Образование и свойства аэрозолей

АЭРОЗОЛИ

Возможные источники образования, тип и форма некоторых пен в пищевой промышленности и продуктах питания

Т а б л и ц а 16.1

Источники образования	Тип пены	Пищевые массы, продукты питания, полуфабрикаты
Технологические процессы:
вспенивание	Твердые, образованные из жидких	Кондитерские массы, патока, зефир, суфле, халва, мороженое
	Жидкие	Взбитые сливки, коктейли
пеносушка	Жидкие, переходящие в твердые	Сухое молоко, кофе, пюре, другие порошки
брожение	Жидкие	Вино, пиво
Сопутствующие процессы	Жидкие	В процессе производства сахара, продуктов брожения и дрожжей
Продукты	Жидкие	Игристые вина, пиво, прохлаительные напитки
	Твердые	Хлеб

Пенообразование играет важную роль в процессе усвоения пищи. Слюна образует высокодисперсную и прочную пену. В результате этого процесс смачивания пищи проходит быстро — всего за 16—18 с; комок пищи получает способность свободно проходить в глотку и пищевод, а воздух, поступающий со слюной в желудок, способствует пищеварению. В различных технологических процессах, в частности в химической, микробиологической, пищевой (см. табл. I6.1) и других отраслях промышленности, возникает потребность в разрушении пен, т.е. предотвращение вспенивания. Нередко пенообразование не только нежелательно, но и опасно для человеческого организма. Речь идет о кессонной болезни, которая является профессиональной для водолазов и летчиков. При переходе из зоны повышенного давления в зону нормального давления происходит выделение пузырьков азота, который поступил в избыточном количестве в кровь при повышенном давлении; кессонная болезнь проявляется в вспенивании крови.

Аэрозоли — это такие дисперсные системы, в которых частицы дисперсной фазы находятся во взвешенном состоянии.

Классификация аэрозолей

Дисперсная фаза	Обозначение	Название
Твердая	Т/Г	Дым, пыль
Жидкая	Ж/Г	Туман, капли
Твердая и жидкая	Т, Ж/Г	Смог
Пена	Ж, Г/Г Т, Г/Г	Жидкая аэрозольная пена Твердая аэрозольная пена
Газовые образования	Г/Г*	Клатраты, газовые гидраты
Твердая	Т/ К**	Космическая пыль, космозли
* Образование такой системы маловероятно. ** Космическое, сильно разряженное пространство.

Для аэрозолей, как и для других дисперсных систем, характерна агрегативная и седиментационная устойчивость и неустойчивость, В них протекают процессы коагуляции, коалесценции и оседания, что приводит к изменению состава и свойств этих систем.

Концентрация и размер частиц дисперсной фазы аэрозолей все время изменяются: частицы возникают и исчезают, укрупняются и дробятся на более мелкие, перемещаются — какая-то часть частиц аэрозольной системы покидает ее, что компенсируется за счет притока новых частиц.

Получение частиц дисперсной фазы аэрозолей осуществляется диспергированием и конденсационным способом.

Газовая среда аэрозолей обусловливает отличия их свойств от свойств систем с жидкой дисперсионной средой. Одно из этих отличий связано с электрическим зарядом аэрозольных частиц. Электрические заряды возникают в результате трения твердых частиц при образовании аэрозолей, при дроблении жидкости, адсорбции ионов и вследствие ряда других причин.

Электрические свойства аэрозолей принципиально отличаются от электрических свойств золей и суспензий. Для систем типа Т/Ж электрический заряд возникает в результате взаимодействия между частицами дисперсной фазы и дисперсионной средой. При этом образуется двойной электрический слой, происходит компенсация заряда частиц, а между сблизившимися частицами возникает электростатическая сила отталкивания.

Заряд частиц аэрозолей не компенсируется, является избыточным, частицы могут иметь заряды различного знака (отсутствует униполярность). Часть частиц может иметь заряд одного знака, а другая — противоположного, или даже быть нейтральной.

Агрегативная устойчивость аэрозолей также в значительной степени обусловлена особенностями газовой дисперсионной среды. Подвижность частиц в газовой среде и отсутствие электростатических сил отталкивания приводят к тому, что процесс идет по механизму быстрой коагуляции. В результате коагуляции частицы укрупняются и образуют агрегаты.

В отношении аэрозолей, находящихся в атмосфере, в полной мере проявляются оптические свойства дисперсных систем.

Интенсивность рэлеевского рассеяния света высокодисперсными атмосферными аэрозолями зависит от показателя преломления дисперсионной среды (воздуха) и дисперсной фазы. Показатель преломления воздуха близок к единице, а показатель преломления дисперсной фазы атмосферных аэрозолей колеблется в пределах 1,34—1,54. Нижнее значение относится к каплям воды, а верхнее — к сульфатным частицам.

Вязкость воздуха примерно в 1000 раз меньше вязкости воды; поэтому седиментационная устойчивость аэрозолей ниже, чем суспензий.

Для высокодисперсных аэрозолей характерны более интенсивное броуновское движение и диффузия, чем для золей.

В результате броуновского движения и диффузии высокодисперсные частицы приобретают способность перемещаться в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Перевести частицы в аэрозольное состояние можно с помощью механических процессов или взрыва, при этом одновременно может протекать процесс диспергирования. В атмосфере Земли возникновение аэрозолей происходит под воздействием воздушного потока.