Ways of changing the degree of gelatin swelling in water systems
Authors: Шевченко Татьяна Викторовна , Устинова Юлия Владиславовна , Попов Анатолий Михайлович , Узунов Глеб Борисович , Грязнова Наталья Леонидовна 
Published: September 2022

На сегодняшний день необходимо внедрение обоснованных ресурсо- и энергосберегающих технических решений для развития новых производств. Одним из наиболее востребованных в различных отраслях промышленности коллагенов является желатин. Для увеличения его объема и массы необходимо обеспечить контакт высокомолекулярного соединения с растворителем. Желатин набухает только в «хороших растворителях» за счет диффузии молекул воды и высокомолекулярного вещества. Большее количество белка переходит в раствор при увеличении воды в системе. Представлены результаты теоретического анализа по способам изменения структуры и свойств воды под действием физико-химических и химических способов воздействия и результаты экспериментов в этом направлении. Приведены результаты сравнительных исследований по изучению кинетики набухания белкового загустителя - сухого образца желатина в водных растворах с различными приемами предварительной подготовки исходной воды. Установлены эффект интенсификации набухания при ее механической и микроволновой обработке и эффект торможения набухания в воде, которая предварительно настаивалась на гравии из шунгита, по сравнению с набуханием в воде без ее обработки. Доказана возможность интенсификации набухания сухих образцов желатина, предварительно обработанных микроволнами в исходной необработанной воде. C использованием предварительной активации воды (механическое перемешивание, микроволны - СВЧ) и структурирования фуллереном (из шунгита) найдены возможные пути управления процессом набухания желатина. Наблюдаемые явления представлены в виде разных механизмов: обработанная вода активируется за счет разрушения кластеров воды, которые обладают повышенной энергией взаимодействия с макромолекулами желатина. За счет обработки сухого образца микроволнами происходит его структурирование. Выявлено, что увеличение скорости набухания желатина происходит в воде при ее предварительной механической обработке перемешиванием и при воздействии микроволн на сухие образцы по сравнению с исходной водой. При использовании воды, настоянной на шунгите, степень набухания желатина уменьшается. Найденные приемы управления процессом набухания желатина в воде позволяют повышать эффективность производства.

Today, it is necessary to introduce sound resource- and energy-saving technical solutions for the development of new industries. One of the most popular collagens in various industries is gelatin. To increase its volume and mass, it is necessary to ensure the contact of a high-molecular compound with a solvent. Gelatin swells only in «good solvents» due to the diffusion of water molecules and a high-molecular substance. A larger amount of protein goes into solution with an increase in water in the system. The results of a theoretical analysis on the methods of changing the structure and properties of water under the influence of physico-chemical and chemical methods of exposure and the results of experiments in this direction are presented. The results of comparative studies on the study of the kinetics of swelling of a protein thickener - a dry gelatin sample in aqueous solutions with various methods of preliminary preparation of the source water are presented. The effect of intensification of swelling during its mechanical and microwave processing and the effect of inhibition of swelling in water, which was previously infused with gravel from shungite, compared with swelling in water without its treatment, was established. The possibility of intensification of swelling of dry gelatin samples pretreated with microwaves in the initial untreated water has been proved. With the use of preliminary activation of water (mechanical stirring, microwave - microwave) and structuring with fullerene (from shungite), possible ways of controlling the process of gelatin swelling were found. The observed phenomena are presented in the form of different mechanisms: treated water is activated due to the destruction of water clusters, which have increased energy of interaction with gelatin macromolecules. Due to the treatment of a dry sample with microwaves, its structuring occurs. It was revealed that an increase in the rate of swelling of gelatin occurs in water during its preliminary mechanical treatment by stirring and when exposed to microwaves on dry samples compared with the source water. When using water infused with shungite, the degree of swelling of gelatin decreases. The found methods of controlling the process of gelatin swelling in water allow to increase the efficiency of production.