DSC study of melting and glass transition in gelatins

Abstract

In the range from −50° to +130°C, the temperature dependence of the heat capacity for different kinds of gelatins with water contents of from 2 to 95% was studied by the DSC method. It was shown that, in all studied cases, metastable collagen-like structures are formed in gels or crystalline gelatins, with thermodynamic parameters depending on the formation conditions. The characteristic properties of the glass transitions in amorphous gelatins and crystalline gelatins with different melting heats and different contents of the ordered phase were established. Special attention is paid to the structural properties of free and bound water. The dependence of the glass transition temperatureT _g on the bound water content was shown to be of general applicability for many denatured biopolymers. Free water in gelatins, in distinction to the bound water, does not act as a plasticizer, but forms a rigid matrix inhibiting the glass transition.

Zusammenfassung

Mittels DSC wurde im Bereich −50° bis +130°C die Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität für verschiedene Arten von Gelantine mit einem Wassergehalt von 2 bis 95% untersucht. Es wurde gezeigt, daß in allen untersuchten Fällen metastabile kollagenähnliche Strukturen in Gelen oder kristallinen Gelantinen gebildet werden, deren thermodynamische Parameter von den Bildungsbedingungen abhängen. Es wurden die charakteristischen Eigenschaften der Glasumwandlungen in amorphen Gelantinen und kristallinen Gelantinen mit unterschiedlichen Schmelzwärmen und einem unterschiedlichen Gehalt an geordneter Phase bestimmt. Spezielle Aufmerksamkeit wurde den strukturellen Eigenschaften von freiem und gebundenem Wasser gewidmet. Es wurde gezeigt, daß die Ab-hängigkeit der GlasumwandlungstemperaturT _g vom Gehalt an gebundenem Wasser generell für viele denaturierte Biopolymere anwendbar ist. Im Unterschied zu gebundenem Wasser fungiert freies Wasser in Gelatinen nicht als ein Weichmacher, bildet aber eine starre Matrix, die die Glasumwandlung verhindert.