2015-02-24
6437
Среди веществ, входящих в состав пищевых сырья и продуктов, значительная часть представлена высокомолекулярными соединениями. Высокомолекулярными соединениями называются такие вещества, молекулы которых состоят из сотен, тысяч и десятков тысяч атомов. Обычно высокомолекулярными считаются вещества с молекулярной массой от десяти тысяч до нескольких миллионов.
Высокомолекулярные вещества (ВМС) относятся к молекулярным коллоидам, т.к. молекулы этих веществ имеют размеры коллоидных частиц, называемых по этой причине макромолекулами. Однако между коллоидными растворами и растворами полимеров наблюдается различие: в растворах высокомолекулярных соединений отсутствует основной признак коллоидной системы - гетерогенность. Несмотря на огромный молекулярный вес полимеров, их растворы - системы гомогенные, однофазные; между дисперсной фазой и дисперсионной средой нет поверхности раздела. Растворы ВМС представляют собой истинные растворы, хотя и обладают многими свойствами, сходными со свойствами коллоидных растворов. В отличие от коллоидных систем истинные растворы агрегативно устойчивы.
|
|
|
По происхождению высокомолекулярные вещества подразделяются на природные и синтетические. К числу важнейших природных высокомолекулярных веществ растительного и животного происхождения относятся белки (желатин, альбумин), полисахариды (крахмал, агар-агар, целлюлоза, пектиновые вещества) и др.
На свойства ВМС влияют степень полимеризации и форма макромолекул. По строению макромолекул они делятся на линейные, разветвленные и сетчатые.
Полимеры обладают высокой механической прочностью, в частности прочностью на разрыв. Прочность на разрыв увеличивается с увеличением молекулярного веса (степени полимеризации), а с повышением температуры она уменьшается.
Под действием кислорода воздуха, света, нагревания и других факторов полимеры в обычных условиях хранения претерпевают химические превращения, которые приводят к изменению свойств. Этот процесс называется старением полимеров.
Полимеры подобно низкомолекулярным веществам обладают избирательной растворимостью, т. е. в одних жидкостях полимеры растворяются, в других - нет. Полимеры растворяются в жидкостях, подобных им по химическому строению: полярные полимеры - в полярных жидкостях, а неполярные - в неполярных. Так, например, желатин - полярный полимер - растворяется в полярной жидкости - воде, но не растворяется в этиловом спирте. Процесс растворения полимеров своеобразен и отличается от растворения низкомолекулярных веществ. Растворению полимера предшествует, набухание. Процесс набухания часто наблюдается в некоторых производствах, например в хлебопечении, в кулинарии и т. д., когда перед началом технологического процесса производят операции замачивания желатина, агара, пектина, бобовых, в процессе которого эти виды сырья, набухая, поглощают большое количество воды и увеличиваются в размерах.
|
|
|
Процесс растворения можно условно разделить на четыре стадии. В первой стадии (рис. 5, а) до начала растворения система состоит их чистых компонентов: низкомолекулярной жидкости и полимера. Вторая стадия процесса (рис. 5, б) - набухание, которое заключается в том, что молекулы низкомолекулярной жидкости проникают в погруженный в нее полимер. Это объясняется тем, что макромолекулы полимеров гибкие, и маленькие молекулы растворителя проникают в полимер, раздвигают звенья цепей полимера, разрыхляя его. Расстояния между молекулами в образце полимера, таким образом, становятся больше, что сопровождается увеличением его массы и объема.
| Третья стадия растворения (рис. 5, в) заключается в том, что по мере набухания объем полимера и расстояние между макромолекулами увеличивается настолько, что макромолекулы начинают отрываться друг от друга и переходить в слой низкомолекулярной жидкости. В четвертой стадии растворения (рис. 5, г) молекулы полимера равномерно распределяют-ся по всему объему системы, образуя истинный гомогенный раствор. | 
|
| Рис. 5. Последовательные стадии взаимного растворения высокомолекулярного соединения в низкомолекулярной жидкости |
Некоторые полимеры набухают ограниченно. Ограниченное набухание - это набухание, которое не заканчивается растворением. При этом полимер поглощает жидкость, а сам в ней не растворяется или растворяется очень мало. Ограниченно набухают полимеры, имеющие химические связи - «мостики» - между макромолекулами. Такие мостики не позволяют молекулам полимера оторваться друг от друга и перейти в раствор. Если связь между макромолекулами у полимера непрочная, то полимеры, ограниченно набухающие при умеренных температурах, при более высоких температурах набухают неограниченно, т. е. растворяются, например желатин и агар-агар.
Скорость набухания полимеров зависит от температуры. С повышением температуры увеличивается скорость диффузии, а, следовательно, и скорость набухания. Скорость набухания увеличивается также и с увеличением степени измельченности полимера, так как это вызывает увеличение поверхности соприкосновения набухающего вещества с растворителем. Измельчение терками, дробилками, мельницами используется в пищевой промышленности и в общественном питании Измельченные пищевые продукты быстрее набухают и развариваются.
На степень и скорость набухания влияет возраст полимера. Это влияние особенно велико для белков: чем меньше возраст полимера, тем больше степень набухания и его скорость. Примером может служить хорошее набухание свежих сухарей, галет, баранок и плохое набухание их после длительного хранения.
Скорость и степень набухания белков зависят и от рН среды. Эту способность к набуханию в зависимости от величины рН используют в процессе приготовления некоторых пищевых продуктов, например, добавляют кислоту в слоеное тесто, мясо и др.
Способность полимеров к набуханию может быть оценена степенью набухания (в %):
где m1 - масса полимера до набухания;
m2 - масса полимера после набухания.
Растворы полимеров обладают малой диффузионной способностью, не проникают через полупроницаемые перегородки. Такое сходство объясняется тем, что размеры молекул растворенных полимеров значительно превосходят размеры обычных молекул.
Характерным свойством растворов высокомолекулярных соединений является высокая вязкость, она значительно выше вязкости растворов низкомолекулярных веществ и коллоидных растворов тех же концентраций.
|
|
|
Для количественной характеристики вязкости растворов полимеров часто пользуются так называемой относительной вязкостью раствора, т. е. отношением вязкости раствора к вязкости чистого растворителя:
При определении относительной вязкости измеряют время истечения раствора и растворителя в одном и том же вискозиметре, при одной и той же температуре.
Вязкость растворов полимеров зависит от природы полимера (молекулярного веса и формы макромолекул), природы растворителя, концентрации и температуры. Так, с повышением молекулярного веса вязкость растворов полимеров возрастает. У полимеров с выпрямленными цепями вязкость выше, чем у полимеров со свернутыми, клубкообразными молекулами. Вязкость растворов полимеров сильно возрастает с повышением концентрации и всегда падает с ростом температуры.
Обладая высокой вязкостью, возрастающей с повышением концентрации раствора, некоторые полимеры могут превращаться из сильно вязкого, но текучего раствора в сохраняющий форму твердообразный студень. Растворы полимеров с сильно вытянутыми макромолекулами образовывают студни при небольшой концентрации раствора. Так, желатин и агар-агар образуют студни и гели в 0,2-1,0% растворах.
Студнеобразование является важнейшей технологической характеристикой многих ВМС, применяемых в пищевой промышленности и общественном питании.
