розчинення студнеобразователей

При виробництві желейних мас студнеобразующие речовини попередньо замочують протягом 1-3 ч у ванні з проточною водою температурою 15-25 ° С.

При замочуванні агару, агароида, фурцелларан відбувається набухання, при цьому поглинається 400-600% води до маси високомолекулярної речовини.

Сухий пектин, як правило, використовується у виробництві настильних виробів. У яблучне пюре вмістом 10% сухих речовин додають близько 3% яблучного пектину, ретельно перемішують і залишають на 2- 4 ч для набухання. Розроблено прискорений спосіб приготування яблучно-пектиновой пасти, за яким з метою скорочення часу набухання пектину суміш яблучного пюре, сухого пектину і зворотних відходів зефіру перемішується (гомогенізується) мішалкою з частотою обертання 900-1200 об / хв при температурі 70-60 ° С протягом 4-6 хв.

Перш ніж обґрунтувати технологічні режими виробництва желейних і пастильних мас, необхідно коротко зупинитися на процесах набухання і розчинення високомолекулярних речовин.

Раніше виходили з міцелярної теорії будови високополімеров і розглядали процес розчинення як диспергування високомолекулярної речовини в розчиннику з утворенням гетерогенних, термодинамічно нерівномірних і нестійких колоїдних розчинів.

На зміну міцелярної прийшла молекулярна теорія, згідно з якою розчинення високомолекулярної сполуки йде мимоволі, часто з виділенням теплоти. При розчиненні не потрібно присутності стабілізатора. Колоїдні розчини, як відомо, не можуть бути отримані без спеціального стабілізатора.

Молекули високомолекулярних сполук в розчині знаходяться в вигляді згорнутих в клубок ниток. В результаті теплового руху конфігурація згорнутої нитки весь час змінюється. В цілому, однак, форма клубка завжди залишається близькою до форми витягнутого еліпсоїда.

Розчинення високомолекулярних речовин прийнято розглядати як процес змішування двох рідин, який обумовлений як енергетичним взаємодією між молекулами речовини, що розчиняється і розчинника, так і дією ентропійного фактора, що характеризує рівномірний розподіл молекул розчиненої речовини в розчині.

Мимовільне розчинення високомолекулярної сполуки при постійному тиску і температурі повинно супроводжуватися зменшенням вільної енергії за рівнянням:

АЕ = АФ - ТАС, (II- 3)

де Ф внутрішня енергія, S - ентропія.

Очевидно, для того, щоб відбулося мимовільне розчинення, величина термодинамічної потенціалу Е повинна мати негативне значення. Це досягається за умови, що ДФ <0, a AS> 0. Перша умова дотримується за рахунок виділення теплоти гідратації і розчинення. Друга умова завжди здійснюється на практиці при розчиненні, так як ентропія змішання завжди позитивна для високомолекулярних речовин і значно перевищує ідеальну ентропію змішування. Це пояснюється тим, що в розчині зростає можливість руху окремих ділянок гнучких ланцюгових молекул.

Макромолекули в розчині можуть бути розташовані по-різному, причому кожна макромолекула може здійснювати велике число модифікацій. Зі сказаного випливає важливий висновок, що високомолекулярні речовини з гнучкими макромолекулами повинні завжди краще розчинятися, ніж з жорсткими.

При підвищенні температури значення ентропійного фактора стає більше. Таким чином, для будь-якого високомолекулярної речовини і розчинника повинна існувати критична температура, вище якої спостерігається їх змішування в усіх відношеннях.

Розчинення високомолекулярних речовин з лінійними молекулами супроводжується набуханням, яке є першою стадією розчинення.

При набуханні в воді розчинення протікає в дві стадії. Макромолекули в аморфних високомолекулярних речовинах упаковані порівняно нещільно, і при тепловому русі між гнучкими ланцюгами утворюються щілини, в які дифундують маленькі молекули води. Відбувається гідратація макромолекул, що супроводжується виділенням теплоти, руйнуванням зв'язків між окремими макромолекулами, упорядкованим розташуванням молекул води близько макромолекул високополімеров. Тому на першій стадії розчинення ентропія системи навіть знижується.

На другій стадії, коли зв'язки між окремими макромолекулами сильно ослаблені, вони відриваються від основної маси речовини і дифундують в середу, утворюючи однорідний істинний розчин. На цій стадії процес розчинення обумовлений чисто ентропійними причинами.

Чим більше молекулярна маса речовини, тим повільніше відбуваються процеси набухання і розчинення.

За даних умов набухання не завжди закінчується розчиненням. Одна з причин такого явища може полягати в тому, що високомолекулярна речовина і розчинник здатні змішуватися обмежено. Інша причина полягає в тому, що між молекулами високомолекулярної речовини можуть існувати поперечні хімічні або міжмолекулярні зв'язки. Така речовина, по суті, являє просторову сітку, яка перешкоджає відриву макромолекул друг від друга і переходу їх в розчин.

Обмежене набухання з підвищенням температури сильно зменшується, а швидкість набухання зростає, так як підвищення температури сприяє прискоренню встановлення рівноважного стану системи.

Ступінь набухання Нн високомолекулярної речовини можна обчислити за рівнянням:

Нн = (g - Ео) / g0> (II4)
де g0 и g - навішування речовини відповідно до і після набухання.

Визначаючи ступінь набухання через певні проміжки часу, можна вивчити кінетику набухання і побудувати криву, аналітично описується диференціальним рівнянням:

Hmax-- К (НNtakh - НNt), (II-5)


де НNtakh- ступінь граничного набухання; НNt- ступінь набухання до моменту часу т; К - константа швидкості набухання, що залежить від природи полімеру, розчинника і температури.

Виходячи з вищерозгляденому теорії розчинення високомолекулярних речовин, можна охарактеризувати залежність розчинності студнеобразователей в воді від різних факторів.

Як у будь-якого високомолекулярного з'єднання, розчинність студнеобразователей залежить від значення молекулярної маси речовини і будови його молекули. Найкращою розчинність в воді мають агароид, фурцелларан, молекулярні маси яких в 5 - 10 разів менше, ніж у агару. Розчинність пектинових речовин залежить не тільки від молекулярної маси, але і ступеня етерифікації молекул. Зі збільшенням молекулярної маси і зниженням ступеня етерифікації розчинність зменшується. Наприклад, в водорозчинному пектине більш 80% карбоксильних груп насичені радикалами метилового спирту. А пектовая кислота, ступінь етерифікації молекул якої дорівнює нулю, практично нерозчинні в воді.

Нерозчинність в воді протопектину пояснюється наявністю в молекулі багатовалентних іонних поперечних зв'язків за допомогою кальцію і магнію між вільними карбоксильними групами пектинових молекул. Між карбоксильними групами пектинових молекул і гідроксильних груп інших полісахаридів (целюлози, геміцелюлози) можуть утворюватися групові зв'язку.

З підвищенням температури процеси набухання і розчинення студнеобразователей прискорюються. При кип'ятінні вони повністю розчиняються, утворюючи справжній молекулярний розчин. Пектинові речовини, що перейшли в розчин при нагріванні до різних температур фруктово-ягідної сировини, можуть відрізнятися ступенем полімеризації, етерифікації та іншими властивостями.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *