Растворение студнеобразователей

Растворение стднеобразователейРастворение студнеобразователей

При производстве желейных масс студнеобразующие вещества предварительно замачивают в течение 1-3 ч в ванне с проточной водой температурой 15-25°С. При замачивании агара, агароида, фурцелларана происходит набухание, при этом поглощается 400-600 % воды к массе высокомолекулярного вещества.

Сухой пектин, как правило, используется в производстве настильных изделий. В яблочное пюре содержанием 10 % сухих веществ добавляют около 3 % яблочного пектина, тщательно перемешивают и оставляют на 2- 4 ч для набухания. Разработан ускоренный способ приготовления яблоч­но-пектиновой пасты[1], по которому в целях сокращения времени набуха­ния пектина смесь яблочного пюре, сухого пектина и возвратных отходов зефира перемешивается (гомогенизируется) мешалкой с частотой враще­ния 900-1200 об/мин при температуре 70-60°С в течение 4-6 мин.

Прежде чем обосновать технологические режимы производства желей­ных и пастильных масс, необходимо кратко остановиться на процессах набухания и растворения высокомолекулярных веществ.

Раньше исходили из мицеллярной теории строения высокополимеров и рассматривали процесс растворения как диспергирование высокомоле­кулярного вещества в растворителе с образованием гетерогенных, термо­динамически неравномерных и неустойчивых коллоидных растворов.

На смену мицеллярной пришла молекулярная теория, согласно кото­рой растворение высокомолекулярного соединения идет самопроизволь­но, часто с выделением теплоты. При растворении не требуется присут­ствия стабилизатора. Коллоидные растворы, как известно, не могут быть получены без специального стабилизатора.

Молекулы высокомолекулярных соединений в растворе находятся в виде свернутых в клубок нитей. В результате теплового движения конфи­гурация свернутой нити все время меняется. В целом, однако, форма клуб­ка всегда остается близкой к форме вытянутого эллипсоида.

Растворение высокомолекулярных веществ принято рассматривать как процесс смешения двух жидкостей, который обусловлен как энергетичес­ким взаимодействием между молекулами растворяемого вещества и ра­створителя, так и действием энтропийного фактора, характеризующего равномерное распределение молекул растворенного вещества в растворе.

Самопроизвольное растворение высокомолекулярного соединения при постоянном давлении и температуре должно сопровождаться уменьшени­ем свободной энергии по уравнению:

АЕ = АФ - TAS,                                        (II- 3)

где Ф- внутренняя энергия, S - энтропия.

Очевидно, для того, чтобы произошло самопроизвольное растворе­ние, величина термодинамического потенциала Е должна иметь отрица­тельное значение. Это достигается при условии, что ДФ<0, a AS>0. Пер­вое условие соблюдается за счет выделения теплоты гидратации и раство­рения. Второе условие всегда осуществляется на практике при растворе­нии, так как энтропия смешения всегда положительна для высокомолеку­лярных веществ и значительно превышает идеальную энтропию смеше­ния. Это объясняется тем, что в растворе возрастает возможность движе­ния отдельных участков гибких цепных молекул.

Макромолекулы в растворе могут быть расположены различно, при­чем каждая макромолекула может осуществлять большое число модифи­каций. Из сказанного вытекает важный вывод, что высокомолекулярные вещества с гибкими макромолекулами должны всегда лучше растворять­ся, чем с жесткими.

При повышении температуры значение энтропийного фактора стано­вится больше. Таким образом, для всякого высокомолекулярного веще­ства и растворителя должна существовать критическая температура, выше которой наблюдается их смешивание во всех отношениях.

Растворение высокомолекулярных веществ с линейными молекулами сопровождается набуханием, которое является первой стадией растворе­ния.

При набухании в воде растворение протекает в две стадии. Макро­молекулы в аморфных высокомолекулярных веществах упакованы срав­нительно неплотно, и при тепловом движении между гибкими цепями обра­зуются щели, в которые диффундируют маленькие молекулы воды. Проис­ходит гидратация макромолекул, сопровождающаяся выделением тепло­ты, разрушением связей между отдельными макромолекулами, упорядо­ченным расположением молекул воды около макромолекул высокополи­меров. Поэтому на первой стадии растворения энтропия системы даже по­нижается.

На второй стадии, когда связи между отдельными макромолекулами сильно ослаблены, они отрываются от основной массы вещества и диффундируют в среду, образуя однородный истинный раствор. На этой стадии процесс растворения обусловлен чисто энтропийными причинами.

Чем больше молекулярная масса вещества, тем медленнее происходят процессы набухания и растворения.

При данных условиях набухание не всегда заканчивается растворе­нием. Одна из причин такого явления может заключаться в том, что высокомолекулярное вещество и растворитель способны смешиваться ог­раниченно. Другая причина состоит в том, что между молекулами высоко­молекулярного вещества могут существовать поперечные химические или межмолекулярные связи. Такое вещество, по существу, представляет про­странственную сетку, которая препятствует отрыву макромолекул друг от друга и переходу их в раствор.

Ограниченное набухание с повышением температуры сильно уменьшается, а скорость набухания возрастает, так как повышение темпе­ратуры способствует ускорению установления равновесного состояния системы.

Степень набухания Нн высокомолекулярного вещества можно вычис­лить по уравнению:

                Нн = (g Ео) / g0>                                             (II-4)
где g0 и g - навеска вещества соответственно до и после набухания.

Определяя степень набухания через определенные промежутки време­ни, можно изучить кинетику набухания и построить кривую, аналитически описываемую дифференциальным уравнением:

                               Hmax—- К(ННтах - ННт),                                      (II-5)

где ННтах- степень предельного набухания; ННт- степень набухания к мо­менту времени т; К - константа скорости набухания, зависящая от приро­ды полимера, растворителя и температуры.
 

Исходя из вышерассмотренной теории растворения высокомолекуляр­ных веществ, можно охарактеризовать зависимость растворимости студ­необразователей в воде от различных факторов.

Как у любого высокомолекулярного соединения, растворимость студ­необразователей зависит от значения молекулярной массы вещества и стро­ения его молекулы. Наилучшей растворимостью в воде обладают агаро­ид, фурцелларан, молекулярные массы которых в 5 - 10 раз меньше, чем у агара. Растворимость пектиновых веществ зависит не только от молеку­лярной массы, но и степени этерификации молекул. С увеличением молеку­лярной массы и снижением степени этерификации растворимость умень­шается. Например, в водорастворимом пектине более 80 % карбоксиль­ных групп насыщены радикалами метилового спирта. А пектовая кислота, степень этерификации молекул которой равна нулю, практически нера­створима в воде.

Нерастворимость в воде протопектина объясняется наличием в моле­куле многовалентных ионных поперечных связей посредством кальция и магния между свободными карбоксильными группами пектиновых моле­кул. Между карбоксильными группами пектиновых молекул и гидроксильными группами других полисахаридов (целлюлозы, гемицеллюлозы) мо­гут образовываться групповые связи.

С повышением температуры процессы набухания и растворения студ­необразователей ускоряются. При кипячении они полностью растворяют­ся, образуя истинный молекулярный раствор. Пектиновые вещества, пере­шедшие в раствор при нагревании до разных температур фруктово-ягодного сырья, могут отличаться степенью полимеризации, этерификации и другими свойствами.




[1] Патент №2086142. Способ приготовления яблочно-пектиновой пасты. Авто­ры: Магомедов Г.О., Зубченко А.В., Магомедова А.К. 144

 

Владимир Заниздра

Основатель сайта Baker-Group.net. Более 25-ти лет опыта в кондитерском производстве. Более 20-ти лет опыта управления. Опыт в организации и проектирования производства с нуля. Сайт: baker-group.net/contacts.html Эл. почта Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Оставить комментарий

Календарь

« Декабрь 2016 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
      1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31  

Рекомендуемые материалы