明胶的制备及其在日用化学品中的应用

张换换，李明霞，李文飞，刘军海

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

明胶的制备及其在日用化学品中的应用

张换换，李明霞，李文飞，刘军海

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西 汉中 723001）

综述了明胶的制备及其提取工艺的研究进展，并概述了明胶在化妆品、洗涤用品等方面的应用。

明胶；制备；应用

洗涤化妆类产品是清洁美化人体脸部、身体皮肤、毛发以及口腔等处的日常生活用品，能修饰人体，给人们以容貌整洁、讲究卫生的好感，并有益于身体的健康。明胶（Gelatin）是其中常见的添加剂之一。明胶是一种无脂肪的高蛋白，且不含胆固醇。胶原与皮肤中的弹力纤维合力构成网状支撑体，提供真皮层安定有力的支撑，因此对于个人护理用品来说，以明胶作为洗涤化妆类产品的活性物质可以补充皮肤胶原蛋白。

明胶是立体结构遭到破坏的胶原蛋白，目前大部分胶原蛋白产品中所含的胶原蛋白从一定意义上说就是明胶。明胶既是一种蛋白质，又是一种高分子生物材料，具有一系列的优异物性，如胶体保护性、成膜性、表面活性、凝胶态和溶胶态的可逆转变性、两性聚电解质特性、侧基的高化学反应活性等。蛋白质是人体重要的组成物质（如肌肤、毛发、指甲及多种器官均由蛋白质组成）并维持着生命的活动，因而明胶作为保湿剂在洗涤用品、化妆品等领域的应用十分广泛。

1. 明胶的制备

动物的骨、生皮、肌腱、膜等结缔组织或表皮组织中含有丰富的胶原。胶原由多种蛋白质组成，是制胶的主要成分。它不溶于水、酸、碱和盐的稀溶液，在一定pH的热水中，胶原发生部分水解，使原来的高聚物变成低分子量、能溶于热水、具有一定黏度的胶液[1]。由此可见，明胶是由胶原转化生成的一种亲水性胶凝物质，胶原分子表面的侧基能与水分子以氢键结合，发生膨胀，形成明胶。

1.1 原料的预处理

在制备优质明胶时，首先通过适当的处理方法来破坏稳定胶原纤维分子间和分子内的共价交联和非共价键，释放出胶原分子，接着通过加热使稳定胶原螺旋的氢键断裂，从而释放出明胶。一般的预处理方法有酸法、碱法、酶法等。

邓海燕[2]采用新鲜冷冻鸡皮为原料，经切割、盐酸浸泡、换酸数次后水力脱脂，再水浴提胶、过滤、去除油脂，然后对胶液进行浓缩和干燥，即得到成品明胶，并确定最优的明胶制备工艺条件。陈小娥等[3]采用碱法提取鱼皮明胶，并分别对明胶黏度、色价、等电点、氨基酸组成进行了测定。张峰[4]研究了几种制备明胶的工艺并对其pH和温度等工艺参数进行了优化，使酶法制胶步骤相对简单，用酶量少，降低了成本。

用酸法、碱法进行原料的预处理存在的主要问题是酸碱切断胶原分子随机性大，反应难以控制，明胶质量较差，凝冻强度低；此外，大量酸碱残留在生产废水中，会导致土壤污染[5]。利用酶的专一性强、催化效率高、作用条件温和等显著特点可很好地解决上述问题，并提高明胶产品的质量，但近年来有关这方面的研究报道不多，有待进行更深入的研究。

随着研究工作的开展，科研人员开发出了更多的明胶原料预处理工艺，如热处理法、盐碱法和酸碱法等。热处理法是指仅用热水长时间抽提，使胶原转化为明胶的方法。盐碱法是用硫酸钠和氢氧化钠的混合液代替石灰乳浸渍原料而生产明胶的方法。采用盐碱法浸泡湿牛皮、干猪皮、干牛皮，不仅可以提高明胶的得率，而且提高了明胶的黏度和冻力等主要质量指标，但盐碱法生产明胶产生了大量高浓度的强碱溶液，极容易污染环境，因此应加以回收利用或用废酸中和。酸碱法是与盐碱法制胶相对应的一种制胶方法。如潘杨等[6]采用酸碱法与热水浸提相结合的方法提取鱼鳞明胶，分析浸碱过程中Ca(OH)2浓度、料液比、浸碱时间对明胶提取率、明胶黏度和凝胶强度的影响，从而得到最佳的酸碱处理条件，以实现较高的提取率和获取较高品质的明胶。

1.2 明胶的提取

明胶的提取（即提胶，俗称熬胶）工序一般为：经预处理的原料→加热→过滤→离心→浓缩→干燥→成品明胶。加热过程中，如果明胶水溶液加热时间过长则会进一步水解（降解），所以必须控制水解的工艺参数（主要温度和时间）以提取不同规格的明胶。

提胶时，由于温度的作用，削弱了胶原间的交联键，使胶原转变成明胶；如果温度过高，就会使明胶进一步水解（二次降解），主肽链发生断裂而大大破坏了明胶的冻力与黏度等重要性能指标。所以，控制适当的温度和时间是提胶工序的主要因素。提胶工序使用的主要设备有提胶锅、单效或双效蒸发机、真空泵（水力喷射泵）、消毒桶、压滤机、洗棉机、压棉机、过滤桶、吸滤桶、贮胶桶等。为提高明胶的透明度，有的厂家还使用圆盘型过滤机，以硅藻土为介质过滤明胶液，或使用布袋筒型过滤器[7]。

2. 明胶的应用

2.1 应用原理

人们在日常生活中，在环境中接触到污染物质，以及年龄的增长，皮肤会出皱纹，而且粗糙缺乏弹性。而明胶富含亲水性的天然保湿因子，与皮肤表面的蛋白质结合，可补充人体流失的胶原蛋白、氨基酸等营养成份，且使皮肤有着良好的亲水性，强化皮层吸水功能，使皮肤润泽、光滑有弹性。同时，明胶在皮肤表面形成保护膜，有效防止表皮水分流失，并隔离不良物质侵入皮肤。所以，明胶在日用化学品中广泛用作保湿剂。

由于明胶分子和人体皮肤相容性极好，容易被皮肤吸收并填充在皮肤基质层之间，从而使皮肤丰满、皱纹舒展，同时提高皮肤密度，产生张力，增加皮肤弹性，因此添加有明胶的日化产品具有防皱功能。明胶与人体组织的亲合性好，具有修复组织的作用，可促进表皮细胞生长，修复破裂皮肤伤口与龟裂皮肤的愈合。以使皮肤柔软丰满富有弹性，润滑角质层，刺激皮肤微循环，促进皮肤的新陈代谢，长期使用皮肤光滑柔嫩。

此外，明胶还可维持配方内有效成分的生化性质于最佳状态，为配方成分发挥作用提供优良环境，确保有效成分进入肌肤深层。

将中性胶原溶液和酸溶胶原溶液与肥皂、香皂及其它洗净剂配合使用，可使皮肤免受各种洗涤剂的刺激作用。这是因为明胶在洗涤剂的外层结构形成胶束而使肥皂、香皂及其它洗净剂的性质趋于温和。同时，它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、眼睑膏等有极好的乳化性，洗后能使皮肤感觉柔和、不发干和不发黏。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，故制造护发素时常添加蛋白质[8]。

姜鹏等[9]通过对表面张力和溶液黏度的测试，探讨了明胶对十二烷基硫酸钠（SDS）/十六烷基溴化吡啶（CPDB）复配体系泡沫的稳定作用。结果表明：明胶与表面活性剂复配体系形成的泡沫流体，起泡能力强，稳定性好。其主要原因是，明胶与SDS/CPDB缔合成聚集体，聚集体的疏水作用阻止了液膜间的液体流失。

生19：老师，其实不一定要是直角，只要∠C1AB=∠C2BA=∠EDF就有△AED∽△BDF，只要当∠C1AB=∠C2BA=∠EDF ，D是AB中点就有△AED∽△DEF∽△BDF．

山下健治[10]发明了一种洗涤材料及采用该洗涤材料的洗涤方法。该洗涤材料是利用碰撞的方法来洗涤被洗涤物的表面，其采用明胶或由胶制成的多数个核体、核体内含有的可使核体具有粘着性及弹性的水及可防止各核体之间因粘着力而引起粘连，并可保持各个核体的形态而在核体表面附着的多数个防粘连离散粒子组成，洗涤时利用该洗涤材料来冲撞被洗涤物的表面，进而捕获住被洗涤物表面的异物而将其除去，而且本发明的洗涤方法还可用来去除因磁力而吸附在被洗涤物表面的异物。

当前，在市场上消费者已对“胶原”这一名称耳熟能详，这对于开发含明胶的日化产品来说极有发展余地，也为明胶的生产、应用及销售开拓了广阔的天地。但必须注意，明胶在与日用化学品中的其它添加剂配伍时要避免产生不良反应，如发生沉淀、气体、分层、变色、凝聚等等。已经有报道说，明胶与酸、碱、季铵盐类化合物、甲醛、阿拉伯树胶或黄蓍树胶、鞣酸和离子型表面活性剂等在使用上有配伍禁忌，必须在应用开发时予以高度重视[11]。

2.3 明胶在化妆品中的应用

随着人们生活水平不断提高，化妆品的应用越来越普遍。现代化妆品除美化容貌功能之外，还兼有营养和治疗某些疾病的作用。明胶作为一种蛋白质，对皮肤和毛发具有保护、保湿、去污等作用，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，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，如明胶与维生素E配合使用制成防皱美容霜；在医学美容中，明胶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。明胶软胶囊和微胶囊也广泛地用于化妆品，如防皱霜胶囊、护肤霜胶囊、润肤油胶囊、爽口液胶囊、改善呼吸胶囊、沐浴泡沫胶囊、口红胶囊、牙膏胶囊等；许多添加剂也可以制成微胶囊形式加于各种化妆品中，如胶冻、膏霜、洗液、乳液、浴液、香波等[11]。

明胶具有良好保湿性能，保湿剂有助于在干燥的空气中保持皮肤角质层正常的水分（质量分数为：10%～20%），防止皮肤因水分不足而产生皱裂、粗糙等。因此，将明胶的保湿功效更好的应用于护肤品生产中成为化妆行业研究的热点之一。吸湿保湿性能与样品的亲水基团的种类和数量有关，明胶亲水基团（不考虑肽键）的种类主要是氨基、羧基，少量的羟基等，亲水基团含量大的，吸湿性强。日本还有用不溶于水的N-酰化明胶包裹化妆品的报道，它既阻止了颜料与皮肤的直接接触，又具有保湿作用。张忠楷等[12]通过乌氏黏度法测定明胶的相对黏度和特性黏数，由实验得出了明胶存在于皮肤表面和毛囊中，留在皮肤表面的明胶可以维持正常水分，起到保湿作用。

吴天祥等[13]用动物的表皮、外壳或分泌物（蚕丝）为原料进行降解处理，精制成水解明胶（胶原蛋白），再与水溶性的合成或半合成高分子成膜物质和护肤药品以及助剂等进行复配，制成胶状物质，涂在皮肤表面产生一层似皮非皮的仿生薄膜，称之为仿生皮肤。该化妆品对外阻挡有害物质和环境的侵蚀，对内养护皮肤及治疗皮肤疾病，形成“美容”、“治疗”及“特种需要”三大系列产品。

在医药上，目前明胶主要在硬胶囊、软胶囊及微胶囊方面有很大的应用；它主要用于创伤敷料、骨科病、皮肤病、内科病如胃病、肝病、血液病等的治疗。

在食品上，明胶主要用于糖果添加剂、冷冻食品改良剂、肉制品改良剂、饮料澄清剂、食品涂层材料。在食品表面涂覆明胶具有以下优点：（1）涂覆明胶能抑制两种不同食品组合在一起时的褐变反应。（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）防止产品干缩变形。（6）保鲜作用[14]。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。

明胶的可乳化性可以用作保护胶体、絮凝剂、涂料、药品中，而且胶冻强度（Bloom值）越高的明胶具有越高的乳化能力。明胶的吸油性可用于回收地面泼溅的油，明胶的吸水性可用于农业杀虫剂的可控缓释体系。

3. 结语

明胶作为一种重要的工业助剂，在各个领域都有广泛的应用，它的需求量日益增多且价格也与日俱增，开辟生产明胶的新原料已显得愈加重要，通常的明胶是从陆生动物的皮和骨等结缔组织中提取而成，其原料有限，工艺复杂，成本自然高，而且满足不了国内外市场的需求。酶法制备明胶仍是目前工业上采用较多的方法，酶法工艺引入的溶剂量较少，既可最大限度抑制副反应的发生，又能提高使用体系局部浓度，大大提高反应速率，并且该法节能环保，无污染。因此，研究酶法制备明胶具有明显的经济效益和社会效益。

在明胶的应用中，研究开发出具有多功能型的明胶制品及其改性产品将是今后的发展趋势，也吸引着越来越多的科研人员介入此方面的研究工作。可以相信，随着科学技术的发展，明胶在洗涤化妆品行业的应用将得到推广。

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