Обессоливание желатина

УДК 771.513

И. М. Нафиков, В. Г. Кузнецов, Н. Х. Зиннатуллин,

Н. И. Еникеева, Н. Б. Сосновская

ОБЕССОЛИВАНИЕ ЖЕЛАТИНА

Ключевые слова: желатин, анионит, катионит, удельная электропроводность, ионные пары.

Исследованы наиболее активно работающие пары «катионит-анионит». Определены рН, удельная электропроводимость, содержание железа, кальция, тиосульфата, зольный остаток, прозрачность, вязкость, и температура плавления обессоленного желатина.

Keywords: gelatin, cation, anion, specific conductivity, ion pairs.

Studied most active pairs of cation-anion. Determined pH, specific conductivity, contents of iron, calcium thiosulfate, bottom ash, opacity, viscosity and melting point desalted gelatin.

При обессоливании желатина, как известно [1-3], применяются ионные пары «катионит-анионит». Необходимость учета влияния различных смол на фотосвойства желатина ставит задачу исследования эффективности работы различных пар «катионит-анионит».

Ионнообменная обработка растворов желатина производилась на лабораторной установке, представляющей собой три последовательно соединенных стеклянные колонки диаметром 35 мм и высотой 170 мм, снабженных рубашками, через которые циркулировала термостатированная вода. Первая колонка заполнялась 0,1 кг исследуемого катионита, а во вторую и третью загружалось по 0,1 кг исследуемого анионита. Раствор исследуемого желатина термостатированный до 500С, пропускался через ионообменные колонки всегда с одинаковым расходом, равным 20 мл/мин, собирался в сборную емкость и студенился. Студень измельчался, сушился и подвергался физико-химическим и фотографическим испытаниям.

В качестве исходного желатина был выбран желатин с показателями приведенными в таблице 1.

Целью настоящей работы являлось определение наиболее эффективно работающих анионитов и катионитов и сопоставление показателей изготовленных образцов желатина с показателями исходного желатина.

Использовались следующие сочетания ионитов:

1.С катионитом КУ-2-8 последовательно сочетались аниониты АВ-17-8, АВ-17-8 rC, АВ-17-10П/0,6; АН-108-3, АН-31 и АН-2ФН.

2. С анионитом АВ-17-8 последовательно сочетались катиониты КУ-2-8, КУ-2-8чС, КУ-26 и КБ-2Н-2,5. После выявления наиболее активно работающих катионитов и анионитов они использовались для изготовления образцов желатина в следующих сочетаниях:

- катионит КУ-23 в паре с анионитами АВ-17-2П и АН-108-3;

- анионит АН-108-3 в паре с катионитами КБ-2 Н-2 ,5 и КУ-2-8;

- анионит АН-31 в паре с катионитом КУ-2-8.

Катиониты и аниониты в рабочем состоянии были соответственно в водородной и гидроксильной формах, чем и определялось изготовление образцов желатина в состоянии близком к изоэлектрической точке, присущей изоточке костных желатинов щелочного способа производства (рН~4,8). Из этого ряда выпадает только катионит КБ-2Н-2,5, применявшийся в натриевой форме.

Известно, что растворы желатина при рН изоточки обладают пониженными физикохимическими показателями, в частности прозрачностью и вязкостью. Поэтому эти показатели определялись повторно после доведения рН растворов желатина до значения рН-5,8 - 6,3.

При изготовлении образцов №14 - №17 (табл. 2) растворы желатина доводились до этих значений рН сразу же перед студенением растворов с последующим определением всех показателей заранее нейтрализованных растворов желатина.

Таблица 1 - Характеристики желатина

Наименование показателей Величина показателей

Массовая доля зольного остатка, % 1,20

Массовая доля железа, мг/кг 19

Вязкость раствора с массовой долей 10 %, мПаC 22

Температура плавления студня с массовой долей 10%, % рН 1%-го раствора 32,2

Прозрачность раствора с массовой долей 10%, % 80

рН 1%-го раствора 5,9

Массовая доля тиосульфата натрия, мг/кг 140

Массовая доля кальция, мг/кг 4060

Удельная электропроводность раствора с массовой долей 5% при 50ОС, См/см 14,9*10-4

Максимальная светочувствительность фотоэмульсий, ед. ГОСТ 10691.0-73 180

Плотность вуали фотоэмульсии при максимальной светочувствительности, В 0,15

В процессе ионообменной обработки раствора желатина отбиралось некоторое его количество на выходе катионитовой , а затем и анионитовой колонок. Сразу определялись рН растворов, электропроводность и содержание в них ионов кальция.

В таблице 2 приводятся значения рН и электропроводности растворов соответственно после катионитовой и анионитовой колонок, а также присутствие ионов кальция. Как видно из таблицы 2, во всех случаях рН растворов после катионитов и анионитов практически одинаков, за исключением образцов №12 и №17, которые были изготовлены пропусканием раствора через катионит в натриевой форме. Электропроводность раствора желатина после их пропускания через разные марки катионитов одинакова, за исключением случаев использования катионитов в натриевой форме (образцы №12 и №17).

Таблица 2 - Значения рН, электропроводность, содержание ионов Са2+ после ионообменной обработки

№ образца Иониты (в скобках-форма) рН 1%-го раствора Удельная электропроводность 5%-го р-ра 50ОС, См/см Са2+, мг/кг

1 2 3 4 5

1 КБ-2Н-2,5(Н+) 4,5 7,8*10-4 Не обнаружен

АБ-17-8(ОН-) 5,1 5,6*10-4

2 КУ-2-8чС(Н+) 4,3 7,4*10-4 Не обнаружен

АВ-17-8(ОН-) 4,9 5,7*10-4

3 КУ-2-8(Н+) 4,4 7,8*10-4 Не онаружен

АВ-17-8(ОН-) 4,8 5,1*10"4

4 КУ-23(Н+) 4,3 7,8*10-4 Не обнаружен

АВ-17-8(ОН-) 4,8 5,7*10-4

5 КУ-2-8(Н+) 4,5 7,8*10"4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,8 6,0*10-4

Окончание табл. 2

1 2 3 4 5

6 КУ-2-8(ОН+) 4,3 7,8*10-4 Не обнаруже

АВ-17-10П(0Н- 4,5 5,4*10-4

7 КУ-2-8(Н+) 4,3 7,8*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 4,8 4,7*10-4

8 КУ-2-8(Н+) 4,4 7,4*10-4 Не обнаружен

АВ-17-(ОН-) 4,8 5,6*10-4

9 КУ-2-8(Н+) 4,4 7,8*10-4 Не обнаружен

АН-31(ОН-) 4,8 4,5*10-4

10 КУ-2-8(Н+) 4,5 7,6*10-4 Не обнаружен

АН-2ФН(ОН-) 4,8 6,0*10-4

11* КУ-2-8(Н+) 4,5 8,6*10-4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,9 5,8*10-4

12 КБ-2Н-2,5(№+) 8,8 23,9*10-4 Не обнаружен

АВ-17-8(ОН-) 10,1 21,7*10-4

13 КУ-23(Н+) 4,5 8,5*10-4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,8 5,5*10-4

14** КУ-23(Н+) 4,4 8,2*10-4 Не обнаружен

АВ-17-2П(ОН-) 4,8 5,9*10-4

15 КУ-23(Н+) 4,4 8,4*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 4,8 5,4*10-4

16 КБ-2Н-2,5(Н+) 4,5 7,8*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 4,9 4,6*10-4

17 КБ-2Н-2,5(№+) 8,6 23,7*10-4 Не обнаружен

АН-108-3(0Н-) 9,2 18,7*10-4

* Анионит обрабатывался раствором углекислого натрия.

**Образец №14 и последующие нейтрализовались до значений рН=6,2-6,4 сразу после пропускания раствора через установку.

Последующее пропускание растворов желатина через разные марки анионитов привело к дальнейшему снижению электропроводности. Так при использовании анионитов АВ-17-2П, АВ-17-10П, АН-108-3, АВ-17-8чС, АН-2ФН и АН-31 в сочетании с катионитами, электропроводность образцов желатина снижается в 25-30 раз по сравнению с электропроводностью исходного желатина. У вышеупомянутых анионитов электропроводность растворов желатина на порядок ниже, чем у анионита АВ-17-8.

Качественное определение кальция с помощью металлохромного индикатора «эрио-хром черный Т» показало практическое отсутствие кальция во всех образцах желатина.

Помимо электропроводности и содержания кальция эффективность ионообменной очистки желатина характеризуется и содержанием зольного остатка, железа тиосульфата натрия и показателем прозрачности, которые приводятся в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что наибольшая зольность у образцов желатина №12 и №17, что вполне закономерно, т. к. в процессе ионного обмена ионы кальция заменялись в эквивалентном количестве на ионы натрия и у образцов №2 и №3, изготовленных с применением традиционных катионита КУ-2-8 и его аналога КУ-2-8чС в паре с анионитом АВ-17-8.

Неоправданно высокая зольность образца №16 , хотя величина зольности определялась дважды с получением близких результатов.

Уровень содержания железа в образцах практически одинаков за исключением содержания железа в образцах№№12 и 17. В них, а также в образцах №14 и №16, наблюдается повы-

шенное содержание тиосульфата натрия по сравнению с остальными образцами, содержащими практически одинаковые количества тиосульфата натрия.

Таблица 3 - Химический состав и прозрачность образцов желатина

№ образца Иониты Зольный остаток Железо мг/кг Тиосульфат натрия, мг/кг Прозрачность, %

1 КБ-2Н-2,5(Н+) АВ-17-8(ОН-) 0,05 9 6,5 70

2 КУ-2-8чС(Н+) АВ-17-8(ОН-) 0,11 6 6,0 73

3 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8(ОН) 0,15 8 7,5 73

4 КУ-23(Н+) АВ-17-8(ОН-) 0,03 8 4,0 75

5 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 0,02 7 5,5 75

6 КУ-2-8(Н+) АВ-17-10П(0Н-) 0,05 7 5,0 70

7 КУ-2-8(Н+) АН-108-3(0Н-) 0,01 4 3,5 73

8 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8чС(ОН-) 0,04 8 5,5 76

9 КУ-2-8(Н+) АН-34(ОН-) 0,03 8 3,0 73

10 КУ-2-8(Н+) АН-2ФН(ОН-) 0,04 7 3,5 76

11 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 0,01 5 3,5 74

12 КБ-2Н-2,5(Na+) АВ-17-8(ОН-) 1,9 16 9,0 82

13 КУ-23(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 0,05 7 ** 75

14* КУ-23(Н+) АВ-172П(ОН-) 0,05 7 9,0 82

15 КУ-23(Н+) АН-108-3(0Н-) 0,03 6 ** 83

16 КБ-2Н-2,5(Н+) АН-108-3(0Н-) 0,87 6 11,0 82

17 КБ-2Н-2,5(Na+) АН-108-3(0Н-) 1,3 10 12,0 82

*Образец желатина №14 и последующие нейтрализовались до значений рН=6,2-6,4 сразу же после пропускания раствора через установку.

** Полярографическое определение тиосульфата натрия не удалось выполнить из-за помех регистрируемых полярограммой.

Определение прозрачности образцов с №1 по №11 и 13 производилось при рН изоэлек-трической точки и она приблизительно одинакова для всех образцов, колеблясь от 70 до76 %.

Более высокие показатели прозрачности для образцов №12 и 17 объясняются значениями рН желатина, существенно превышающих рН изоточки.

В таблице 4 приведены показатели вязкости, прозрачности и температуры плавления 10% растворов и студня желатина, измеренные после доведения растворов желатина до рН=6,2-6,4. Образцы желатина №12 и 17 уже в процессе изготовления имели рН>7 и поэтому их прозрачность и вязкость измерялись после доведения рН растворов подкислением до тех же значений. Температура плавления всех образцов желатина, в пределах ошибки измерений, неизменна и незначительно отклоняется от ее исходного значения. Вязкость и прозрачность растворов обессоленного желатина, доведенных до рН=6,2-6,4 возрастают соответственно до 8-16% и 10-17%.

Таблица 4 - Показатели вязкости, прозрачности и температуры плавления желатина до и после нейтрализации

№ образца Иониты Вязкость, мПа с Прозрачность, % (при рН=6,2-6,4) Температура плавления

1 КБ-2Н-2,5(Н+) АВ-17-8(ОН") 24,1(25,9) 82 52,7

2 КУ-2-8чС(Н+) АВ-17-8(ОН-) 21(27,6) 82 32,5

3 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8(ОН) 20,1(26,9) 82 32,5

4 КУ-23(Н+) АВ-17-8(ОН-) 20(27,9) 83 32,6

5 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 23,4(25,4) 83 32,4

1 2 3 4 5

6 КУ-2-8(Н+) АВ-17-10П(0Н-) 22,9(26,9) 82 32,6

7 КУ-2-8(Н+) АН-108-3(0Н-) 23,5(29,9) 84 32,7

8 КУ-2-8(Н+) АВ-17-8чС(ОН-) 23,4(28,6) 84 82,8

9 КУ-2-8(Н+) АН-31(ОН-) 22,7(24,5) 82 32,7

10 КУ-2-8(Н+) АН-2ФН(ОН-) 23,4(27,6) 83 32,7

11 КУ-2-8(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 23,4(27,1) 84 32,8

12 КБ-2Н-2,5(Na+) АВ-17-8(ОН-) 25,6(28,6) 82 32,4

13 КУ-23(Н+) АВ-17-2П(ОН-) 21,7(23,2) 82 31,3

14 КУ-23(Н+) АВ-172П(ОН-) 22,1(24,2) 82 31,8

15 КУ-23(Н+) АН-108-3(0Н-) 21,8(23,4) 83 32,1

16 КБ-2Н-2,5(Н+) АН-108-3(0Н-) 23,7(26,1) 82 32,2

17 КБ-2Н-2,5(Na+) АН-108-3(0Н-) 21,4(24,4) 82 31,9

*В скобках даны значения вязкости после доведения рН растворов до 6,2-6,4.

Полученные данные позволяют провести для обессоливания желатина обоснованный выбор пары «катионит-анионит».

Из-за сходства описания кинетики ионного обмена и адсорбции для расчета ионообменной аппаратуры могут быть использованы методы расчета адсорбционных аппаратов. При этом необходимо учесть, что при ионном обмене скорость массопередачи обычно лимитируется внутренним массопереносом [4,5].

Литература

1. Смирнов, Н.Н. Расчет и моделирование ионообменных реакторов / Н.Н. Смирнов, А.И. Волжин-ский, В.А. Константинов. - Л.: Химия, 1984. - 224 с.

2. Высокомолекулярная химия желатина / А. Вейс - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 480 с.

3. Кельцев, Н.В. Основы адсорбционной техники / Н.В. Кельцев - М.: Химия, 1976. - 512 с.

4. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: в 2 т. Т.2 / Ю.И. Дытнерский. -М.: Химия, 1995. - 368 с.

5. Дьяконов, Г. С. Оптимальное проектирование промышленных аппаратов химической технологии на основе сопряженного физического и математического моделирования/ Г. С. Дьяконов, В.И. Елизаров // Вестн. Казан. технолог. ун-та. - 2010 - № 4. - С. 131-140.

© И. М. Нафиков - канд. техн. наук, доц. каф. процессов и аппаратов химической технологии КГТУ, dweronika@mail.ru; В. Г. Кузнецов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. Х. Зин-натуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; Н. И. Еникеева - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; Н. Б. Сосновская - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.