Набухання в технології харчових виробництв

Набухання має дуже велике значення для багатьох технологічних процесів в харчовій промисловості.

В хлібопекарному виробництві і виробництві борошняних кондитерських виробів основною сировиною є борошно. Головні складові частини борошна – білок і крохмаль – по будові відносяться до типових ВМС. При змішуванні борошна з водою частинки його набухають і злипаються у відносно однорідну масу, утворюючи тісто. При цьому набухання білка і крохмалю протікає по різному. Процес набухання нерозчинного у воді білка борошна, що утворює клейковину, здійснюється в дві стадії. На І стадії іде гідратація макромолекул білка, на II стадії відбувається осмотичне зв'язування води. Білки борошна при набуханні поглинають воду, по масі, яка перевищує більш ніж в 2 рази масу борошна. Причому основна частина води, ≈75 %, зв'язана осмотично. На відміну, від білків, зерна крохмалю зв'язують воду тільки в результаті гідратації, і їх об'єм збільшується незначно,

Здатність білків борошна до набухання визначає фізичні властивості тіста. Якщо білок набухає обмежено, зв'язуючи досить велику кількість води, то утворене тісто буде еластичним і густим по консистенції.

При необмеженому набуханні білків, тобто коли частина їх переходить в розчинений стан, тісто буває рідким по консистенції, липким, тобто фізичні властивості тіста погіршуються .

В борошномельній промисловості зерно, головним чином пшеничне, підлягає гідротермічній обробці, тобто при підвищеній температурі (до 50°С) зерно зволожують. В основі цього процесу лежить набухання. Для зерна характерне обмежене набухання, при якому воно збільшується в об'ємі. В зв'язку з тим, що зерно набухає нерівномірно, в ньому з'являються зони підвищеного тиску набухання, тобто зони внутрішньої температури. В результаті між окремими частинами зерна ослаблюються сили взаємодії і полегшується його руйнування при розмелі.

3. Загальна характеристика розчинів полімерів

Розчини ВМС схожі з золями тим, що мають однакові розміри молекул, для обох характерна мала швидкість дифузії частинок, нездатність їх проникати через напівпроникну перегородку.

Схожість розчинів полімерів з істинними молекулярними розчинами проявляється в утворенні їх в результаті самовільного розчинення, в термодинамічній стійкості і в можливості одержання розчинів порівняно високої концентрації. Слід відмітити, що самовільне розчинення (диспергування) і термодинамічна стійкість – властивості притаманні не тільки істинним молекулярним розчинам. Ліофільні колоїдні системи термодинамічно стійкі і можуть утворюватися в результаті самовільного диспергування. Все це дає можливість рахувати, що розчини полімерів поєднують в собі властивості істинних молекулярних розчинів типових колоїдних систем, причому властивості розчинів полімерів також залежать від концентрації, температури, природи розчинника і полімера.

Сильно розбавлений розчин полімеру невеликої молекулярної маси в дуже гарному розчиннику представляє собою гомогенний молекулярний розчин. Із збільшенням концентрації або з погіршенням розчинної здатності розчинника макромолекули полімеру або звертаються у відносно густий клубок – глобулу, або утворюють агрегати з декількох макромолекул. Ці два процеси приводять до виникнення нової фази, тобто до утворення міцел. Розчин полімеру, що містить міцели, набуває властивостей звичайного золя. Агрегативна стійкість такого золю обумовлена тим, що при утворенні міцели, полярні або неполярні групи полімеру певним чином орієнтуються на межі макромолекула – середовище, завдяки чому навколо міцел створюється сольватна оболонка. Цей процес аналогічний процесу орієнтації при утворенні міцел з молекул ПАР.

Також як і в колоїдних розчинах ПАР, в реальних розчинах ВМС в рівновазі знаходяться макромолекули і їх асоціати – міцели. Крайніми випадками цієї рівноваги є ідеальний молекулярний розчин і ліофобний золь. Між ними можливі різні перехідні системи, що володіють одночасно властивостями колоїдних систем і молекулярних розчинів. Для таких систем застосовують термін – молекулярні колоїди. При звичайних умовах розчини ВМС за своїми властивостями ближчі до колоїдних систем і є термодинамічно стійкими ліофільними колоїдними системами.

Властивості ВМС залежать від величини і форми їх молекули. Так, ВМС, що мають сферичні молекули (гемоглобін, глікоген, пепсин, трипсин, панкреатин та ін.) зазвичай являють собою порошкоподібні речовини і при розчиненні майже не набухають. Розчини цих речовин мають малу в'язкість навіть при порівняно великих концентраціях і підкоряються законам дифузії й осмотичного тиску.

ВМС із дуже асиметричними лінійними (розгалуженими), витягнутими молекулами (желатин, целюлоза та її похідні) при розчиненні дуже набухають і утворюють високов'язкі розчини, що не підкоряються закономірностям, властивим для розчинів низькомолекулярних речовин. Розчинення ВМС з лінійними молекулами супроводжується набуханням, останнє є першою стадією їх розчинення. Причина набухання в тому, що при розчиненні відбувається не тільки дифузія молекул речовини, яка розчиняється, у розчинник, як це відбувається при розчиненні низькомолекулярної речовини (НМР), але і дифундування розчинника у ВМС.