Исследование процессов набухания высокомолекулярных соединений

Набухание – самопроизвольное поглощение низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом. Это приводит к увеличению его объема и массы. Молекулы высокомолекулярных соединений состоят из большого числа повторяющихся одинаковых звеньев, которые обладают большой молекулярной массой и особыми свойствами. Высокомолекулярное соединение может набухать только в тех жидкостях, которые по отношению к нему являются «хорошим» растворителями. Явление набухания характеризуется степенью набухания α. Степень набухания – это относительное увеличение массы или объема полимера к определенному моменту времени при определенной температуре. Степень набухания полимера зависит от температуры, давления, рН среды, наличия электролитов.

Степень набухания можно определять весовыми или объемными методами.

• -    Изучение влияния природы растворенных веществ на набухание желатина.

Изучение набухания желатина проводилось при комнатной температуре не выше 22˚С.

В 5 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина. В первую пробирку наливают 5 см3 дистиллированной воды, в остальные – по 5 см3 различных растворов (HCl, KCNS, K2SO4, NaOH). Пробирки осторожно встряхивают, чтобы частицы желатина опустились на дно, и определяют объем слоя желатина до набухания. Через 30 – 40 мин измеряют объем слоя набухшего желатина и рассчитывают степень набухания по формуле:

α = (V-V 0 )/V 0 , где V, V 0 ( мл– объем слоя до и после набухания).

Таблица 1 – Влияние природы растворителя на степень набухания.

Вывод: в растворах щелочных на набухание влияют катионы, в кислых-анионы, т.е. набухание высокомолекулярных соединений происходит под действием растворов электролитов. Основное влияние оказывают ионы, разноименные с зарядом макромолекулы.

• -    Изучение влияния рн среды на набухание желатина.

В 5 мерных пробирок одинакового диаметра вносят 0,3 г порошка желатина и наливают компоненты ацетатной буферной смеси.

Содержимое пробирок перемешивают, после оседания желатина измеряют объем слоя до набухания и оставляют на 30 – 40 мин, изредка перемешивая. Затем измеряют объем слоя набухшего желатина и рассчитывают степень набухания.

Таблица 2 – Влияние рН на набухание полимера.

Вывод: минимальное набухание высокомолекулярных соединений наблюдается в области изоэлектрической точки (например, рН желатина = 4,7). Макромолекула не заряжена, степень гидратации полярных групп минимальна. При более низких или более высоких рН степень набухания растет.

Явление набухания находит широкое применение в пищевой промышленности.

Желатин представляет собой смесь белковых веществ. Ее получают гидролизом коллагена и оссеина, которые входят в состав кожи, сухожилий, костей. Желатин имеет макромолекулы в виде вытянутых нитей. При действии воды и при комнатной температуре (ниже 22 °С) желатин ведет себя как нерастворимый ограниченно набухающий студень. Для набухания сухого желатина необходимо большое количество воды. Первоначальный объем вещества увеличивается в четырнадцать раз.

При повышении температуры желатиновый студень плавится и превращается в раствор. Теплый желатиновый раствор хорошо смешивается с водой и глицерином. При понижении температуры у желатиновых растворов теряется текучесть, растворы застудневают,

Желатин используется в мясной промышленности при изготовлении мясных консервов, заливных и других продуктов в качестве желирующего и стабилизирующего вещества. Желатин вносят как в сухом, так и в виде раствора в зависимости вырабатываемых продуктов, норма расхода 1-2% от массы. При использовании желатина его дозировка может быть снижена за счет высокого показателя вязкости.