Что такое суспензия в кулинарии

Соусы с использованием текстур молекулярной кухни

«Пена (исп. espumas — пена) — это сложным образом полученная ароматнейшая эссенция, не отягощенная излишними жирами. Это вкус в чистом виде. А нынешние эспумы — это и есть соус нового типа, лишенный тяжести, жирности и плотности: вкус в невесомости» (Ферран Адриа).

Современные методы приготовления соусов подразумевают использование различных видов технологии и оборудования. Одним из важнейших кулинарных искусств, остающихся на волне популярности, является молекулярная кухня. С ее помощью можно создавать различные виды блюд, соусов, десертов, полностью изменяя их структуру и вкусовое восприятие.

Использование в молекулярной кулинарии такого вида оборудования, как центрифуга, позволяет разделять сыпучие тела и жидкости различного удельного веса при помощи центробежной силы. Центрифуги активно применяют в химических лабораториях и довольно широко — в сельском хозяйстве: для отделения жира от молока, меда от сот и т. д.

Если поместить в центрифугу, например, пузырек с томатным соком, то на выходе получится три субстанции. Внизу будет плотный красный осадок, состоящий из целлюлозы, пектина и тяжелых пигментов, в том числе красящих, — фактически томатная паста, полученная естественным образом, без нагревания. Сам сок, лишенный этих частиц, будет бледно-желтым — это раствор сахаров, солей, кислот и ароматических соединений. Наверху же окажется тонкая пенка из жиров — концентрированный томатный вкус.

Каждую из этих субстанций можно использовать в процессе приготовления, получая более ароматные, тонкие и легкие соусы и составные части блюд. Отделение жиров делает соусы и пены более стабильными, у них оказывается более четкий вкус и богатый аромат.

Применение жидкого азота в ресторанной индустрии также получает распространение. Впервые жидкий азот стал активно использовать у себя на кухне Хестон Блюменталь. Он используется для того, чтобы моментально заморозить любые субстанции. Поскольку жидкий азот так же моментально испаряется, не оставляя никаких следов, его можно спокойно использовать для приготовления блюд — в том числе и таких, которые делаются непосредственно в тарелке гостей.

Пример подачи блюд с использованием жидкого азота представлен на рис. 4.3.

Рис. 43. Пример подачи блюд с использованием жидкого азота

Использование жидкого азота в приготовлении блюд позволяет очистить и освежить вкусовые рецепторы, ведь порой в традиционном дегустационном меню молекулярного ресторана, где один за другим идут десятки блюд (многие из которых помещаются в ложке), особую роль играют такие маленькие сюрпризы — они служат восклицательными знаками и абзацами в новом ресторанном синтаксисе.

Сухой лед — это замороженный углекислый газ, который, нагреваясь, переходит из твердого состояния сразу в газообразное: эффект, который с незапамятных времен используют устроители рок-концертов. Если надышаться этого жидкого дыма, можно заработать очень неприятный кашель. Таким образом организм сигнализирует нам об опасности. Но именно это ощущение делает газировку газированной, а игристое вино игристым: пузырьки в шампанском наполнены концентрированным углекислым газом, и покалывание на языке, которое мы ощущаем, — это слабая версия все того же сигнала опасности.

Пример подачи блюд с использованием сухого льда представлен на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Пример подачи блюд с использованием сухого льда

Дым от сухого льда обостряет не только вкус, а и все наши чувства разом. Именно этот эффект активно используют в молекулярных ресторанах: если полить блок сухого льда специально приготовленной ароматической субстанцией, смешанной с водой, можно окружить едока ароматом, способным сильно изменить вкус и ощущение от еды.

Роторный испаритель — это традиционное оборудование из химической лаборатории для очень бережного испарения жидкостей. В стеклянной фляге понижается давление, в результате чего вода начинает кипеть при очень низкой температуре — не 100, а, например, всего 20 °С. При этом фляга вращается, образуя тонкую пленку жидкости на всей внутренней поверхности, что ускоряет испарение. Получающийся пар конденсируется в змеевике — получается драгоценный концентрат.

Все эти механизмы необходимы для того, чтобы уловить деликатные ароматы самых разных блюд и жидкостей, содержащих летучие эфирные масла. Так, если поместить в роторный испаритель воду и свежий розмарин, на выходе будет розмариновый концентрат, который невозможно получить методом традиционного выпаривания (высокая температура изменила бы аромат розмарина). Полученные таким образом эссенции потом используются, в частности, в сферах и гелях.

Превращение продуктов в гели и сферы. Исследования в области субстанций, которые могут превратить еду в гель, с начала века активно вели компании, занимающиеся массовым производством пищевых продуктов. Помимо всем известного желатина, в 1950-е гг. были открыты альгинаты — соли альгиновой кислоты, вязкого резиноподобного вещества, получающегося натуральным путем из бурых водорослей. Но если пищевые гиганты использовали альгинаты для производства дешевых желе, Ф. Адриа разработал систему, которую он назвал «сферификацией»: он делал гелевые сферы разного размера, наполненные съедобными субстанциями, которые буквально взрывались во рту фейерверком концентрированного вкуса.

На рис. 4.5 представлены варианты подачи блюд, приготовленных способом сферификации.

Рис. 4.5. Варианты подачи овощных блюд, приготовленные способом сферификации

Различные гелеобразные субстанции используются и для приготовления необычных желе, и для игры с горячим и холодным: «Горячий и холодный чай» Хестона Блюменталя сделан так, что сперва гость пьет холодный чай, а где-то с середины чай внезапно становится горячим. Разумеется, это не жидкости — они бы перемешались по законам диффузии, — а два геля разной плотности, визуально и на вкус неотличимые от обычного черного чая.

Еще одним видом оборудования, получающим распространение в ресторанной кухне, является кремер.

Кремер (Creamer) с английского переводится как «сливочник», то есть емкость для сливок. В этом кувшинчике сливки хранят и подают на стол.

В современном мире кремер — это универсальный сифон, который за несколько минут готовит:

• • вкусные и полностью натуральные взбитые сливки;
• • нежнейшие муссы, кремы, глазури, соусы и подливки, супы и пюре;
• • эспумас — блюда молекулярной кухни;
• • натуральную газированную воду и коктейли.

Кремер представляет собой сосуд с крышкой, к которой крепятся 2 клапана. В один из них — входной — поступает сжатый газ и наполняет сосуд с его содержимым.

Газ может быть двух видов: закись азота N₂0 и углекислый газ С0₂. Если поступает закись азота, содержимое вспенивается и дольше хранится. Если же это углекислота, то жидкость насыщается пузырьками, становится газированной.

Готовый продукт — легкие вспененные блюда или газировка — поступают из выходного клапана при нажатии рычага.

Если не нажимать на рычаг, то содержимое сифона находится в полной герметичности, под давлением, долго сохраняя свежесть и вкус. Например, взбитые сливки хранятся в кремере до 10 дней в холодильнике.

С развитием кулинарного искусства назначение кремеров не ограничивается только взбиванием сливок. Легкие пенные текстуры можно готовить из фруктов и овощей, мяса и рыбы, морепродуктов, сыров и т. д.

В молекулярной кухне это знаменитые эспумас — воздушная пена с более насыщенным вкусом блюда, которой практически невозможно переесть, а также вспененные закуски и гарниры без лишних калорий.

Еще один модернистский прием в приготовлении мясных блюд — ароматические инъекции масел и маринадов в мясо.

Блюда в виде пены («эспумы») стали классической визитной карточкой молекулярных ресторанов и наиболее удачно характеризуют их подход: это сложным образом полученная ароматнейшая эссенция, не отягощенная излишними жирами и вообще ничем лишним. Это вкус в чистом виде. Пенки первым ввел в меню своих ресторанов Ферран Адриа, по легенде вдохновившись пеной на дне стакана со свежевыжатым соком, который он выпил в каком-то барселонском баре. Молекулярную пену можно взбить из чего угодно — вплоть до мяса, фруктов и орехов.

Несмотря на свою эфемерность, эспумы — это кардинальный пересмотр основ классической французской кухни, сформулированных Эскофье и Каремом. Соусы — это основа традиции, утверждал Карем. А эспумы — это и есть соус нового типа, лишенный тяжести, жирности и плотности: вкус в невесомости.

Ассортимент соусов с использованием текстур молекулярной кухни включает в себя следующие.

Клубничная пена с балъзамико и икрой. Универсальность этого сочетания в том, что пюрированная смесь из этих компонентов, представленная в виде вспененного соуса, может быть подана как элемент десерта в сочетании с домашним пломбиром или как соус, например, к утиной грудке. Для приготовления клубничной пены клубнику, кинзу, сахар и бальзамический уксус пюрируют при помощи блендера. В отдельном контейнере смешивают ксан- тан и воду и при помощи блендера добавляют в клубничную смесь. Затем смесь процеживают, переливают в сифон, заправляют двумя баллонами С0₂. При использовании теплой пены нагревают сифон до 70 °С. Перед подачей украшают зернистой икрой. Используют для подачи ванильного мороженого, а также шоколадного мильфея.

Пена из пармезана. Пармезановая пена, или пармезановый ветер — это необычайно легкая субстанция, насыщенная вкусом сыра пармезана. Маленькая деталь, непривычное дополнение к ризотто или тальятелли, невообразимым образом способно изменить восприятие блюд, превратив их в нечто новое и неординарное. Благодаря стабильности пены она может быть заморожена и подана в ледяном виде, мгновенно тающей при соприкосновении с человеческим теплом.

Для приготовления нагреть воду до кипения и добавить в нее пармезан. Массу прогреть при постоянном помешивании до однородной консистенции. Снять с нагрева и оставить для насыщения вкусом на 1 ч. Процедить и хранить бульон в холодильнике.

Для приготовления пены пармезановый бульон нагреть до 45 °С, добавить лецитин. При помощи блендера взбивать бульон в пену, насыщая его воздухом. Дать пене настояться 1 мин. Собрать ложкой и сервировать сверху на ризотто или на пасту.

Для пены можно использовать измельченную оболочку от пармезана.

Вспененный голландский соус. Одна из инновационных идей, которую стало возможным реализовать с появлением профессиональных кулинарных сифонов, — это легкое и быстрое создание воздушных соусов. Теперь нет необходимости эмульсифицировать на водяной бане растопленное масло с яичной основой, достаточно все компоненты перелить в колбу кулинарного сифона, перемешать и заправить газом.

Для приготовления соуса растопить сливочное масло, убрать пену и охладить. Приготовить редукцию:

• • измельчить шалот и протомить его на оливковом масле;
• • влить вино и упаривать 3 мин, добавив перец и лавровый лист;
• • процедить редукцию.

Затем смешать яйца, добавить редукцию. Прогреть смесь, помешивая, ввести растопленное масло. Приправить специями и лаймовым соком. Процедить. Перелить в сифон и заправить газом N₂0. Прогреть на водяной бане до 65 °С. Перед подачей интенсивно встряхнуть.

После прогрева и получения соуса нужной консистенции во время сервиса хранить соус при температуре ниже 55 °С. Подавать соус к рыбным блюдам и как дополнение к яичнице бенедикт.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

ПИЩЕВЫЕ ЭМУЛЬСИИ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Эмульсиями называются дисперсные системы, в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии. Эмульсии являются обычно грубодисперсными системами. Такие системы часто встречаются в природе, например, молоко, млечный сок каучуконосных растений. В первом случае жир, а во втором — углеводород каучука диспергированы в воде. Оба эти вещества почти совершенно не растворяются в дисперсионной среде, т.е. в воде. Таким образом, эмульсии — это микрогетерогенные системы, состоящие из двух практически взаимно нерастворимых жидкостей, которые очень сильно отличаются по характеру молекул. Если одна из жидкостей является полярной, например вода, то вторая — должна быть неполярной или малополярной, например, органическая жидкость.Эмульсии и дисперсные системы наиболее широкое применение находят в пищевой промышленности масложирового производства — производства майонезов, маргарина, соусов и т.д.

Противоречивые требования к пищевым эмульсиям — кинетическая стойкость и минимальное применение эмульгаторов — поверхностноактивных веществ приводят к созданию нового прогрессивного аппаратурного оформления и создания активных методов воздействия на процесс эмульгирования жидкостей типа «масло в воде» — основного типа эмульсий в пищевой промышленности.

Рис. 1 – Типы эмульсий

Тип эмульсии зависит от состава и соотношения её жидких фаз, от количества и химической природы эмульгатора, от способа эмульгирования и некоторых других факторов.

В пищевой промышленности чаще всего встречаются эмульсии, состоящие из воды и масла: прямые, с каплями неполярной жидкости в полярной среде (типа «масло в воде» — М/В), и обратные, или инвертные (типа «вода в масле» — В/М). Типичный пример прямой пищевой эмульсии — сливочный крем, обратной — маргарин. Изменение состава эмульсии или внешнее воздействие могут привести к превращению прямой эмульсии в обратную, или наоборот. Этот процесс называют «инверсией (обращением) фаз».

Данный процесс относится к пищевой промышленности и может быть использован для производства майонезов на предприятиях общественного питания. Пищевая эмульсия содержит следующие исходные компоненты, мас.%: масло растительное рафинированное дезодорированное — 40,0-50,0; молоко сухое соевое — 7,4-10,0; альгинат натрия — 0,2-0,7; соль поваренная — 0,7-0,9; сахар — 1,5; калия йодид — 0,005; вода — остальное. Изобретение позволяет упростить технологию производства, снизить себестоимость продукции и расширить ассортимент обогащенных йодом пищевых эмульсионных продуктов.

Эмульсии, полученные в пищевом производстве, имеют различные свойства, химический состав и пищевую ценность.

Готовят майонезную эмульсию 46% -ной жирности по следующей рецептуре, приведенной в табл. 2.Готовят жировую фазу путем растворения в растительном масле эмульгатора ФОЛС-1 при температуре 40 o С. Затем сыпучие компоненты (сывороточный белковый концентрат, сухое молоко, сахарпесок, горчицу, соду, крахмал) просеивают и смешивают с водой при температуре 30 o С при непрерывном перемешивании до образования однородной пасты. Затем пасту нагревают до 95 o С при непрерывном перемешивании до образования геля. Полученный гель охлаждают до 30 o С и при непрерывном перемешивании добавляют порциями масляный раствор эмульгатора ФОЛС-1 до образования «грубой» майонезной эмульсии. Затем вносят уксусно-солевой раствор. Полученную эмульсию гомогенизируют до образования тонкодисперсной высоковязкой майонезной эмульсии.Полученная майонезная эмульсия не расслаивается при центрифугировании в течение 5 минут при 2 тыс. об./мин. устойчива при хранении в течение 2-2,5 месяцев при 0-10 o С.

Приготовление пищевых эмульсий. Эмульгирование с помощью ультразвука является наиболее эффективным способом получения эмульсий, и в том числе эмульсий из животных и растительных жиров. Анализ возможностей получения и применения эмульсий позволяет рекомендовать их для производства вареных колбасных изделий, вводя жировые эмульсии в фарш колбасных изделий вместо жира-сырца. Добавление в фарш эмульсии свиного жира позволяет увеличить его водосвязывающую способность и, следовательно, повысить выход продукции и улучшить её качество. Используемые в этом случае эмульсии являются высококонцентрированными и поэтому при их получении необходимо использовать мощные стабилизирующие вещества с длинными молекулами, придающими эмульсиям высокую устойчивость.

Наиболее доступным и эффективным эмульгирующим и стабилизирующим веществом является желатин. Разрушение в результате ультрозвукового воздействия воздействия структуры раствора желатина способствует эффективной стабилизации эмульсии, т.к. отдельные капельки жира попадают внутрь ячеек сплошной сетки. Благодаря способности обломков структуры желатина к быстрому сращиванию, мельчайшие капельки жира остаются внутри ячеек восстановленной сетки и после снятия ультразвукового воздействия. Максимальная эмульгирующая эффективность наблюдается при содержании желатина от 0,25% до 1,0%. Дальнейшее увеличение концентрации желатина не дает существенного эффекта, поэтому применение желатина в концентрациях более 0,75. 1,0 нецелесообразно.

Технология получения жировых эмульсий заключается в последовательном получении с помощью фитомиксера раствора желатина и постепенном введении в раствор эмульгируемого расплавленного жира.

При отсутствии желатинового раствора можно использовать в качестве стабилизатора эмульсий бульоны, получаемые при выварке кости или варке ветчинных изделий.

Еще одним из самых доступных стабилизаторов является обезжиренное порошковое молоко. В этом случае для приготовления эмульсии свиного жира с концентрацией до 30% необходима концентрация порошкового молока до 10%. Получаемая при этом эмульсия является однородной и устойчивой в течение длительного времени.

Список литературы

Электронный учебник Физическая химия. Химическая термодинамика Данилин В.Н, Шурай П.Е.1, Боровская Л.В. Учебное пособие. ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» Депозитарий электронных изданий. Москва 2010.

Боровская Л.В. Электронный учебно-методический комплекс дисциплины «Физическая и коллоидная химия: учебно-методический комплекс дисциплины» Учебное пособие. ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» Депозитарий электронных изданий. Москва 2010 .

Исcледование студней на основе каррагинана и пектина методом дифференциальной сканирующей калориметрии. Барашкина Е.В., Тамова М.Ю., Боровская Л.В., Миронова О.П. //Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2003. № 4.

Применение PDM-технологий в управлении качеством пищевой продукции. Боровская Л.В., Молова О.Э. //В сборнике: Устойчивое развитие, экологически безопасные технологии и оборудование для переработки пищевого сельскохозяйственного сырья; импортоопережение Сборник материалов международной научно-практической конференции. 2016. С. 66-69.

Палагина, М.В. Пищевые и биологически активные добавки: учебное пособие / М.В. Палагина, Т.П. Юдина, В.П. Корчагин. – Владивосток: Изд-во ТГЭУ, 2007. – 102с.

Эмульгаторы для производства бисквитных изделий и кексов / Кондитерское производство: Научно-производственный журнал / Изд-во «Пищевая промышленность». – М. – 2007. — №6. – с.27.

Семенова, И.Н. Использование белково-жировых эмульсий в производстве / И.Н. Семенова // Производственный научно-технический журнал. – М. – 2007. — №6. – с.42 – 43.

Иванова, О.И. Разработка технологий пищевых эмульгаторов и эмульсионных продуктов на основе растительного сырья: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук: 05.18.13. / ДВГАЭУ. – Владивосток: Б.И., 1998. – 26с.

Порошки, суспензии, аэрозоли, их свойства и характеристика

Порошки, суспензии и аэрозоли являются грубодисперсными системами.

Порошки.Многие пищевые продукты приготовляются в виде порошков: мука, крахмал, сахарная пудра, какао, горчичный порошок, сухое молоко и т. п. В порошках дисперсная фаза — твердое вещество, а дисперсионная среда — газ. Это чрезвычайно концентрированные системы. Размер частиц различных порошков колеблется в широких пределах. Так, пшеничная мука одного и того же сорта может содержать частицы от 5 . 10 –3 до 6 . 10 -2 см. Дисперсность является важной характеристикой порошков, поэтому существует много методов определения размеров частиц порошков. Наиболее распространенным является ситовой анализ, при котором порошок просеивают через набор сит с отверстиями различных диаметров.

Свойства порошков, в частности, их агрегативная устойчивость, во многом определяются размерами их частиц. Существует некоторый критический радиус, при котором частицы могут разъединяться, уменьшение размера частиц ниже критического ведет к их слипанию.

Порошки получают двумя методами: методом конденсации и диспергирования. Метод конденсации основан на получении порошков осаждением из растворов в результате коагуляции золей коллоидов или в результате химической реакции между электролитами.

Метод диспергирования основан на дроблении исходного сырья на различных мельницах и последующем разделении на фракции по размеру частиц. Получаемые порошки являются полидисперсными системами, так как они содержат частицы различной степени дисперсности. Дисперсность порошков имеет большое практическое значение; так, например, вкусовые свойства кофе, какао, муки, крахмала в значительной мере зависят от степени их дисперсности.

В определенных условиях порошкообразная масса может слипаться в шарики (гранулы) различной величины. Гранулирование порошком представляет собой самопроизвольный процесс, протекающий в связи с изменением свободной энергии системы путем слипания частиц. Для улучшения процесса гранулирования применяют смачивание поверхности частиц небольшим количеством жидкости. Гранулы получают также при механическом уплотнении предварительно увлажненных порошков или порошков, в которые добавлены склеивающие вещества.

Суспензии. Суспензиями или взвесями называются грубодисперсные системы (размер частиц 10 -3 — . 10 -5 см.), в которых дисперсная фаза твердая, а дисперсионная среда жидкая. Суспензии представляют собой взвеси порошков в жидкостях. Они похожи на золи, но отличаются от них значительно большим размером частиц.

Суспензии седиментационно неустойчивы: их частицы оседают под действием силы тяжести или всплывают в зависимости от плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы. Не обладая седиментационной устойчивостью суспензии могут быть устойчивы агрегативно, т.е. их частицы могут сохранять постоянные размеры и не образовывать конгломератов. Если частицы дисперсной фазы оседая, сцепляются под действием молекулярных сил, суспензия является агрегативно неустойчивой.

Суспензии одновременно поглощают и отражают свет, они непрозрачны.

По концентрации суспензии могут быть разбавленными и концентрированными. Вязкость разбавленных суспензий мало отличается от вязкости дисперсионной среды.

Суспензии – очень распространенные дисперсные системы. С различными видами суспензий приходится встречаться в практике приготовления пищи: разбавленные суспензии — протертые супы, суспензия крахмала в воде. Порошок какао, размешанный в воде, также дает суспензию. Концентрированную суспензию представляет собой шоколад — шоколадная масса при температуре несколько выше 35 о С представляет собой суспензию частиц какао и кристалликов сахара в жидком какао-масле.

Концентрированные суспензии, называемые также пастами, могут быть получены как в результате оседания более разбавленных суспензий, так и непосредственно растиранием грубых порошков с жидкостями.

Получать суспензии, так же как и порошки, можно методами конденсации и диспергирования, но в производственной практике обычно применяют последний метод. Из нерастворимого в данной среде твердого сырья готовят тонко измельченный порошок, который затем взмучивают в дисперсионной среде или диспергируют исходный материал непосредственно в дисперсионной среде. Диспергирование осуществляется механическим дроблением и размалыванием исходного сырья на вальцовых, шаровых, вибрационных или коллоидных мельницах.

Аэрозоли. Дисперсные системы, дисперсионной средой которых является газ (воздух), а дисперсной фазой могут быть твердые частицы или капельки жидкости, называются аэрозолями. Обычно аэрозоли классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы. Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называют туманами, с твердыми частицами – дымами. Аэрозоли с твердой дисперсной фазой, размеры частиц которых больше, чем у дымов, называют пылью. Дымы и туманы получаются традиционными методами: диспергированием и конденсированием.

Аэрозоли встречаются в природе, являются постоянными отходами многих производств и загрязняют воздух в городах и промышленных центрах. Высокодисперсная пыль горючих веществ при большой концентрации образует взрывчатую смесь. Примером может служить угольная, мучная и сахарная пыль.

Одним из распространенных технологических процессов в пищевой промышленности является высушивание в распылительных сушилках. Подлежащая сушке жидкость распыляется до мельчайших капелек в сухом горячем воздухе. Благодаря большой удельной поверхности аэрозоля испарение идет очень интенсивно и сушка заканчивается за 15-20 с. Таким способом получают сухие молоко, альбумин, кровь и др.

В кулинарном производстве примером аэрозоля может служить кухонный дым. Очистка воздуха от подобных аэрозолей — одна из важнейших задач техники безопасности.

Вопрос 2. Порошки, суспензии, пасты.

Цель: пен, стабилизаторов; проанализировать значение эмульсий при хранении овощей и фруктов, а также методов разрушения эмульсий, пен, аэрозолей для очистки сточ­ных вод и атмосферы.

Продолжительность: 2 часа.

План:

2. Порошки, суспензии, пасты.

3. Аэрозоли, дымы, туманы.

Вопрос 1. Пены.

Пенами называются грубые высоко концентрирован­ ные дисперсные системы, в которых дисперсная фа­ за — газ, а дисперсионная среда — жидкость.

Пу­зырьки газа в пенах имеют большие размеры, фор­му многогранников и отделены друг от друга очень тонкими прослойками дисперсионной среды.

Пены характеризуются следующими показателями:

• пенистостью, т. е. отношением объема пены к объе­му жидкости в виде пленок;
• дисперсностью (средним размером пузырьков и сред­ней толщиной жидкостных пленок);
• устойчивостью (определяется временем существова­ния пен).

Мера устойчивости определяется време­нем ее жизни, т. е. от момента образования до самопроизвольного разрушения.

Для получения пен применяют обычно диспергационные методы: интенсивное встряхивание или перемешивание жидкости, продавливание (барботирование) газа
разрыхлителей — примеры конденсационного метода получения пен устойчивую пену можно получить только с использованием стабилизатора пенообразователя. Чистые жидкости не обладают способностью образо­вывать устойчивую пену. Наличие пены всегда сви­детельствует о присутствии в жидкости посторонних веществ (загрязнений).

Устойчивость пены зависит от природы пенообра­зователя, его концентрации и температуры. Пенооб­разователями могут быть поверхностно-активные ве­щества, молекулы которых имеют достаточно длин­ную углеводородную цепь. К типичным пенообразо­вателям водных пен относятся спирты, мыла, белки, сапонин (экстрагируемое из растений соединение, обладающее поверхностно-активными свойствами), Низкомолекулярные поверхностно-активные вещест­ва, уменьшая поверхностное натяжение, облегчают образование пены, но не придают ей стабильности, и она быстро разрушается. Пенообразующие веще­ства с длинной молекулярной цепью, адсорбируясь на границе вода — воздух, формируют высоковязкую структурированную пленку, препятствующую истече­нию жидкости из прослоек дисперсионной среды. В этом случае толщина слоя жидкости, между пузырьками воздуха уменьшается медленно и пена может существовать длительное время.

С повышением температуры устойчивость пены уменьшается, так как при этом снижается адсорбция пенообразователя на границе фаз и уменьшается вязкость жидкости.

Пены и пенообразование имеют важное практиче­ское значение. Действие мыла и других моющих средств при удалении загрязнений с любой поверх­ности связано с ценообразованием. Очень важная область использования пен — тушение пожаров. Противопожарная пена обычно содержит в виде дисперс­ной фазы диоксид углерода, такая пена имеет невысокую плотность, что позволяет применять ее для тушения горящих органических жидкостей. При ту­шении она покрывает поверхность и препятствует доступ к ней воздуха.

Пенообразные системы очень распространены в пищевой промышленности. Такие продукты, как хлеб и ряд кондитерских изделий, имеют структуру пены, и это определяет не только их вкусовые свой­ства, но и пищевую ценность. Для приготовления вспенненых кондитерских изделий (пастила, зефир, суфле) в качестве пенообразователя применяют бе­лок, иногда экстракт чая, метилцеллюлозу.

Для повышения стойкости пищевых пен в них вводят стабилизаторы — вещества, повышающие вяз­кость дисперсионной среды (агар, агароид, крах­мал). Увеличение вязкости жидкости в пленках пены уменьшает скорость ее «стекания» и соответственно повышает стойкость пены.

В сточных водах различных промышленных пред­приятий обычно содержатся поверхностно-активные вещества. Для очистки таких вод используют специ­альные установки, в которых вода, падая с высоты, образует пену. Пузырьки пены захватывают нефть, масла и другие загрязняющие воду вещества и вы­носят их на поверхность. Пену вместе с загрязняю­щими веществами уже легко удалить с поверхности.

Вместе с тем в ряде производств образование пе­ны нежелательно. Она мешает перемешиванию и выпариванию жидкостей. Особенно вредны пены, обра­зующиеся в сточных водах, которые содержат пено­образователи. Эти пены покрывают слоем поверхность водоемов и, прекращая доступ кислорода в воду, вызывают гибель всех живых организмов. Пену можно разрушить введением в нее веществ, которые, обладая высокой поверхностной актив­ностью, сами не дают стойкой пены. Они вытесняют пенообразователь с границы раздела фаз,разрушая тем самым структурированную пленку. Такие веще­ства получили название пеногасителей. Обычно ими являются спирты (пентиловый, октиловый), жирные кислоты, сложные эфиры, Пены можно разрушить и механическим путем.

Вопрос 2. Порошки, суспензии, пасты.

Порошки

При дроблении и измельчении твердых тел получа­ются дисперсные системы, которые принято называть порошками. Порошки — это грубодисперсные систе­мы, частицы которых имеют большие размеры и видны визуально.

Многие вещества и материалы, применяемые в промышленности, в сельском хозяйстве, медицине, а также многие пищевые продукты приготавливаются в виде порошков. Например, строительные материалы (цемент, алебастр, мел, известь), сухие краски, пигменты, лекарства, продовольственные товары (мука, крахмал, какао) и т. п.

В порошках дисперсная фаза — твердое вещество, а дисперсионная среда — газ.

Получают их, как, и коллоидные системы, методом конденсации и диспергирования. Например, осажденный мел, зубной порошок получается, по реакции:

Метод диспергирования основан на дроблении исходного сырья на различных мельницах. Например, порошки получают, сжигая металлы. Так, окись цинка (цинковые белила) получают, окисляя пары цинка, воздухом при 300 °С. Различные виды сажи получаются сжиганием газообразных или жидких углеводородов при недостатке кислорода.

Важной характеристикой порошков является их дисперсность, и поэтому существует много методов определения размера частиц порошков. Наиболее распространен ситовой анализ, при котором порошок просеивают через набор сит с отверстиями различ­ных размеров.

Характерной особенностью порошков является их свойство переходить в псевдоожиженное состояние. Если порошок поместить в сосуде с пористым дном, то, пропуская через него снизу воздух с постепенно увеличивающейся скоростью, можно изменить свойства порошка. При малых скоростях воздух проходит через порошок, не изменяя его объема. При достиже­нии определенной скорости воздуха слой порошка равномерно расширяется в результате того, что твер­дые частицы начинают интенсивно перемещаться от­носительно друг друга. По мере расширения слоя увеличивается его текучесть, т. е. порошок прибли­жается по этому свойству к жидкости. С увеличени­ем давления воздуха слой порошка становится по­хожим на кипящую жидкость, отчего и получил на­звание «кипящего слоя». Порошки в псевдоожиженном состоянии благодаря текучести легко переме­щаются по наклонной плоскости, что используется в промышленных транспортных желобах. Некоторые порошки переходят в текучее состояние при осторож­ном пересыпании. Однако для ряда порошков пере­сыпание приводит к образованию крупных, но не очень прочных сферических частиц — гранул. Более прочные гранулы получаются при механическом уплотнении предварительно увлажненных порошков или порошков, в которые добавлены склеивающие вещества.

Суспензии, пасты.

Суспензии — дисперсные системы сжидкой дисперсион­ной средой и твердой дисперсной фазой.

Примерами суспензий являются глинистые, цементные и известковые растворы, глины, масляные густотертые краски, крахмальное молоко, протертые супы, шоколад при температуре 350 °С представляет собой суспензию ча­стиц какао и кристалликов сахара в жидком какао-масле, помадные массы кондитерского производства и т. д.

В зависимости от относительного содержания диспер­сной фазы суспензии подразделяют на три типа: разбав­ленные, концентрированные и высококонцентрированные. Последние обычно называют пастами.

Суспензии могут быть получены диспергационными и конденсационными способами.

Вследствие больших размеров частиц дисперсной фазы в суспензиях отсутствует броуновское движение. Явле­ния диффузии и осмоса им также не свойственны. Про­хождение света не вызывает опалесценции, а проявляет­ся в виде мутности, так как световые луч» преломляются и отражаются частицами суспензии, а не рассеиваются. Суспензии седиментационно неустойчивы, их частицы оседают или всплывают в зависимости от плотности дисперсионной среды и дисперсной фазы. Суспензии одновременно поглощают и отражают свет, в проходящем свете они мутные.

Не обладая седиментационно устойчивостью, суспензии могут быть устойчивы агрегативно, т.е. их частицы сохраняют постоянные размеры. Агрегативная устойчивость суспензий обусловлена тем, что их частицы имеют на поверхности двойной электрический слой или сольватную оболочку. Ме­ханизм образования двойного электрического слоя преимущественно адсорбционный, т. е. двойной слой формируется благодаря адсорбции на поверхности твердой частицы одного из ионов присутствующего в дисперсионной среде электролита. Значение элек­трокинетического потенциала суспензии близко к по­тенциалу золей, и агрегативная устойчивость в этом случае определяется электростатическим отталкива­нием одноименно заряженных частиц.

Седиментационная устойчивость обычно очень мала вследствие крупных частиц, а для достижения агрегативной устойчивости необходимо выполнение, по крайней мере, одного из двух условий:

1. Смачиваемости поверхности частиц дисперсной фазы дисперсной средой.

2. Наличия стабилизатора.

Добавляемый стабили­затор вводят в виде ионов, заряжающих я стаби­лизирующих частицы суспензии, или в виде ПАВ, либо в виде защитного высокомолекулярного со­единения. Если стабилизатор отсутствует, то ча­стицы смачиваются дисперсной средой и на их поверхности образуется оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соеди­нению частиц в крупные агрегаты.

Суспензии могут быть агрегативно устойчивы за счет образования сольватной оболочки частиц. В таких суспензиях частицы или сами хорошо сма­чиваются жидкой дисперсионной средой или свойст­во смачиваться придают им искусственно. В том и в другом случае на поверхности частиц суспензии образуется сольватная оболочка, обладающая упру­гими свойствами и препятствующая соединению частиц в крупные агрегаты.

Примером агрегативно устойчивых суспензий с сольватационным механизмом устойчивости явля­ются суспензии кварца в воде и сажи в бензоле. Кварц хорошо смачивается водой, сажа — бензолом, и эти суспензии сохраняют агрегативную устойчивость без введения третьего компонента стабилизатора. Если размешать порошок сажи в воде, то полу­чается агрегативно неустойчивая система. Частицы сажи водой не смачиваются, поэтому гидратная оболочка на поверхности частиц не образуется и незащищенные частицы легко соединяются друг с другом.

Устойчивость такой суспензии можно придать, вводя в нее третий компонент — поверхностно-актив­ное вещество, растворимое в дисперсионной среде, Молекулы ПАВ, адсорбируясь на частицах угля (са­жи) своими неполярными группами, сообщают поверхности частиц свойство смачиваться водой, т. е. гидрофилизируют ее. Благодаря этому во­круг частиц образуются гидратные оболочки и тем самым обеспечивается агрегативная устойчивость суспензии.

Устойчивую суспензию какого-либо полярного вещества, например кварца, в неполярной среде (бензоле) можно получить, если добавить в дисперсион­ную среду растворимое в ней ПАВ (стеариновую или олеиновую кислоту).

Вязкость разбавленных суспензий мало отлича­ется от вязкости дисперсионной среды.

Высококонцентрированные суспензии (пасты) имеют свойства структурированных систем и характеризуются высо­кой вязкостью.

Суспензии — очень распространенные дисперсные системы. К ним относятся глинистые, цементные и известковые «растворы», масляные краски.

Шоколад­ная масса при температуре несколько выше 35 о С представляет собой суспензию частиц какао и кристалликов сахара в жидком какао-масле. В вы­сококачественном шоколаде основная часть твердой фазы должна состоять из частиц, размер которых не превышает 25 мкм.

Порошок какао, размешанный в воде, дает также суспензию.

Для придания лучшей устойчивости такой суспензии порошок какао обрабатывают щелочными растворами. В ре­зультате омыления жиров, входящих в состав какао-масла, на поверхности частиц какао осаждается не­большое количество солей жирных кислот, раствори­мых в воде, которые, являясь ПАВ, стабилизируют суспензию в воде.

Суспензия, в основном карбоната кальция, обра­зуется при очистке сока сахарной свеклы (диффу­зионного сока) путем последовательной обработки его раствором Са(ОН)₂ и диоксидом углерода.

Помадные массы кондитерского производства представляют собой высококонцентрированные су­спензии (пасты), твердой фазой в которых являются кристаллики сахарозы, а жидкой фазой — раствор сахарозы, глюкозы, мальтозы в воде. В готовой по­маде содержание жидкой фазы должно быть 40— 45%, твердой 55—60%, размер кристаллов — не больше 20 мкм.

Вязкость разбавленных суспензий мало отличается от вязкости дисперсионной среды, В высококонцентрирован­ных суспензиях (пастах) наблюдается структурирование, т. е. образование из частиц дисперсной фазы некоторой пространственной сетки, в петлях которой находится дисперсная среда.

Внешне это выражается чрезмерно боль­шой вязкостью и переходом при длительном покое в твер­дое состояние — гелеобразованием.

Дата добавления: 2018-09-20 ; просмотров: 2895 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Проект «Дисперсные системы в пищевой индустрии.»

Дисперсные системы (эмульсии, суспензии, коллоидные растворы, гели) — это знакомые нам соусы, майонезы, крем, желе, кисели, студни, холодцы и заливное, мармелад и многое другое.

Скачать:

Вложение	Размер
коллоидные системы — начало	2.43 МБ
коллоидные системы — продолжение	3 МБ
коллоидные системы — окончание	2.89 МБ

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Коллоидные системы . Коллоидные системы (от греч. kolla — клей и eidos – вид) aнгл . colloid systems ; нем. Kolloidsysteme ; фр. systemes colloidaux ; исп., ит. sistemas coloidales , sistemas coloideas ), коллоидно-дисперсные системы, коллоиды, — это ультрамикрогетерогенные системы, представляющие собой совокупность множества мелких частиц дисперсной фазы, распределённых в объёме непрерывной дисперсионной среды. Величина частиц дисперсной фазы от 1000 нм – 100 нм до 1 нм. B отличие от частиц грубодисперсных систем (суспензий, эмульсий, пен, различных сыпучих материалов, размер которых обычно превышает 1000 нм), коллоидные частицы в легкоподвижной среде участвуют в интенсивном броуновском движении и противостоят седиментации в поле сил земного притяжения, то есть, обладают высокой кинетической устойчивостью.

Коллоидные системы ( коллоиды , др.-греч . κόλλα — клей и εἶδος — вид; «клеевидные», золи ) — дисперсные системы, промежуточные между истинными растворами и грубодисперсными системами — взвесями . Размеры коллоидных частиц варьируются в пределах от 1 нм до 100 нм. В свободнодисперсных коллоидных системах (дымы, золи) частицы не выпадают в осадок. Система , в которой дискретные частицы, капли или пузырьки дисперсной фазы, имеющие размер от 1 до 100 нм, распределены в другой фазе, обычно непрерывной, отличающейся от первой по составу или агрегатному состоянию и именуемой дисперсионной средой.

Основные свойства: Коллоидные частицы не препятствуют прохождению света. В прозрачных коллоидах наблюдается рассеивание светового луча ( эффект Тиндаля ). Дисперсные частицы не выпадают в осадок – Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии.

Основные виды: Гидрозоли – двухфазные микрогетерогенные дисперсные системы, характеризующиеся предельно высокой дисперсностью, в которых дисперсионной средой является вода . Органозоли – дисперсионной средой являются неводные (органические) растворители.

Образование коллоидных систем: Путем конденсации (при выделении коллоидно-дисперсной фазы из перенасыщенного пара, раствора или расплава). Путем диспергирования.

Наиболее важны и многообразны коллоидные системы c жидкой дисперсионной средой. Иx делят на: лиофильные (лат. « филео » — «люблю») лиофобные (лат. « фобос » — «страх»). Соли золота

К оллоидные частицы в легкоподвижной среде участвуют в интенсивном броуновском движении и противостоят седиментации в поле сил земного притяжения, то есть, обладают высокой кинетической устойчивостью. Дисперсные частицы не выпадают в осадок – Броуновское движение поддерживает их во взвешенном состоянии.

Коллоидные системы необычайно лабильны, т.е. неустойчивы. Для многих из них достаточно прибавления ничтожного количества электролита, чтобы вызвать выпадение осадка. Причина столь легкого изменения состояния коллоидных систем связана с непостоянством степени их дисперсности. Присутствие в жидкой дисперсионной среде адсорбционно-активных веществ – стабилизаторов – обеспечивает агрегативную устойчивость, т.e . длительное постоянство их дисперсного состава. Устойчивость таких систем связана с наличием слоя стабилизатора на поверхности коллоидных частиц. Стабилизаторами коллоидных систем могут быть электролиты или другие вещества, не имеющие электролитной природы, например высокомолекулярные соединения (ВМС) или поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Коллоидные растворы проявляют специфические свойства: коагуляции и адсорбции. Коагуляция (от лат. coagulatio — свертывание, сгущение), также старение – объединение мелких частиц дисперсных систем в более крупные под влиянием сил сцепления с образованием коагуляционных структур . Коагуляция — физико-химический процесс слипания коллоидных частиц, выпадение осадка происходит в результате лишения коллоидных частиц адсорбционной оболочки, нейтрализации заряда или химических превращений.

Коагуляция представляет собой процесс укрупнения частиц, а седиментация является конечным результатом этого процесса, однако термин «коагуляция» часто используют для обозначения данного явления в целом. Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора хлопьевидного осадка или к застудневанию . Коагуляция – естественный, самопроизвольный процесс расслаивания коллоидного раствора на твёрдую фазу и дисперсионную среду.

Причины коагуляции: Столкновение коллоидных частиц в результате броуновского движения; Нагревание; Замораживание; Действие электрического поля; Добавление коагулянтов ( электрокоагуляция ); Механическое воздействие на систему.

Скорость старения (коагуляции) зависит: от напряжения на границе раздела фаз, радиуса частиц, коэффициента диффузии , температуры , растворимости макрофазы .

Адсорбция. Адсорбция – самопроизвольный процесс увеличения концентрации одного вещества ( адсорбата ) на поверхности другого (адсорбента). Адсорбция происходит на любых межфазовых поверхностях, адсорбироваться могут любые вещества.

Применение адсорбции: Адсорбция широко применяется в различных отраслях народного хозяйства. В медицинской практике при пищевых отравлениях в качестве адсорбентов используют молоко и активированный уголь. В сельском хозяйстве в качестве “банков” удобрений используют цеолиты. Они выделяют ионы К + , NH -4 , а поглощают и удерживают Са 2+ , Mg 2+ . В химической технологии адсорбцию используют для очистки нефтепродуктов от малых содержаний воды, серы, селена, мышьяка, фосфора. В производстве полимеров адсорбенты используют в качестве активных наполнителей, придающих изделию повышенную прочность. Так, изделия, изготовленные из саженаполненной резины, в 10 раз прочнее, чем изделия, изготовленные из резины, наполненной нейтральными наполнителями. Очистка промышленных газовых выбросов в атмосферу, выхлопных газов, кондиционирование воздуха осуществляются с помощью адсорбентов. Процессы адсорбции лежат в основе разделения трудноразделимых соединений. Этот метод назван хроматографией, он предложен в 1903 г. русским учёным М.С. Цветом. Хроматография широко используется при разделении и очистке лекарственных веществ, витаминов, пигментов, алкалоидов. С помощью этого метода были разделены искусственно приготовленные трансурановые элементы: Es (№99), Fm (№100), Md (101). В горнодобывающей отрасли адсорбенты используют для улавливания ценных элементов из больших объёмов жидкости, из которых выделить эти вещества другими методами нерентабельно. В текстильной и кожевенной промышленности техника адсорбции применяется при крашении волокон, шерсти, кожи. Адсорбция является необходимым условием для катализа.

Коллоидные системы, состоящие из частиц диспергированного вещества, способных свободно перемещаться в жидкой дисперсионной среде совместно с адсорбированными на их поверхности молекулами или ионами третьего компонента (стабилизатора), называют лиозолями , Сами частицы, обладающие сложным строением — мицеллами.

Золи. Золь иначе лиозоль ; коллоидный раствор ( англ. sol от лат. Solutio – раствор) – высокодисперсная коллоидная система (коллоидный раствор) с жидкой ( лиозоль ) или газообразной (аэрозоль) дисперсионной средой , в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц, размер которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10 −9 – 10 −7 м).

В зависимости от дисперсионной среды золи бывают:

3оли занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами ( суспензиями , эмульсиями ). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли. Обладают эффектом светорассеяния ( Эффект Тиндаля ). В противоположность гелям , в золях частицы дисперсной фазы не связаны в пространственную структуру, а свободно участвуют в броуновском движении . Частицы дисперсной фазы лиозоля вместе с окружающей их сольватной оболочкой из молекул (ионов) дисперсионной среды называют мицеллами.

К лиозолям относятся мицеллярные растворы различных типов, водные растворы биополимеров, органо — и гидрозоли металлов, синтетические латексы. Примером аэрозоля на основе жидкости является туман — взвесь капель воды в воздухе; находящийся в воздухе дым или пыль — пример твердотельного аэрозоля.

Свойства: большая удельная поверхность; адсорбция и плёнкообразование на поверхностях раздела; агрегация, как следствие взаимодействия частиц; частицы на поверхности обладают большей энергией, чем частицы внутри фазы. Получение и применение: Получают золи при помощи диспергаторов и гомогенизаторов. Применяют в химии, фармацевтике, военном деле , т.к. вышеперечисленные свойства позволяют резко улучшить качественные и количественные показатели химических реакций .

Мицеллярная структура геля

Гели Ге́ли (ед.ч. гель , от лат. gelo — «застываю») — структурированные дисперсные системы, состоящие из высокомолекулярных и низкомолекулярных веществ. Наличие трёхмерного полимерного каркаса (сетки) сообщает гелям механические свойства твёрдых тел (отсутствие текучести, способность сохранять форму, прочность и способность к деформации ( пластичность и упругость ).

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Гели (или студни) представляют собой студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. К ним относят большое количество полимерных гелей, столь хорошо известные вам кондитерские, косметические и медицинские гели (желатин, холодец, мармелад, торт “Птичье молоко”) и, конечно же, бесконечное множество природных гелей: минералы (опал), тела медуз, хрящи, сухожилия, волосы, мышечная и нервная ткани и т.д. Историю развития на Земле можно одновременно считать историей эволюции коллоидного состояния вещества.

Медузы – тип кишечнополостные:

В результате молекулярного сцепления частиц дисперсной фазы из золей при их коагуляции образуются гели. При этом не происходит разделения фаз, переход золей в гель не является фазовым превращением. При образовании геля вся дисперсионная среда (например, вода в гидрозоле) прочно связывается поверхностью частиц дисперсной фазы в ячейках пространственной структуры геля. Гели способны обратимо восстанавливать свою пространственную структуру , но после высушивания наступает разрушение их структуры и они теряют эту способность.

Гели состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса, пустоты в которой заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.

Вещества, способные образовывать макромолекулярную структуру гелей, называются гелеобразователями . К ним относятся как неорганические ( диоксид кремния , оксид алюминия ), так и органические вещества и их смеси ( поливиниловый спирт , полиакриламид , желатина , агар-агар , пектиновые вещества ).

Образование трёхмерного каркаса гидрогеля SiO 2

Классификация гелей в зависимости от наполнителя:

Удалением из лиогелей жидкой среды можно получить тонкопористые тела ( аэрогели или ксерогели ), в которых дисперсная фаза превращается в прочные адгезионные или фазовые ( когезионные ) пористые структуры. Таковы алюмогель и силикагель , получаемые высушиванием гидрогелей гидроксида алюминия и кремниевых кислот .

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Синерезис Гели термодинамически неустойчивы: со временем структура гелей нарушается (отслаивается) – из них выделяется вода. Это явление называют синерезисом . Вследствие синерезиса дисперсная система самопроизвольно разрушается с выделением жидкой концентрированной фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки. При удалении низкомолекулярного растворителя (высушивании) гели, обычно, необратимо разрушаются.

Применение гелей. Гели широко используются для производства разнообразных косметических, лекарственных препаратов и продукции бытовой химии ( для ухода за волосами , для бритья, для наращивания ногтей и т. п.), а также для лабораторных исследований методом электрофореза и др.

Синтетический гель Гель для бритья на основе полиэтиленгликоля

Гелями могут заполняться анатомические имплантаты , применяемые в пластической хирургии . Твердые гели ( алюмогель , силикагель ) широко применяются как адсорбенты .

В современном русском языке для описания структурированных дисперсных систем, состоящих из высокомолекулярных и низкомолекулярных компонентов, параллельно используются слова «гель» и « желе » (от лат. gelo через англ. gel и фр. gelée ), а также « студень » (русск.). По существу различий между ними нет, но: в химии термин «гели» применяется для характеристики необратимо разрушающихся структурированных дисперсных систем (дисперсная фаза состоит, как правило, из неорганических макромолекул); студнями именуют системы, характеризующиеся обратимостью процесса коагуляции.

Также сложились следующие области применения терминов: «гель» — химия, химическая технология, косметические и бытовые средства; «желе» — в кулинарии сладкие фруктовые или ягодные студенистые блюда; «студень» — в кулинарии мясное или рыбное блюдо из охлажденного мясного (или рыбного) бульона с кусочками мяса (или рыбы).

8. Микрогетерогенные системы

339. Какие системы называют суспензиями? В чем состоит их принципиальное отличие от лиофобных золей? Назовите пищевые продукты, которые являются суспензиями.

340. Приведите схему классификации суспензий по размерам частиц дисперсионной фазы. К какому классу на Ваш взгляд следует отнести следующие суспензии: а) суспензия крахмала в воде, б) взвесь Ca(OH)₂ (известка), приготовленная для побелки стен и потолков, в) суспензия глины в воде, г) взвесь речного песка в воде.

341. Приведите схему классификации суспензий по концентрации частиц дисперсной фазы. К какому классу следует отнести следующие суспензии: а) томатная паста, б) зубная паста, в) кофейный напиток, г) шоколадный напиток.

342. Какие оптические явления можно наблюдать: а) в грубых суспензиях, б) в высокодисперсных суспензиях (d ~ 10 -5 см). Выполняется ли для суспензий закон светорассеяния Релея? Можно ли видеть частицы суспензии в микроскоп?

343. Какие электрокинетические явления наблюдаются в суспензиях? В чем заключается электрофоретический метод нанесения покрытий на поверхность.

344. Что такое агрегативная и седиментационная устойчивость суспензии? Можно ли по виду осадка, полученного в результате седиментации, судить об агрегативной устойчивости суспензии?

345. Что такое стабилизатор суспензии? Какие вещества применяют в качестве стабилизаторов?

346. Как влияет присутствие высокомолекулярных соединений в жидкой среде на устойчивость суспензий? Что такое сенсибилизация?

346. Что такое критическая концентрация структурообразования? Перечислите основные факторы, влияющие на структурообразование.

347. Назовите и охарактеризуйте основные методы разрушения суспензий.

8.2 Эмульсии

Литература: [4] — c.241 — 261.

348. Что такое эмульсия? Приведите схему классификации эмульсий по концентрации частиц дисперсной фазы. Приведите пример эмульсии каждого класса.

349. Как классифицируются эмульсии по полярности дисперсной фазы и дисперсной среды. Приведите примеры природных эмульсий I и II рода.

350. Приведите схему классификации методов получения эмульсий. Охарактеризуйте конденсационные методы получения.

351. Что такое эмульгатор? Назовите основные классы эмульгаторов.

352. Какие природные продукты используют в качестве эмульгаторов в кулинарии?

353. Учитывая, что полярные группы ПАВ обращены к полярной фазе, а неполярные радикалы — к неполярной, изобразите адсорбционно — сольватный слой, который образуют на поверхности капельки ПАВ:

а) в случае прямой эмульсии

б) в случае обратной эмульсии.

354. Какая эмульсия прямая или обратная получится при диспергировании сравнимых количеств воды и масла, если в качестве эмульгатора использовать гидрофильный порошок, например гипс. Какой фактор обеспечивает агрегативную устойчивость эмульсии?

355. Что такое агрегативная устойчивость эмульсий? Назовите факторы, обеспечивающие агрегативную устойчивость эмульсий.

356. Что такое обращение фаз эмульсий. Приведите пример этого явления. Какое свойство эмульгатора влияет на тип эмульсии?

357. Как называется осаждение капелек дисперсной фазы в эмульсии под действием силы тяжести? Как ускорить этот процесс? Приведите примеры.

358. Назовите и дайте краткую характеристику основных методов разрушения эмульсий. Что такое деэмульгатор?

359. Назовите пищевые продукты, которые являются эмульсиями? Какой салат усваивается организмом легче: заправленный растительным маслом или майонезом?

360. К какому типу эмульсий относятся используемые в косметике питательные кремы? Приведите пример других эмульсий, используемых в косметике.

361. Какие строительные материалы изготавливаются в виде эмульсий?

362. Можно ли утверждать, что в процессе стирки образуются эмульсия? Если да, то какого типа прямая или обратная, и что в этом случае является эмульгатором.

Х и м и я

Эмульсии это один из видов грубодисперсных систем. Помимо эмульсий к грубодисперсным системам относятся суспензии, пены, порошки и пр.

Грубодисперсные системы отличаются от коллоидных систем более крупным размером частиц дисперсной фазы. Верхний предел размеров коллоидных частиц составляет ~10 -7 м, грубодисперсные системы имеют размер частиц от 10 -7 м и выше.

Эмульсии

Эмульсиями называют дисперсные системы из несмешивающихся жидкостей. В таких системах, состоящих, например, из двух жидкостей, одна из них (дисперсная фаза) взвешена в другой (дисперсной среде) в виде капелек.

Размеры капелек различны и могут достигать 5 · 10 -6 м и выше.

Ряд свойств эмульсий сходен со свойствами коллоидов: они также имеют выраженную поверхность раздела, неустойчивы и нуждаются в стабилизаторах (эмульгаторах).

Эмульсии могут образовывать только взаимно нерастворимые жидкости. Чаще всего эмульсии состоят из воды и жидкости, которые принято называть «маслом». Молекулы масла менее полярны, чем молекулы воды и в этом кроется секрет взаимной нерастворимости этих веществ.

Возможны два типа эмульсий: масло в воде (м/в) и вода в масле (в/м).

При энергичном взбалтывании смесей, состоящих из воды и масла, компонент, содержащийся в меньшем количестве, дробиться на мельчайшие капельки, распределяющиеся по всему объёму.

Если дисперсной фазой является масло, то образуется эмульсия, в которой капельки жидкости по свойствам очень схожи с частицами гидрофобного коллоида.

Главным фактором их устойчивости также является заряд, возникающий за счёт адсорбции некоторых ионов, обладающих этим зарядом. Таким образом капельки эмульсии имеют некоторый ζ-потенциал.

Обычно концентрация дисперсной фазы в эмульсиях чистых жидкостей (без стабилизаторов) не превышает 2%.

Устойчивость таких эмульсий невысока, легко происходит самопроизвольное слияние капелек дисперсной фазы (так называемая коалесценция) и последующее расслоение жидкости. Чем меньше размер капелек, тем устойчевее эмульсия.

Коалесценция и коагуляция – два родственных процесса. Оба связаны с потребностью дисперсных систем уменьшить свою свободную энергию. Термин коалесценция используют по отношению к слиянию капель жидкости или газовых пузырьков. Коагуляция – это процесс слипания твердых частиц в дисперсных системах с образованием более крупных частиц. Коагуляция ведёт к выпадению из коллоидного раствора осадка или к застудневанию.

Эмульгаторы

Достаточно устойчивую и концентрированную эмульсию можно приготовить лишь при добавлении стабилизатора (эмульгатора).

Эмульгаторы не только сообщают капелькам эмульгируемой жидкости заряд, но, главным образом, создают вокруг них своеобразную оболочку, препятствующую коалесценции.

Гидрофильные и гидрофобные эмульгаторы.

В наиболее важном с практической точки зрения случае эмульгаторы представляют собой дифильные вещества, молекулы которых имеют в своём составе, как полярную (гидрофильную) группу, так и неполярную (гидрофобную) часть.

В качестве примера дифильных веществ можно привести лецитин:

Именно благодаря наличию такой двойственной структуры становится возможной стабилизация, поскольку дифильные вещества имеют возможность одновременно взаимодействовать, как с водой и водорастворимыми веществами, так и с маслами или веществами жирной природы.

Эмульгаторы, молекулы которых имеют относительно длинную гидрофобную часть, обладают преимущественно гидрофобными свойствами. Такие эмульгаторы называют гидрофобными.

И, наоборот, эмульгаторы с относительно короткой гидрофобной частью, имеют большее сродство с водой и их, поэтому называют гидрофильными.

Стабилизация эмульсий типа «масло в воде». Гидрофильные эмульгаторы.

Гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабилизации эмульсий типа «масло в воде». При добавлении гидрофильного эмульгатора в такую эмульсию вокруг капельки масла образуется сплошной слой эмульгатора, сообщающий ей некоторую гидрофильность и повышающий её устойчивость (Рис. а).

Добавление в такую же смесь гидрофобного эмульгатора, большая часть молекулы которого погружается в капельку масла, не обеспечивает устойчивости эмульсии, поскольку часть поверхности капельки остаётся «открытой» и легко может происходить слияние с другими капельками (рис. б).

Стабилизация эмульсий типа «вода в масле». Гидрофобные эмульгаторы.

Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа «вода в масле». Их молекула, находящаяся большей своей частью в дисперсионной среде (масле), удерживается на поверхности капелек воды своей гидрофильной группировкой (Рис. а).

В результате вокруг каждой капельки воды образуется плотная оболочка из молекул эмульгатора, препятствующая слиянию дисперсной фазы (воды).

Попытка получить эмульсию такого же типа с гидрофильным эмульгатором оказалась бы безуспешной, так как молекулы эмульгатора разместились бы в основном внутри капелек воды (Рис. б).

Вместо сплошной оболочки вокруг капелек имелись бы лишь выступающие над их поверхностью отдельные гидрофобные группы эмульгатора, не препятствующие коалесценции капелек.

Таким образом, эмульгатор должен обладать сродством к дисперсионной среде.

В зависимости от типа желаемой эмульсии следует брать гидрофильные или гидрофобные эмульгаторы той или иной степени диссоциации.

Дисперсность эмульгаторов

Эмульгаторы для эмульсий типа м/в

Эмульгаторы для эмульсий типа в/м

CaCO3, CaSO4, Fe2O3, Fe(OH)3, SiO2, глина и др.

HgI2, PbO, сажа и др.

Желатин, казеин, альбумин, крахмал, декстрин, гуммиарабик, лецитин, желчные кислоты и др.

Смолы, каучук, холестерин и др.

Мыла щелочных металлов, красители

Мыла многовалентных металов

Эмульгатором можно задать тип эмульсии

Добавляя в дисперсную систему тот или иной тип стабилизатора (эмульгатора), можно задать тип эмульсии.

Если к смеси равных объёмов воды и бензола добавить гидрофильный эмульгатор, то образуется эмульсия типа «масло в воде».

Добавление гидрофобного эмульгатора приводит к возникновению эмульсии типа «вода в масле».

Применение соответствующих эмульгаторов позволяет получать эмульсии, в которых объём дисперсной фазы гораздо больше объёма дисперсионной среды.

Так, Кремнев получил эмульсию из 150 частей бензола в 1 части воды.

Моющее действие эмульгаторов

Образование эмульсии происходит при отмывании жирных пятен мылом. Пептизированные, а затем стабилизированные солями жирных кислот частички жира легко уносятся водой.

Пептизация — расщепление агрегатов, возникших при коагуляции дисперсных систем, на первичные частицы под действием жидкой среды (например, воды) или специальных веществ — пептизаторов. Пептизированные частицы – частицы, отщеплённые от основной массы коагулята, а в данном случае — от жирового загрязнения.

Моющие средства должны быть сильными поверхностно-активными гидрофильными эмульгаторами. Поверхностное натяжение моющего раствора должны быть почти вдвое ниже, чем у воды.

Моющее действие этих растворов возрастает с повышением их концентрации и увеличением гидрофобной части молекулы применяемого эмульгатора.

Биологическое значение эмульсий

Примером эмульсий является молоко, которое представляет собой взвешенные в воде частички жира, эмульгированные белком (казеиногеном).

При стоянии молока образуется слой концентрированной эмульсии (сливки).

Сбивание сливок приводит к разрушению белковой оболочки, жир коалесцирует в крупные комочки сливочного масла, которое тоже представляет собой эмульсию, но уже типа «вода в масле».

Аналогичными этому типу эмульсиями являются:

• Маргарин,
• Майонез,
• Мороженное и пр.

Маргарин – эмульсия из мелкораздробленных гидрогенезированных растительных жиров.

Эмульсии в физиолгии человека

Эмульсии нередко встречаются в организме человека:

1. Жиры в крови и лимфе находятся в эмульгированном состоянии (эмульгатор – белки крови).

2. При пищеварении в кишечнике также образуется жировая эмульсия, но здесь стабилизатором служат соли желчных и жирных кислот. Опыты показали, что растворы солей желчных кислот могут обладать поверхностным натяжением менее 1 эрг/см2, т.е. настолько низким, что может идти самопроизвольное раздробление жира (без его механического измельчения). Таким образом, желчь имеет важное значение для переваривания и всасывания жиров в жилудочно-кишечном тракте.

3. Эритроциты в крови можно по ряду свойств рассматривать так же, как частички гидрофобной эмульсии.

На их поверхности отсорбированы молекулы белков, аминокислот и ионы электролитов. Все они сообщают эритроцитам определённый отрицательный заряд, а противоионы создают некоторый диффузный слой.

При паталогических процессах в организме, когда в крови увеличивается содержание некоторых видов белков (либо особого глюкопротеида, относящегося к альфа-глобулинам, либо при инфекционных заболеваниях гамма-глобулинов) происходит процесс, очень напоминающий ионообменную адсорбцию: место ионов электролитов на поверхности эритроцитов занимают белки, заряд которых ниже, чем у суммы замещённых ими ионов.

В результате заряд эритроцитов понижается, они быстрее объединяются и оседают (ускоряется реакция оседания эритроцитов – РОЭ).

Этот процесс зависит ещё от ряда факторов: содержания других белковых фракция и мукополисахаридов, концентрации эритроцитов в кровии, от наличия в крови микробов, наконец, расположения сосуда, в котором наблюдается РОЭ (в частности, скорость её ниже в наклонно расположенном капиляре).

Оседание эритроцитов происходит сходно с процессом седиментации гидрофобного коллоида.