الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجيلاتين
الجيلاتين تقريبا عديم الطعم والرائحة. وهو مادة صلبة زجاجية هشة صفراء باهتة اللون. يحتوي الجيلاتين على 8-13٪ رطوبة وكثافة نسبية 1.3-1.4. عندما يتم نقع حبيبات الجيلاتين في الماء البارد ، فإنها تقوم بترطيبها إلى جزيئات منتفخة ومنفصلة. عند تسخينها ، تذوب هذه الجسيمات المنتفخة لتشكل محلولًا. يفضل استخدام هذه الطريقة في تحضير محاليل الجيلاتين ، خاصة عند الرغبة في تركيزات عالية. يتأثر سلوك محاليل الجيلاتين بدرجة الحرارة ودرجة الحموضة ومحتوى الرماد وطريقة التصنيع والتاريخ الحراري والتركيز.الجيلاتين قابل للذوبان في المحاليل المائية للكحولات متعددة الهيدروكسيل مثل الجلسرين والبروبيلين غليكول. من الأمثلة على المذيبات العضوية عالية القطبية والرابطية الهيدروجينية التي يذوب فيها الجيلاتين حمض الأسيتيك وثلاثي فلورو إيثانول والفورماميد. الجيلاتين غير قابل للذوبان في المذيبات العضوية الأقل قطبية مثل البنزين والأسيتون والكحولات الأولية وثنائي ميثيل فورماميد.
يبقى الجيلاتين المخزن في حاويات محكمة الغلق في درجة حرارة الغرفة دون تغيير لفترات طويلة من الزمن. عندما يتم تسخين الجيلاتين الجاف فوق 45 درجة مئوية في الهواء عند رطوبة عالية نسبيًا (أعلى من 60٪ رطوبة نسبية) فإنه يفقد تدريجياً قدرته على الانتفاخ والذوبان.
محاليل الجيلاتين المعقمة عند تخزينها باردة تكون مستقرة إلى أجل غير مسمى ؛ ولكن في درجات حرارة مرتفعة ، تكون المحاليل عرضة للتحلل المائي.
يتم إضعاف اثنين من أكثر خصائص الجيلاتين فائدة ، قوة الهلام واللزوجة ، تدريجيًا عند التسخين لفترات طويلة في محلول أعلى من 40 درجة مئوية تقريبًا ، ويمكن أيضًا أن يحدث التدهور بسبب درجات الحموضة القصوى والإنزيمات المحللة للبروتين بما في ذلك تلك التي قد تنتج عن وجود الكائنات الحية الدقيقة .
يمكن اعتبار الكولاجين أنهيدريد الجيلاتين. ينتج عن التحويل المائي للكولاجين إلى الجيلاتين جزيئات ذات كتلة متفاوتة: كل منها جزء من سلسلة الكولاجين التي تم انشقاقها منها. لذلك ، الجيلاتين ليس كيانًا كيميائيًا منفردًا ، ولكنه خليط من الكسور يتكون بالكامل من الأحماض الأمينية المرتبطة بروابط الببتيد لتكوين بوليمرات تتفاوت في الكتلة الجزيئية من 15000 إلى 400000.
الجيلاتين من حيث العناصر الأساسية يتكون من 50.5٪ كربون ، 6.8٪ هيدروجين ، 17٪ نيتروجين و 25.2٪ أكسجين.
نظرًا لأنه مشتق من الكولاجين ، يصنف الجيلاتين بشكل صحيح على أنه بروتين مشتق. يعطي تفاعلات بروتينية نموذجية ويتم تحللها بواسطة معظم الإنزيمات المحللة للبروتين لإنتاج مكونات الببتيد أو الأحماض الأمينية.
الأحماض الأمينية المختلفة التي يمكن الحصول عليها من بعض الجيلاتين عن طريق التحلل المائي الكامل ، بالجرام لكل 100 جرام من الجيلاتين الجاف ، مذكورة في الجدول
الجدول 1. تكوين الجيلاتين من الأحماض الأمينية
خصائص مذبذبة - الجيلاتين في المحلول مذبذب ، قادر على العمل إما كحمض أو كقاعدة. في المحاليل الحمضية ، يكون الجيلاتين موجب الشحنة وينتقل كاتيون في مجال كهربائي. في المحاليل القلوية ، الجيلاتين سالب الشحنة ويهاجر كأنيون. يُعرف الرقم الهيدروجيني للنقطة الوسيطة ، حيث تكون الشحنة الصافية صفرًا ولا تحدث أي حركة ، باسم النقطة الكهروضوئية (IEP). يحتوي الجيلاتين من النوع A على نطاق متساوي كهربي واسع بين الرقم الهيدروجيني 7 و 9. للنوع B نطاق متساوي كهربي أضيق بين الرقم الهيدروجيني 4.7 و 5.4.
يُعرف الجيلاتين في محلول لا يحتوي على أيونات غير غروانية بخلاف H + و OH- باسم الجيلاتين المتساوي الأيوني. يُعرف الرقم الهيدروجيني لهذا المحلول بالنقطة الأيزونية (pl). يمكن تحضير هذه الحلول باستخدام راتنجات التبادل الأيوني.
المشتقات الكيميائية - يمكن معالجة الجيلاتين كيميائياً لإحداث تغييرات كبيرة في خواصه الفيزيائية والكيميائية. هذه التغييرات هي نتيجة تعديلات هيكلية و / أو تفاعلات كيميائية. تتضمن التفاعلات النموذجية الأسيلة ، والأسترة ، ونزع الأمين ، والربط المتبادل ، والبلمرة ، بالإضافة إلى التفاعلات البسيطة مع الأحماض والقواعد.
قوة الهلام - يعد تكوين المواد الهلامية القابلة للانعكاس في الماء أحد أهم خصائص الجيلاتين. عندما يتم تبريد محلول مائي من الجيلاتين بتركيز أكبر من 0.5٪ تقريبًا إلى حوالي 35-40 درجة مئوية ، فإنه يزداد أولاً في اللزوجة ، ثم يشكل فيما بعد مادة هلامية. تعتمد صلابة أو قوة الهلام على تركيز الجيلاتين ، والقوة الذاتية للجيلاتين ، ودرجة الحموضة ، ودرجة الحرارة ، ووجود أي مواد مضافة. القوة الجوهرية للجيلاتين هي دالة لكل من البنية والكتلة الجزيئية.
تتمثل الخطوة الأولى في تكوين الهلام في تكوين مناطق مرتبة محليًا ناتجة عن العودة الجزئية العشوائية (إعادة التأهيل) للجيلاتين إلى حلزونات تشبه الكولاجين (طية الكولاجين). بعد ذلك ، تتشكل شبكة ثلاثية الأبعاد ليفية مستمرة من المذيلات المهدبة في جميع أنحاء النظام على الأرجح بسبب تكوين رابطة غير محدد بين الأجزاء الأكثر ترتيبًا من السلاسل. قد تشارك الروابط الكارهة للماء والهيدروجين والكهرباء الساكنة في الربط المتقاطع. نظرًا لأن هذه الروابط تتعطل عند التسخين ، فإن الهلام قابل للانعكاس الحراري. يعتبر تكوين الحواجز المتقاطعة أبطأ جزء من العملية ، بحيث في ظل الظروف المثالية تزداد قوة الهلام مع مرور الوقت حيث يتم تكوين المزيد من الحواجز المتقاطعة. التأثير الكلي هو زيادة تعتمد على الوقت في متوسط الكتلة الجزيئية وبالترتيب.
تعتبر جودة تشكيل الهلام من الجيلاتين معلمة جودة فيزيائية مهمة. يعد قياس هذه الخاصية مهمًا جدًا من وجهة نظر التحكم وكمؤشر على كمية الجيلاتين التي يتطلبها تطبيق معين. الأشكال 2-6 توضح سلوك المواد الهلامية الجيلاتينية كما يتأثر بتأثيرات الوقت والتركيز ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة (40).
اللزوجة - تتضمن الطريقة المعمول بها لتحديد اللزوجة قياس وقت التدفق بمقدار 100 مل من محلول اختبار قياسي من مقياس اللزوجة الماصة المعايرة. في بعض الحالات يتم تحديد اللزوجة بتركيزات يستخدم فيها الجيلاتين.
يبدو أن توزيع الوزن الجزيئي يلعب دورًا أكثر أهمية في التأثير على اللزوجة مما يلعبه في قوة الهلام. قد يكون لبعض الجيلاتين ذات قوة الهلام الأعلى لزوجة أقل من الجيلاتين ذات قوة الهلام الأقل.
تزداد لزوجة محاليل الجيلاتين مع زيادة تركيز الجيلاتين وانخفاض درجة الحرارة ؛ تكون اللزوجة عند الحد الأدنى عند النقطة isoionic.
يوضح الشكل 7 سلوك اللزوجة للجيلاتين منخفض ومتوسط وعالي الإزهار ، كدالة للتركيز ، عند 60 درجة مئوية.
العمل الغرواني الوقائي - الجيلاتين عبارة عن مادة غروانية نموذجية محبة للماء قادرة على تثبيت مجموعة متنوعة من المواد الكارهة للماء. تتجلى كفاءة الجيلاتين كغرواني واقي من خلال رقمه الذهبي Zsigmondy وهو الأقل من أي مادة غروانية. هذه الخاصية ذات قيمة خاصة لصناعات التصوير والطلاء الكهربائي.
التماسك - ظاهرة مرتبطة بالغرويات حيث تنفصل الجسيمات المشتتة عن المحلول لتكوين طور سائل ثانٍ هو التماسك. تم إجراء دراسات تماسك مكثفة مع الجيلاتين.
التطبيق الشائع للتماسك هو استخدام الجيلاتين والصمغ العربي لإنتاج كبسولات دقيقة تحتوي على الزيت لتصنيع الورق الخالي من الكربون (46-48). يعتبر التماسك مفيدًا أيضًا في صناعة التصوير الفوتوغرافي.
اللون - يعتمد لون الجيلاتين على طبيعة المادة الخام المستخدمة وما إذا كان الجيلاتين يمثل عملية الاستخلاص الأولى أو الثانية أو اللاحقة. عادة ما يكون لون جيلاتين جلد الخنزير أقل من تلك المصنوعة من العظام أو الجلد. بشكل عام ، لا يؤثر اللون على خصائص الجيلاتين أو يقلل من فائدته.
العكارة - قد تكون العكارة ناتجة عن مادة غير قابلة للذوبان أو غريبة في شكل مستحلبات أو مشتتات والتي أصبحت مستقرة بسبب العمل الغرواني الوقائي للجيلاتين ، أو بسبب ضباب متساوي الكهرباء. يكون هذا الضباب بحد أقصى عند النقطة الكهربية في حوالي 2٪ من الحلول. في التركيزات الأعلى أو درجات الحموضة المختلفة ، سيكون الضباب أقل بشكل ملحوظ.
الرماد - يختلف محتوى الرماد في الجيلاتين حسب نوع المادة الخام وطريقة المعالجة. تحتوي جيلاتين جلد الخنزير على كميات صغيرة من الكلوريدات أو الكبريتات. يحتوي الجيلاتين والأوسسين بشكل أساسي على أملاح الكالسيوم من تلك الأحماض التي تستخدم في التحييد بعد التجيير. يمكن استخدام علاج التبادل الأيوني لإزالة المعادن أو إزالة الرماد من الجيلاتين.