Набухание полимеров
При контакте полимера с растворителем происходит его набухание.
Набухание – это самопроизвольный процесс поглощения растворителя высокомолекулярным веществом, сопровождающийся увеличением массы и объема полимера.
В результате ограниченного набухания полимер превращается в студень, неограниченного – переходит в раствор.
Характер набухания зависит от температуры. например, желатин и агар в холодной воде набухают до определенного предела, а в горячей воде неограниченно!
Набухание представляет собой процесс одностороннего смешивания, при котором молекулы растворителя благодаря подвижности проникают в пространство между молекулами или частями молекул ВМС.
Степень набухания 
,
где m и mо – масса полимера после и до набухания.
Степень набухания зависит от рН раствора, для белков она минимальна в изоэлектрической точке.
Набухание имеет большое значение в технологии пищевых продуктов.
Например:
1. Основной частью муки является белок и крахмал, которые при приготовлении теста набухают различно – крахмал увеличивает объем незначительно, белок же при набухании поглощает воды в два раза больше массы муки.
Если белок набухает ограниченно, тесто будет эластичным и плотным.
Если мука содержит белок, набухающий неограниченно – тесто получается жидким, то есть физические свойства теста ухудшаются.
2. В производстве спирта, кваса, пива необходимым является набухание зерна и картофеля, которое проходит при 600С, когда степень набухания резко увеличивается.
3. В мукомольной промышленности зерно для облегчения размола подвергают набуханию паром при 500С.
4. В производстве желейных кондитерских изделий (мармелад) используют набухание природных студнеобразователей – агара, желатина.
Студнеобразование и синерезис
Студни – это многокомпонентные нетекучие системы, содержащие высокомолекулярные вещества и низкомолекулярный растворитель.
Основное свойство студней – отсутствие текучести объясняется образованием сетчатой структуры из макромолекул полимера и его частей. Связи между ними являются результатом взаимодействия полярных групп. В ячейках этой сетчатой структуры находится низкомолекулярная жидкость.
Студень можно получить при ограниченном набухании полимера в растворителе или потере текучести раствора полимера.
Основным условием образования студня из раствора является ограниченная растворимость полимера в растворителе.
Факторы, влияющие на студнеобразование:
а) понижение температуры способствует снижению растворимости, переход раствора в студень осуществляется непрерывно и не характеризуется определенной температурой;
б) застудневание начинается, при определенной критической концентрации для системы, при концентрации ниже критической студень не образуется. Чем выше концентрация студня, тем лучше его прочностные свойства;
в) застудневание лучше протекает при рН, близких к изоэлектрической точке.
Синерезис – отделение из студня жидкости, сопровождаемое уменьшением его размеров при сохранении формы. Синерезис обычно нежелателен: очерствение хлеба, отмокание мармелада и пр. Положительный синерезис – созревание сыра.
Студнеобразование имеет место в следующих процессах приготовления пищи: приготовление мармелада, пастилы, зефира, хлебобулочных и кондитерских изделий.
Тест для самоконтроля к теме 4.4
1. Укажите размер частиц микрогетерогенных систем:
а) >10-3 см; б) 10-3÷10-5 см; в)<10-7 см. Р=3
2. Верно ли выражение?
Микрогетерогенные системы термодинамически не устойчивы и имеют тенденцию к самопроизвольному уменьшению дисперсности путем укрупнения частиц дисперсной фазы. Р=1
3. Укажите, чем объясняется агрегатная устойчивость суспензий?
а) отсутствие заряда на частицах;
б) наличие заряда на частицах;
в) отсутствие сольватной оболочки на частицах;
г) наличие сольватной оболочки на частицах. Р=4
4. Приведите примеры суспензий, представляющих продукты питания. Р=3
5. Укажите агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды в эмульсиях. Р=2
6. Приведите в соответствие.
1) эмульсия масла в воде; а) молоко;
2) эмульсия воды в масле; б) сливки;
в) сливочное масло;
г) маргарин. Р=2
6. Укажите факторы, обеспечивающие агрегативную устойчивость эмульсий. Р=2
7. Приведите примеры эмульсий, представляющих продукты питания. Р=3
8. Укажите, является ли процесс сбивания масла, сепарирования молока, фильтрования разрушением эмульсий? Р=1
10. Верно ли утверждение, что эмульсию можно разрушить нагреванием, механическим воздействием и добавлением электролитов. Р=1
11. Приведите в соответствие.
1) дисперсная фаза в пенах; а) газ;
2) дисперсионная среда в пенах; б) жидкость;
в) твердое состояние.
Р=2
12. Укажите условия получения устойчивой пены.
а) наличие пенообразователя;
б) наличие стабилизатора (ПАВ);
в) отсутствие ПАВ;
г) присутствие ПАВ;
д) повышение температуры;
е) понижение температуры. Р=6
13. Укажите продукты питания, представляющие собой пену.
Р=5
14. Укажите соответствие.
1) пенообразователи; а) белок;
2) стабилизаторы; б) крахмал;
в) агар. Р=3
15. Вставьте слова по смыслу в определение высокомолекулярных соединений.
ВМС – это вещества с … молекулярной массой, молекулы ВМС построены из, … многократно … групп атомов, которые называются … звеньями. Р=4
16. Укажите пространственное строение молекул.
1) целлюлоза (клетчатки); а) спиралевидное;
2) резина; б) разветвлённое;
3) крахмал; в) линейное;
4) белок. г) сетчатое. Р=4
17. Приведите в соответствие.
1) природные ВМС; а) белок;
2) синтетические ВМС; б) полиэтилен;
в) крахмал;
г) клетчатка;
д) полихлорвинил;
е) натуральный каучук. Р=2
18. Укажите, к какому классу веществ относятся?
а) крахмал; б) белок; в) клетчатка. Р=3
19. Укажите, какое состояние молекулы белка называется изоэлектрическим состоянием?
а) число ионизированных кислотных и основных групп равно;
б) число ионизированных кислотных и основных групп не равно.
Р=2
20. Укажите, как изменяется вязкость и степень набухания полимеров при изменении pH среды? Р=2
21. Укажите, какие полимеры используются для упаковки пищевых продуктов?
а) полиэтилен; г) поливинилхлорид;
б) полистирол; д) полипропилен.
в) тефлон; Р=5
дополните предложение.
22. Набухание – это самопроизвольный процесс.. (1)... растворителя … (2)... веществом, сопровождающийся … (3)... массы и объема полимера.
Р = 3
23. «Студень – многокомпонентная … (1)... система, содержащая … (2).. вещество и … (3).....(4).... Р = 4
24. Укажите два пути получения студней. Р = 2
25. Укажите, чем объясняется основное свойство студней – отсутствие текучести?
а) линейной структурой макромолекулы полимера;
б) сетчатой или разветвленной структурой макромолекулы полимера.
Р = 2
26. Укажите основное условие образование студня из раствора.
а) неограниченная растворимость в растворе;
б) ограниченная растворимость в растворе. Р = 2
Ответьте на вопрос.
27. студнеобразованию способствует повышение или понижение температуры? Р = 1
28. Укажите, при какой концентрации происходит застудневание?
Р = 1
29. При каких значениях pH протекает застудневание?
а) выше изоэлектрической точки;
б) ниже изоэлектрической точки;
в) около изоэлектрической точки. Р = 3
Литература
Лукьянов Л.Г. физическая и коллоидная химия. – М., 2000. – с. 221-230, 240-243, 248-258, 260-264, 266-271.
Основная:
1. Липатников В.Е., Казанов Г.М. физическая и коллоидная химия. – М., 1984.
2. Лукьянов Л.Г. физическая и коллоидная химия. – М., 2000.
3. Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная химия: Уч. – М.: ГЭОТАР–МЕД, 2002. –383 с.
4. Физическая и коллоидная химия (в общественном питании): Учебное пособие / С.В. Горбунцова, Э.А. Муллоярова, Е.С. Оробейко, Е.В. Федоренко. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2008. – 270 с.
