明膠（魚膠粉）又稱吉利丁、花膠，是一種大分子的親水膠體，是膠原部分水解后的產(chǎn)物，來源于豬、牛等的結(jié)締組織（包括軟組織、動(dòng)物皮、腱骨）和硬骨料組織。明膠是無色至淺黃色固體，成粉狀、片狀或塊狀，有光澤，無嗅，無味；相對(duì)分子質(zhì)量約50000～100000；相對(duì)密度1.3～1.4g/cm3。它不溶于水、乙醇、乙醚和三氯甲烷，溶于熱水、甘油、丙二醇、乙酸等。
根據(jù)工藝的不同，明膠分為A型明膠、B型明膠、普通型明膠；按用途不同可分為食用明膠、照相明膠、藥用明膠和工業(yè)明膠；按處理方法不同可以分為酸法膠、堿法膠、酶法膠；按品質(zhì)不同可以分為高檔明膠、低檔明膠、骨膠。
明膠用途非常廣泛，在食品領(lǐng)域，可作為穩(wěn)定劑、凝固劑、增稠劑、乳化劑等添加到各種糖果、冰淇淋、罐頭、火腿、奶制品、啤酒飲料中；在醫(yī)藥領(lǐng)域，可生產(chǎn)膠囊囊材、包衣材料、微型膠囊材料、栓劑基質(zhì)、海綿劑材料、乳化劑、穩(wěn)定劑等；在工業(yè)領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用于板材、家具、火柴、飼料、包裝、造紙、印染、印刷等行業(yè)的各種產(chǎn)品中，主要起增稠、穩(wěn)定、凝聚、調(diào)和、上光、上漿、黏合、固水等作用；在照相領(lǐng)域，可用于制作各種照相制版軟片、照排感光紙、明膠干版、剝膜軟片、照排軟片等。
發(fā)現(xiàn)歷史
中國(guó)古代已有利用動(dòng)物膠的歷史，早在公元前一世紀(jì)，《神農(nóng)本草經(jīng)》即已載有白膠（鹿角膠）和阿膠。明代李時(shí)珍著《本草綱目》較詳記述了阿膠、黃明膠等的制膠沿革及其在治療和黏膠方面的應(yīng)用。古埃及也應(yīng)用動(dòng)物膠做黏合劑。近代工業(yè)制造法的建立與發(fā)展是在19世紀(jì)中葉后的歐、美。中國(guó)于20世紀(jì)20年代起開展工業(yè)明膠的制造。
化學(xué)組成
明膠是一個(gè)具有一定相對(duì)分子質(zhì)量分布的多分散體系，其相對(duì)分子質(zhì)量分布因工藝條件不同而有所差別，并影響到明膠的性能，明膠分子質(zhì)量一般為50000～100000，是18種氨基酸所組成的兩性大分子，其中占1/3、占1/9、和脯氨酸合占1/3，、精氨酸、及共占1/5，、及少量存在。明膠中還含有少量微量元素。
理化性質(zhì)
明膠（gelatin）又稱吉利丁、魚膠，是一種大分子的親水膠體，是膠原蛋白部分水解后的產(chǎn)物，是天然多肽的聚合物。明膠的原料膠原是一種纖維蛋白，存在于豬、牛等的結(jié)締組織（包括軟組織、動(dòng)物皮、腱骨）和硬骨料組織中。
物理性質(zhì)
明膠，無色至淺黃色固體，成粉狀、片狀或塊狀。有光澤，無嗅，無味。相對(duì)分子質(zhì)量約50000～100000。相對(duì)密度1.3～1.4。
明膠不溶于水，但浸泡在水中時(shí)，可吸收5～10倍的水而膨脹軟化，如果加熱，則溶解成膠體，冷卻至35～40℃以下，成為凝膠狀；如果將水溶液長(zhǎng)時(shí)間煮沸，因分解而使性質(zhì)發(fā)生變化，冷卻后不再形成凝膠。不溶于乙醇、乙醚和三氯甲烷，溶于熱水、甘油與水的熱混合液、丙二醇、乙酸、水楊酸、苯二甲酸、尿素、硫脲，硫氰化物和溴化鉀等。
明膠濃度在5%以下不凝固，通常以10%～15%的溶液形成凝膠。膠凝化的溫度隨濃度、共存的鹽類和pH值而不同。粘度及凝膠強(qiáng)度因相對(duì)分子質(zhì)量分布情況而異，同時(shí)受pH、溫度和電解質(zhì)的影響。該溶液如遇甲醛，則變成不溶于水的不可逆凝膠。明膠易吸濕，因細(xì)菌而腐敗，保存時(shí)應(yīng)注意。水解時(shí)，可得到各種氨基酸。
堿法明膠的等電點(diǎn)為pH4.8~5.0，酸法明膠的等電點(diǎn)為pH7.5~9。在等電點(diǎn)時(shí)明膠的許多物理性質(zhì)，如濃溶液的黏度、滲透壓、表面活性、溶解度、透明度、膨脹度等均最小，而明膠膠凍的熔點(diǎn)最高；且在鹽溶液加入時(shí)，所有pH值下的溶液黏度均相應(yīng)地降低。
化學(xué)性質(zhì)
明膠是兩性物質(zhì)，與酸和堿都發(fā)生反應(yīng)。它也是蛋白質(zhì)，因此也具有此類物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，如明膠可被大多數(shù)蛋白水解系統(tǒng)水解而生成氨基酸。明膠還可以和以下物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)：醛和醛糖、陰離子和陽離子聚合物、電解質(zhì)、金屬離子等。明膠可被以下物質(zhì)沉淀：乙醇、三氯甲烷、乙醚、汞鹽、酸。明膠分子因與蛋白質(zhì)相似，在不同pH溶液中可形成正離子、負(fù)離子和兩性離子，在等電點(diǎn)時(shí)，40℃以上會(huì)出現(xiàn)單凝聚。阿拉伯膠帶負(fù)電荷，能和帶正電荷的弱酸性明膠溶液反應(yīng)，溶解度急劇下降發(fā)生共凝聚作用。
用直火加熱明膠，明膠會(huì)變軟、脹大，同時(shí)炭化發(fā)出一種類似羽毛燃燒的味道。當(dāng)溫度超過50℃時(shí)，明膠水溶液會(huì)發(fā)生緩慢降解，65℃以上解聚作用加快，加熱至80℃持續(xù)1h后，凝膠強(qiáng)度將減少50%，分解加快。
分類
在國(guó)際市場(chǎng)上，明膠的品種按用途不同可分為、照相明膠、藥用明膠和工業(yè)明膠4類，其中所占比重最大的是食用和醫(yī)藥用明膠。按處理方法不同可以分為酸法膠、堿法膠、酶法膠3類。按品質(zhì)不同可以分為高檔明膠、低檔明膠、骨膠。
根據(jù)工藝的不同，明膠又分為A型明膠、B型明膠、普通型明膠。A型明膠是用酸法工藝生產(chǎn)的明膠，其等電點(diǎn)為7.0~9.0；B型明膠是用堿法生產(chǎn)的明膠，其等電點(diǎn)為4.7～5.4；普通型明膠是通過生產(chǎn)工藝上的不同而制得的一種既有A型明膠特性又有B型明膠特性的明膠，這種明膠用A型、B型明膠所采用的同樣方法來檢驗(yàn)和分級(jí)，有時(shí)也可以通過將A型與B型明膠適當(dāng)混合來獲得普通型的明膠。
應(yīng)用領(lǐng)域
食品領(lǐng)域
明膠可用于各類食品，按生產(chǎn)需要適量使用。在冰飲制品中利用明膠（或吉利丁）吸附水分的作用作為穩(wěn)定劑和凝固劑使用；明膠用于生產(chǎn)奶糖、蛋白糖、棉花糖、果汁軟糖、晶花軟糖、橡皮糖等軟糖，具有吸水和支撐骨架的作用。明膠微粒溶于水后，能相互吸引、交織形成層疊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨溫度下降凝聚，使糖和水充塞在凝膠空隙內(nèi)，不僅能讓柔軟的糖果保持穩(wěn)定形態(tài)，即便承受較大荷載也不會(huì)變形；其在糖果中的一般加量為5%～10%，其中晶花軟糖中用量6%時(shí)效果最佳，橡皮糖中為6.7%，牛軋?zhí)侵袨?.6%～3%或更多；在某些罐頭制品中也使用明膠作為增稠劑，火腿罐頭使用明膠，是在火腿罐頭裝罐后向表面撒一層明膠粉，形成透明度良好的光滑表面；此外，明膠還可對(duì)一些肉制品起乳化劑的作用，如乳化肉醬和奶油湯的脂肪，并保持產(chǎn)品原有特色；如在桑椹汁的生產(chǎn)工藝中，明膠需要和單寧、硅膠共同起澄清劑的作用；明膠還可作為澄清劑用于啤酒、果酒、露酒、果汁、黃酒、巴旦木果仁乳飲料等產(chǎn)品的生產(chǎn)，其作用機(jī)制是明膠能與單寧生成絮狀沉淀，靜置后呈絮狀的膠體微粒可與混濁物吸附、凝聚、成塊而共沉，再經(jīng)過濾去除；制作慕斯蛋糕時(shí)，并沒有面粉或其他淀粉來做凝固材料，而是依靠吉力丁的吸水特性來凝結(jié)成型。明膠還可用于制作果凍，明膠膠凍在溫?zé)岫形慈芑奶菨{中不會(huì)結(jié)晶，溫?zé)岬哪z凍在凝塊被攪碎后還可重新形成膠凍。
醫(yī)藥領(lǐng)域
膠囊囊材：將藥物填充于空心膠囊中制得硬膠囊劑。以明膠為原料制備的空心膠囊在《中華人民共和國(guó)藥典》（2015年版）四部收載了明膠空心膠囊和腸溶明膠空心膠囊兩種，其中腸溶明膠空心膠囊又分為腸溶膠囊和結(jié)腸腸溶膠囊兩種。
包衣材料：明膠是包糖衣的重要原料之一。明膠形成的薄膜均勻，有較堅(jiān)固的拉力，包糖衣的物料中常使用明膠漿作隔離層，明膠漿具有較好的黏性和可塑性，可提高衣層的牢固性，同時(shí)防止酸性藥物促使燕糖轉(zhuǎn)化，阻止水分吸入，引起片劑膨脹而使片衣脫殼或使糖衣變色。
微型膠囊材料：利用明膠的凝膠化性質(zhì)可制備微囊。將藥物分散于明膠的水溶液中，加入電解質(zhì)或強(qiáng)親水性非電解質(zhì)等凝聚劑，使明膠在水中的溶解度降低并析出，同時(shí)，包封于藥物的表面形成微囊。明膠的凝聚過程是可逆的，一旦這些條件改變或消失，已凝聚成的囊膜也會(huì)很快消失，即解聚現(xiàn)象。這種可逆性在制備過程中可以反復(fù)利用，使凝聚過程多次重復(fù)，直至包制的囊形達(dá)到滿意為止，最后通過固化作用使凝聚的囊膜硬化，成為不可逆的微囊。
栓劑基質(zhì)：栓劑基質(zhì)有脂溶性基質(zhì)和水溶性基質(zhì)兩種，丙三醇明膠是最常見的水溶性基質(zhì)，系用明膠與甘油熔化而制成，用其制備的栓劑韌性強(qiáng)，有彈性，不易折斷，在腔道內(nèi)能緩緩軟化并溶于體液而釋放藥物。
海綿劑材料：海綿劑是采用親水膠體溶液經(jīng)發(fā)泡、固化、冷凍、干燥制成的海綿狀固體制劑，明膠是制備海綿劑的常用材料。海綿劑屬于膠原蛋白物質(zhì)，能促進(jìn)血栓形成，使局部血液加速凝固而起到止血作用。
乳化劑、穩(wěn)定劑：明膠能較好地在油滴周圍形成一層薄膜，是一種很好的乳化劑，且作為乳化劑用量很少。明膠也是很好的乳劑穩(wěn)定劑，尤其適用于對(duì)黏度要求較低的制劑。
工業(yè)領(lǐng)域
工業(yè)明膠是一種淡黃色或棕色的碎粒，是依據(jù)明膠的用途不同劃分出來的一種明膠產(chǎn)品。被廣泛應(yīng)用于板材、家具、火柴、飼料、包裝、造紙、印染、印刷等行業(yè)的各種產(chǎn)品中，主要起增稠、穩(wěn)定、凝聚、調(diào)和、上光、上漿、黏合、固水等作用。
照相領(lǐng)域
照相明膠在印刷工業(yè)方面主要用于制作各種照相制版軟片、照排感光紙、明膠干版、剝膜軟片、照排軟片等。此外，也用于制作各種彩色膠片、黑白電影膠片、攝影膠片、膠卷、X光片、透射片、電子感光片以及各種印相紙、放大紙等。
日化領(lǐng)域
在化妝品方面可用于乳膏和乳液中，可提高乳化、分散功能，特別是對(duì)含有無機(jī)化合物粉末的分散體有良好的穩(wěn)定作用。
生產(chǎn)過程
生產(chǎn)原料
明膠原蛋白料來自膠原，他是動(dòng)物結(jié)締組織中的主要蛋白質(zhì)，商業(yè)上主要來源于皮料和骨頭，占膠原原料很大比例的牛皮和皮料，主要來自制革廠的副產(chǎn)物。
生產(chǎn)原理
明膠屬蛋白質(zhì)，存在于真皮結(jié)締組織膠原纖維中的蛋白是主要的成膠物質(zhì)。膠原在常溫下不溶于冷水和稀酸、稀堿溶液，但能溶脹，使纖維呈半透明狀態(tài)。膠原在水中時(shí)加熱，就能通過水解而成為明膠。
生產(chǎn)方法
明膠的生產(chǎn)主要有下列4種生產(chǎn)方法：
堿法：堿法是將切碎或粉碎的各種原料，先經(jīng)過洗滌和脫脂，再用堿液浸泡（浸灰），然后再水洗和熬膠，最后通過濃縮和干燥將得明膠產(chǎn)品。
酸法：先將原料洗滌和脫脂，再浸入濃度為0.5%－5%的稀鹽酸中（浸酸），再水洗和熬膠，最后濃縮干燥得明膠產(chǎn)品。酸法明膠主要選用鹽酸、硫酸、磷酸、乳酸、檸檬酸、醋酸等單一酸或復(fù)合酸對(duì)前工序進(jìn)行原料膨脹等處理，并進(jìn)一步用弱酸或強(qiáng)酸破壞分子間交聯(lián)與斷裂分子鍵，使多肽溶于酸水溶液中。
鹽堿法：以硫酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液代替堿法的浸灰操作，其余的步驟與堿法基本相同。
酶法：先將各種原料切碎，在溫度為40-45℃，pH為5.0-6.0的條件下，加入適量的稀土曲酶Caspase-3進(jìn)行酶解，酶解的目的是除去原料中的雜質(zhì)蛋白質(zhì)，然后經(jīng)食用醋酸溶解，用食鹽析出膠原蛋白纖維，再把膠原纖維通過脫水和脫脂處理，加入到蒸餾水中，在60－70℃的條件下熬膠。最后把熬出的膠液濃縮并干燥，即得成明膠產(chǎn)品。
中國(guó)目前明膠生產(chǎn)方法主要采用傳統(tǒng)的堿法和酸法，其中堿法占80%左右。傳統(tǒng)的堿法生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，但其生產(chǎn)周期長(zhǎng)（一般為15天），操作條件差，所排廢液對(duì)環(huán)境的污染較大。酸法的生產(chǎn)周期較堿法短，操作條件也較好，但因原料內(nèi)的膠原蛋白在熬膠前清除得不夠完全，所以產(chǎn)品的質(zhì)量比堿法的要差。
鹽堿法綜合了堿法和鹽法的優(yōu)點(diǎn)，具有生產(chǎn)周期短，明膠產(chǎn)率高質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)是生產(chǎn)過程中有大量高濃度的強(qiáng)堿廢液排出，故三廢治理難度大。
酶法生產(chǎn)是比較理想的方法，它省去了熬膠和濃縮的大部分工序，生產(chǎn)周期由堿法的1-3月縮短到10天左右，明膠的收率也由50%左右提高到近于100%，勞動(dòng)條件得到改善。酶法生產(chǎn)要求技術(shù)水平較高，主要是篩選酶及酶解過程的控制較難掌握。
明膠的改性
明膠具有許多優(yōu)異的性質(zhì)與性能，但也不可避免地具有一些不足之處，因而需要通過一定的手段來予以彌補(bǔ)和使之消除，或者使之具有新的性質(zhì)與性能，這就是“明膠的改性”。明膠的改性大體上可通過三種途徑，即物理改性、共混改性和化學(xué)改性。
物理改性：物理改性最大優(yōu)勢(shì)是不引入新的化合物，因此不存在細(xì)胞組織毒性問題，是相當(dāng)安全的改性方法。但并非十全十美，物理交聯(lián)的缺點(diǎn)是難以獲得均勻一致、理想的交聯(lián)強(qiáng)度。明膠常用的物理交聯(lián)方法有加熱、紫外線（UV）照射和γ 照射等法。
化學(xué)改性：明膠是由氨基酸通過基和氨基相互連接而形成的一種多肽鏈，它鏈上有氨基、基等活性基團(tuán)。正是這些活性基團(tuán)的存在，才使得明膠可以發(fā)生很多化學(xué)反應(yīng)，賦予明膠多種優(yōu)良的特性，使其可以用于很多領(lǐng)域。明膠的化學(xué)改性是利用明膠分子鏈上各官能團(tuán)能夠與其他低分子或高分子化合物進(jìn)行反應(yīng)，而使得明膠的性能發(fā)生改變的一種方法。
如以甲基丙烯酸縮水甘油酯（GMA）為接枝單體，明膠為基本原料，對(duì)明膠進(jìn)行雙鍵改性。反應(yīng)原理為明膠側(cè)鏈的氨基與GMA上的環(huán)氧基進(jìn)行加成反應(yīng)，使其接上雙鍵，明膠的這種改性可以制備出具有兩性的明膠高分子材料，這種高分子材料骨架既具有親油性又具有親水性，所以使明膠在保持原有親水性的同時(shí)，又提高了柔順性、彈性、耐熱性及對(duì)某些溶劑的親和性，使其應(yīng)用范圍更為廣泛。同時(shí)對(duì)明膠的雙鍵改性，使其側(cè)鏈帶有雙鍵，可以使其通過光交聯(lián)這種環(huán)保的新型交聯(lián)方法制備出生物支架材料。
共混改性：共混與復(fù)合是開發(fā)新型材料和材料科學(xué)研究的基本方法之一。該法也是明膠常用的改性手段，其能獲得不同性能的新型材料，提高和擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。明膠可與其他天然高分子（如殼聚糖、絲素蛋白、淀粉等）、合成高分子（聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚乙烯醇等）、無機(jī)化合物（羥基磷灰石、SiO2、Al2O3等）及纖維（碳纖維、碳納米管、天然纖維等）共混復(fù)合等新型材料。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
明膠是膠原蛋白部分水解后的產(chǎn)物。膠原蛋白是由3條多肽鏈相互纏繞所形成的棒狀螺旋體。當(dāng)膠原蛋白分子通過工藝過程處理發(fā)生變性并水解時(shí)，三股螺旋互相拆開，其肽鏈有不同程度的分離和斷裂，分解成單條多肽鏈（α-鏈）的α-組分和由兩條α鏈組成的β-組分及由三條α鏈組成的γ-組分，以及介于其間和小于α-組分或大于γ-組分的分子鏈碎片。
在明膠水溶液中，明膠分子存在2種可逆變化的構(gòu)型：溶膠形式和凝膠形式。當(dāng)溫?zé)岬拿髂z水溶液冷卻時(shí)，其黏度逐漸升高，如果濃度足夠大、溫度充分低，明膠分子互相纏結(jié)而形成三維空間的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使明膠分子的運(yùn)動(dòng)受到限制，但其中間夾持的大量液體卻有正常的黏度，電解質(zhì)離子在其中的擴(kuò)散速度和電導(dǎo)率與在溶膠中相同，明膠水溶液即轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，成為類似于固體的物質(zhì)，能夠保持其形狀，并具有彈性。明膠凝膠在受熱后能可逆地又轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤籂顟B(tài)，這是明膠無可比擬的特性。溫度繼續(xù)下降，在冷卻到0℃以下時(shí)，內(nèi)部水分結(jié)冰，其結(jié)晶晶格的引力超過了明膠分子對(duì)水分子的引力，水分就在凝膠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中間形成冰的結(jié)晶，并逐漸擴(kuò)大。在皮明膠結(jié)冰時(shí)，冰晶在凝膠內(nèi)部形成，將冰晶除去，剩下一個(gè)和凍豆腐類似的立體網(wǎng)絡(luò)；但在骨明膠結(jié)冰時(shí)，冰晶在凝膠的表面及四周產(chǎn)生。
安全事宜
儲(chǔ)存與運(yùn)輸
明膠儲(chǔ)存過程中應(yīng)添加防腐劑或抑菌劑，如果不加抑菌劑或防腐劑妥善保存，凝膠會(huì)被細(xì)菌作用變成液體。明膠儲(chǔ)存于干燥、通風(fēng)的庫(kù)房?jī)?nèi)。忌潮濕，夏季潮濕季節(jié)要加強(qiáng)對(duì)明膠的質(zhì)量檢查，防止變質(zhì)。裝卸搬運(yùn)時(shí)不可摔拋，運(yùn)輸車船要有遮蓋。不可與毒害品混儲(chǔ)共運(yùn)。儲(chǔ)期以不超過六個(gè)月為宜。如失火可用水撲救。
毒性
純凈的食用級(jí)明膠，本身是無毒的。?《》（2010年版）和GB6783一1994食品添加劑明膠強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定：鉻是藥用和必須要檢測(cè)重金屬，除了鉻之外，還有鉛、等重金屬；另外食用、藥用明膠還包含微生物等指標(biāo)，共20多項(xiàng)，限制嚴(yán)格，而工業(yè)明膠限制的指標(biāo)就比較少。工業(yè)明膠的生產(chǎn)大量使用“”等工業(yè)皮革廢料，其原料中的有害物質(zhì)（如含鉻的鞣制劑）往往會(huì)導(dǎo)致鉻殘留；除鉻以外，還有很多其他重金屬及微生物。鉻等重金屬不僅會(huì)對(duì)肝臟、腎臟等器官產(chǎn)生危害，還會(huì)對(duì)血液系統(tǒng)及細(xì)胞造成破壞，導(dǎo)致骨骼方面的疾病。
毒膠囊事件
事件是不法廠商用皮革下腳料即工業(yè)明膠制造藥用膠囊，最初是在2012年被曝光的，而這類用工業(yè)明膠制造藥用膠囊的犯罪則可以上至2004年前后。藥用膠囊屬于藥用輔料，制造藥用膠囊的原料明膠必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
參考資料 >