明膠是一種大分子的親水膠體，是膠原部分水解后的產物。按其性能和用途可分為照相明膠、食用明膠和工業明膠。根據用途不同，對明膠的質量要求也不一樣。用作粘結劑使用時，主要要求粘接強度。用于照相、食品、醫藥等領域時，則強調產品的純度。  

膠原分子是由三條多肽鏈相互纏繞所形成的螺旋體，通過工藝過程的處理，膠原分子螺旋體變性分解成單條多肽鏈（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。由此可見，明膠是一個具有一定分子量分布的多分散體系，其分子量分布因工藝條件不同而有所差別，并影響到明膠的理化性能。  

簡介

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。相對分子質量約50000～100000。相對密度1.3～1.4。不溶于水，但浸泡在水中時，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；如果將水溶液長時間煮沸，因分解而使性質發生變化，冷卻后不再形成凝膠。不溶于乙醇、乙醚和氯仿，溶于熱水、甘油、丙二醇、乙酸、水楊酸、苯二甲酸、尿素、硫脲，硫氰酸鹽和溴化鉀等。本品濃度在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。粘度及凝膠強度因相對分子質量分布情況而異，同時受pH、溫度和電解質的影響。本品溶液如遇甲醛，則變成不溶于水的不可逆凝膠。本品易吸濕，因細菌而腐敗，保存時應注意。水解時，可得到各種氨基酸。  

與膠原區別

明膠是膠原部分水解而得到的一類蛋白質，明膠與膠原具有同源性。膠原具有棒狀三股螺旋結構，當其部分水解制備明膠的過程中，膠原的這種三螺旋結構發生部分分離和斷裂。明膠的氨基酸組成與膠原相似，但因預處理的差異，組成成分也可能不同。  

明膠的理化性質

明膠是膠原變性所得的產物，屬蛋白質大分子范疇，它具有與蛋白質大分子相類似的特性，但由于分子結構的特殊性，決定了其理化性質又有獨特之處。  

等電點

據報道酸法豬皮明膠的等電點一般在pH 7.5～9的范圍內，而堿法明膠的等電點在pH 4.8～5.0范圍內。這兩種不同工藝制得的明膠相混合使用時會出現不相容的現象，如乳劑分層、透明度降低、凝聚等等，因此在混膠時要注意膠的等電點及使用時的pH。  

表面活性

由氨基酸構成的多肽鏈存在著親水區和疏水區，因而明膠和一些表面活性劑一樣具有適當的表面活性。研究表明，明膠溶液的表面張力與其濃度、溫度、pH值等因素有關。在明膠溶液濃度為1%或1%以下、溫度為10～45℃，在溶液形成少于1小時的界面上進行測定，發現在pH=2～3之間其表面張力最大，而最小表面張力則出現在等電點處。研究還指出，表面張力在30℃以下隨溫度而直線下降，在30～40℃之間下降更為急劇，在40℃以上時隨著溫度的不斷增高而進一步下降，其下降速率比純水的要大。凡出現老化的地方，表面張力一般會隨時間而下降。  

凝膠強度

當溫熱的明膠水溶液冷卻時，其黏度逐漸升高，如果濃度足夠大，溫度充分低，明膠水溶液即轉變為凝膠。明膠凝膠類似于固體的物質，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變為溶液狀態。這是明膠無可比擬的特性。將明膠溶液在低溫下冷卻至發生凝膠化并在一定的低溫下老化一定時間，即可測得其穩定的凝膠強度數值。明膠的凝膠強度與明膠的分子量及其分布、氨基酸組成及工藝過程有關，不同用途的明膠所要求的凝膠強度也不同。  

明膠溶液的凝凍及其隨后的凝膠網絡的變化是由于溶液中無序明膠分子部分地回復到膠原結構而引起的。非常均一的明膠稀溶液中所誘導和產生的更廣泛的向膠原的逆轉，這也是凝膠形成機理本質上類似的這種逆轉過程，稱之為“復性”，但由于受明膠分子分散性、復雜的化學組成和它們非常的濃度的影響而有所變化。在復性過程中，明膠的組分所起的作用有所不同。  

明膠凝膠在冷卻到0℃以下時，內部水分結冰，其結晶晶格的引力超過了明膠分子對水分子的引力，水分就在凝膠內部網絡中間形成冰的結晶，并逐漸擴大。溫度越低，結晶的水分越多。在俄羅斯的寒冷季節，有時利用天然冷風使明膠淡液結出冰晶，得到濃縮的凝膠，這比蒸發法減少水分既經濟而又不影響質量。  

皮明膠在結冰時冰晶在凝膠內部形成，將冰晶除去，剩下一個和凍豆腐類似的立體網絡；但在骨明膠結冰時，冰晶在凝膠的表面及四周產生。這說明非常相似的兩種明膠，其凝膠中的分子結構與組織并不完全相同，骨明膠內部的水分可以更自由地運動。  

黏度

黏度反映了微小的纖維狀肽鏈分子溶解并分散在水中時因相對運動而產生的內摩擦力。對于稀溶液來說，由于體系中分子數極少，內摩擦力幾乎為零，其所表現出的黏度反映了多肽鏈體系平均分子量的大小。因此，在固定溫度、pH等的條件下，稀溶液的黏度測定主要用于測定明膠體系的平均分子量。而在濃溶液的情況下，其黏度主要是由明膠分子之間的流體力學的相互作用所引起的。在明膠濃溶液的濃度范圍內，影響黏度的主要變量是溫度、pH值和所加的鹽類；此外，明膠的平均分子量和分子量分布也影響到明膠的黏度。  

商品明膠黏度與濃度的關系在早期研究中被確定為“黏度是濃度的指數函數”；隨后的研究發現，黏度的對數對濃度作圖始終是一條曲線，只是隨著濃度的增加而曲率呈下降趨勢。明膠濃溶液的黏度在等電點pH下處于最低值，而在鹽溶液加入時，所有pH值下的溶液黏度均相應地降低。  

分類

（1）明膠按照生產方式分為堿法明膠（又稱B型明膠）、酸法明膠（又稱A型明膠）、酶法明膠。三種明膠最大的不同點即為明膠生產過程中的前處理過程采用不同的方法。B型明膠的產量居三種明膠之首，原料在堿性介質中預處理，中和后在中性介質中提取得到。A型明膠是指原料在酸性介質中預處理，酸性介質中提取得到的明膠。酶法明膠是指原料經酶預處理，在適度pH值的介質中提取的明膠。  

（2）明膠按照用途可以分為食用明膠、藥用明膠、照相明膠、工業明膠。  

（3）明膠按照品質不同可以分為高檔明膠、低檔明膠、骨膠，其中高檔明膠簡稱明膠，國外稱為Gelatin，低檔明膠和骨膠則稱為Glue。  

明膠的生產

明膠是經膠原適度水解和熱變性得到的產物，生產明膠的原料主要是動物的皮、骨及制革業廢料等，市場上常見的明膠多以牛皮牛骨或豬皮為原料制備，近年來由于瘋牛病和口蹄疫的出現，許多明膠生產廠家開始轉向以魚皮、魚鱗和雞皮為原料制備明膠。目前，明膠的生產方法主要有堿法、酸法、酶法等。堿法和酸法是傳統的生產方法，生產周期較長一般為15天，所排廢液對環境的污染較大。由于酶法制備明膠的生產成本較低，產品安全性高，在醫藥、食品領域等逐步取代酸法和堿法生產的明膠。  

酸法生產

明膠的生產主要由三部工序組成從原料的收集、保存和經過各種方式的對原料皮、骨的預處理，是明膠技術發展的前工序部分，膠原的降解即明膠的提取是第二工序部分，也是影響產率的關鍵部分，明膠的過濾、蒸發、滅菌、烘干等構成了明膠技術的后工序部分。  

明膠的酸法與堿法生產通常是指明膠的原料前工序與提膠過程中化學處理方法不同。酸法明膠主要選用鹽酸、硫酸、磷酸、乳酸、檸檬酸、醋酸等單一酸或復合酸對前工序進行原料膨脹等處理，并進一步用弱酸或強酸破壞分子間交聯與斷裂分子鍵，使多膚溶于酸水溶液中，亦稱之為提膠。  

堿法生產

堿法制備明膠過程中，含膠原的原料首先經浸灰、水洗和除脂等方式進行預處理，原料預處理后脂肪的含量較低，主要成分是膠原蛋白，在石灰或氫氧化鈉和一定溫度條件下膠原蛋白逐步降解為分子量不均一的多膚混合物，多膚溶液經濃縮、除濕和干燥等一系列處理后得到固體粉末。就產品的收率、性質和純度而言，堿法能夠生產出高質量的明膠。當前國產明膠約有80%以上是堿法明膠。  

堿法制膠通常是指石灰法與燒堿法，石灰法豬皮制明膠生產工藝通常為：原料整理—石灰水預浸—水力除脂—石灰水浸漬—洗滌中和—熬膠—濃縮、漂白、凝膠化。  

酶法生產

酶催化膠原降解制備明膠，與傳統的堿法制備明膠的工藝相比，生產周期將會大大縮短，因此國外的明膠工作者一直重視對酶的研究。酶法制膠的研究從1962年開始，已經有50多年的歷史，人們已經認識到了，經過酶對膠原降解能夠制取明膠，但這樣制取的明膠，其分子量分布偏寬，高分子量組份偏多，工藝上控制較難等。這些缺陷影響了明膠的質量。  

酶解制膠的方法：用酶的溶液處理砸碎后的骨或皮膠原，然后在酸性溶液中攪拌，得到膠原溶液，再用堿中和到膠原等電點或用鹽鹽析，得到膠原的纖維沉淀，分離沉淀后再加熱，即得到明膠另一種是酶代浸灰，用酶的溶液代替傳統堿法制膠中石灰乳處理膠原骨素或皮，然后再按照傳統方法完成余下的工序，這種工藝方法比第一種方法更適合于對骨明膠的制備。酶法制膠一般工藝：皮料—預處理—酶解—酶鈍化—溶膠—分離純化—成品。  

明膠的改性

明膠具有許多優異的性質與性能，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和使之消除，或者使之具有新的性質與性能，這就是“明膠的改性”。明膠的改性大體上可通過三種途徑，即純物理改性、共混改性和化學改性。  

純物理改性

純物理改性是指在不添加任何添加劑的情況下，通過明膠本身結構的改變來改變其某些性能。眾所周知，明膠在其制品中是以膠原狀的螺旋構象和卷曲構象的形式存在的，兩種構象比例的不同，對明膠制品性能的影響很大。例如，明膠溶液或涂布成膜冷凝后放置一定時間，使明膠分子構象轉變形成高度螺旋構象，此即為“復性”（renaturation），屬純物理改性。這在理論和實踐上都具有重要的意義，但其中許多問題卻遠未獲得實際解決而無法應用。  

共混改性

共混改性或稱物理-化學改性，是利用雙組分或三組分體系來改變明膠原有的化學組成和結構以達到改性的目的。參與共混的組分又分為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，它們都屬于低分子量增塑劑，可以降低明膠膜的玻璃態轉變溫度，降低膜的脆性及改善韌性等性能。  

（2）高分子化合物

參與共混的高分子化合物又分為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：纖維素衍生物加于照相明膠涂層中具有提高顯影后銀的遮蓋力的作用。參與明膠共混的天然高分子化合物還有：卡拉膠、果膠、甲殼素、海藻酸鈉、絲素蛋白、透明質酸等。明膠與卡拉膠的混合物可改變其流變性能：明膠具有牛頓流體行為，而明膠、卡拉膠卻沒有，它隨著黏度的增加（卡拉膠量增加），其牛頓流體行為減小而變成假塑性體，在沒有剪切作用情況下的黏度高于剪切時的黏度。  

明膠與甲殼素的混合物可制備成創傷敷膜或在生物工程中制作支架。明膠、甲殼素共混膜能調變膜的透氣率、吸水率、溶脹比等性能。明膠與海藻酸鈉的混合凝膠按其明膠用量的不同，可用以調變混合凝膠的彈性模量，并且凝膠融化后的溶液比原始溶液有較高的黏度。明膠與絲素蛋白混合物可制備生物工程需要的支架，用以培養細胞。  

合成高分子化合物：據文獻報道，已經開發了多種合成高分子化合物與明膠共混來對明膠進行改性。如：在明膠中添加聚乙烯醇和膠體二氧化硅可以降低明膠膜的脆性和對濕度的敏感性；在明膠層中添加聚乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸-烷基丙烯酸酯的水溶性銨鹽或堿金屬鹽、丙烯酸-N-取代丙烯酰胺、聚醋酸乙烯酯，以及丙烯酰胺-苯乙烯共聚物等，都可以提高感光層銀的遮蓋力，并在鹵化銀乳劑中起防灰霧作用；丙烯腈與丙烯酸及丙烯酸丁酯的混合聚合物可用來降低明膠層的脆性；甲基丙烯酸甲酯與丁二烯的共聚物、甲基丙烯酸- 2-乙酰乙酸乙酯-富馬酸二（3-磺酸丙）酯-丙烯酸甲酯共聚物都是明膠的高分子增塑劑，并可改善明膠層的尺寸穩定性。  

化學改性

明膠的化學改性是利用明膠分子鏈上各官能團能與低分子或高分子化合物進行反應的功能。眾所周知，感光乳劑所用的PA膠即是明膠的酞酰化（明膠與苯酐反應）改性產物，它可以在乳劑制備中既用作為乳化用膠，又用作為乳劑沉降劑；馬來酰化（MA）明膠是馬來酸酐（maleic anhydride）與明膠反應的產物，可以用作為電沉積型光致抗蝕劑；明膠上的羧基與氯化亞砜反應得到酰氯，再與醇類如甲醇反應，則即得酯化明膠。  

明膠的化學改性較多地在明膠與高分子化合物的單體進行接枝反應上進行開發與研究，這是因為通過接枝共聚反應所得到的接枝共聚物，既保留了母體明膠原有的許多寶貴的性能，如形成凝膠和形成螺旋結構的能力以及耐熱性好等，又能從接枝組分中獲得新的性質。例如，明膠接上聚丙烯酸丁酯，由于后者性能與橡膠相近，因而由此制成的膜，其彈性隨接枝鏈的含量增加而提高；但若接上具有剛性鏈的丙烯腈，則共聚膜的脆性增大；將乙烯通過接枝共聚反應接到明膠分子鏈上去，所得到的是可生物降解的高分子材料，用于生產制品即為可生物降解制品。  

在明膠上進行接枝反應的主要是丙烯酸系單體，如丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸酯類（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，并已取得了廣泛的應用。 

應用

作鑄涂紙的膠粘劑：由于生產鑄涂紙所用的干酪素價格昂貴，經過實驗室的研究試驗和工廠的生產實驗，水解和漂白處理后的工業低等級明膠可作為鑄涂紙的膠粘劑。  

明膠最重要的性能之一是形成可逆轉換膠體的能力。可逆轉換膠體在生產膜、織物、涂層、膠囊方面有很重要的應用。有專利報道了利用這種凝膠制造汽車部件的模子。由于明膠具有發泡性，因此它可以應用在防火劑、莊稼保護覆蓋物、涂層襯底、抑制灰塵擴散材料及應用在制備吸收噪音的泡沫水泥化合物、熱絕緣體和防火材料。利用明膠的粘性制成的皮膠比合成膠更常用、更環保，可用于造紙的施膠劑，來制造砂布、砂紙、膠帶紙。美國航天局研制成功膠原蛋白強力粘合劑，用作飛機外殼鋁板的粘結，其強度超過了任何一種鉚接和粘接方式。明膠的可乳化性可以用作保護膠體、絮凝劑，用在化妝品、涂料中，而且膠凍強度（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業殺蟲劑的可控緩釋體系。  

用明膠、淀粉、海藻膠質、角藻膠作為殼材料，以通式為[ R1O(CH2CH2O)nSO3]-（R2NHR4R3）+的材料為核心，做成高濃度的膠囊型洗滌劑，并具有良好儲藏性、除垢作用和生物降解性。日本報道了明膠與十二烷基酰氯在醇溶液中反應可制成肽—月桂酸鈉鹽，此產品可用做表面活性劑，它在硬水中有很好的溶解性，氣味少，起泡性好。日本還有用不溶于水的N-酰化明膠包裹化妝品的顏料的報道，這既阻止了顏料與皮膚的直接接觸，又具有保濕作用。  

感光工業

明膠獨特的性能，使其在傳統感光材料中起著重要的作用。新的感光材料的出現也應用到了明膠。有學者利用明膠制成了含有鹵化銀感光微粒的噴墨印刷接受層。這種材料含有基層，基層的一邊為含有鹵化銀微粒的感光層，另一邊是含有多種親水膠體的噴墨印刷吸墨層。這種材料允許將感光材料剛剛沖洗后就進行噴墨印刷，并且溫度大時具有良好的墨水親和性。  

隨著數字相機的應用，彩色相片硬拷貝所需要的噴墨紙，已經開始出售，在這種紙的一邊或兩邊都涂上了明膠層。  

日化工業

明膠、膠原的水解物及其衍生物在化妝品中應用，對皮膚和毛發具有保護、保濕、去污等作用，但這類添加劑只有在與化妝品某些成分配伍時才能顯現出有意義的效果。  

這類蛋白質與月桂酰醚硫酸酯鈉（sodiumlauryl ether sulphate）組成的復合物對眼睛有保護作用。將中性膠原溶液和酸溶膠原溶液與合成的肥皂、香皂及其它洗凈劑配合使用，可防止皮膚免受各種洗滌劑的有害作用（如刺激作用）。這是因為明膠、膠原的水解物及其衍生物能在洗滌劑外形成膠束而使合成的肥皂、香皂及其它洗凈劑趨于溫和。同時，它們可增強洗凈劑的去污作用而不降低或僅略為降低泡沫活性。含蛋白質的肥皂和洗凈劑還具有優良的保濕效果，對某些油類物質如染眉油、口紅、眼臉膏等有極好的乳化性，洗后能使皮膚感覺柔和、不發干和不發粘。  

含蛋白質的毛發化妝品能增加毛發的抗張強度和彈性，因此常用作燙發、整理、漂洗和干燥類化妝品的制造；由于蛋白質能降低表面活性劑、堿和過氧化物對毛發的損傷，故常添加蛋白質以制造護發素。在市場上常見的發用化妝品有：保持水分的香波、頭發調理膏或液、羊毛-蛋白質護發素、蛋白質定發膠等。明膠、膠原的水解物與維生素類物質配合使用，可制成營養、護膚美容、抗皺等化妝品，如膠原水解物與維生素E配合使用制成搞皺美容霜；也可制成復方針劑作皮下注射，用以使皮膚皺紋消失而變得平滑。  

造紙

明膠在造紙工業中的用途也很重要。凡屬手工制造的紙和幾乎所有的高檔紙，尤其是以破布為原料的紙張都應用明膠。它也同樣應用于全木漿紙或破布、木漿紙作為施膠物料，單用明膠或明膠、淀粉混合物均可。對于手工制紙一般都采用含3%～5%明礬的7%～10%明膠液來施膠；若用破布、木漿或西班牙草為原料制造高質量紙，施膠液的明膠含量為4%～8%及含明礬3%～5%、甲醛0.1%～0.75%，以使明膠在干燥時得以豎膜。

紙張用明膠上漿后，表面光滑堅牢，不易沾污，在翻動時有特殊的響聲；鈔票紙用明膠上漿后能經得起多年頻率的折疊使用；鋇底紙有一氧化鋇層，以使紙張具有一定的色調；為制造可保持永久性印漬的紙張，需要在紙上涂上明膠、甲醛、甘油和明礬等混合液；用明膠、甘油處理并經甲醛固化，可制造質地緊密、能防止氣體和液體泄漏的紙張；用明膠、氯化鋰、甲醛處理，可制得導電材料、透明分層材料；將明膠和胍醛樹脂加入紙漿，可提高紙的不透水性；辦公用紙、復寫紙、制圖用紙等的制造也需要加入明膠。總之，在造紙工業中明膠大有用武之地。在造紙中作為膠粘劑用的明膠，一般只能選擇低凍力和低黏度的明膠，甚至用骨膠，以便膠液能滲透到被膠合物的表面以內，這樣才能提高膠合效果。