Застудневание растворов ВМС. Факторы, влияющие на застудневание. Тиксотропия. Синерезис. Биологическое значение этих процессов

 Большинство растворов ВМС, таких как агар-агар, желатина, а также коллоидные растворы типа гидроксида железа (III) или кремниевые кислоты, способны при определенных условиях переходить в твердое состояние без видимого разделения фаз. Этот процесс носит название застудневание или желатинирование. А продукты, образовавшиеся в результате этих процессов, называются студнями или гелями. Студни или гели – это дисперсные системы, у которых частицы дисперсной фазы не движутся свободно, а связаны между собой, т.е. это золи, потерявшие агрегативную устойчивость, но сохранившие кинетическую устойчивость. Гели могут быть естественного и искусственного происхождения. К числу естественных относятся цитоплазма живых клеток, кожа, хрусталик глаза и т.д. Искусственные гели можно приготовить из желатины, агар-агара, каучука. Многие продукты питания представляют собой студни (хлеб, сыр, джемы и т.д.). Причиной застудневания является возникновение связей между молекулами ВМС. Связи могут быть гидрофобные, водородные, ионные. Они зависят от природы вещества и условий застудневания.

Застудневание можно определить как процесс образования и упрочнения пространственной сетки. Наличие у студней пространственной сетки подтверждается результатами исследования скорости диффузии. В студнях не высоких концентраций диффузия низкомолекулярных веществ происходит почти с такой же скоростью, как и в чистом растворителе. С увеличением концентрации студня скорость диффузии уменьшается. На этих свойствах основано приготовление полупроницаемых мембран, используемых для диализа. Диффузия в гелях и студнях лежит в основе разделения молекул по размеру – гель-фильтрация. Процесс застудневания зависит от следующих факторов: формы и природы ВМС, концентрации, температуры, наличия электролитов, рН среды. Лучше всего застудневание происходит в ИЭТ. Ионы, увеличивающие набухание, замедляют застудневание. Лиотропный ряд анионов следующий: SO₄^2–> (цитрат) ^3–> (тартрат) ^2–> (ацетат) ^–>Сl^–> NO₃^–>Br^–> I^– > CNS^– Понижение температуры способствует застудневанию. Студни под влиянием механических воздействий способны разжижаться, переходить в золи, а затем при хранении снова застудневать. Такое явление получило название тиксотропии. Тиксотропия – одно из доказательств того, что структурообразование в гелях происходит за счет межмолекулярных взаимодействий. Застудневание системы, происходящее самопроизвольно, не всегда является конечной стадией. Студни со временем меняют свои свойства, т.е. стареют. Происходит разделение студня на две фазы: уплотнённый гель и разведённый золь. Этот процесс называется синерезисом. Структурная сетка 11 геля стягивается и выжимает из себя растворитель. У белков синерезис зависит от рН и активнее всего в ИЭТ. Биологическое значение процессов старения студней очень важно, так как при этом происходит их уплотнение, что отражается на проницаемости клеточных мембран и цитоплазмы. Снижение проницаемости нарушает обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Появление у тканей с увеличением возраста организма таких качеств, как большая жесткость и меньшая эластичность, объясняется процессами синерезиса и дегидратации.