Студни и гели реферат по химии
Обновлено: 04.07.2024
Значение гелей и студней в современном мире. Гелеобразование в коллоидных системах. Характеристика студней и гелей. Факторы студне- и гелеобразования. Тиксотропия, старение и синерезис. Диффузия в гелях и студнях. Периодические реакции в гелях и студнях.
Краткое сожержание материала:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Выполнил: студент группы СХП-31
Баландина А.В
Проверил: к.х.н., доцент
Зарапина И.В.
Тамбов 2013
Введение
Значение гелей и студней велико в современном мире, они применяются практически везде: в пищевой промышленности, косметологии, строительстве и т.д. Также они играют важную роль в живых организмах. Поэтому данная тема является актуальной и имеет большое практическое применение. В этой работе рассмотрены характеристики студней и гелей и их основные свойства.
1. Характеристика студней и гелей
Однако, в отличие коллоидных гелей, сечение сплошной пространственной сетки имеет молекулярные размеры и она образована не вандерваальсовыми, а химическими или водородными связями. Таким образом, основное отличие студней от коллоидных гелей состоит в том, что это гомогенные, а не дисперсные системы.
Студни получаются благодаря действию молекулярных сил сцепления между макромолекулами органических полимеров, например, каучука, желатина, поливинилацетата и др. Эластичные студни, набухая или теряя растворитель, легко и обратимо изменяют свой объем. Т.к. поглощение растворителя значительно увеличивает объем студня, то их называют также набухающими гелями.
Природа связей между элементами, составляющими структуру, у разных студней различна. Узлы сетки могут быть обусловлены водородными связями, взаимодействием электрических зарядов или диполей, а также химическими связями. Если связи в студне являются водородными или дипольными (электростатическими), то прочность его мала, и он легко плавится или разрушается. Примером таких систем являются студни желатина, агар-агара.
Помимо образования связей между молекулами в известных условиях могут возникать связи и между участками одной и той же макромолекулы, если она имеет несколько групп, способных взаимодействовать друг с другом, и молекулярная цепочка настолько гибка, что отдельные части ее в результате теплового движения могут вступать в контакт. При этом образуются так называемые глобулярные или корпускулярные студни.
Глобулярные студни могут образовываться и в результате ассоциации двух и более макромолекул. Называть их студнями можно только условно, поскольку они способны течь, а вязкость их зачастую меньше вязкости соответствующих растворов ВМС.
Жидкость в гелях и студнях может быть связанной и свободной. Связанная жидкость входит в состав сольватной оболочки. Связанная вода обладает ограниченной подвижностью и сообщает студням повышенную, по сравнению с жидкостью, прочность. Связанная вода замерзает при более низкой температуре, которая может достигать -15°С. Пониженная температура замерзания связанной воды в почве обеспечивает сохранность зимующих семян или растений и благоприятно влияет на урожай.
Основная часть жидкости механически включена в каркас геля. Часть жидкости, которая не входит в сольватную (гидратную) оболочку, называют свободной или иммобилизованной. Механическое включение жидкости в ячейки каркаса подобно удержанию в губке впитавшейся воды. Жидкость входит в ячейки структуры и теряет свою подвижность. В то же время большое количество воды в гелях и студнях сообщает им свойства, которые характерны для жидкостей. В гелях и студнях происходит молекулярная диффузия, они обладают определенной электропроводностью, рассеивают свет. Обладают студни и гели также и свойствами твердых тел: прочностью, упругостью, эластичностью, способностью сохранять определенную форму.
Упругие и эластичные свойства проявляются при работе мышц человека. Мышечные волокна состоят из клеток, содержащих гелеобразную протоплазму, состояние которой меняется под влиянием нервных импульсов. Поэтому мышцы способны сокращаться и растягиваться, совершать работу и обеспечивать двигательные процессы организма человека.
2. Факторы студне- и гелеобразования
Процесс перехода золя или раствора ВМС в студень называется желатинированием или застудневанием. Застудневание связано с увеличением вязкости и замедлением броуновского движения. В ультрамикроскоп можно наблюдать постепенное объединение коллоидных частиц в хлопья, движение которых почти полностью прекращается, и образование геля, т.е. внутренней структуры.
Желатинирование напоминает процесс коагуляции коллоидных систем. Все факторы, обусловливающие коагуляцию, в той или иной степени влияют на процесс образования гелей.
Гелеобразование в коллоидных системах и студнеобразование в растворах органических полимеров зависят от ряда факторов, из которых наиболее существенны следующие:
1. Природа дисперсной фаз. Не все гидрофобные золи могут переходить в гели; так, например, золи благородных металлов: золота, платины, серебра - не способны застудневать, что объясняется своеобразным строением этих коллоидных частиц и низкой концентрацией их золей.
2. Форма частиц дисперсной фазы коллоидных систем, размеры и разветвленность молекул полимеров существенно влияют на застудневание. Экспериментально установлено, что гели образуются в золях, частицы которых обладают резко анизодиаметрической формой, т. е. палочкообразны, игольчаты или листочкоподобны. Чем ярче выражена анизодиаметричноть, тем при меньшей концентрации золя легче образуется гель. Застудневание растворов ВМС, молекулы которых имеют форму глобул, происходит гораздо хуже.
3. Концентрация оказывает существенное влияние на студне- и гелеобразования. При прочих равных условиях более концентрированные коллоиды и растворы ВМС легче переходят в гели и студни, чем разбавленные. Большая зависимость застудневания от концентрации объясняется тем, что в более концентрированных системах уменьшается расстояние между частицами и макромолекулами, благодаря чему увеличивается число столкновений частиц и облегчается образование структур за счёт сцепления активными центрами.
4. Температура также сильно влияет на процесс желатинирования. С повышением температуры процесс обычно затрудняется. Растворы, не зыстудневающие при комнатной температуре, при понижении температуры могут превратиться в твёрдые студни. Влияние температуры на процесс застудневания объясняется уменьшением растворимости веществ, а также тем, что нагревание усиливает тепловое движение макромолекул или коллоидных частиц и ослабляет связи между ними.
5. Время. Даже в достаточно концентрированных системах застудневание протекает не мгновенно, а в течение определенного времени, необходимого для перегруппировки частиц дисперсной фазы в коллоидах и макромолекул в растворах и образования в системах рыхлых сетчатых структур. Время, необходимое для их образования называется периодом созревания.
6. Электролиты неодинаково влияют на застудневание. Одни электролиты (точнее их ионы) ускоряют застудневание, другие, наоборот, замедляют, а в некоторых случаях совершенно устраняют возможность перехода золя в гель или раствора ВМС в студень.
Катионы мало влияют на застудневание. Если же сравнивать соли с одинаковым катионом и различными анионами, то оказывается, что наиболее эффективно действуют сернокислые и уксуснокислые соли, ускоряющие застудневание. Хлориды и иодиды задерживают, а роданиды совершенно устраняют возможность перехода растворов ВМС в студень.
Анионы на желатинирование влияют в следующем порядке (так называемый прямой лиотропный ряд Гофмейстера):
SO42- >C6H5O73- >C4H4O62- >C2H4O2- >Cl- >NO3- >Br- >I->SCN-
Различия в указанных свойствах электролитов объясняются степенью их гидратации, которая четко выражена, например, у сульфат- и цитрат-ионов, а также различной адсорбируемостью анионов; это качество лучше выражено у роданид- и иодид-ионов, которые адсорбируются вместе со своими гидратными оболочками, тем самым, затрудняя процесс желатинирования.
3. Свойства гелей и студней
Производство лекарственных препаратов в форме гелей
Основные направления использования гелей в медицинской практике. Гелеобразователи и другие вспомогательные вещества в производстве гелей. Технологичес.
Технология приготовления косметических гелей
Технология приготовления гелей. Исходные вещества для приготовления гелей в косметологии: жироподобные вещества, дезинфицирующие и консервирующие веще.
Конкурентное связывание катионного поверхностно-активного вещества двумя анионными гелями, различающимися по степени заряженности
Факторы, определяющие поведение полимерных гелей, понятие их коллапса. Теоретическое рассмотрение конкурентного связывания поверхностно-активных вещес.
Характеристика металлического состояния. Общая характеристика свойств металлов
Свойства металлов и сплавов. Коррозионная стойкость, холодостойкость, жаростойкость, антифринционность. Механические свойства металлов. Диаграмма раст.
Химия металлов
Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов и их изменение. Восстановительные и окислительные свойства d-элементов. Ряд напряжения металлов. Хими.
Многие органические и неорганические вещества естественного и искусственного происхождения при определенных условиях могут образовывать студни. В студнях частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а дисперсионная среда заключена в промежутках между ними. Студни- это структурированные системы со свойствами эластичных твердых тел. Студнеобразное состояние вещества можно рассматривать как промежуточное между жидким и твердым состоянием.
Значение гелей и студней велико в современном мире, они применяются практически везде: в пищевой промышленности, косметологии, строительстве и т.д. Также они играют важную роль в живых организмах. Поэтому данная тема является актуальной и имеет большое практическое применение.
В этой работе рассмотрены характеристики студней и гелей и их основные свойства.
Характеристика студней и гелей
Однако, в отличие коллоидных гелей, сечение сплошной пространственной сетки имеет молекулярные размеры и она образована не вандерваальсовыми, а химическими или водородными связями. Таким образом, основное отличие студней от коллоидных гелей состоит в том, что это гомогенные, а не дисперсные системы.
Студни получаются благодаря действию молекулярных сил сцепления между макромолекулами органических полимеров, например, каучука, желатина, поливинилацетата и др. Эластичные студни, набухая или теряя растворитель, легко и обратимо изменяют свой объем. Т.к. поглощение растворителя значительно увеличивает объем студня, то их называют также набухающими гелями.
Природа связей между элементами, составляющими структуру, у разных студней различна. Узлы сетки могут быть обусловлены водородными связями, взаимодействием электрических зарядов или диполей, а также химическими связями. Если связи в студне являются водородными или дипольными (электростатическими), то прочность его мала, и он легко плавится или разрушается. Примером таких систем являются студни желатина, агар-агара.
Помимо образования связей между молекулами в известных условиях могут возникать связи и между участками одной и той же макромолекулы, если она имеет несколько групп, способных взаимодействовать друг с другом, и молекулярная цепочка настолько гибка, что отдельные части ее в результате теплового движения могут вступать в контакт. При этом образуются так называемые глобулярные или корпускулярные студни.
Глобулярные студни могут образовываться и в результате ассоциации двух и более макромолекул. Называть их студнями можно только условно, поскольку они способны течь, а вязкость их зачастую меньше вязкости соответствующих растворов высокомолекулярных соединений (ВМС).
Жидкость в гелях и студнях может быть связанной и свободной. Связанная жидкость входит в состав сольватной оболочки. Связанная вода обладает ограниченной подвижностью и сообщает студням повышенную, по сравнению с жидкостью, прочность. Связанная вода замерзает при более низкой температуре, которая может достигать -15°С. Пониженная температура замерзания связанной воды в почве обеспечивает сохранность зимующих семян или растений и благоприятно влияет на урожай.
Основная часть жидкости механически включена в каркас геля. Часть жидкости, которая не входит в сольватную (гидратную) оболочку, называют свободной или иммобилизованной. Механическое включение жидкости в ячейки каркаса подобно удержанию в губке впитавшейся воды. Жидкость входит в ячейки структуры и теряет свою подвижность. В то же время большое количество воды в гелях и студнях сообщает им свойства, которые характерны для жидкостей. В гелях и студнях происходит молекулярная диффузия, они обладают определенной электропроводностью, рассеивают свет. Обладают студни и гели также и свойствами твердых тел: прочностью, упругостью, эластичностью, способностью сохранять определенную форму.
Упругие и эластичные свойства проявляются при работе мышц человека. Мышечные волокна состоят из клеток, содержащих гелеобразную протоплазму, состояние которой меняется под влиянием нервных импульсов. Поэтому мышцы способны сокращаться и растягиваться, совершать работу и обеспечивать двигательные процессы организма человека.
Факторы студне- и гелеобразования
Процесс перехода золя или раствора ВМС в студень называется желатинированием или застудневанием. Застудневание связано с увеличением вязкости и замедлением броуновского движения. В ультрамикроскоп можно наблюдать постепенное объединение коллоидных частиц в хлопья, движение которых почти полностью прекращается, и образование геля, т.е. внутренней структуры.
Желатинирование напоминает процесс коагуляции коллоидных систем. Все факторы, обусловливающие коагуляцию, в той или иной степени влияют на процесс образования гелей.
Гелеобразование в коллоидных системах и студнеобразование в растворах органических полимеров зависят от ряда факторов, из которых наиболее существенны следующие:
2.1. Природа дисперсной фаз.
Не все гидрофобные золи могут переходить в гели; так, например, золи благородных металлов: золота, платины, серебра - не способны застудневать, что объясняется своеобразным строением этих коллоидных частиц и низкой концентрацией их золей.
2.2 Форма частиц дисперсной фазы коллоидных систем .
Размеры и разветвленность молекул полимеров существенно влияют на застудневание. Экспериментально установлено, что гели образуются в золях, частицы которых обладают резко анизодиаметрической формой, т. е. палочкообразны, игольчаты или листочкоподобны. Чем ярче выражена анизодиаметричноть, тем при меньшей концентрации золя легче образуется гель. Застудневание растворов ВМС, молекулы которых имеют форму глобул, происходит гораздо хуже.
Концентрация оказывает существенное влияние на студне- и гелеобразования. При прочих равных условиях более концентрированные коллоиды и растворы ВМС легче переходят в гели и студни, чем разбавленные. Большая зависимость застудневания от концентрации объясняется тем, что в более концентрированных системах уменьшается расстояние между частицами и макромолекулами, благодаря чему увеличивается число столкновений частиц и облегчается образование структур за счёт сцепления активными центрами.
Температура также сильно влияет на процесс желатинирования. С повышением температуры процесс обычно затрудняется. Растворы, не зыстудневающие при комнатной температуре, при понижении температуры могут превратиться в твёрдые студни. Влияние температуры на процесс застудневания объясняется уменьшением растворимости веществ, а также тем, что нагревание усиливает тепловое движение макромолекул или коллоидных частиц и ослабляет связи между ними.
Даже в достаточно концентрированных системах застудневание протекает не мгновенно, а в течение определенного времени, необходимого для перегруппировки частиц дисперсной фазы в коллоидах и макромолекул в растворах и образования в системах рыхлых сетчатых структур. Время, необходимое для их образования называется периодом созревания.
2.6 Электролиты неодинаково влияют на застудневание.
Одни электролиты (точнее их ионы) ускоряют застудневание, другие, наоборот, замедляют, а в некоторых случаях совершенно устраняют возможность перехода золя в гель или раствора ВМС в студень.
Катионы мало влияют на застудневание. Если же сравнивать соли с одинаковым катионом и различными анионами, то оказывается, что наиболее эффективно действуют сернокислые и уксуснокислые соли, ускоряющие застудневание. Хлориды и иодиды задерживают, а роданиды совершенно устраняют возможность перехода растворов ВМС в студень.
Анионы на желатинирование влияют в следующем порядке (так называемый прямой лиотропный ряд Гофмейстера):
Различия в указанных свойствах электролитов объясняются степенью их гидратации, которая четко выражена, например, у сульфат- и цитрат-ионов, а также различной адсорбируемостью анионов; это качество лучше выражено у роданид- и иодид-ионов, которые адсорбируются вместе со своими гидратными оболочками, тем самым, затрудняя процесс желатинирования.
Содержание
Отличие геля от студня
Использование в пищевой промышленности
Вложенные файлы: 1 файл
по физколоидной.docx
Гель, и его отличие от студня
Если имеет место истинный раствор, а не коллоидный, то такое вещество нельзя называть гелем, это студень. Полимеры образуют студни или псевдогели.
Для проверки, что перед Вами - гель или студень, нужно добваить к нему небольшое количество основной фазы (воды). Если через некоторое время жидкость впитатся, то это студень, если нет - гель.
Гелеобразование (желатинирование, но не застудневание) возможно при содержании дисперсной фазы в системе в минимальном количестве (от долей процента). Чем более анизотропны частицы и менее лиофильна их поверхностьь по отношению к дисперсионной среде, тем меньше содержание дисперсной фазы, при котором система теряет текучесть.
Распад структуры гели и переход системы в текучее состояние наз. пептизацией. Этот процесс происходит при введении лиофилизующих веществ или при повышении температуры.
В мезоморфных гелях структурную сетку образует жидкокристаллическая фаза (мезофаза). Такие гели возникают из растворов дифильных блоксополимеров в термодинамически "плохих" растворителях по отношению к одному из блоков сополимера. Мезоморфная фаза обычно представляет собой мицеллоподобные пластинчатые или цилиндрические ассоциаты из тех блоков, которые менее растворимы в данном растворителе; мезоморфные гели образуются и в концентрированных растворах мылоподобных ПАВ.
Системы, подобные гелям, но не обладающие тиксотропией ( псевдогели), образуются при фазовом расслоении растворов полимеров, коагуляции и неполной коалесценции каучуковых латексов и эмульсий некоторых высоковязких нефтепродуктов, жиров. Некоторыми свойствами геля обладают пены, стабилизованные высокомолярными ПАВ, и высококонцентрированные (спумоидные) эмульсии.
Большинство гели термодинамически неустойчиво и при старении вследствие изотермической переконденсации или рекристаллизации разрушаются. При этом обратимая по отношению к механическому воздействию коагуляционная структура перерождается в необратимую конденсационно- кристаллизационную. Кроме того, многие гели подвержены синерезису - сокращению объема с выделением жидкой фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки.
Удалением из лиогелей жидкой среды можно получить тонкопористые тела - аэрогели, или ксерогели, в которых слабые коагуляционные контакты между частицами превратились в результате сушки в прочные адгезионные или фазовые (когезионные) контакты. Таковы, например, алюмогель и силикагель-сорбенты, получаемые обезвоживанием гидрогелей соотв. гидроксида алюминия и кремниевых кислот. Пористость аэрогеля во многом определяется синерезисом, особенно макросинерезисом, чем больше проявляется синерезис, тем меньше объем пор в аэрогеле.
Особый случай - переход студень в гель проявляется например при синтезе коагулита, после сушки такого геля сам коагулит представляет собой аэрогель с большим объемом пор.
В химии и технологии полимеров гелями считаются - неплавкие и нерастворимые продукты поликонденсации или полимеризации (полимерные сетки). Момент времени, когда реакционная смесь теряет текучесть вследствие сшивки растущих полимерных цепей, именуется точкой гелеобразования или гель-точкой. Гелями называют также набухшие в растворителях сшитые линейные полимеры и растворы полимеров, потерявшие текучесть вследствие возникновения пространственной молекулярной сетки, стабилизированной химическими или водородной связями либо в результате межмолярного взаимодействия. Таковы, например, набухшие в водной среде ионообменные смолы, пространственно-сшитые декстраны (сефадексы) и сшитые полиакриламиды, применяемые в гель-проникающей хроматографии, набухшие в жидких углеводородах сополимеры стирола и дивинилбензола, а также резины на основе натурального и некоторых синтетического каучуков, гидрогели желатины, агар-агара, поливинилового спирта, органогели некоторых эфиров целлюлозы и растворы полимеров акрилонитрила. По сути же это студни.
Гели же образуются при коагуляции и последующей коалесценции золей. При высушивании гели необратимо разрушаются.
Гели широко используются для производства широчайшего набора продуктов домашнего потребления и бытовой химии, а также для лабораторных исследований методом электрофореза и др. (например, полиакриламидный гель).
Гели являются новыми функциональными материалами, перспективно их применение в качестве сорбентов, покрытий, гидравлических пробок, абсорбентов, очищающих средств в безотходных технологиях.
Студни — это твердообразные, нетекучие структурированные системы, возникающие в результате действия молекулярных сил сцепления между макромолекулами полимеров. За счет сил межмолекулярного взаимодействия образуется пространственный сетчатый каркас, ячейки которого заполнены жидкостью.
Взаимодействие высокомолекулярных веществ (студнеоб-разователей) с растворителем (водой) характеризуется увеличением массы и объема полимера во времени. Этот процесс называют набуханием, мерой его служит степень набухания.
Набухание может быть ограниченным и неограниченным. При ограниченном набухании а достигает постоянной предельной величины в определенных условиях, например набухание агара или пектина в воде при комнатной температуре. В горячей воде агар и пектин постепенно растворяются, т. е. набухание является начальной стадией растворения. Процесс набухания представляет собой одностороннее смещение, обусловленное различием в размерах и подвижности молекул полимера и растворителя на много порядков. Способность к набуханию — свойство полимера, определяемое его составом и строением. При набухании происходит сольватация макромолекул в результате межмолекулярного взаимодействия растворителя и полимера. Доказательством этого является выделение тепла при набухании и уменьшение общего объема системы (контракция), связанное с ориентацией молекул растворителя.
Набухание в большинстве случаев делят на две стадии: первая— с выделением теплоты набухания, сопровождается контракцией системы, вторая — практически без выделения теплоты и роста контракции. Тем не менее именно на второй стадии происходит основное увеличение объема и массы полимера. На второй стадии происходит разрыхление сетки, частичное освобождение макромолекул и вследствие этого увеличение числа возможных конформаций, т. е. вторая стадия набухания обусловлена энтропийным эффектом — увеличением энтропии системы.
Упругие и эластичные свойства студней определяются прочностью и гибкостью макромолекулярной сетки, а также твердо-образностью ориентированных слоев молекул растворителя.
Связанная вода обладает особыми свойствами, большей плотностью, пониженной температурой замерзания (до —15°С), потерей растворяющей способности [58, 145]. При этом в процессе охлаждения студней, как это показано на примере студней агара, пониженные температуры содействуют превращению свободной воды, разрыхляющей студень, в связанную воду, упрочняющую студень. Повышение прочности студней агара при технологических процессах может быть использовано только при пониженных температурах, например резка пластов студнеобразной массы без деформации при низких температурах.
Основными задачами современной коллоидной химии и физико-химической механики являются изучение механизма образования пространственных дисперсных структур, управление их свойствами и процессами структурообразования.
Использование в пищевой промышленности
Желирующие вещества используются в кондитерской промышленности при приготовлении мармелада, желейных и сбивных конфет и пастильных изделий, а также в кулинарии.
В качестве студнеобразователей применяют: агар, агароид, пектин, в незначительном количестве желатин, все эти компоненты в результате образуют желирующие вещество.
Агар. Это студнеобразующее вещество, которое получают из морских водорослей анфельции и фурцеллярии. Для получения агара промытые водоросли вываривают в горячей воде с добавлением определённого количества щелочи. Полученный отвар фильтруют, охлаждают до полного застудневания, разрезают, дополнительно очищают, затем обезвоживают.
Агар в холодной воде не растворяется, но хорошо набухает. В горячей растворяется почти полностью. При остывании раствор переходит в студень.
Агар подразделяют на высший и 1 сорта.
Цвет — от белого до светло-коричневого. Внешний вид — порошок, плёнки и пластины. Прочность агарового студня — не менее 200 г. Температура плавления — не ниже 800С; застудневания — не ниже 300С; массовая доля влаги — не более 20%.
Срок хранения агара 1 год со дня выработки при температуре 200С и относительной влажности воздуха не выше 80%.
Агароид натриевый ( агар черноморский ). Агароид получают из морских багряных водорослей рода филлофора путём вываривания их в горячей воде. Водоросли предварительно обрабатывают едким натром. После выпаривания раствора их очищают и сушат.
По студнеобразующей способности агароид значительно уступает агару. Студни на основе агароида имеют затяжистую консистенцию и не обладают характерным для агара стекловидным изломом. Агароид застудневает при значительно более высокой температуре, чем агар.
В зависимости от технологии агароид выпускают в виде листов, пластинок, пористых пластин, хлопьев, крупки и порошка.
Цвет агароида от светло-серого до серого; внешний вид — листы толщиной не более 0,5 мм, пластинки, пористые пластинки, хлопья, порошок или крупка; массовая доля влаги — не более 18%; температура плавления — не ниже 500С, застудневания — не ниже 200С.
Получение пектина из растительного сырья сводится к двум основным процессам: извлечение (экстрагирование) пектина и обработка полученного пектинового раствора.
Пектин легко набухает, растворяется в холодной и горячей воде. Водные растворы обладают высокой вязкостью.
Внешний вид — порошок, допускается наличие волокнистой фракции; вкус и запах — слабокислые; цвет — от светло-серого до кремового; массовая доля влаги- не более 0,8%; студнеобразующая способность — не менее 170 Тарр-Бейкера.
Срок хранения не более 6 мес.
Желатин. Это студнеобразователь животного происхождения. Получают желатин из сырья, содержащего коллаген или осеин (шкуры, сухожилия, хрящи и кости животных).
В холодной воде и разбавленных кислотах желатин набухает, поглощая воду в количестве, в 10 — 15 раз превышающем его собственную массу. Желатин легко растворяется в горячей воде, образуя при охлаждении студень. Студнеобразующая способность желатина в 5. 8 раз слабее агара и пектина.
Технологические процессы производства этих изделий включают предварительное растворение студнеобразователя, получение рецептурной смеси, уваривание с целью удаления части влаги, добавление к уваренной массе вкусовых и ароматизирующих веществ, в случае получения сбивных конфет — сбивание с пенообразователем, формование, охлаждение, в продолжение которого формируется студнеобразная структура.
Гели. Гели – это структурированные, потерявшие текучесть системы, образовавшиеся при определенных условиях из лиофобных золей в результате сцепления частиц своими ребрами и углами. На этих участках толщина сольватных оболочек минимальная и расклинивающее действие молекул растворителя выражено слабее. При гелеобразовании возникает трехмерная сетка-каркас, в ячейках которого заключена интермицеллярная жидкость.
В отличие от коагуляции при гелеобразовании устойчивость теряется лишь частично, разделение фаз не происходит, система приобретает определенную структуру, но остается двухфазной гетерогенной системой. Для гелей свойственно явление тиксотропии.
Тиксотропия – это способность гелей при механическом воздействии (встряхивании, перемешивании) разжижаться, то есть переходить в состояние золя, а после прекращения воздействия - снова восстанавливать свою структуру. Тиксотропные превращения обратимы и изотермичны, то есть происходят при постоянной температуре
Гели не обладают эластичностью, при обезвоживании превращаются в хрупкие пористые и ненабухшие тела. Они впитывают любые смачивающие их жидкости, почти не изменяя своего объема.
Студни. Студни – это структурированные гомогенные системы, образовавшиеся из растворов ВМС в результате действия межмолекулярных сил сцепления в негидратированных участках соседних макромолекул. Их можно получать методом застудневания растворов ВМС и методом набухания. В кулинарной практике для получения однородных студней применяют комбинированный метод, то есть сухому веществу (желатин, агар-агар) дают набухать и получают студнеобразную массу, которую нагреванием переводят в состояние раствора ВМС и затем охлаждая получают студень.
На способность застудневать влияет природа растворенных веществ, форма их частиц, концентрация, температура, время процесса и примеси электролитов. Процесс застудневания протекает хорошо, если частицы ВМС имеют палочковидную или лентообразную формы.
Повышение концентрации ускоряет застудневание. Для каждого ВМС при данной температуре существует некоторая минимальная концентрация, ниже которой раствор ВМС не застудневает. Например, при комнатной температуре для желатина она составляет 0,5%, а для агар-агара 0,2%.
Способность застудневать увеличивается при понижении температуры. При повышении температуры студни разжижаются.
Застудневание происходит за определенное время, которое называется периодом созревания.
Студни, полученные из растворов ВМС, при высушивании уменьшаются в объеме и уплотняются, но все равно сохраняют эластичность. При набухании они снова дают студни и затем растворы ВМС.
Для студней характерно явление синерезиса. Синерезис – это процесс самопроизвольного уплотнения студней, сопровождающийся отделением (выдавливанием) дисперсионной среды из ячеек структурной сетки, процесс старения студней. В результате синерезиса объем студня и его прозрачность уменьшаются, причем часто сохраняется форма того сосуда, в котором студень содержался.
Незначительное повышение температуры, как правило, способствует синерезису, так как при этом облегчается перемещение молекул для более удобной усадки студня. Но значительное повышение температуры, наоборот, приводит к образованию раствора ВМС. Увеличение концентрации ВМС также способствует синерезису. Для растворов белков максимальная скорость синерезиса наблюдается в изоэлектрическом состоянии.
Если при синерезисе не протекают какие-либо химические ре-акции, то процесс является обратимым. В противном случае обратимость теряется и происходит старение студня. При старении студень теряет способность удерживать связанную воду. Этим объясняется то, что с возрастом ткани растений и животных из-за синерезиса становятся более жесткими. Чаще всего, синерезис является нежелательным процессом: черствение хлеба, отмокание мармелада, желе, джемов и карамели. Положительную роль синерезис играет в производстве творога и в процессе созревания сыра.
Образование гелей и студней имеет практическое значение при производстве полимерных материалов, катализаторов и сорбентов, пищевых продуктов, фармацевтических и косметических препаратов, искусственной кожи, мембранных фильтров и другие.
Читайте также: