Глава 3: Растворы.

3.1. Общая характеристика растворов.

Концентрация растворов. Вода как

растворитель

Раствором называют находящуюся в состоянии равновесия гомогенную систему переменного состава из двух и более компонентов. Концентрация раствора. При внесении растворяемого вещества в растворитель процесс растворения идет самопроизвольно, и раствор остается ненасыщенным, т.е. в раствор может переходить

еще некоторое количество вещества. Когда раствор становится насыщенным, то в такой системе неопределенно долго могут сосуществовать без каких-либо изменений раствор и избыток растворяемого вещества. Равновесное состояние может быть нарушено только в результате изменения температуры, давления или введения других веществ. В перенасыщенном растворе концентрация вещества выше, чем в насыщенном (при данных температуре и давлении); его можно приготовить осторожным и медленным охлаждением насыщенного при высокой температуре раствора соли слабой кислоты (тиосульфатов и ацетатов щелочных металлов). Перенасыщенный раствор представляет собой систему, находящуюся в кажущемся равновесии. Встряхивание или внесение в

дего кристаллов того же вещества, которое находится в растворе, или другого, например изоморфного с ним, вызывает кристаллизацию, происходит выделение избытка растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.

Концентрацией раствора называется количество (масса или объем) растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве (массе или объеме) раствора или растворителя. Ее выражают различными способами.

В общественном питании процессы растворения в производстве кулинарной продукции играют как вспомогательную роль, так и основную. Например, приготовление сахарных сиропов, рассолов является вспомогательным процессом, но совершенно необходимым.

Для выработки многих кулинарных изделий, составляющими компонентами которых являются сахар и соль, процессы растворения играют основную роль. Процесс растворения занимает важное место при производстве продукции на основе сухого сырья. Так, приготовление бульонов, мороженого, восстановленного молока,

киселей, муссов из сухих полуфабрикатов может быть эффективным,

если рационально проведен процесс растворения исходного сырья. Приготовление многих кулинарных изделий из концентратов также связано с растворением отдельных входящих в них компонентов.

При изготовлении различных кулинарных изделий на предприятиях

общественного питания необходимо учитывать содержание воды в продуктах, ее физиологическую роль в клетках, влияние на сохранность продуктов, характер связи с материалом, а также иметь представление о формировании кристаллов льда

при замораживании. Пищевые продукты, за исключением жиров, являются гидрофильными структурами, содержащими в качестве основного растворителя воду, которая оказывает влияние на механические свойства продуктов.

Пищевые продукты являются такими системами, в которых влага имеет различные формы связи с адсорбентом — сухим скелетом тела. Классификация форм связи влаги в коллоидных капиллярно-пористых материалах, предложенная академиком П.А. Ре-

биндером, учитывает природу образования и энергию связи влаги с материалом. Первая форма связи исключительно прочная: вода может быть удалена из материала только при химическом взаимодействии или особо интенсивной тепловой обработке.

При второй форме связи влага удерживается молекулярным силовым полем или осмотически (влага набухания).

При третьей форме связи влага удерживается в определенных количествах (влага микрокапилляров). Природа образования форм связи влаги обусловливает и механизм ее удаления при тепловой обработке (сушке). Так, если нужно адсорбционно связанную воду (химическая связь) превратить в пар внутри материала, требуется затратить

теплоту. Влага набухания обычно перемещается внутри продукта и удаляется из него через стенки клеток путем диффузии.

В общественном питании процесс растворения во многих случаях является сопутствующим при проведении других тепловых процессов, например при адсорбции, ректификации, варке и жарке и т.д. Растворение твердых тел относят к процессам с фиксированной поверхностью фаз, так как всегда имеется выраженная граница раздела между жидкостью и твердым веществом. Для интенсификации твердое вещество растворения измельчают, чтобы увеличить поверхность его контакта с жидкостью, поскольку процесс растворения тем эффективнее, чем большую удельную поверхность имеет твердое вещество. Для приготовления пищи путем тепловой обработки (варка, жарка) особый интерес представляет массопередача в твердой фазе. В этих процессах кроме массоотдачи от поверхности раздела фаз в жидкость, пар, жир (фритюр) имеет место перемещение вещества в твердой фазе — массопроводность.

В процессах варки и жарки различаются направления распространения

температуры и концентрации диффундируемого вещества.

Температурный градиент направлен от периферии продукта к его центру, а градиент концентрации — от центра к периферии.

При этом диффундируемое тяжелое вещество перемещается в направлении градиента температур, а диффундируемое легкое вещество в направлении градиента концентрации. Подобное явление получило название термодиффузии. При термодиффузии процесс массообмена может быть несколько затруднен вследствие

противоположных направлений движения, например, влаги и паров при варке, жарке, сушке. В газовых и жидкостных системах частицы распределяются равномерно по всему объему. Например, если к концентрированному раствору сахара осторожно прилить чистую воду, то молекулы сахара, совершая хаотические движения за счет

тепловой энергии, через некоторое время равномерно распределятся по всему объему жидкости. Одновременно молекулы воды проникают в раствор сахара, разбавляя его. Оба процесса идут самопроизвольно и до тех пор, пока не произойдет полного выравнивания концентрации сахара во всем объеме раствора.

Если приготовить препарат дрожжевой культуры в дистиллированной воде, то в результате осмоса произойдет набухание дрожжевых клеток, вследствие чего изменится их внешний вид — они станут упругими и эластичными. В случае, когда количество

поглощенной клеткой воды избыточно, это может привести к разрыву ее оболочки и гибели клетки. В пищевых продуктах осмотически удерживаемая вода перемещается

преимущественно в виде жидкости (диффузионный перенос); потенциалом ее переноса служит осмотическое давление.