明膠的制備及其在日用化學(xué)品中的應(yīng)用

張換換，李明霞，李文飛，劉軍海

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

明膠的制備及其在日用化學(xué)品中的應(yīng)用

張換換，李明霞，李文飛，劉軍海

（陜西理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中 723001）

綜述了明膠的制備及其提取工藝的研究進(jìn)展，并概述了明膠在化妝品、洗滌用品等方面的應(yīng)用。

明膠；制備；應(yīng)用

洗滌化妝類產(chǎn)品是清潔美化人體臉部、身體皮膚、毛發(fā)以及口腔等處的日常生活用品，能修飾人體，給人們以容貌整潔、講究衛(wèi)生的好感，并有益于身體的健康。明膠（Gelatin）是其中常見(jiàn)的添加劑之一。明膠是一種無(wú)脂肪的高蛋白，且不含膽固醇。膠原與皮膚中的彈力纖維合力構(gòu)成網(wǎng)狀支撐體，提供真皮層安定有力的支撐，因此對(duì)于個(gè)人護(hù)理用品來(lái)說(shuō)，以明膠作為洗滌化妝類產(chǎn)品的活性物質(zhì)可以補(bǔ)充皮膚膠原蛋白。

明膠是立體結(jié)構(gòu)遭到破壞的膠原蛋白，目前大部分膠原蛋白產(chǎn)品中所含的膠原蛋白從一定意義上說(shuō)就是明膠。明膠既是一種蛋白質(zhì)，又是一種高分子生物材料，具有一系列的優(yōu)異物性，如膠體保護(hù)性、成膜性、表面活性、凝膠態(tài)和溶膠態(tài)的可逆轉(zhuǎn)變性、兩性聚電解質(zhì)特性、側(cè)基的高化學(xué)反應(yīng)活性等。蛋白質(zhì)是人體重要的組成物質(zhì)（如肌膚、毛發(fā)、指甲及多種器官均由蛋白質(zhì)組成）并維持著生命的活動(dòng)，因而明膠作為保濕劑在洗滌用品、化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。

1. 明膠的制備

動(dòng)物的骨、生皮、肌腱、膜等結(jié)締組織或表皮組織中含有豐富的膠原。膠原由多種蛋白質(zhì)組成，是制膠的主要成分。它不溶于水、酸、堿和鹽的稀溶液，在一定pH的熱水中，膠原發(fā)生部分水解，使原來(lái)的高聚物變成低分子量、能溶于熱水、具有一定黏度的膠液[1]。由此可見(jiàn)，明膠是由膠原轉(zhuǎn)化生成的一種親水性膠凝物質(zhì)，膠原分子表面的側(cè)基能與水分子以氫鍵結(jié)合，發(fā)生膨脹，形成明膠。

1.1 原料的預(yù)處理

在制備優(yōu)質(zhì)明膠時(shí)，首先通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▉?lái)破壞穩(wěn)定膠原纖維分子間和分子內(nèi)的共價(jià)交聯(lián)和非共價(jià)鍵，釋放出膠原分子，接著通過(guò)加熱使穩(wěn)定膠原螺旋的氫鍵斷裂，從而釋放出明膠。一般的預(yù)處理方法有酸法、堿法、酶法等。

鄧海燕[2]采用新鮮冷凍雞皮為原料，經(jīng)切割、鹽酸浸泡、換酸數(shù)次后水力脫脂，再水浴提膠、過(guò)濾、去除油脂，然后對(duì)膠液進(jìn)行濃縮和干燥，即得到成品明膠，并確定最優(yōu)的明膠制備工藝條件。陳小娥等[3]采用堿法提取魚(yú)皮明膠，并分別對(duì)明膠黏度、色價(jià)、等電點(diǎn)、氨基酸組成進(jìn)行了測(cè)定。張峰[4]研究了幾種制備明膠的工藝并對(duì)其pH和溫度等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，使酶法制膠步驟相對(duì)簡(jiǎn)單，用酶量少，降低了成本。

用酸法、堿法進(jìn)行原料的預(yù)處理存在的主要問(wèn)題是酸堿切斷膠原分子隨機(jī)性大，反應(yīng)難以控制，明膠質(zhì)量較差，凝凍強(qiáng)度低；此外，大量酸堿殘留在生產(chǎn)廢水中，會(huì)導(dǎo)致土壤污染[5]。利用酶的專一性強(qiáng)、催化效率高、作用條件溫和等顯著特點(diǎn)可很好地解決上述問(wèn)題，并提高明膠產(chǎn)品的質(zhì)量，但近年來(lái)有關(guān)這方面的研究報(bào)道不多，有待進(jìn)行更深入的研究。

隨著研究工作的開(kāi)展，科研人員開(kāi)發(fā)出了更多的明膠原料預(yù)處理工藝，如熱處理法、鹽堿法和酸堿法等。熱處理法是指僅用熱水長(zhǎng)時(shí)間抽提，使膠原轉(zhuǎn)化為明膠的方法。鹽堿法是用硫酸鈉和氫氧化鈉的混合液代替石灰乳浸漬原料而生產(chǎn)明膠的方法。采用鹽堿法浸泡濕牛皮、干豬皮、干牛皮，不僅可以提高明膠的得率，而且提高了明膠的黏度和凍力等主要質(zhì)量指標(biāo)，但鹽堿法生產(chǎn)明膠產(chǎn)生了大量高濃度的強(qiáng)堿溶液，極容易污染環(huán)境，因此應(yīng)加以回收利用或用廢酸中和。酸堿法是與鹽堿法制膠相對(duì)應(yīng)的一種制膠方法。如潘楊等[6]采用酸堿法與熱水浸提相結(jié)合的方法提取魚(yú)鱗明膠，分析浸堿過(guò)程中Ca(OH)2濃度、料液比、浸堿時(shí)間對(duì)明膠提取率、明膠黏度和凝膠強(qiáng)度的影響，從而得到最佳的酸堿處理?xiàng)l件，以實(shí)現(xiàn)較高的提取率和獲取較高品質(zhì)的明膠。

1.2 明膠的提取

明膠的提?。刺崮z，俗稱熬膠）工序一般為：經(jīng)預(yù)處理的原料→加熱→過(guò)濾→離心→濃縮→干燥→成品明膠。加熱過(guò)程中，如果明膠水溶液加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)進(jìn)一步水解（降解），所以必須控制水解的工藝參數(shù)（主要溫度和時(shí)間）以提取不同規(guī)格的明膠。

提膠時(shí)，由于溫度的作用，削弱了膠原間的交聯(lián)鍵，使膠原轉(zhuǎn)變成明膠；如果溫度過(guò)高，就會(huì)使明膠進(jìn)一步水解（二次降解），主肽鏈發(fā)生斷裂而大大破壞了明膠的凍力與黏度等重要性能指標(biāo)。所以，控制適當(dāng)?shù)臏囟群蜁r(shí)間是提膠工序的主要因素。提膠工序使用的主要設(shè)備有提膠鍋、單效或雙效蒸發(fā)機(jī)、真空泵（水力噴射泵）、消毒桶、壓濾機(jī)、洗棉機(jī)、壓棉機(jī)、過(guò)濾桶、吸濾桶、貯膠桶等。為提高明膠的透明度，有的廠家還使用圓盤(pán)型過(guò)濾機(jī)，以硅藻土為介質(zhì)過(guò)濾明膠液，或使用布袋筒型過(guò)濾器[7]。

2. 明膠的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用原理

人們?cè)谌粘Ｉ钪?，在環(huán)境中接觸到污染物質(zhì)，以及年齡的增長(zhǎng)，皮膚會(huì)出皺紋，而且粗糙缺乏彈性。而明膠富含親水性的天然保濕因子，與皮膚表面的蛋白質(zhì)結(jié)合，可補(bǔ)充人體流失的膠原蛋白、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成份，且使皮膚有著良好的親水性，強(qiáng)化皮層吸水功能，使皮膚潤(rùn)澤、光滑有彈性。同時(shí)，明膠在皮膚表面形成保護(hù)膜，有效防止表皮水分流失，并隔離不良物質(zhì)侵入皮膚。所以，明膠在日用化學(xué)品中廣泛用作保濕劑。

由于明膠分子和人體皮膚相容性極好，容易被皮膚吸收并填充在皮膚基質(zhì)層之間，從而使皮膚豐滿、皺紋舒展，同時(shí)提高皮膚密度，產(chǎn)生張力，增加皮膚彈性，因此添加有明膠的日化產(chǎn)品具有防皺功能。明膠與人體組織的親合性好，具有修復(fù)組織的作用，可促進(jìn)表皮細(xì)胞生長(zhǎng)，修復(fù)破裂皮膚傷口與龜裂皮膚的愈合。以使皮膚柔軟豐滿富有彈性，潤(rùn)滑角質(zhì)層，刺激皮膚微循環(huán)，促進(jìn)皮膚的新陳代謝，長(zhǎng)期使用皮膚光滑柔嫩。

此外，明膠還可維持配方內(nèi)有效成分的生化性質(zhì)于最佳狀態(tài)，為配方成分發(fā)揮作用提供優(yōu)良環(huán)境，確保有效成分進(jìn)入肌膚深層。

將中性膠原溶液和酸溶膠原溶液與肥皂、香皂及其它洗凈劑配合使用，可使皮膚免受各種洗滌劑的刺激作用。這是因?yàn)槊髂z在洗滌劑的外層結(jié)構(gòu)形成膠束而使肥皂、香皂及其它洗凈劑的性質(zhì)趨于溫和。同時(shí)，它可增強(qiáng)洗凈劑的去污作用而不降低或僅略為降低泡沫活性。含蛋白質(zhì)的肥皂和洗凈劑還具有優(yōu)良的保濕效果，對(duì)某些油類物質(zhì)如染眉油、口紅、眼瞼膏等有極好的乳化性，洗后能使皮膚感覺(jué)柔和、不發(fā)干和不發(fā)黏。由于蛋白質(zhì)能降低表面活性劑、堿和過(guò)氧化物對(duì)毛發(fā)的損傷，故制造護(hù)發(fā)素時(shí)常添加蛋白質(zhì)[8]。

姜鵬等[9]通過(guò)對(duì)表面張力和溶液黏度的測(cè)試，探討了明膠對(duì)十二烷基硫酸鈉（SDS）/十六烷基溴化吡啶（CPDB）復(fù)配體系泡沫的穩(wěn)定作用。結(jié)果表明：明膠與表面活性劑復(fù)配體系形成的泡沫流體，起泡能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。其主要原因是，明膠與SDS/CPDB締合成聚集體，聚集體的疏水作用阻止了液膜間的液體流失。

生19：老師，其實(shí)不一定要是直角，只要∠C1AB=∠C2BA=∠EDF就有△AED∽△BDF，只要當(dāng)∠C1AB=∠C2BA=∠EDF ，D是AB中點(diǎn)就有△AED∽△DEF∽△BDF．

山下健治[10]發(fā)明了一種洗滌材料及采用該洗滌材料的洗滌方法。該洗滌材料是利用碰撞的方法來(lái)洗滌被洗滌物的表面，其采用明膠或由膠制成的多數(shù)個(gè)核體、核體內(nèi)含有的可使核體具有粘著性及彈性的水及可防止各核體之間因粘著力而引起粘連，并可保持各個(gè)核體的形態(tài)而在核體表面附著的多數(shù)個(gè)防粘連離散粒子組成，洗滌時(shí)利用該洗滌材料來(lái)沖撞被洗滌物的表面，進(jìn)而捕獲住被洗滌物表面的異物而將其除去，而且本發(fā)明的洗滌方法還可用來(lái)去除因磁力而吸附在被洗滌物表面的異物。

當(dāng)前，在市場(chǎng)上消費(fèi)者已對(duì)“膠原”這一名稱耳熟能詳，這對(duì)于開(kāi)發(fā)含明膠的日化產(chǎn)品來(lái)說(shuō)極有發(fā)展余地，也為明膠的生產(chǎn)、應(yīng)用及銷售開(kāi)拓了廣闊的天地。但必須注意，明膠在與日用化學(xué)品中的其它添加劑配伍時(shí)要避免產(chǎn)生不良反應(yīng)，如發(fā)生沉淀、氣體、分層、變色、凝聚等等。已經(jīng)有報(bào)道說(shuō)，明膠與酸、堿、季銨鹽類化合物、甲醛、阿拉伯樹(shù)膠或黃蓍樹(shù)膠、鞣酸和離子型表面活性劑等在使用上有配伍禁忌，必須在應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)予以高度重視[11]。

2.3 明膠在化妝品中的應(yīng)用

隨著人們生活水平不斷提高，化妝品的應(yīng)用越來(lái)越普遍?，F(xiàn)代化妝品除美化容貌功能之外，還兼有營(yíng)養(yǎng)和治療某些疾病的作用。明膠作為一種蛋白質(zhì)，對(duì)皮膚和毛發(fā)具有保護(hù)、保濕、去污等作用，能增加毛發(fā)的抗張強(qiáng)度和彈性，因此常用作燙發(fā)、整理、漂洗和干燥類化妝品的制造，在市場(chǎng)上常見(jiàn)的發(fā)用化妝品有：保持水分的香波、頭發(fā)調(diào)理膏或液、羊毛-蛋白質(zhì)護(hù)發(fā)素、蛋白質(zhì)定發(fā)膠等。

明膠與維生素類物質(zhì)配合使用，可制成營(yíng)養(yǎng)、護(hù)膚美容、抗皺等化妝品，如明膠與維生素E配合使用制成防皺美容霜；在醫(yī)學(xué)美容中，明膠可制成復(fù)方針劑作皮下注射，用以使皮膚皺紋消失而變得平滑。明膠軟膠囊和微膠囊也廣泛地用于化妝品，如防皺霜膠囊、護(hù)膚霜膠囊、潤(rùn)膚油膠囊、爽口液膠囊、改善呼吸膠囊、沐浴泡沫膠囊、口紅膠囊、牙膏膠囊等；許多添加劑也可以制成微膠囊形式加于各種化妝品中，如膠凍、膏霜、洗液、乳液、浴液、香波等[11]。

明膠具有良好保濕性能，保濕劑有助于在干燥的空氣中保持皮膚角質(zhì)層正常的水分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：10%～20%），防止皮膚因水分不足而產(chǎn)生皺裂、粗糙等。因此，將明膠的保濕功效更好的應(yīng)用于護(hù)膚品生產(chǎn)中成為化妝行業(yè)研究的熱點(diǎn)之一。吸濕保濕性能與樣品的親水基團(tuán)的種類和數(shù)量有關(guān)，明膠親水基團(tuán)（不考慮肽鍵）的種類主要是氨基、羧基，少量的羥基等，親水基團(tuán)含量大的，吸濕性強(qiáng)。日本還有用不溶于水的N-?；髂z包裹化妝品的報(bào)道，它既阻止了顏料與皮膚的直接接觸，又具有保濕作用。張忠楷等[12]通過(guò)烏氏黏度法測(cè)定明膠的相對(duì)黏度和特性黏數(shù)，由實(shí)驗(yàn)得出了明膠存在于皮膚表面和毛囊中，留在皮膚表面的明膠可以維持正常水分，起到保濕作用。

吳天祥等[13]用動(dòng)物的表皮、外殼或分泌物（蠶絲）為原料進(jìn)行降解處理，精制成水解明膠（膠原蛋白），再與水溶性的合成或半合成高分子成膜物質(zhì)和護(hù)膚藥品以及助劑等進(jìn)行復(fù)配，制成膠狀物質(zhì)，涂在皮膚表面產(chǎn)生一層似皮非皮的仿生薄膜，稱之為仿生皮膚。該化妝品對(duì)外阻擋有害物質(zhì)和環(huán)境的侵蝕，對(duì)內(nèi)養(yǎng)護(hù)皮膚及治療皮膚疾病，形成“美容”、“治療”及“特種需要”三大系列產(chǎn)品。

在醫(yī)藥上，目前明膠主要在硬膠囊、軟膠囊及微膠囊方面有很大的應(yīng)用；它主要用于創(chuàng)傷敷料、骨科病、皮膚病、內(nèi)科病如胃病、肝病、血液病等的治療。

在食品上，明膠主要用于糖果添加劑、冷凍食品改良劑、肉制品改良劑、飲料澄清劑、食品涂層材料。在食品表面涂覆明膠具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）涂覆明膠能抑制兩種不同食品組合在一起時(shí)的褐變反應(yīng)。（2）防止食品吸潮及僵硬。在粉末狀、顆粒狀糖類的表面涂覆食用明膠，能防止糖類吸潮，避免結(jié)塊現(xiàn)象。（3）可使食品表面有光澤，提高食品質(zhì)量。（4）可防止食品腐敗氧化；濃度為10%～15%的明膠形成的涂層適用于火腿、腌肉、香腸和干酪等，可防止食品腐敗，延長(zhǎng)食品的保存性。（5）防止產(chǎn)品干縮變形。（6）保鮮作用[14]。在浸泡水果、蔬菜的糖液中，添加明膠溶液，在果蔬表面形成皮膜，能保證食品的新鮮度和天然風(fēng)味。

明膠的可乳化性可以用作保護(hù)膠體、絮凝劑、涂料、藥品中，而且膠凍強(qiáng)度（Bloom值）越高的明膠具有越高的乳化能力。明膠的吸油性可用于回收地面潑濺的油，明膠的吸水性可用于農(nóng)業(yè)殺蟲(chóng)劑的可控緩釋體系。

3. 結(jié)語(yǔ)

明膠作為一種重要的工業(yè)助劑，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，它的需求量日益增多且價(jià)格也與日俱增，開(kāi)辟生產(chǎn)明膠的新原料已顯得愈加重要，通常的明膠是從陸生動(dòng)物的皮和骨等結(jié)締組織中提取而成，其原料有限，工藝復(fù)雜，成本自然高，而且滿足不了國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求。酶法制備明膠仍是目前工業(yè)上采用較多的方法，酶法工藝引入的溶劑量較少，既可最大限度抑制副反應(yīng)的發(fā)生，又能提高使用體系局部濃度，大大提高反應(yīng)速率，并且該法節(jié)能環(huán)保，無(wú)污染。因此，研究酶法制備明膠具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在明膠的應(yīng)用中，研究開(kāi)發(fā)出具有多功能型的明膠制品及其改性產(chǎn)品將是今后的發(fā)展趨勢(shì)，也吸引著越來(lái)越多的科研人員介入此方面的研究工作?？梢韵嘈牛S著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，明膠在洗滌化妝品行業(yè)的應(yīng)用將得到推廣。

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