小ME知識講堂:動物膠

以動物的皮、骨或筋等為原料,將其中所含的膠原經過部分水解、萃取和乾燥製成的蛋白質固形物。色淡黃到棕色。能溶於水,微溶於酒精,不溶於有機溶劑。其水溶液具有表面活性,粘度較高,冷卻後會凍結成有彈性的凝膠,受熱后又恢復為溶液。

後者是動物膠專有的特性,可以定量地以凝膠強度來表示,習慣上稱為凍力。這是決定動物膠商品價值的主要物理性能,是在標準條件下形成的凝膠的剛性。商品價值隨凍力的增大而提高。凍力用一種稱為勃盧姆計的特殊儀器來測定,以「克」表示。

主要作用

動物膠主要用作工業粘接劑、乳化劑和乳化穩定劑、選礦時的絮凝劑、造紙和紡織工業中的施膠劑,以及用於印刷工業中製版和製造墨輥等,在食品、照相材料、醫藥品和化妝品等生產領域中也有廣泛重要的用途。現代開發的微膠囊技術是動物膠的新的應用領域。

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經濟地位

動物膠在國民經濟中有著獨特的重要地位。據不完全統計,迄今有30多個行業,1000多種產品都要用到動物膠。儘管新材料不斷出現,但在有些領域(例如照相材料)中,動物膠還是無法被取代的。動物膠生產所用的獸骨和獸皮的邊角料等都是廢棄物,加以利用可以發揮很大的作用和效益。如任其廢棄則造成公害,因此動物膠的生產是一種化廢為寶的工業。

沿革

約在公元前27世紀埃及所建的金字塔內曾發現動物膠的實物。中國在公元前500年的《考工記》中有「鹿膠青白,馬膠赤白,牛膠火赤,鼠膠黑,魚膠餌,犀膠黃」等記載。說明2000多年以前中國已開始製造和應用動物膠,主要是藥用、墨用和粘接用。

歐洲在18世紀初開始從小牛骨中提取明膠,作為食品的添加劑。1847年法國首先將明膠用於照相紙生產。1871年英國正式開發了照相專用明膠。

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中國於1921年在上海建立了上海明膠廠,但只生產皮膠;在濟南、青島同時建立了骨粉廠,以後又從骨粉中提取骨膠。1932年在濟南建立第一個骨膠廠。1935年上海開始生產明膠。到50年代初全國共有7家工廠生產動物膠,合計生產能力2500噸/年。產品大部分是工業膠(骨膠和皮膠),少量為明膠(食用)。

1958年開始生產照相用明膠。1983年照相惰膠(即照相用惰性明膠,又名純膠)試製成功。1988年廣東開平明膠廠專門建設了照相明膠(包括惰膠)的生產線。到80年代末,全國總的生產能力達到4萬噸/年,明膠佔40%左右。

分類

動物膠按原料可分為骨膠和皮膠兩大類。廣義上來說動物膠還有血膠、魚膠、乳酪膠、龜板膠等,但這些產品產量不大,用途不廣泛,一般都不列入動物膠分類中;按產品的精製程度分,簡單加工的粗製品為骨膠和皮膠,精細加工的精製品為明膠。

按產品分為明膠和工業膠(骨膠和皮膠)兩類。明膠的用途比骨膠和皮膠要廣泛得多。現代的動物膠生產企業大多以明膠為主要產品。習慣上把骨膠、皮膠和明膠統稱為三膠。

生產工藝

動物膠的生產工藝主要有原料預處理、萃取和成品製造。

原料預處理

除去原料(骨料或皮料)中所含的非膠原物質,如脂肪、礦物質等。主要的工序是脫脂、鹼處理、酸處理。原料預處理工藝對於工業膠比較簡單,對於明膠則要求較高。預處理工藝與成品的品種和質量有關。

萃取

首先使原料所含膠原中形成交聯的氫鍵或靜電性鍵在熱水的作用下斷裂。第二是共價鍵的水解斷裂,引起膠原的解體,這個作用稱為解旋。解旋后即生成可溶性的動物膠。由熱水萃取而得到濃度為3~8%(多數為5~7%)的淡膠液。對於不同的產品,萃取的步驟和工藝條件各有不同。

成品製造

由淡膠液製成動物膠成品,主要經過過濾、蒸發濃縮、凝膠成型、乾燥等工序。

①過濾:一般採用板框式壓濾機並以棉漿板作為過濾介質。這種設備較便宜,但清除濾餅要間歇地用人工進行,適於中小企業。現代的大型生產裝置採用由濾葉組、耐壓筒及驅動裝置組成的離心式自清理葉片過濾機。濾葉置於耐壓筒中,各濾葉內側與空心軸相通,上下均覆蓋很細的金屬絲網。淡膠液預先加入硅藻土助濾劑調成濾漿,用泵送入耐壓筒,助濾劑在濾葉上形成一個過濾介質層。經過一定時間的過濾操作后,將濾葉組轉動,利用離心力將濾渣和助濾劑一起清除。

②蒸發濃縮:採用多效管式或板式蒸發器,一般在減壓下進行。蒸發后得到的膠液濃度達20~25%以上。

③凝膠成型:採用轉鼓式或帶式凍膠機,使濃縮的膠液冷卻凝成不規則的薄片狀或小顆粒狀。常用的還有內外套管式冷卻器,這是一個內外均有冷卻夾套的管型設備。膠液在壓力下流過中間環形間隙,間隙中還裝有轉動的刮刀,冷卻后的凝膠在刮刀和流體的共同推動擠壓下通過出口的多孔板,擠出細條狀的凝膠。因此這個設備又稱擠條機。

④乾燥:採用滾筒式乾燥機或長網帶式乾燥機。滾筒式是間隙式操作,適用於中小企業。長網帶式是連續操作的,適用於大型工廠。乾燥后的產品含水量一般在16%以下。有些產品在乾燥后還要經過粉碎和篩選,得到最終成品。

凝聚法

動物膠凝聚重量法— 濾液鉬藍比色法測定二氧化硅

1 方法提要

試樣經碳酸鈉熔融,在鹽酸介質中用動物膠溶液使硅酸凝聚析出,經過濾、灼燒,氫氟酸處理,硅以四氟化硅形式逸出,然後以鉬藍比色法測定濾液中殘餘的二氧化硅。

2 試劑

2.1 無水碳酸鈉(固體)。

2.2 焦硫酸鉀(固體)。

2.3 鹽酸(ρ1.19g/mL)。

2.4 硝酸(ρ1.42g/mL)。

2.5 鹽酸(1+1;2+98)。

2.6 氫氟酸(ρ1.15g/mL)。

2.7 硝酸銀溶液(10g/L):將1g硝酸銀溶於50mL水中,加15滴硝酸(1+1),用水稀釋至100mL。

2.8 動物膠溶液(10g/L) :將1g明膠溶於100mL約70℃的水中(用時配製)。

2.9 硫酸(1+1):將1體積的硫酸緩緩加於同體積的水中,混勻。

2.10 硫酸(1+4):將1體積的硫酸緩緩加於4體積的水中,混勻。

2.11 過硫酸銨溶液(100g/L):稱取10g過硫酸銨於塑料杯中,加適量水溶解后稀釋至100mL。

2.12 鉬酸銨溶液(50g/L):稱取5g鉬酸銨於塑料杯中,加適量水溶解后,用水稀釋至100mL。

2.13 抗壞血酸溶液(50g/L):用時配製。

2.14二氧化硅標準溶液(甲)(1mL溶液含有0.2mg二氧化硅):準確稱取0.1000g預先經950℃~1000℃灼燒1h的二氧化硅(光譜純)於鉑坩堝中,加2g無水碳酸鈉,混勻。再覆蓋1g無水碳酸鈉,蓋好坩堝蓋,高溫熔融5min~10min,冷卻後用熱水將熔塊浸出於盛有約300mL熱水的燒杯中,待全都溶解后,冷至室溫,移入500mL容量瓶中,用水稀釋至標線,混勻,然後移入乾燥的塑料瓶中貯存。

2.15二氧化硅標準溶液(乙)(1mg溶液含有0.02mg二氧化硅):準確移取10.00mL二氧化硅標準溶液(甲)於100mL容量瓶中,用水稀釋至標線,混勻(用時配製)。

3 儀器

3.1 分光光度計。

3.2 天平:感量0.1mg。

3.3 烘箱。

3.4 恆溫水浴。

4 分析步驟

4.1 工作曲線的繪製

4.1.1準確量取0.00mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、4.00mL、5.00mL、6.00mL二氧化硅標準溶液(乙)(此系列標準溶液100mL中各含有0.00mg、0.02mg、0.04mg、0.06mg、0.08mg、0.10mg、0.12mg二氧化硅)於一系列的100mL容量瓶中,加水約至50mL,混勻。

4.1.2分別加0.5mL鹽酸(1+l)、加5mL鉬酸銨溶液(50g/L),混勻,按表2不同室溫放置不同時間,再分別加5mL硫酸(1+l),混勻,加5mL抗壞血酸溶液(50g/L),混勻,用水稀釋至標線,混勻,放置10min~20min后,在分光光度計上,于波長680nm處,用1cm比色皿,以水作參比測定溶液的吸光度。然後以測得的吸光度為縱坐標,比色溶液的濃度為橫坐標,繪製工作曲線。

表2 放置時間

室溫,℃ ;放置時間,min

10~20 30

20~30 15~20

30~35 10~15

4.2 測定

4.2.1稱取0.5g(精確至0.0001g)試樣於鉑坩堝中,加3g無水碳酸鈉,混勻,再加1g無水碳酸鈉覆蓋其上,蓋好坩堝蓋。置高溫爐中(或噴燈上)逐漸升溫至950℃~1000℃,熔融30min。取出,旋轉坩堝,使熔融物均勻地附著於坩堝內壁,冷卻。以熱水將熔塊浸取於150mL~250mL瓷蒸發皿中,蓋上表面皿,從皿中徐徐加入40mL鹽酸(1+1),待反應停止后,取下表面皿,用鹽酸(1+1)洗凈坩堝及蓋,洗液合併於瓷蒸發皿中,用水沖洗表面皿及瓷蒸發皿邊緣處。置蒸發皿於沸水浴上將溶液蒸發至濕鹽狀,取下稍冷,加20mL鹽酸(ρ1.19g/mL)並攪拌均勻,在70℃~80℃水浴中保溫5min,緩緩加入10mL動物膠溶液(10g/L),充分攪拌並保溫10min~15min,取下,加30mL熱水,攪拌使鹽類溶解,稍冷,用中速定量濾紙過濾,用溫熱的鹽酸(2+98)洗滌瓷皿及沉澱6次~8次,濾液及洗液盛接於300mL燒杯中。用小片濾紙擦凈瓷皿,用溫水洗滌沉澱至無氯離子[用硝酸銀溶液(10g/L)檢驗]。

4.2.2將沉澱連同濾紙一起放入鉑坩堝中,乾燥,灰化,在950℃~1000℃灼燒1h,取出,置乾燥器中冷至室溫,稱量。反覆灼燒直至恆重。

4.2.3 用少量水濕潤沉澱,加2滴~3滴硫酸(1+1),5mL~8mL氫氟酸,加熱蒸發至近干后,取下稍冷,再加3mL氫氟酸,加熱蒸發至三氧化硫白煙逸盡,在950℃~1000℃灼燒10min~15min。取下,置乾燥器中冷至室溫,稱量。反覆灼燒直至恆重。

4.2.4 將坩堝內殘渣用0.5g焦硫酸鉀熔融,冷卻,溶融物用熱水溶解后合併於燒杯中。

4.2.5為破壞動物膠,加入10mL硝酸(ρ1.42g/mL)並微沸30min,直至氮的氧化物氣味消失。然後將溶液冷至室溫並移至250mL容量瓶中,用水稀釋至標線,混勻。此為試樣溶液(A),可用於測定鐵、鋁、鈦、鈣、鎂和殘留在溶液中的二氧化硅。

4.2.6分取10.00mL試樣溶液(A)於100mL燒杯中,加5mL過硫酸銨溶液(100g/L),加蓋表面皿,加熱至微沸並保持2min(不可蒸干),取下稍冷,用水沖洗表面皿,將溶液移入100mL容量瓶中,加水至約50mL,以下操作步驟同本標準4.1.2。

5 結果計算

二氧化硅的含量以質量分數X2計,數值以10-2或%表示,按式⑵計算:

⑵式中:

m3──灼燒后未經氫氟酸處理的沉澱及坩堝的質量,單位為克,g;

m4──用氫氟酸處理並經灼燒后殘渣及坩堝的質量,單位為克,g;

m── 試樣的質量,單位為克,g;

c──由工作曲線上查得的100mL比色溶液中二氧化硅的含量,單位為毫克,mg;

n──試樣溶液的總體積與所分取試樣溶液的體積之比。

6 允許差

兩平行測定結果之間的絕對誤差允許值應符合表3的規定,以不超差的兩平行測定結果的算術平均值做為最終結果,否則,應重新測定。

表3 ;二氧化硅含量的允許值

二氧化硅含量, %

<50 0.40

允許差, %

≥50 0.50

特性用途

那麼,什麼是動物膠呢?其實,動物膠就是以動物的皮、骨或筋等為原料,將其中所含的膠原經過部分水解、萃取和乾燥製成的蛋白質固形物。其顏色是淡黃色或棕色,能溶於水,微溶於酒精,不溶於有機溶劑。而其水溶液具有表面活性,粘度較高,冷卻後會凍結成有彈性的凝膠,受熱后又恢復為溶液。

現代的動物膠生產企業大多以明膠為主要產品,習慣上把骨膠、皮膠和明膠統稱為三膠。

動物膠主要用作工業膠粘劑、乳化劑和乳化穩定劑、選礦時的絮凝劑、造紙和紡織工業中的施膠劑。

本文轉載自互聯網,由365me編輯整理

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