不同pH值条件下明胶溶解度的测定

工艺技术

不同pH值条件下明胶溶解度的测定

王晨光X

李 牛XX项寿鹤

南开大学化学院新催化材料科学研究所,天津300071

摘要:作为有一定亲水性的明胶,在水中除了形成胶体,还可以形成溶液。而在药物的释放过程中,控释材料的溶解性质也是影响其控制释放能力的一个重要因素。本文研究利用丁值条件下明胶溶解度。

关键词:丁达尔效应,明胶,溶解度

明胶是胶原的水解产物,是一种无脂肪的高蛋白,其无毒、无害和易被生物体代谢的特点,使明胶作为食物和药物的载体得到了广泛的应用。另外,作为天然的高分子材料,明胶也在药物的控释中发挥着重要的作用。

根据缪进康

[1]

1 实验部分

将明胶(AR)在115e干燥至重量不再减轻,取干燥后的明胶0.2g在200mL水中完全溶解,制成质量分数约为0.1%的明胶溶胶用。以1mL为梯度,取制得的溶胶由1mL至19mL分别盛于19个25mL烧杯中,用水稀释至20mL,静置在恒温水槽中恒温至30e。在暗室中,以静置过的蒸馏水为对照组,用波长635~650nm激光灯由浓度高到低照射各组液体,观察丁达尔现象(如图1所示,图中左侧为实验组,右侧为蒸馏水的对照组),以第一个没有丁达尔效应的组(相对于对照组)的浓度作为明胶的最大溶解浓度,即溶解度。测定完毕后,将19组液体分别在35e和40e下按照上

在pH=7的体系中测定结束后,将上述和pH约为13的NaOH溶液(自制),按照同样的方法,测定pH为1和13时不同温度下明胶的溶解度,记录结果。2 结果与讨论

实验测量结果如表1所示。实验过程中产生的丁达尔效应属于瑞利散射,在垂直于激光照射方向上观测,瑞利散射产生的乳光是均匀的光柱。限于实验条件,液体中难免有灰尘

达尔效应区别胶体与溶液方法来测定不同pH(该分散体系有明显丁达尔效应,故称溶胶)备

的总结,由三肽链螺旋体胶

原分子水解而得到的明胶,由单肽链、二肽链、述方法测定溶解度。三肽链和分子链碎片组成,是具有一定分子量种,每种氨基酸有其固定的出现周期。由此可见,具有不同的亲疏水性质侧基的氨基酸组成的肽链,不仅能在水中形成溶胶和凝胶,而且有一定的溶解度,可以形成无丁达尔效应的大分子溶液。

但是在国内的论著中鲜有对明胶溶解度测定的方法,故本文研究采用丁达尔效应来区别胶体与溶液,测定了明胶在不同pH值时水中的溶解度。

X第一作者。XX联系人,liniu@nankai.edu.cn分布的多分散体系,构成肽链的氨基酸有18方法中的水分别换成pH约为1的H2SO4溶液

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明 胶 科 学 与 技 术2010年9月

等固体难溶性杂质混杂,再加上过度搅拌而得不到充分静置,会使这些难溶的固体颗粒在水中分散形成悬浊液。因为固体颗粒很小且量少,所以用肉眼很难分辨;但是在激光的照射下,杂质大小大于激光波长,悬浊液主要发生

反射,观察到的结果是不均匀的亮点,而不是均匀的光柱。因此不能将实验中产生不均匀的光点作为丁达尔效应,也必须利用充分的静置来排除这种反射现象对丁达尔效应的影响

[2]

。

图1 丁达尔效应对比图

(左起分别为有明显现象、有微弱现象和无现象)

表1 不同温度与pH下明胶溶解度的测量结果温度,e

pH=1pH=7pH=13

300.08%0.01%0.07%

350.08%0.01%0.065%

400.08%0.01%0.065%

这些基团的溶剂化和静电作用使得肽链结构不再像干胶时一样卷曲缠绕,而是更好的分散在水中。

在实验选择的的温度范围内,明胶的溶解度没有明显的变化。但是随着温度的升高,溶剂分子热运动加剧,明胶应该更加分散,据推测溶解度可能会升高。因此,对pH=13时温度升高溶解度下降的原因需要进一步研究。3 结论

[3]

沈钟等编著的5胶体与表面化学6指出,明胶的成凝胶最低浓度为0.7%~0.9%,根据胶体浓度与成胶状态的关系,形成大分子溶液的浓度应低于成凝胶浓度,而本实验结果也符合这个规律。

本实验采取丁达尔效应的方法来测定明胶的溶解度手段,能产生丁达尔现象的是胶体,反之则是溶液,以此来寻找明胶形成的溶液与溶胶的临界浓度。本方法利用胶体的最基本特征,简便易行,但是用普通激光灯照射时,观测的方向也需要有合适的选择,因为在某一观测方向观测时,可以很明显的观测到蒸馏水中出现光柱,其原因待研究;本实验选择与上述特殊方向相垂直的观测方向得到的现

(下转第146页)

由测量结果不难看出,作为天然高分子,明胶在水中的溶解度只有0.01%;而在pH为1或13时,明胶的溶解度有了一定幅度的提

+-高。这说明在水中存在大量H或OH的时候,明胶的肽链会得到更好的分散,其原因可能有如下两点:

1.打破了肽链中的氢键作用。组成肽链的氨基酸中不乏N和O这两种元素,例如,侧基中会出现的COOH,NH2,

它们可以与OH,NH2,NH+

NH等,等基团的

氢原子形成氢键,使肽链卷曲缠绕,形成团状结构;而加入的H更容易与N或O原子结合,将相应的N或O原子质子化,肽链的分子内和分子间氢键被打破,不易形成胶团结构,使肽链在水中得到充分的展开和分散,因此不会产生丁达尔效应。

2.存在静电作用。在强酸或强碱性环境下,可能会有更多具有较弱酸性或碱性的基团发生中和,使得基团由原来的电中性而在与

+

-

H或OH作用后变成带正点或负电的基团。象符合规律。#146#

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香肠的制作方法和过程同上所述。3.3 经处理加工的肠衣

(1)新剥肉猪皮用机械方法和表面活性剂脱脂与清洗;

(2)新剥肉猪皮料首先用一混合机混合,然后用一板式研磨机破碎成带纤维状胶原的膏体(浆);

(3)此膏体与纤维素和酸相混合,形成一

个溶胀状的水性膏体,其组成如下:

胶原 4.5%HCl纤维素脂肪戊二醛

0.17%0.9%0.45%

350ppmP胶原重量

最终的肠衣的组成(干基)如表5所示:

表5 最终产品肠衣的组成(干基)

项目

1胶原P%59.3纤维素P%11.8甘油P%18脂肪+油P%

9.9CMCP%1.0

所制作的肠衣的物理特性如表6所示。干基重量为1.7gPm。其口径是指填充后的尺寸,其名义值为23mm,

表6 最终产品肠衣的物理特性

项目1

平均冷抗张强度

(10个试样)Pkg

2.73

试样冷抗张强度标准偏差值

(10个试样)Pkg

0.19

平均破裂重量(5个试样)Pkg

1.91

试样破裂重量标准偏差值

(5个试样)Pkg

0.17

肠衣灌装时的速度为400节Pmin,每节重量为50g,灌装后的名义直径为23.5mm,每节香肠长120mm。香肠灌装要注意灌装紧密但不得有任何破裂。此香肠是按台湾的习惯制作的,每6节为一环。最后作处理如下:

(1)第1种处理:

蒸煮1 15min RH=100% 70e蒸煮215minRH=100%冷却

10min喷淋

(2)第2种处理

干燥 10min RH=50% 60e蒸煮1蒸煮2

15minRH=100%70e15minRH=100%75e

75e

冷却10min喷淋

这些用上述两种方法处理加工的香肠都没有破裂、脱皮、倒塌的现象。

将这些香肠在滚动栅上在约160e温度下次加热40min,然后在70e下保持90min,这样进行烹调的香肠未发现有脱皮的危险,而且它的比较软的香肠外层膜比普通的香肠更受消费者欢迎。

参 考 文 献

1 李培仁.胶原肠衣和薄膜的制作.明胶科学

与技术2010,30(2):2 WO2007P072064

(上接第142页)致谢

感谢国家自然科学基金(20873069)和国家重大基础研究973计划(2009CB623502)。

参 考 文 献

1 缪进康.明胶及其在科技领域中的利用.明

胶科学与技术2009,29(1):28~512 朱志昂主编.5近代物理化学6(第三版)(下册).北京:科学出版社,353~387

3 沈钟,王果庭编著.5胶体与表面化学6(第

二版)。北京:化学工业出版社,110