Отличие геля от студня

План 

 

 

1. Отличие геля от студня

 

2. Свойства 

 

3. Использование в пищевой промышленности

 

4. Источники

 

 

Гель, и его отличие от студня

Гели (ед.ч. гель, от лат. gelo «застываю») в науке это дисперсные системы, характеризуются структурой, придающей им механические свойства твёрдых тел. В структурном смысле гель - это гомогенная система, состоящая из как минимум двух компонентов, как минимум один из которых непрерывно простирается в растворителе. В коллоидной химии гелями считаются - дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структурную сетку. Представляют собой твердообразные ("студенистые") тела, способные сохранять форму, обладающие одновременно упругостью (эластичностью) и пластичностью. Типичные гели имеют коагуляционную структуру, иными словами частицы дисперсной фазы в местах контакта соединены когезионным взаимодействием непосредственно или через тонкую прослойку дисперсионной среды. Для гелей характерна тиксотропия, т.е. способность в изотермических условиях самопроизвольно восстанавливать свою структуру после механического разрушения и образования жидкости. Такие гели образуются при коагуляции золей (коагели), изменении температуры или увеличения концентрирации мицеллярных растворов мыл, а также в ходе выделения новой дисперсной фазы из пересыщенного раствора (лиогели). Гели могут возникать в виде отдельного рыхлого осадка либо образуются во всем объеме первоначально жидкой системы без нарушения ее гомогенности. Гели с водной дисперсионной средой именуются гидрогелями, с углеводородной - органогелями. Гель состоит из твердой и жидкой фаз и представляет собой полутвердое тело, желе. Это плотное и в то же время, не имеющее стабильной формы состояние - жидкость с желеобразующим веществом-каркасом.

Если имеет место истинный раствор, а не коллоидный, то такое вещество нельзя называть гелем, это  студень. Полимеры образуют студни или псевдогели.

Для проверки, что перед Вами - гель или студень, нужно добваить к нему небольшое количество основной фазы (воды). Если через некоторое время жидкость впитатся, то это студень, если нет - гель.

Гелеобразование (желатинирование, но не застудневание) возможно при содержании дисперсной фазы в системе в минимальном количестве (от долей процента). Чем более анизотропны частицы и менее лиофильна их поверхностьь по отношению к дисперсионной среде, тем меньше содержание дисперсной фазы, при котором система теряет текучесть.

Распад структуры гели и переход  системы в текучее состояние  наз. пептизацией. Этот процесс происходит при введении лиофилизующих веществ или при повышении температуры.

В мезоморфных гелях структурную  сетку образует жидкокристаллическая фаза (мезофаза). Такие гели возникают из растворов дифильных блоксополимеров в термодинамически "плохих" растворителях по отношению к одному из блоков сополимера. Мезоморфная фаза обычно представляет собой мицеллоподобные пластинчатые или цилиндрические ассоциаты из тех блоков, которые менее растворимы в данном растворителе; мезоморфные гели образуются и в концентрированных растворах мылоподобных ПАВ.

Системы, подобные гелям, но не обладающие тиксотропией ( псевдогели), образуются при фазовом расслоении растворов полимеров, коагуляции и неполной коалесценции каучуковых латексов и эмульсий некоторых высоковязких нефтепродуктов, жиров. Некоторыми свойствами геля обладают пены, стабилизованные высокомолярными ПАВ, и высококонцентрированные (спумоидные) эмульсии.

Большинство гели термодинамически неустойчиво и при старении вследствие изотермической переконденсации или рекристаллизации разрушаются. При этом обратимая по отношению к механическому воздействию коагуляционная структура перерождается в необратимую конденсационно-кристаллизационную. Кроме того, многие гели подвержены синерезису - сокращению объема с выделением жидкой фазы в результате самопроизвольного уплотнения структурной сетки.

Удалением из лиогелей жидкой среды можно получить тонкопористые тела - аэрогели, или ксерогели, в которых слабые коагуляционные контакты между частицами превратились в результате сушки в прочные адгезионные или фазовые (когезионные) контакты. Таковы, например, алюмогель и силикагель-сорбенты, получаемые обезвоживанием гидрогелей соотв. гидроксида алюминия и кремниевых кислот. Пористость аэрогеля во многом определяется синерезисом, особенно макросинерезисом, чем больше проявляется синерезис, тем меньше объем пор в аэрогеле.

Особый случай - переход студень  в гель проявляется например при синтезе коагулита, после сушки такого геля сам коагулит представляет собой аэрогель с большим объемом пор.

В химии и технологии полимеров  гелями считаются - неплавкие и нерастворимые  продукты поликонденсации или полимеризации (полимерные сетки). Момент времени, когда  реакционная смесь теряет текучесть  вследствие сшивки растущих полимерных цепей, именуется  точкой гелеобразования  или гель-точкой. Гелями называют  также набухшие в растворителях сшитые линейные полимеры и растворы полимеров, потерявшие текучесть вследствие возникновения пространственной молекулярной сетки, стабилизированной химическими или водородной связями либо в результате межмолярного взаимодействия. Таковы, например, набухшие в водной среде ионообменные смолы, пространственно-сшитые декстраны (сефадексы) и сшитые полиакриламиды, применяемые в гель-проникающей хроматографии, набухшие в жидких углеводородах сополимеры стирола и дивинилбензола, а также резины на основе натурального и некоторых синтетического каучуков, гидрогели желатины, агар-агара, поливинилового спирта, органогели некоторых эфиров целлюлозы и растворы полимеров акрилонитрила. По сути же это студни.

 

Гели  же образуются при коагуляции и последующей  коалесценции золей. При высушивании гели необратимо разрушаются.

Гели широко используются для производства широчайшего набора продуктов домашнего  потребления и бытовой химии, а также для лабораторных исследований методом электрофореза и др. (например, полиакриламидный гель).

Гели являются новыми функциональными  материалами, перспективно их применение в качестве сорбентов, покрытий, гидравлических пробок, абсорбентов, очищающих средств в безотходных технологиях.

 

Свойства студней

Согласно существующей в коллоидной химии терминологии гелеобразованием называют переход коллоидного раствора (золя) в связнодисперсное состояние (гель). Термин «загустевание» служит для обозначения аналогичного процесса перехода растворов высокомолекулярных соединений в студень. В кондитерской промышленности, в частности в производстве конфет, встречаются только системы, содержащие высокомолекулярные соединения — полисахариды, желатин, поливиниловый спирт и др., в которых дисперсионной средой является водный раствор сахаров, декстринов, белка и других пищевых веществ.

Студни — это твердообразные, нетекучие структурированные системы, возникающие в результате действия молекулярных сил сцепления между макромолекулами полимеров. За счет сил межмолекулярного взаимодействия образуется пространственный сетчатый каркас, ячейки которого заполнены жидкостью.

Взаимодействие высокомолекулярных веществ (студнеоб-разователей) с растворителем (водой) характеризуется увеличением массы и объема полимера во времени. Этот процесс называют набуханием, мерой его служит степень набухания.

Набухание может быть ограниченным и неограниченным. При ограниченном набухании а достигает постоянной предельной величины в определенных условиях, например набухание агара или пектина в воде при комнатной температуре. В горячей воде агар и пектин постепенно растворяются, т. е. набухание является начальной стадией растворения. Процесс набухания представляет собой одностороннее смещение, обусловленное различием в размерах и подвижности молекул полимера и растворителя на много порядков. Способность к набуханию — свойство полимера, определяемое его составом и строением. При набухании происходит сольватация макромолекул в результате межмолекулярного взаимодействия растворителя и полимера. Доказательством этого является выделение тепла при набухании и уменьшение общего объема системы (контракция), связанное с ориентацией молекул растворителя.

Набухание в большинстве случаев  делят на две стадии: первая—  с выделением теплоты набухания, сопровождается контракцией системы, вторая — практически без выделения теплоты и роста контракции. Тем не менее именно на второй стадии происходит основное увеличение объема и массы полимера. На второй стадии происходит разрыхление сетки, частичное освобождение макромолекул и вследствие этого увеличение числа возможных конформаций, т. е. вторая стадия набухания обусловлена энтропийным эффектом — увеличением энтропии системы.

Упругие и эластичные свойства студней  определяются прочностью и гибкостью  макромолекулярной сетки, а также  твердо-образностью ориентированных  слоев молекул растворителя.

Особенно характерно это для  полярных макромолекул в водной среде. Гидратные оболочки, окружающие полярные группы, создают упругую водную сетку. Таким образом, жидкость, заполняющую сетку студня (интермицеллярную), можно условно разделить на две части: «свободную» и «связанную», входящую в состав сольватных оболочек.

Связанная вода обладает особыми свойствами, большей плотностью, пониженной температурой замерзания (до —15°С), потерей растворяющей способности [58, 145]. При этом в процессе охлаждения студней, как это показано на примере студней агара, пониженные температуры содействуют превращению свободной воды, разрыхляющей студень, в связанную воду, упрочняющую студень. Повышение прочности студней агара при технологических процессах может быть использовано только при пониженных температурах, например резка пластов студнеобразной массы без деформации при низких температурах.

Основными задачами современной коллоидной химии и физико-химической механики являются изучение механизма образования  пространственных дисперсных структур, управление их свойствами и процессами структурообразования.

 

 

 

 

Использование в пищевой промышленности

Желирующие вещества используются в кондитерской промышленности при приготовлении мармелада, желейных и сбивных конфет и пастильных изделий, а также в кулинарии.

  В качестве студнеобразователей применяют: агар, агароид, пектин, в незначительном количестве желатин, все эти компоненты в результате образуют желирующие вещество.

Агар. Это студнеобразующее вещество, которое получают из морских водорослей анфельции и фурцеллярии. Для получения агара промытые водоросли вываривают в горячей воде с добавлением определённого количества щелочи. Полученный отвар фильтруют, охлаждают до полного застудневания, разрезают, дополнительно очищают, затем обезвоживают.

 Агар в холодной воде не  растворяется, но хорошо набухает. В горячей растворяется почти  полностью. При остывании раствор  переходит в студень. 

 Агар подразделяют на высший и 1 сорта.

 Цвет  — от белого до светло-коричневого. Внешний вид — порошок, плёнки и пластины. Прочность агарового студня — не менее 200 г. Температура плавления — не ниже 800С; застудневания — не ниже 300С; массовая доля влаги — не более 20%.

  Срок хранения агара 1 год со дня выработки при температуре 200С и относительной влажности воздуха не выше 80%.

Агароид натриевый ( агар черноморский ). Агароид получают из морских багряных водорослей рода филлофора путём вываривания их в горячей воде. Водоросли предварительно обрабатывают едким натром. После выпаривания раствора их очищают и сушат.

  По студнеобразующей способности агароид значительно уступает агару. Студни на основе агароида имеют затяжистую консистенцию и не обладают характерным для агара стекловидным изломом. Агароид застудневает при значительно более высокой температуре, чем агар.

 В зависимости от технологии  агароид выпускают в виде листов, пластинок, пористых пластин, хлопьев, крупки и порошка.

  Цвет агароида от светло-серого до серого; внешний вид — листы толщиной не более 0,5 мм, пластинки, пористые пластинки, хлопья, порошок или крупка; массовая доля влаги — не более 18%; температура плавления — не ниже 500С, застудневания — не ниже 200С.

Пектин. Входит в состав фруктов, ягод, овощей, стеблей листьев, корней и  других частей многих растений.

  Получение пектина из растительного сырья сводится к двум основным процессам: извлечение (экстрагирование) пектина и обработка полученного пектинового раствора.

  Пектин легко набухает, растворяется в холодной и горячей воде. Водные растворы обладают высокой вязкостью.

  Внешний вид — порошок, допускается наличие волокнистой фракции; вкус и запах — слабокислые; цвет — от светло-серого до кремового; массовая доля влаги- не более 0,8%; студнеобразующая способность — не менее 170 Тарр-Бейкера.

 Срок хранения не более  6 мес. 

Желатин. Это студнеобразователь животного происхождения. Получают желатин из сырья, содержащего коллаген или осеин (шкуры, сухожилия, хрящи и кости животных).

  В холодной воде и разбавленных кислотах желатин набухает, поглощая воду в количестве, в 10 — 15 раз превышающем его собственную массу. Желатин легко растворяется в горячей воде, образуя при охлаждении студень. Студнеобразующая способность желатина в 5...8 раз слабее агара и пектина.

В кондитерской промышленности широко распространены технологические процессы, связанные с образованием студнеобразных и пенообразных масс. В производстве конфет студнеобразование обусловливает получение фруктовых и фруктово-желейных изделий, а также сбивных конфет типа «Суфле» и «Птичье молоко».

Технологические процессы производства этих изделий включают предварительное  растворение студнеобразователя, получение рецептурной смеси, уваривание с целью удаления части влаги, добавление к уваренной массе вкусовых и ароматизирующих веществ, в случае получения сбивных конфет — сбивание с пенообразователем, формование, охлаждение, в продолжение которого формируется студнеобразная структура.