产方式分为碱法明胶（又称B型明胶）、酸法明胶（又称A型明胶）、酶法明胶。三种明胶最大的不同点即为明胶生产过程中的前处理过程采用不同的方法。B型明胶的产量居三种明胶之首，原料在碱性介质中预处理，中和后在中性介质中提取得到。A型明胶是指原料在酸性介质中预处理，酸性介质中提取得到的明胶。酶法明胶是指原料经酶预处理，在适度pH值的介质中提取的明胶。

（2）明胶按照用途可以分为食用明胶、药用明胶、照相明胶、工业明胶。

（3）明胶按照品质不同可以分为高档明胶、低档明胶、骨胶，其中高档明胶简称明胶，国外称为Gelatin，低档明胶和骨胶则称为Glue。

明胶生产酸法生产酶法生产碱法生产明胶生产酸法生产明胶的生产主要由三部工序组成从原料的收集、保存和经过各种方式的对原料皮、骨的预处理，是明胶技术发展的前工序部分，胶原的降解即明胶的提取是第二工序部分，也是影响产率的关键部分，明胶的过滤、蒸发、灭菌、烘干等构成了明胶技术的后工序部分。

明胶的酸法与碱法生产通常是指明胶的原料前工序与提胶过程中化学处理方法不同。酸法明胶主要选用盐酸、硫酸、磷酸、乳酸、柠檬酸、醋酸等单一酸或复合酸对前工序进行原料膨胀等处理，并进一步用弱酸或强酸破坏分子间交联与断裂分子键，使多肽溶于酸水溶液中，亦称之为提胶。

碱法生产碱法制备明胶过程中，含胶原的原料首先经浸灰、水洗和除脂等方式进行预处理，原料预处理后脂肪的含量较低，主要成分是胶原蛋白，在石灰或氢氧化钠和一定温度条件下胶原蛋白逐步降解为分子量不均一的多肽混合物，多肽溶液经浓缩、除湿和干燥等一系列处理后得到固体粉末。就产品的收率、性质和纯度而言，碱法能够生产出高质量的明胶。当前国产明胶约有80%以上是碱法明胶。

碱法制胶通常是指石灰法与烧碱法，石灰法猪皮制明胶生产工艺通常为：原料整理—石灰水预浸—水力除脂—石灰水浸渍—洗涤中和—熬胶—浓缩、漂白、凝胶化。

酶法生产酶催化胶原降解制备明胶，与传统的碱法制备明胶的工艺相比，生产周期将会大大缩短，因此国外的明胶工作者一直重视对酶的研究。酶法制胶的研究从1962年开始，已经有50多年的历史，人们已经认识到了，经过酶对胶原降解能够制取明胶，但这样制取的明胶，其分子量分布偏宽，高分子量组份偏多，工艺上控制较难等。这些缺陷影响了明胶的质量。

酶解制胶的方法：用酶的溶液处理砸碎后的骨或皮胶原，然后在酸性溶液中搅拌，得到胶原溶液，再用碱中和到胶原等电点或用盐盐析，得到胶原的纤维沉淀，分离沉淀后再加热，即得到明胶另一种是酶代浸灰，用酶的溶液代替传统碱法制胶中石灰乳处理胶原骨素或皮，然后再按照传统方法完成余下的工序，这种工艺方法比第一种方法更适合于对骨明胶的制备。酶法制胶一般工艺：皮料—预处理—酶解—酶钝化—溶胶—分离纯化—成品。

明胶的改性纯物理改性化学改性共混改性明胶的改性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。

共混改性共混改性或称物理-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。

（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）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。

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。

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。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（maleicanhydride）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。

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。

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。

食品中的应用糖果添加剂冷冻食品改良剂肉制品改良剂饮料澄清剂食品涂层材料食品中允许用量010302040506食品中的应用糖果添加剂据报道，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%时效果最好。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。

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。

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。

饮料澄清剂明胶可作为澄清剂用于啤酒、果酒、露酒、果汁、黄酒、巴旦木果仁乳饮料等产品的生产。其作用机理是明胶能与丹宁生成絮状沉淀，静置后，呈絮状的胶体微粒可与浑浊物吸附、凝聚、成块而共沉，再经过滤去除。对于不同的饮料，明胶可根据需要和不同的物质一起使用，达到不同的效果。如在桑椹汁的生产工艺中，明胶需要和单宁、硅胶共同起澄清剂的作用。对于巴旦木果仁乳饮料，明胶可与海藻酸钠一起作为复合增稠剂，制成一种风味独特且口感优良的乳饮料。针对不同的饮料，明胶的添加量也不相同。在果汁饮料中，明胶加量为2%～3%，在澄清杨梅果汁时用的是含明胶1%的水溶液。在啤酒澄清中所用的是含明胶0.5%的水溶液。在澄清葡萄酒中明胶用量为0.1～0.3g/L。在茶饮料的生产中，对于不同的茶饮料，明胶可与不同的物质配合使用，达到改善茶饮料品质的目的。如在黑茶的制备过程中，明胶和硅胶的共同作用，可以防止黑茶饮料因长期存放发生混浊。在绿茶的制备工艺中，经明胶和乙烯吡咯烷酮的混合物处理后，绿茶冷饮可获得良好的可口性。

食品涂层材料近年来，日本等国较多地将明胶用于食品涂层。在食品表面涂覆明胶具有以下优点：（1）当两种不同的食品组合在一起时，涂覆明胶能抑制褐变反应。（2）防止食品吸潮及僵硬，在粉末状、颗粒状糖类的表面涂覆食用明胶，能防止糖类吸潮，避免结块现象。（3）可使食品表面有光泽，提高食品质量。（4）可防止食品腐败氧化。浓度为10%～15%的明胶形成的涂层适用于火腿、腌肉、香肠和干酪等，可防止食品腐败，延长食品的保存性。（5）明胶作为稳定剂，防止产品干缩变形。（6）保鲜作用，在浸泡水果、蔬菜的糖液中，添加明胶溶液，在果蔬表面形成皮膜，能保证食品的新鲜度和天然风味。

在食品生产中，明胶还可用于制作蛋糕和各种糖衣。由于明胶的稳定性，这种糖衣即使在热天，当液相增加时也不致渗入糕饼中，而且还能控制糖晶体的大小。明胶还可用于制作彩珠冰淇淋的彩珠、无糖罐头等。在食品包装方面，明胶可合成明胶膜。明胶膜又称可食包装膜、生物可降解膜。现已证明明胶膜具有良好的抗拉强度、热封性、较高的阻气、阻油阻湿性能。陈洁等人用明胶合成的生物可降解膜主要用于水果保鲜、肉类保鲜、食品包装或直接食用。

食品中允许用量按照GB6783-2013《食品安全国家标准》中规定明胶可在如下的食品分类中按生产需要适量使用：医药应用囊材组织工程血浆扩容剂医药应用囊材明胶因其生物可降解性、良好的生物相容性和成膜性而在医药领域中广泛应用。

制作胶囊壳需要的原材料有十几种之多，在其中，明胶当仁不让，占据着头把交椅，占胶囊壳质量的90%以上。

明胶胶囊虽有很多优点，但也存在不足：（1）由于醛基、亚胺或酮类等基团的存在，胶囊在储存过程中易发生交联，形成稳定的明胶网络，减缓胶囊的溶出，降低其生物利用度；（2）明胶来源于动物的皮或骨，因此素食主义者用药时不方便；（3）明胶胶囊囊壳材料来源于动物皮或骨，易传播传染性海绵组织脑科疾病——疯牛病；（4）软胶囊囊壳机械特性易受温度和水分影响——囊壳中增塑剂的加入，增加了氧渗透率和水分在囊壳和胶囊内容物间的转移，极少量的水分变化就会对药物的溶出造成很大影响；（5）软胶囊还存在药物迁移的现象。因此，需要寻找改性明胶或明胶替代品来改善明胶胶囊的缺陷。

明胶胶囊的替代品有植物胶（魔芋胶、阿拉伯胶等）、微生物胶（黄原胶、结冷胶等）、海藻胶（卡拉胶、海藻酸盐类等）、淀粉等。血浆扩容剂明胶是胶原水解产物，是生物来源的多肽，具有良好的生物相容性。明胶经改性后凝固点降低，在较低的温度下能保持液体状态，可作为血浆替代品应用于临床，主要用于手术创伤、低血容量性休克等的血容量补充，聚明胶肽已被世界卫生组织（WHO）列为基本药物

。

目前，国内应用较多的血浆扩容剂产品有聚明胶肽注射液和琥珀酰明胶注射液。前者是六亚甲基二异氰酸酯通过脲桥键交联的脲联明胶注射液；后者是以琥珀酸酐为交联剂，交联改性的琥珀酰明胶注射液。明胶作为血浆容量扩充剂很好地解决了临床血源紧张、输血时的血型等问题。

明胶作为血浆替代品的使用量占全球血浆扩容剂（白蛋白、葡聚糖、羟乙基淀粉等）的25%，但明胶在临床应用中会产生毒副作用：频繁使用明胶注射液会导致急性肾损伤的发病率增加；减少凝血因子Ⅷ、Ⅰ和血管性血友病因子（vonWillebrandFactor，vWF），降低血小板数量，诱导纤维蛋白聚合紊乱，延长出血时间；可引起严重的过敏反应等。

组织工程明胶因其具有较高的生物相容性、生物可降解性且体内降解后不产生其他副产物、无免疫原性和血液相容性以及具有与胶原相同的组分和生物性质，广泛应用于组织工程和药物递送系统中。对于骨组织，理想的骨组织支架需具有生物活性和足够的机械强度、易于细胞黏附，但明胶在体内降解速度较快、机械性能差。有学者综合聚己内酯（PCL）良好的机械性能、其在体内降解速率与骨生长速率相当、磷酸钙修饰后的明胶的矿化作用，制备3D双层支架——磷酸钙修饰的明胶/PCL支架（Gel/SG5/PCL），弥补了明胶在体内降解速度快、机械性能差等问题。

明胶或改性明胶也可作为非病毒载体用于基因药物的递送，可解决传统阳离子载体的细胞毒性及免疫原性等问题。siRNA诱导基因沉默，可用于包括癌症在内的多种疾病的治疗，但siRNA不稳定，易被酶降解。如果将siRNA链5'-末端硫醇化，siRNA单体自发聚合形成聚siRNA，同样，用二硫化物修饰明胶链中的羧基得到硫醇化明胶。通过聚siRNA与硫醇化明胶间自发地交联而把siRNA载入硫醇化明胶纳米粒。载聚siRNA硫醇化明胶纳米粒在还原剂存在的条件下释放出siRNA单体，避免siRNA被酶降解，有效地将siRNA递送到病灶。

其他应用感光工业造纸日化工业其他应用感光工业明胶独特的性能，使其在传统感光材料中起着重要的作用。新的感光材料的出现也应用到了明胶。有学者利用明胶制成了含有卤化银感光微粒的喷墨印刷接受层。这种材料含有基层，基层的一边为含有卤化银微粒的感光层，另一边是含有多种亲水胶体的喷墨印刷吸墨层。这种材料允许将感光材料刚刚冲洗后就进行喷墨印刷，并且温度大时具有良好的墨水亲和性。

随着数字相机的应用，彩色相片硬拷贝所需要的喷墨纸，已经开始出售，在这种纸的一边或两边都涂上了明胶层。

日化工业明胶、胶原的水解物及其衍生物在化妆品中应用，对皮肤和毛发具有保护、保湿、去污等作用，但这类添加剂只有在与化妆品某些成分配伍时才能显现出有意义的效果。

这类蛋白质与月桂酰醚硫酸酯钠（sodiumlaurylethersulphate）组成的复合物对眼睛有保护作用。将中性胶原溶液和酸溶胶原溶液与合成的肥皂、香皂及其它洗净剂配合使用，可防止皮肤免受各种洗涤剂的有害作用（如刺激作用）。这是因为明胶、胶原的水解物及其衍生物能在洗涤剂外形成胶束而使合成的肥皂、香皂及其它洗净剂趋于温和。同时，它们可增强洗净剂的去污作用而不降低或仅略为降低泡沫活性。含蛋白质的肥皂和洗净剂还具有优良的保湿效果，对某些油类物质如染眉油、口红、眼脸膏等有极好的乳化性，洗后能使皮肤感觉柔和、不发干和不发粘。

含蛋白质的毛发化妆品能增加毛发的抗张强度和弹性，因此常用作烫发、整理、漂洗和干燥类化妆品的制造；由于蛋白质能降低表面活性剂、碱和过氧化物对毛发的损伤，故常添加蛋白质以制造护发素。在市场上常见的发用化妆品有：保持水分的香波、头发调理膏或液、羊毛-蛋白质护发素、蛋白质定发胶等。明胶、胶原的水解物与维生素类物质配合使用，可制成营养、护肤美容、抗皱等化妆品，如胶原水解物与维生素E配合使用制成搞皱美容霜；也可制成复方针剂作皮下注射，用以使皮肤皱纹消失而变得平滑。

造纸明胶在造纸工业中的用途也很重要。凡属手工制造的纸和几乎所有的高档纸，尤其是以破布为原料的纸张都应用明胶。它也同样应用于全木浆纸或破布、木浆纸作为施胶物料，单用明胶或明胶、淀粉混合物均可。对于手工制纸一般都采用含3%～5%明矾的7%～10%明胶液来施胶；若用破布、木浆或西班牙草为原料制造高质量纸，施胶液的明胶含量为4%～8%及含明矾3%～5%、甲醛0.1%～0.75%，以使明胶在干燥时得以竖膜。纸张用明胶上浆后，表面光滑坚牢，不易沾污，在翻动时有特殊的响声；钞票纸用明胶上浆后能经得起多年频率的折叠使用；钡底纸有一氧化钡层，以使纸张