明胶

明胶明胶(Gelatin)是一种从动物的骨、生皮、肌腱、膜等结缔组织的生胶质(又称胶原)中提取出来的蛋白质，同时也是一种生物高分子材料，其分子量从几万到十几万不等，有“工业味精”之称，被广泛应用于医药、保健、食品加工、化妆品、化工、感光材料等众多领域，在国内外市场上有供不应求的趋势。生物学性能(1)生物相容性生物相容性是生物材料能否应用于临床的关键因素之一。评价一种生物材料的生物学性能,主要看材料与机体的相互作用,包括材料反应和宿主反应。明胶是一种天然的高分子材料,其结构与生物体组织结构相似,因此具有良好的生物相容性。(2)生物可降解性生物可降解高分子材料一般用于生物体内,作为非永久性植入材料,它在发挥作用之后能被活体吸收或参与正常的代谢而被排出体外,同时其降解产物对生物体无毒。相应于损伤部分的治愈情况,可降解材料必须具有相应的降解速度。明胶作为一种天然的水溶性的生物可降解高分子材料,其优点就是降解产物易被吸收而不产生炎症反应。在应用明胶的可降解性时,经常对其进行化学修饰,调控其降解速度以适应不同的需要。％以下的水分和无机盐外，蛋白质的含量占82％以上，蛋白质中含有18种人体所需的氨基酸，有7种为人体所必需，其中甘氨酸约占1／3，脯氨酸与羟基脯氮酸约占1／3，其它占1／3，是一种无脂肪的高蛋白，且不含胆固醇的高营养价值的理想蛋白源。明胶的性质明胶成品为无色或淡黄色、透明或半透明而坚硬的非晶体物质，颜色越白质量越好。明胶不溶于冷水，但可以缓慢吸水膨胀软化，明胶可吸收相当于重量5-10倍的水。明胶能溶于甘油、醋酸、水杨酸和苯二甲酸等有机酸，不溶于乙醇和乙醚，呈细棒或纤维结构，由重复的肽键-CO-NH-缠绕成的网状组织。具有α-氨基酸和蛋白质的一般物理与化学性质。温水是明胶最普遍的溶剂，明胶可溶于热水，形成热可逆性凝胶，它具有极其优良的物理性质(如胶冻力、亲和力、高度分散性、低粘度特性、分散稳定性、持水性、被覆性、韧性及可逆性)。制胶原理在动物的皮、骨等结缔组织中含有丰富的生胶质，生胶质是由多种蛋白质组成的，其中的胶原蛋白是制胶的主要成分，它不溶于水，也不溶于酸、碱和盐的稀溶液。但是，在热水中于一定的pH值条件下，胶原发生一定程度的水解，使原来的高聚物变成低分子量、能溶于热水的具有一定粘度的胶液。这就是制胶的原理。因此，制作优质明胶和胶原蛋白的过程就是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，释放出原胶原分子，然后通过加热使稳定胶原螺旋的氢键也断裂从而释放出明胶。制备工艺明胶生产过程中的两个关键步骤就是原料的前期处理和提取的工艺条件。原料的前期处理：目前国内外生产明胶的方法主要有碱法、酸法、酶法、酸盐法和盐碱法。一般采用碱法和酶法。碱法提取的胶原含羟基和巯基的氨基酸全部被破坏且产生消旋作用，因此提取的胶原质量不高；酸法只能提取动物组织中未共价交联或者未成熟的胶原，且有资料表明：酸溶性胶原在潮湿环境中抗张强度低，在活体组织中很容易被酶解掉，因此酸法提取的胶原不适合用于医药等领域；使用蛋白酶可以降解胶原纤维的末端肽，提高胶原的产率，且不会破坏胶原三股螺旋结构，提取的胶原能够保持活性，具有很强的抗张强度，有资料表明利用酶溶性胶原制造的医用材料在动物体内能够保持较长时间不被降解，因此要提取适用于生物医学材料等高附加值领域的胶原，最好还是选用酶法，而且酶法提取胶原生产周期短，环境污染小，因此采用酶法提取生猪皮胶原是一种理想的方法。提胶工艺提胶俗称熬胶，是热水解过程，是把经前处理的胶原蛋白转变为明胶的重要过程。胶原蛋白在水和热的作用下，其氢键断裂，三元螺旋结构解体，并进而发生轻度水解而得到5％-6％的稀明胶溶液。在提胶过程中，如何控制明胶分子量高且分布比较集中，防止明胶的继续水解是提胶质量的关键。明胶的改性明胶具有许多优异的性质与性能,但也不可避免地具有一些不足之处,因而需要通过一定的手段来予以弥补和使之消除,或者使之具有新的性质与性能。明胶的改性大体上可通过三种途径,即纯物理改性、共混改性和化学改性。纯物理改性纯物理改性是指在不添加任何添加剂的情况下,通过明胶本身结构的改变来改变其某些性能。明胶在其制品中是以胶原状的螺旋构象和卷曲构象的形式存在的,两种构象比例的不同,对明胶制品性能的影响很大。例如,明胶溶液或涂布成膜冷凝后放置一定时间,使明胶分子构象转变形成高度螺旋构象,此即为“复性”(renaturation),属纯物理改性。共混改性共混改性或称物理-化学改性,是利用双组分或三组分体系来改变明胶原有的化学组成和结构以达到改性的目的。参与共混的组分又分为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,它们都属于低分子量增塑剂,可以降低明胶膜的玻璃态转变温度,降低膜的脆性及改善韧性等性能。2.高分子化合物。参与共混的高分子化合物又分为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:纤维素衍生物加于照相明胶涂层中具有提高显影后银的遮盖力的作用。参与明胶共混的天然高分子化合物还有:卡拉胶、果胶、甲壳素、海藻酸钠、丝素蛋白、透明质酸等。•明胶与甲壳素的混合物，可制备成创伤敷膜或在生物工程中制作支架明胶/甲壳素共混膜能调变膜的透气率、吸水率、溶胀比等性能•明胶与海藻酸钠的混合凝胶。按其明胶用量的不同,可用以调变混合凝胶的弹性模量,并且凝胶融化后的溶液比原始溶液有较高的黏度。•明胶与丝素蛋白混合物。可制备生物工程需要的支架,用以培养细胞。b.合成高分子化合物。已经开发了多种合成高分子化合物与明胶共混来对明胶进行改性。如:在明胶中添加聚乙烯醇和胶体二氧化硅可以降低明胶膜的脆性和对湿度的敏感性;化学改性明胶的化学改性是利用明胶分子链上各官能团能与低分子或高分子化合物进行反应的功能。明胶的化学改性较多地在明胶与高分子化合物的单体进行接枝反应上进行开发与研究,这是因为通过接枝共聚反应所得到的接枝共聚物,既保留了母体明胶原有的许多宝贵的性能,如形成凝胶和形成螺旋结构的能力以及耐热性好等,又能从接枝组分中获得新的性质。例如：聚乙烯的制品在自然条件下很难降解,它又很难与水溶性的明胶共混。如果将乙烯通过接枝共聚反应接到明胶分子链上去,所得到的是可生物降解的高分子材料,用于生产制品即为可生物降解制品食品工业由于明胶良好的理化性能。在食品制造中。明胶可作为一种重要的食品添加剂，常作为食品的胶凝剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂、发泡剂、粘合剂、澄清剂等。同时，明胶是一种特殊的蛋白质，具有很高的营养价值，可作为一种功能性食品。服用食用明胶，不会导致人体内矿物质成分摄取的紊乱，明胶在一定范围内可提高或调节人体Cu水平，有利于改善造血机能，增强体质，提高智力，还可以显著地降低人体水平。预防老年痴呆症、精神及神经障碍，所以它是一种功能性食品。感光工业明胶独特的性能，使其在传统感光材料中起着重要的作用。明胶在胶卷生产的每一步骤都起着非常关键的作用，它既能维持感光银盐的稳定分散,以能让乳剂成熟更易于控制，同时还影响胶卷曝光和冲晒的效果。照相明胶是明胶中的高档产品，是感光材料生产中三大重要材料之一，由于它的物理化学性能独特，至今在银盐感光材料中做为载体，还没有可以全面取代明胶的物质。照相明胶可以广泛地应用于生产各种胶片、胶卷、医用X光胶片、印刷片、相纸等感光工业中。照相明胶分为彩色感光照相明胶和黑白照相明胶。药用明胶明胶的凝胶性、固水性、粘结性和溶解性等多种特性，令明胶在医药行业有关广泛的用途，其中最主要的有硬胶囊、软胶囊、代血浆和包衣等。组织工程学生物材料在组织工程学中占有极其重要的位置，具有精确表面结构的材料，是从复合构建物制备三维细胞支架的基础和关键。明胶本身是一种蛋白质，没有排异反应，不会产生炎症，易被机体吸收。已有研究表明，明胶可用于软骨缺陷及骨缺陷的治疗、再生性人工膀胱、人工神经以及作为新皮合成时的支架等。医疗方法明胶可用作癌症生物疗法的试剂；其与高聚糖结合可用于制备安全的止血胶；明胶是现在唯一可作为血浆代用品的异种蛋白。其优点是无特异抗原性,分子量大，可以保持胶体的特性；在体内无蓄积；可参与体内代谢；大量多次输入无毒性反应等。胶囊明胶在医药中最大量的应用是包裹药物的胶囊。据文献介绍,几个药用明胶主要生产国的大部分药用明胶都消耗于胶囊的生产。装入胶囊的药物能保持较长时间的稳定,能掩蔽某些药物的不良嗅味与颜色,容易吞服而能在胃中迅速崩解使药物释出;若使用肠溶胶囊可抑制药物对食道、胃的刺激或被胃酸所破坏,而使药物能直接作用于肠道。胶囊又分为硬胶囊、软胶囊和微胶囊。明胶海绵明胶海绵是由明胶制成的海绵状物,在外科上具有良好的止血作用,能使创口渗血区血液很快凝结,多用于止住和吸收内脏手术时毛细血管渗出性出血,在手术后可将海绵留在体内由组织吸收,可缩短患者住院时间。。明胶也是战士急救包中必备物品,如在作战中受伤,立即贴上海绵以防止出血过多而危及生命。共混是提高高分子膜材料性能的有效方法,而且发现引入天然高分子材料与明胶共混,共混材料的生物相容性、可控降解性都得到了明显改善,如用壳聚糖、藻酸盐和透明质酸与明胶共混制备共混膜。现在国内外研究最多的明胶基膜材料主要是壳聚糖-明胶共混膜、明胶-丝素共混膜、聚乳酸-明胶共混膜以及聚乙烯醇-明胶共混膜等,这些材料的引入大大提高了明胶的理化性质,使明胶基高分子膜材料更加具有功能性。明胶海绵的制法大致如下:取明胶在蒸馏水中溶胀并溶解成一定浓度的溶液,过滤后加入交联剂,在一定温度下搅打发泡,泡沫应是细小而均匀。经注模、冷冻、干燥,即成多孔松软的明胶海绵,切成不同规格后在120℃下干风消毒2h,密封包装,防止细菌污染,即得成品。明胶海绵的空孔率约为50%～70%。网孔平均孔径的大小利用发泡工艺条件不同而可有所不同。明胶海绵也可含有治疗所需的药物或配方药物而成为药物制剂的一部分。明胶-壳聚糖混合膜,从另外一个角度说明了明胶基复合膜有着其独特的优点明胶/壳聚糖膜具有良好的透气率和吸水率,这对于膜吸收伤口渗出液非常有利。加入适量的甘油作为增塑剂和保湿剂,使明胶/壳聚糖膜具有良好的透气性、柔韧性和膨胀特性。该膜柔软透明,机械强度适中,且具有止血、减少创面渗出和避免伤口干燥的三重效果,在伤口愈合过程中起到了保护创面的作用。片剂、锭剂和糖衣丸•片剂是用机械装置将颗粒状或粉末状药物按需要的形状和大小压制而成的。为改变原药的微物理结构,可加入适当的粘合剂以便压制成片剂。明胶可以作为粘合剂,