明膠的制備及其應(yīng)用研究

謝觀鳳，李培源

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué) 賽恩斯新醫(yī)藥學(xué)院，廣西 南寧 530001)

明膠是以動(dòng)物的骨、生皮、等結(jié)締組織和硬骨組織為原料[1]。通過物理及化學(xué)反應(yīng)幾十道工序得到的含18種氨基酸的直接聚合物[2]。明膠是一種纖維蛋白，在溫和條件下斷鏈的產(chǎn)物。根據(jù)明膠的用途和結(jié)構(gòu)性能不同，可分為醫(yī)用明膠、食用明膠等。明膠的制備工藝通常有堿法明膠、酸法明膠和酶法明膠三種。

1 結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

明膠具有蛋白質(zhì)的一般物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，其組成單元和膠原纖維蛋白基本保持一致，但因制備方法法不同而有差異。明膠含有18種氨基酸[3]，7種人體必需氨基酸，各類氨基酸所占比例不同，甘氨酸、脯氨酸、羥基脯氨酸各占1/3，其他占1/3。明膠含適量水分和無機(jī)鹽，是一種不含脂肪的高蛋白，其具有以下的物理性質(zhì)：

(1)溶解性：明膠能溶于溫水、甘油等，不溶于冷水，但可緩慢吸水而膨脹軟化；溫水作為明膠最普遍的溶劑時(shí)，需要加入甘油等作為明膠的增塑劑[4]。

(2)凝膠性：明膠溶于熱水后可形成熱可逆性凝膠。明膠溶液形成凝膠的濃度最低極限約為0.5%，水溶液中分子存在兩種可逆的構(gòu)型：溶膠形式、凝膠形式。

(3)黏度：明膠溶液具有很高的黏度，在室溫下易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，阻礙流動(dòng)，由于黏度增加。明膠的相對分子質(zhì)量越大，分子鏈越長，則越有利于形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]。

(4)穩(wěn)定性：明膠在室溫下、干燥狀態(tài)下較穩(wěn)定，可放置數(shù)年[6]。

2 明膠和明膠復(fù)合材料的制備方法

2.1 明膠的制備方法

明膠的制備方法通常分為堿法明膠、酸法明膠和酶法明膠三類。

(1)堿法明膠：用堿性溶液進(jìn)行預(yù)處理含有膠原的原料來生產(chǎn)明膠的方法稱為堿法[7]。

(2)酸法明膠：通過酸法浸取使膠原水解成不同分子量多肽制取明膠的方法稱為酸法[8-9]。

(3)酶法明膠：用酶處理使膠原降解制備明膠的方法稱為酶法[10]。

2.2 明膠復(fù)合材料的制備方法

尹艷等人[11]采用熱水浸提方法制備提取花青素制備花青素明膠膜材料。取固體明膠顆粒溶解成明膠溶液，加入甘油作塑化劑，量取適量的成膜溶液加入花青素溶液，倒入玻璃盒展開至恒溫恒濕箱干燥最后制成花青素明膠膜。

李瑾瑜等人[12]通過復(fù)凝法制得明膠微球工藝。首先取明膠顆粒溶于鹽酸溶液，在50℃水浴條件下充分?jǐn)嚢?，再用硫酸鈉加入明膠溶液中后經(jīng)物理方法反復(fù)洗滌至中性后放置烘箱烘干即可得到明膠微球。甘琳琳等人[13]以明膠為原料，以戊二醛為交聯(lián)劑，在醋酸溶液中通過共混交聯(lián)反應(yīng)合成了明膠復(fù)合水凝膠。朱凌云等人[14]利用聚磷酸鈣纖維為增強(qiáng)材料，明膠為基體材料，采用溶媒澆鑄粒子濾取技術(shù)制備出明膠組織工程支架復(fù)合材料。

明膠含有豐富的纖維蛋白，被廣泛應(yīng)用于組織工程、藥物傳導(dǎo)等各大領(lǐng)域中。史力[15]利用了氫氧化銅納米線為制孔劑及犧牲層成功制備了明膠薄膜；還通過原位還原氯金酸制備了明膠顆粒復(fù)合薄膜。通過利用明膠優(yōu)異的生物性能，在組織工程技術(shù)中研發(fā)了人造皮膚。于奎[16]通過溶液聚合的方法，制備出一種可降解的聚氨酯彈性體。

3 明膠的應(yīng)用

3.1 在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

在醫(yī)藥領(lǐng)域中，首先作為治療劑，主要用于外傷引起的失血性休克，嚴(yán)重?zé)齻?、敗血癥等引起的血液性休克。被用于預(yù)防較大手術(shù)前可能出現(xiàn)的低血壓以及體外循環(huán)，血液透析時(shí)的容量補(bǔ)充。藥用明膠由于有膨脹吸水作用，在醫(yī)藥領(lǐng)域還被開發(fā)成止血海綿[17]，外科敷料，透氣膠帶，手術(shù)用品等醫(yī)藥品。帥興華等人[18]研發(fā)的創(chuàng)傷敷料。因明膠是膠原經(jīng)過溫和斷裂后的產(chǎn)物,保留了膠原的優(yōu)良性能。它具有促進(jìn)細(xì)胞粘附和生長的性能,與生物組織具有良好的親和性,而且具有活化巨噬細(xì)胞和止血功能，故常被用來制造創(chuàng)傷敷料。

腭裂是口腔頜面部常見的先天性發(fā)育畸形，為避免或減少腭裂患者術(shù)后出現(xiàn)并發(fā)癥，胡廣偉等人[19]利用醫(yī)用明膠海綿填塞雙側(cè)松弛切口的方法。醫(yī)用明膠海綿是目前外科手術(shù)最常見的局部止血材料。組織反應(yīng)小，不易引起感染等問題。鄧?yán)^光[20]研制明膠作為骨科病的療效并作為血漿代用品。聚明膠肽在骨科手術(shù)中有良好的效果。聚明膠肽作為血漿代用品，無抗原性，能維持血容量還有較大的安全劑量范圍。

厲從雷[21]研究醫(yī)用明膠海綿在顱腦外科手術(shù)中改良應(yīng)用止血效果。醫(yī)用明膠海綿在顱腦外科手術(shù)中的改良應(yīng)用有止血的效果，能有效減少手術(shù)中和術(shù)后的大量失血，能作為顱腦外科手術(shù)中相對安全、有效的止血手段。黎衛(wèi)軍[22]選取腦外科手術(shù)患者分為兩組進(jìn)行作對比，一組進(jìn)行海綿明膠改良方法止血，另外一組海綿明膠常規(guī)止血法。在手術(shù)、急性大出血等情況下均需要輸血。明膠類材料在臨床上廣泛作為血漿代用品使用，主要用于血容量降低和休克等緊急情況，能有效的擴(kuò)充血容量、改善微循環(huán)等諸多優(yōu)點(diǎn)。

黃巍等人[23]利用食用色素、哲光劑等為輔料而生產(chǎn)的產(chǎn)品。其生產(chǎn)過程為溶膠、配色、主機(jī)模具蘸膠、風(fēng)道干燥切割、脫模和對接等步驟來制備明膠硬膠囊。明膠硬膠囊是藥品的有效成份之一。因外觀光澤性、味道中性而被廣泛地應(yīng)用于軟膠囊的外層囊殼材料，目前被生產(chǎn)的中藥軟膠囊逐漸增多，我們醫(yī)藥領(lǐng)域的膠囊大部分都用明膠制備，如藿香正氣軟膠囊等。

3.2 在食品中的應(yīng)用

食用明膠應(yīng)用于食品增稠劑、澄清劑、添加劑等。食用明膠是一種無脂肪的高蛋白，且不含膽固醇，食用后既不會(huì)使人發(fā)胖，也不會(huì)導(dǎo)致體力下降。食用明膠也是一種保護(hù)膠體，乳化力強(qiáng)，利于食物消化。帥興華等人[18]利用明膠微粒溶于水后再與糖完全充塞在凝膠空隙內(nèi)制成糖果添加劑。明膠有大部分用于食品糖果工業(yè)。在糖果工業(yè)生產(chǎn)中，它用于生產(chǎn)奶糖、棉花糖、橡皮糖等各種類型的軟糖；在此工業(yè)中還使用了明膠比淀粉瓊脂更富彈性韌性。明膠微粒溶于水后,能相互吸引、交織,使柔軟的糖果能保持穩(wěn)定形態(tài)。

明膠作為澄清劑被用于啤酒、果汁、等飲品的生產(chǎn)。帥興華等人[18]采用明膠與丹寧生成絮狀物被沉淀下來,靜置后,絮狀的膠體微粒與渾濁物吸附、凝聚、成塊而共沉，再經(jīng)過濾去除而制得飲料澄清劑。針對不同的飲料,明膠可以根據(jù)不同物質(zhì)一起混合使用，達(dá)到不一樣的效果。而對不同的飲料，明膠的添加量也大不相同。姚龍坤等[24]制備膠凝劑食用明膠與水形成可逆性凝膠，熔點(diǎn)低，接近人的口腔溫度，現(xiàn)被做成膠凍。食用明膠被廣泛應(yīng)用在糖果產(chǎn)業(yè)中，各種糖果加入食用明膠能很明顯的改善糖果的咬嚼性。此外還應(yīng)用在了肉類罐頭等中，使菜品增大色澤。

3.3 其它應(yīng)用

明膠在其他方面也有著很多的應(yīng)用，比如可用來生產(chǎn)砂布、砂紙、粘合木器、裝訂書本以及用于禮品盒流水線、高級(jí)樂器、家具行業(yè)中?？傊?，工業(yè)明膠[25]被廣泛應(yīng)用于家具、火柴、包裝、造紙、紡織、絲綢、印染、印刷、陶瓷、涂料、冶金[26]等行業(yè)的各種產(chǎn)品中，并在其中主要起增稠、穩(wěn)定、凝聚、粘合[27]、固水等作用。照相明膠是根據(jù)明膠的結(jié)構(gòu)性能和用途不同而劃分出來的一種產(chǎn)品。照相明膠是明膠當(dāng)中高檔的產(chǎn)品之一，還是感光材料生產(chǎn)中重要材料[28]。李青鳳[29]采用獨(dú)特的工業(yè)處理方法及技術(shù)，研制出了達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的彩色照相明膠。

當(dāng)前最常用的粘合劑有天然粘合劑和合成粘合劑。明膠粘合劑性能優(yōu)異，安全無毒性，主要用于醫(yī)藥、食品、造紙等行業(yè)中。彭啟繁用碳化二亞胺交聯(lián)低分子明膠和聚L-谷氨酸合成快速固定化粘合劑[30]。彭啟繁利用皮邊角余料，使用堿法、酸法、酶法的一系列工藝來制備明膠[30]，可在造紙工業(yè)中作為造紙絮凝劑，改善紙漿的絮聚性，調(diào)節(jié)紙漿的沉降速率；在造紙中作為膠黏劑，使黏度提高；還可作為造紙工業(yè)中的表面活性劑、施膠劑、增強(qiáng)劑等，明膠的加人不僅提高了紙的強(qiáng)度對紙的吸水性、透氣性、緊度都有影響。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，隨著社會(huì)科學(xué)的不斷進(jìn)步，明膠優(yōu)異結(jié)構(gòu)和性能而被廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘５纳町?dāng)中。明膠為天然高分子材料，它的結(jié)構(gòu)性能良好，能在生物領(lǐng)域中有著巨大的優(yōu)勢。但是還要合理運(yùn)用明膠的性能，以防危害我們的生活。相信科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和深入的研究,明膠一定會(huì)給我們?nèi)祟愔圃觳灰粯拥母＠τ诤胸S富的纖維蛋白明膠來講，制備的斑點(diǎn)叉尾鮰魚皮對我們?nèi)梭w有滋補(bǔ)作用，所以被運(yùn)用于食品上，在醫(yī)學(xué)方面也有應(yīng)用；明膠也利用不同的用途制備的照相明膠給現(xiàn)代社會(huì)增添了色彩?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)發(fā)展，對各種醫(yī)學(xué)材料方面有了更高的要求水準(zhǔn)，利用明膠醫(yī)學(xué)上的性能，明膠作為血液的替代品在各大醫(yī)院被應(yīng)用，不僅給病人減少了傷痛，還給社會(huì)一個(gè)放心。明膠在食品、醫(yī)學(xué)、工業(yè)中有了突飛猛進(jìn)發(fā)展，相信在未來，我們的生活會(huì)更加的精彩。