Физическая и коллоидная химия

     Цеолиты (от греч. цео - кипеть, литос - камень) получили свое название за способность эффективно поглощать воду, которая при нагревании испаряется, производя впечатление кипящего камня. Цеолиты являются молекулярными ситами, адсорбирующими лишь определенные компоненты из газовых смесей. Цеолиты представляют собой природные и синтетические алюмосиликаты, имеющие трубчатые полости строго определенного для каждого класса диаметра в диапазоне 0,4-1,1 нм.

     Адсорбция газов на твердых поверхностях используется в некоторых отраслях пищевой  промышленности, а именно масложировой (например, в производстве маргарина) и в бродильной (например, в производстве дрожжей) для очистки технологических газовых потоков с целью предотвращения выбросов вредных веществ в атмосферу. Поглощение паров воды происходит на пористых веществах, которые выполняют роль твердого адсорбента. Подобные процессы наблюдаются в отношении сахара, соли и сухарей. Адсорбционный способ регулирования газового состава хранилищ скоропортящихся продуктов позволяет в несколько раз сократить потери и увеличить сроки хранения. Адсорбция различных пищевых кислот, лимонной в частности, снижает по сравнению с водой поверхностное натяжение большинства прохладительных напитков. Адсорбция веществ на поверхности раздела жидкость — газ способствует устойчивости пен. Подобный процесс имеет место в бродильной промышленности при производстве дрожжей и некоторых других полупродуктов. Усиление смачивания водой различных поверхностей широко используется в промышленности в качестве сопутствующего процесса при мойке оборудования, подготовке сырья, обработке полуфабрикатов и т.д. Адсорбция на границе твердое тело - жидкость широко применяется при очистке жидкостей (например, диффузионного сока при производстве сахара, растительных масел и соков) от примесей.

      5.1. Выбрать правильный ответ и пояснить их: 

     Силикаге́ль  представляет собой высушенный гель, образующийся из пересыщенных растворов кремниевых кислот (nSiO2·mH2O) при pH > 5—6. Твёрдый гидрофильный сорбент.

     Получается  при подкислении растворов силикатов щелочных металлов с последующей промывкой  и  высушиванием образовавшегося геля.

     Na₂SiO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂SiO₃

     H₂SiO₃ = SiO₂ +  H₂O   

     Силикагель  имеет огромную площадь поверхности (800 м²/1 г), состоящую из групп —SiOH, расположенных на расстоянии 0,5 нм друг от друга. Эти группы являются активными центрами, причём активность конкретной партии  силикагеля  зависит от числа  и  активности таких центров. В активном адсорбенте, то есть таком, из которого удалена адсорбированная на его поверхности вода, многие центры будут активны.

     Поверхность  силикагеля  состоит из полярных частиц, то есть она гидрофильна и поэтому  энергично   адсорбирует  воду и слабо  адсорбирует  неполярные жидкости (углеводороды, эфиры, масла и т. д.).  Силикагель  хорошо адсорбирует пары полярных веществ, например: спиртов и бензола .

      Ответ: п.4 

      6. Вопрос № 52. Пищевые пены: понятия, виды, их состав и строение, влияние на консистенцию пищи. 

     Пены - ячеистые дисперсные системы, представляющие собой совокупность пузырьков газа (пара), разделённых тонкими прослойками жидкости. Пены по размеру пузырьков относятся к грубодисперсным системам; размер пузырьков, составляющих дисперсную фазу, лежит в пределах от долей мм до нескольких см. Общий объём заключённого в них газа может в сотни раз превосходить объём дисперсионной среды - жидкости, находящейся в прослойках.

     Образование пены, или вспенивание, происходит при диспергировании газа в жидкой среде и во время выделения новой газовой фазы в объёме жидкости. Возникновение устойчивых высокодисперсных   пены  обусловлено присутствием в жидкости стабилизаторов  пены , или пенообразователей. Эти вещества облегчают вспенивание и затрудняют отток жидкости (дренаж) из пенных плёнок, препятствуя коалесценции (слиянию) пузырьков. Действуют они так же, как стабилизаторы эмульсий и лиофобных коллоидных систем: снижают поверхностное натяжение и создают адсорбционно-сольватный слой с положительным расклинивающим давлением. В водных средах особенно эффективны мыла, мылоподобные поверхностно-активные вещества и некоторые растворимые полимеры, образующие на границе жидкости с газом слои с явно выраженными структурно-механическими свойствами. Увеличение вязкости дисперсионной среды повышает устойчивость  пены. Чистые жидкости с низкой вязкостью не образуют  пены 

     Пены по своей природе близки к концентрированным эмульсиям, но дисперсной фазой в них является газ, а не жидкость. Пены получают из растворов поверхностно-активных веществ. Для повышения их устойчивости в растворы ПАВ добавляют высокомолекулярные вещества, повышающие вязкость растворов.

     В качестве характеристик пены используется комплекс свойств, всесторонне характеризующих пену.

     1) Пенообразующая способность раствора – количество пены, выражаемое её объемом (см3) или высотой столба (м), которое образуется из заданного постоянного объема пенообразующего раствора при соблюдении некоторых стандартных условий пенообразования в течение постоянного времени.

     2) Кратность пены b, которая представляет собой отношение объема пены Vп к объему раствора Vж, пошедшего на ее образование (рис. 2):

      , (2.7.24)

     где Vг- объем газа в пене.

     3) Стабильность (устойчивость) пены - ее способность сохранять общий объем, дисперсность и препятствовать вытеканию жидкости (синерезису). Часто в качестве меры стабильности используют время существования («жизни») выделенного элемента пены (отдельного пузырька или пленки) или определенного объема пены.

     4) Дисперсность пены, которая может быть охарактеризована средним размером пузырьков, распределением их по размерам или поверхностью раздела «раствор - газ» в единице объема пены.

     Газовые пузырьки в пенах разделены тончайшими пленками, образующими в своей совокупности пленочный каркас, который и служит основой пен. Такой пленочный каркас образуется, если объем газа составляет 80-90% общего объема. Пузырьки плотно прилегают друг к другу и их разделяет только тонкая пленка раствора пенообразователя. Пузырьки деформируются и приобретают форму пентаэдров. Обычно пузырьки располагаются в объеме пены таким образом, что три пленки между ними соединяются как это показано на рисунке.

     В каждом ребре многранника сходятся три пленки, углы между которыми равны 120о. Места стыка пленок (ребра многогранника) характеризуются утолщениями, образующими в поперечном сечении треугольник. Эти утолщения называют каналами Плато-Гиббса, в честь известных ученых - бельгийского ученого Ж. Плато и американского - Дж. Гиббса, внесших большой вклад в изучение пен. Четыре канала Плато-Гиббса сходятся в одной точке, образуя по всей пене одинаковые углы 109о 28’. Площадь поперечного сечения треугольного канала Плато-Гиббса определяется как

      , (2.7.24)

     где – средний радиус пузырьков в пене.

     Рисунок 2. Схема фрагмента высокократной пены 

     Если  объем газовой фазы невелик и  пленки между пузырьками толстые, то такая пена неустойчива и очень быстро разрушается. В зависимости от формы пузырьков пены делятся на сферические и многогранные. Сферические пены отличаются высоким содержанием жидкости и поэтому неустойчивы, их относят к метастабильным. В таких системах пузырьки коалесцируют - сливаются при соприкосновении.

     Пены  также весьма распространены среди  пищевых  продуктов.  . Чтобы  пена  образовалась и могла существовать, необходимо присутствие в системе поверхностно-активных веществ - пенообразователей. Эти же вещества чаще всего выполняют и роль стабилизаторов  пен . Как и другие коллоидные системы,  пены  термодинамически нестабильны. Газ и жидкость, из которых они состоят, стремятся образовать два слоя с минимальной поверхностью раздела фаз. Поэтому  пены  в готовых  пищевых  продуктах стабилизируют формированием мельчайших кристаллов сахара (нуга), фиксируют путём термообработки (подсушивание зефира, выпекание бисквита, закаливание мороженого) и добавкой стабилизаторов  пены . 

     Пена  всегда рассматривалась  в   кулинарии  как нежелательный, побочный элемент, и потому существовали стойкие рекомендации — снимать ее сразу же после появления в любом блюде. Эти рекомендации, обосновывавшиеся прежде, особенно в XVIII—XIX вв., лишь соображениями красоты и аромата кушаний, приобретают сейчас особое гигиеническое и профилактическое значение. К тому же блюда, с которых в процессе приготовления регулярно снимают  пену , значительно лучше по вкусу.  
 Пену , появляющуюся на поверхности воды при приготовлении таких блюд, как супы, компоты, отварные изделия из теста и картофеля, нужно снимать сразу же в момент ее появления и до полного исчезновения. Только после этого суп или компот можно наполнять другими компонентами — пряностями, жирами или сахаром. При появлении  пены  на поверхности супов следует сразу же уменьшить огонь, чтобы она спокойно сбивалась к краям посуды, а не дробилась и не вваривалась в жидкость.  
При изготовлении варенья  пену  снимают сначала с сахарного сиропа, а затем вторично, после закладки сырья. Чем лучше очищен сироп, тем меньше  пены  появляется при варке ягод или фруктов. Варенье, с которого быстро снимают  пену , лучше и равномернее проваривается и, главное, не переваривается, а потому сохраняет естественный цвет, аромат и вкус.  
Если сироп предварительно очищен, то  пена , образуемая затем при варке ягод и других компонентов, выглядит более чистой и по ней легче следить за процессом приготовления. Пока  пена  розоватая или лимонно-желтая, варенье может еще стоять на огне. Как только она начинает темнеть или жухнуть — это сигнал, что варенье переварилось.