Желатина

Желатина, высшие сорта животного клея, приготовленные из отборного сырья и соответствен, образом очищенные. Ж. состоит гл. обр. из глютина и хоидрина. Глютин образуется при обработке горячей водой (особенно под давлением) коллаге-II а (смотрите Клей),содержащегося в костях, хрящах, сухожилиях, соединительнотканных волокнах, а следовательно, и в коже. Хонд-рин образуется при обработке горячей водой хондрогена, входящего гл. обр. в состав хрящей. Сущность перехода коллагена в глютин и хондрогена в хондрин в точности не известна. В отличие от глютина хондрин сравнительно трудно растворим в горячей воде, не содержащей солей щелочных и щелочноземельных металлов. При наличии последних в воде хондрин становится растворимым. Глютин растворяется в уксусной к-те при комнатной t° и не дает осадка с уксуснокислым свинцом; хондрин не растворяется в уксусной к-те и дает осадок с уксуснокислым свинцом. По элементарному составу глютин представляет собой хондрин с частичной заменой кислорода азотом. Гофмейстер дал (1878 г.) следующую эмпирическую формулу Ж.:

Cl02Ku9N₃iO₃₈-r НгО=СЮ2Н1511Х31О39.

Этот же исследователь, нагревая желатину до 130°, получил продукт, нерастворимый в воде, принимаемый им за коллаген согласно уравнению:

коллаген + Н₂0 ^ желатина.

Высокосортными считаются те сорта желатины, которые содержат возможно большее количество глютина.

Фпг. 4.

Фигура 5.

Свойства Ж. Удельный вес воздушносухой желатины равен 1,368, а безводной (по различным исследованиям)—1,412 и 1,346. Цвет: очищенная Ж. бесцветна; низкие и нек-рые технические сорта ее бывают от желтого до коричневого цвета; бесцветные сорта Ж. (в сухом виде) пропускают весь видимый спектр; в ультрафиолетовых лучах имеются две полосы поглощения: max—при 274дд и при 254,«μ; первая полоса яснее выражена при Р_н меньшем 4,7, а вторая более выражена при Р_н большем 4,7. Показатель преломления Ж. равен приблизительно 1,5. Мутность: max мутности сухой Ж. наблюдается при Р_н =4,6—4,7, то есть в пределах изоэлектрич. точки Ж.; водный раствор Ж., застудненный при низкой 4°, имеет мутность большую, чем раствор, застудненный при комнатной 4°. Изоэлектрич е-ская точка Ж. находится при Р_я= =4,7. Знание Р_н раствора имеет громадное значение в производстве Ж., в особенности фотографической (смотрите ниже—Ж. в фотографии), т. к. целый ряд важных свойств соответствует определенным значениям Р_н. Hi. является веществом амфотерным (смотрите). Набухание min наблюдается: при

Р„=4,7, max—при Р„=3,6 и при Р_н=9,0. Растворы солей серной, уксусной, винной и щавелевой к-т понижают набухаемость, а растворы солей азотной, соляной, бромисто-и иодистоводородной к-т ее повышают. Набухание сопровождается нек-рым повышением 4°. Количество поглощаемой воды в сильной степени зависит от 4°, а также других факторов. При 24-часовом нахождении в воде при 15° хорошая Ж. должна набирать от 6 до 10 в ч. от первоначально взятого ее веса. Набухшая Ж. при нагревании распускается в адсорбционной воде и, будучи охлаждена, вновь застывает, образуя студень. Вязкость min соответствует Р_п=4,7, max—Р„=2—3 и Р„=8—10. Вязкость повышается при уменьшении и понижается при увеличении 4°. Чем концентрация раствора выше, тем вязкость больше при той же 4°. Предварительная термическая и механическая (перемешивание, взбалтывание) обработка понижает вязкость раствора Ж. При 4° низке 35—40° вязкость с течением времени увеличивается, при 4° выше 40°—уменьшается. Примеси солей серной, угольной, фосфорной, щавелевой и уксусной к-т повышают, а примеси солей бромистых, йодистых, роданистых и цианистых к-т понижают вязкость. Хлористые, хлорноватые и азотнокислые соли влияют на вязкость в ту или другую сторону, в зависимости от концентрации раствора, сорта и возраста Ж. В изоэлектрич. точке влияние солей на вязкость Ж. очень незначительно. Точка плавления раствора твердой Ж. (10 %-ной) лежит ок. 28— 31° и мягкой—ок. 25—27°. Точка застудневания обычно на 8—10° ниже точки плавления. Точки плавления и застудневания изменяются с изменением значений Р„. Наиболее быстро Hi. застудневает при Р_п=4,7; между Р_н=7 и Р_е=7,5 быстрота застудневания изменяется мало. С увеличением концентрации раствора повышаются точки плавления и застудневания, но для разных сортов Ж.—в разной мере. К-ты и щелочи дей ствуют замедляющим образом на время застудневания. Соли одноосновных к-т пони-зкают точку застудневания, соли двухосновных к-т повышают ее. При многократном расплавлении и застудневании растворы Ж. утрачивают способность застудневать. Это явление наступает также при 24-часовом кипении или непродолжительном нагревании в автоклаве при 140°, а также при действии нек-рых энзимов и бактерий (загнивание). Прочность студня зависит от концентрации растворов и 4°. Факторы, влияющие замедляющим образом на застудневание, понижают прочность студня. Неорганические электролиты, находящиеся в Ж.,имеют важное практическое значение. Их общее количество измеряется весом золы, к-рый в высоких сортах варьирует от 1 до 4%(смотрите Спр. ТЭ). Поверхностное натяжение желатинового раствора, имеющее особенное значение при изготовлении фотографии, бумаги и пластинок, меняется с изменением Р_н. Мыльные растворы, аль-борит (препарат мыльного корня) и многие другие вещества уменьшают поверхностное натяжение; голь и галоидные соли щелочных металлов его повышают. Осмотическое давление имеет минимум при Р_н=4,7. В сильно кислых и сильно щелочных растворах осмотическое давление повышается.

Производство Ж. Наиболее подходящим сырьевым материалом для изготовления Ж. являются свежие кости (предпочтительно молодых животных), рога, отбросы кожевенных з-дов, отбросы при выработке костяных изделий (т. н. решетка) и т. д. Качества Hi. в сильной степени зависят от рода употребляемого сырья. Сорт употребляемого сырья зависит также от цели, для которой предназначается же латина.

Ход производственных процессов при выработке Ж. в общем таков же, как и при выработке клея. Распределенный по сортам материал очищают и размельчают: кости—на специальных костедробилках, а кожу и ее отбросы—в особых голландерах. Размельченные кости обычно обезжиривают в экстракционных аппаратах. На фигуре 1 показан один из таких аппаратов, где А—вертикальный экстрактор, В—горизонтальный охладитель с конденсационными трубами, С и I)—резервуары для растворителя, Е—водоотделитель. Экстрагирование производится обычно бензином, как наиболее дешевым растворителем (иногда бензолом, ом, ксилолом). Обезжиренные кости подвергаются мацерации (для удаления минеральных примесей) в растворе содяной, реже серной к-ты. Ii-ты растворяют кальциевые соли, но не растворяют коллагена костей (оссеина), остающегося в виде гибкого полупрозрачного хряща. Процесс мацерации продолжается от 7 до 14 дней.

Размельченная кожа подвергается известкованию (золке) для разрыхления материала, омыления жиров и растворения белковых веществ. Золка обычно производится в растворе известкового молока (плотностью 1,8—2° В ё). Процесс золки продолжается 2— 3 недели, причем известковое молоко меняют 2—3 раза. После мацерации и золки полуфабрикат нейтрализуют и основательно промывают при перемешивании. На фигуре 2 изображен промывной аппарат, состоящий из деревянного чана А и конич. барабана В,

вращающегося вокруг своей оси и передвигающегося поводком С вокруг оси В. Контроль над промывкой лучше всего производится путем определения водородного числа. Качество промывной воды имеет большое значение. Вода должен быть умеренно мягкой и не содержать примесей железа, сероводорода, углекислого натрия и аммиака. Присутствие хлористого натрия понижает качество готового продукта (понижение точек плавления и застудневания, уменьшение прочности студня). С водой м. б. занесены также и гнилостные бактерии, вследствие чего необходимо обращать особое внимание на качество применяемой для промывки воды. После промывки следует варка, производимая обычно в больших деревянных чанах, снабженных на дне паропроводными трубами.При высших сортах Ж. <° доводится до 55—75°, при низших—до 100°. Варка производится до получения «бульона» желаемой крепости. Бульон сливают, и операция производится до тех пор, пока жидкость не будет больше застудневать. Обычно делают 3—4 выварки. Первая и вторая выварки дают лучшую Ж., третья и четвертая—идут на приготовление технической Ж. После варки бульон осветляют путем отстаивания, фильтрации или центрифугирования. Т. к. бульон обычно содержит 2—3% Ж., то его подвергают концентрированию. Концентрирование производится простым испарением, поверхностным испарением (посредством медленно вращающихся цилиндров, наполовину погруженных в бульон) и испарением при пониженном давлении (в вакуум-аппаратах).Концентрация доводится обычно до 5—6%.

Дальнейшая операция состоит в отбелке бульона перекисью водорода, серной и сернистой к-тами и др. Следует отметить, что степень гидролиза коллагена на Ж. при значении Р„=5,0—6,0 наименьшая; при Р_н== 3,0—4,0 гидролиз значителен. Разложение Hi. на протеозы, пептоны и т. д. между значениями Р_д=3,0—8,0 незначительно, за пределами же этих значений—сильно возрастает. При продолжительном нагревании при высоких t° сильно возрастают как первый, так и второй гидролиз. Во время процесса концентрирования Ж. гидролиз зависит от Р„ и достигает min при изоэлектри-ческой точке (Р_н=4,7).

За концентрированием следует охлаждение и разливка бульона по формам из оцинкованного или луженого железа. Вынутые из форм бруски студня разрезывают сначала на более мелкие брусочки, а затем при помощи машины рядом ножей нарезают на листы толщиной в 2—3 миллиметров. Нарезанные листы раскладывают на сетки (вые или металлические) и последние устанавливают друг на друга на вагонетки, поступающие в сушильное помещение.

Одной из самых ответственных производственных операций является сушка Ж. Скорость высушивания зависит от толщины нарезанных листов, времени года, состояния погоды и, конечно, от устройства сушилок. Сушка происходит тем медленнее, чем больше концентрация Ж., т. к. верхние слои при большой концентрации скорее становятся непроницаемыми для воздуха и образуют как бы кожицу. Необходимо, чтобы сушильные приспособления легко поддавались регулировке. Обычно сушка производится при t° немного большей 20°, т. к. при более высокой ί° Ж. размягчается и легко подвергается заражению бактериями. После сушки Ж. должна содержать 10—15% влаги; при большем содержании она загнивает, при меньшем—становится хрупкой. «Летняя» (то есть изготовленная летом) Ж. обычно содержит 15—16% влажности; «зимняя» — приблизительно 8—10%. Наиболее экономичными в смысле расходования тепла и наиболее поддающимися регулировке являются сушилки, в которые воздух подается сверху. Высушенные листочки Ж. имеют размер 8—10 х х 21—26 ем. Обычно их упаковывают по 0,5 и по 1 кз, причем в 1 в содержится от 250 до 300 листков. Иногда Ж. придают вид нитей (вермишели) или порошка. Схема оборудования производства представлена на фигуре 3, где римск. цифрами обозначены операции, а арабскими—детали оборудования:

I— подготовительные операции (1—водоочиститель, 2—установка для серной к-ты,

3— чаны для замочки, золки и мацерации,

4— промывные аппараты); II—варка (й— варочные аппараты, 6—приемник для бульона, 7—фильтровальн. приспособление, 8— приемник для бульона малой концентрации,

9—трубы для проб); III—к о н центрирование (10—концентрационные аппараты,

II— приемник для концентрированного бульона) ; IV—резка студня и подготовка к сушке (12 — машины для получения студня в виде ленты, 13—более частый способ — разливка бульона по формам,

24—нарезка студня на бруски, 25—нарезка брусков на листки, 16—загрузка вагонеток сетками с уложенными на них листками); V—сушка (27—сушилки с вагонетками).

Испытание Ж. В технологии наиболее важными свойствами Ж. считаются физиче

ские или, правильнее, физико-химические свойства, характерн. для коллоидов, как то: вязкость, темп-pa плавления и застудневания и прочность студня, набухание, эластичность студня (особенно в фотографии), прозрачность, влажность, наличие жира, пенистость, загниваемость, а также активная реакция (Р„)— см. Спр. ТЭ, т. III, Склеивающие вещества и желатины.

Фигура 5.

Вязкость. Наиболее удобными в обращении следует признать вискозиметры сист. Мак-Майкела (McMichael) и Стормера (фигура 4), основанные на вращении цилиндра в испытуемой среде. Отношение числа оборотов цилиндра в растворах Ж. к числу его оборотов в воде принимается за относительную вязкость растворов. Из вискозиметров, основанных на принципе истечения, больше всего заслуживает внимания вискозиметр Штерна (фигура 5), состоящий из трубки А вместимостью 75 см³, к которой припаян внизу капилляр В длиною в Юсжидиам. от 1 доблш. Трубка окружена стеклянным кожухом С, в котором циркулирует вода определенной F. Вязкость в данном случае определяют скоростью вытекания 75 см³ раствора; но можно определять также и относительн. вязкость.

Темп-pa плавления по способу Поля определяется след. обр.: кусочек желатинового студня приплавляют к термометру с большим шариком и дают застыть капле при горизонтальном положении термометра; за тем в воздушной бане постепенно нагревают термометр и, когда капля, расплавившись, займет нижн. точку шарика, отмечают ί°„_Λ.

Темп-ру застудневания по способу Гатчека определяют, помещая пробирку с желатиновым раствором в охлаждающую ванну, где находится и термометр; в пробирке с раствором опускают и поднимают стеклянный стержень: когда пробирка поднимается вместе со стержнем, отмечают точку застудневания (фигура 6). Наиболее же точный способ определения точек плавления и застудневания состоит в том, что пропускают через известные промежутки времени сквозь толщу исследуемого раствора пузырьки воздуха: когда пузырьки перестанут двигаться (сосуд с раствором в охлаждающей ванне), отмечают точку застудневания; когда пузырьки приходят в движение (сосуд в теплой ванне), отмечается точка плавления.

Прочность студня чаще всего определяется прибором Липовица (фигура 7), состоящим из воронки, снабженной стержнем: в воронку наливают ртуть или насыпают дробь до появления трещин на студне; вес груза вместе с воронкой дает выраженное в г значение прочности. Хорошие сорта Ж. (10%-ный раствор после 24-часового стояния при Г 15°) должны выдерживать нагрузку в 300—400 г. Прочность студня определяется также пенетрометр а-м и: скорость продвижения в студне метал-лич. стержня (фигура 8) и глубина проникновения дают значение прочности.

При определении степени набухаем о-с т и навеску Ж. в 30—50 г оставляют на 24 часа в воде при ί° 15°. Затем, просушив фильтровальной бумагой с поверхности, взвешивают набухшую Ж. Хорошая Ж. должна поглощать не больше 6—10 частей воды от первоначального веса взятой пробы.

Поверхностное натяжение растворов Hi. определяется сталагмометром Траубе. Более точно и быстро поверхностное натяжение определяется тензиометром Ной я (фигура 9) по явлениям сцепления кольца а с раствором.

Проз р ач ность определяется наглаз чтением шрифта разной величины через слой раствора Ж., и более точно колориметрами (цветность) и турбидиметрами. Турбидиметр Ж аксона (фигура 10) состоит из градуированного цилиндра А в металлич. кожухе В. Внизу кожуха имеется отверстие, под которым находится лампана-

Фигура 6.

наливания С с одной нитью. При мутных растворах нить лампы видна лишь в тонком слое раствора, налитого в цилиндр.

Количество влаги в Ж. определяется нагреванием навески при 110—120° до постоянного веса. Пенистость (по Кис-слингу) определяется следующим способом: 10%-ный раствор Ж. в количестве 50 см^а помещают в градуированный закрытый цилиндр, емкостью в 100 см³ и диам. в 2,5 см. Раствор нагревают в воздушной бане в течение 30 мин. до 45°. Отмечают время освобождения пены от жидкости и объём пены и жидкости в момент отстоя. Пенистость Ж. вредит при изготовлении эмульсий в фотопроизводстве, ибо на стекле или бумаге образуются участки, не покрытые эмульсией.

Для обнаружения жира 10%-ный раствор Ж. оставляют в теплом месте на несколько дней. При наличии жира, на поверхности выделяются жировые глазки. Количественное определение жира производится при экстрагировании эфиром в аппарате Сокслета порошка, полученного смешением раствора Ж. с гипсом и высушенного при температуре 105—110°.

Хорошие сорта Hi. не должны: 1) загнивать, 2) терять способность желатинироваться и 3) выделять аммиак при стоянии в виде студня (10 %-ного) в течение 5—8 суток.

Фигура 10.

Активная реакция (смотрите Концентрация водородных ионов) удобнее всего определяется колориметрии. методом. Реакция бывает различна в зависимости от сорта желатины и ее назначения.

Применение Ж. Пищевая Ж. применяется при изготовлении кушаний, в кондитерских изделиях, для осветления вина, пива и минеральных вод, а также при изготовлении английского пластыря, аптекарских капсул и оболочек для лекарств, предназначаемых для внутреннего употребления. Она не должна содержать вредных для человеч. организма примесей, должен быть чистой (бесцветной), без всякого вкуса и запаха, а также быть способной давать крепкие студни. Т е х-ническая Ж. употребляется * при изготовлении гектографии, массы, лент для ша-пирографов, глянцевого картона и бумаги,

имитации черепахи, рога, искусственного жемчуга, при изготовлении валиков, намазывающих краску в печатных машинах, форм для моделей, синдетикона и т. д. О фотографической Ж. смотрите ниже.

Лит.: М и х а э л и с Л., Практикум по физ. химии, преимущественно по коллоидной химии, пер. с нем., стр. 106, 125, Л., 1925; Л е в и т е с «Ж», 1903, т. 35, ч. 1, стр. 253, 1908, т. 40, ч. 1, стр. 174; Fisher Μ. Н., «Chemical Abstracts», Washington, 1915, v. 9, р. 2830; Lloyd D. J. a. P 1 ea s s W. B., «British Chem. Abstracts», L., 1928, p. 119; Gem-gross O. a. Bach S., «Kodak Abstracts», N. Y., 1925, v. 11, 1, p. 31; Terzaghi C., «Science ct industrie photographique», P., 1928, t. 8, 2, p. 27; Rosing er A. et Vetter J., ibid., 3, p. 51; Sheppard S. E., Gelatine in Photography, v. 3, p. 126, 146.N.Y., 1923; Thiele L.,Leim u. Gelatine, p. 79, Leipzig, 1922; Kriiger D., «Photographische Industrie», B., 1928, B. 26, S, 10, p. 196, 197, 226—229; Rossel L. u. Morgenstern V., Kunstdiinger-u. Leim-Industrie, B., 1927, 2S; Quincke u. Dru-d e W., «Ann. d. Phys.», Lpz., 1903, B. 10, p. 486; Kriiger D., DerLeim u. Klebstoffe, «Chem. Ztrbl.», B.,1905, B. 9,p. 1697; M ichael is L.u. D av i d-sohn H.,«Biochem. Ztschr.», B., 1911, B. 33, p. 456;

0 s t w a 1 d W., «PflOgers Arcliiv f. d. ges. Physio-

logie d. Menschen u. d. Tiere», B., 1905, II. 108, p. 563; К i s s 1 i n g R., Leim u. Gelatine, p. 186, Stg., 1923; C a m b ο η V., Fabrication des colles et gfelatines, 2 ed., p. 38, P., 1923; SOrensen S. P., «Ztschr. I. physikalische Chemie», Leipzig, 1919, B. 93, p. 106; L о e b ,T., «Journal of General Physiology», New York, 1918, v. 1. К. Колосов.

Ж. в фотографии играет чрезвычайно важную роль как среда, в которой взвешены микроскопии. кристаллики галоидных солей серебра, придающих фотографии, эмульсиям светочувствительность. В настоящее время Ж. почти совершенно вытеснила коллодий в виду большей чувствительности желатинных эмульсий и большего удобства обращения с сухими фотографии, желатинными слоями. В различных фотомеханических репродукционных процессах Ж. (сенсибилизированная хромовыми солями) сама играет роль светочувствительного вещества. При приготовлении фотоэмульсий Ж. обволакивает микроскопии, кристаллики галоидных солей серебра и не дает им соединяться в более крупные зернышки. Этим она регулирует светочувствительность эмульсий, в значительной степени зависящую от размеров кристалликов. Ж. сообщает латентному изображению проявляемость, то есть обусловливает почернение в проявительных растворах только тех зернышек, которые были подвергнуты действию света. В отсутствии Mi. все кристаллики галоидн. солей Ag, даже не испытавшие действия света, восстанавливались бы проявителями до металлич. серебра. Наконец, Ж. сильно повышает светочувствительность солей серебра, являясь сенсибилизатором. Раньше эта функция Ж. приписывалась тому, что.Hi. соединяется с одним из продуктов распада солей Ag—с галоидом. Это объяснение оказалось неверным. В настоящее время, на основании работ Шеппарда, сенсибилизирующие свойства Ж. приписывают наличию в ней в ничтожных количествах (от 1 ч. на 300 000 ч. до 1 ч. на

1 000 000 ч.) сернистых органическ. соединений, попадающих в желатину из сырья (телячьих кож). При созревании эмульсий эти соединения образуют сернистое серебро, которому приписывается повышение светочувствительности. При обработке эмульсий проявительными, фиксирующими, а также другими растворами желатина регулирует скорость диффузии этих растворов в светочувствительный слой.

Для фотомеханич. процессов пользуются обработанной хромовыми солями Ж., которая становится от этого светочувствительной: в местах, на которые попал свет, она перестает растворяться в теплой воде, удерживает жирные типографские краски и т. д. Этими функциями Ж. в фотографии определяются те требования, которые предъявляются к Ж.: фотографическая Ж. должна быть чиста в химич. отношении, содержать не больше 2— 3% золы, не больше 0,05% жира, ничтожные следы тяжелых металлов—Си, Fe, Pb— и очень мало восстановительных веществ, присутствие которых определяется потемнением аммиачного раствора AgN0₃. Для полива пластинок, пленок и бумаг расплавленной эмульсией Ж. последняя должна иметь определенную вязкость; для того чтобы слой фотоэмульсии мог выдержать ряд обработок в различных растворах, Ж. должна обладать определенными механич. свойствами—крепостью студня; для скорости проникновения растворов в слой и для сушки очень важна ее набухаем ость; от фотографической Hi. требуется определенная степень кислотности (Р„==5—6), не далеко отстоящая от Р_н изоэле-ктрич. точки Ж.=4,7. Важны также t°_mJt. и t°_mr,m. Ж. и студней различной концентрации.

Испытание фотография, ж. сводится к измерению вышеуказанных свойств и сравнению их со стандартами; однако решающим испытанием пригодности данного сорта Ж. для приготовления фотоэмульсий является варка из нее пробных эмульсий.

Изготовление фотография. Ж. производится так ate, как и других высших сортов Ж., но для нее особенно тщательно выбирается сырье (преимущественно обрезки телячьих шкурок — ножки и головки — и обрезки кож из производств); для приготовления фотографической Ж. берут первые спуски, не подвергающиеся дальнейшему нагреванию (при выпаривании и т. д.), и весь процесс производства ведется особо тщательно и в условиях, обеспечивающих достижение наибольшей чистоты.

Лит.: Вале н та Э., Химия фотография, процессов, вып. 2, Ленинград, 1927; Sheppard S. Ё., Gelatine in Photography, у. 1, New York, 1923; C a m b ο η V., Fabrication des colles et gdlatines, 2 dd., Paris, 1923; Alexander J., Glue a. Gelatine, New York, 1923. А. Рабинович.