10 Гели и студни

Растворы ВМС и некоторые лиофобные золи способны при определенных условиях терять свою текучесть из-за образования межчастичных связей и образовывать гели и студни.

Гели. Гели – это структурированные, потерявшие текучесть системы, образовавшиеся при определенных условиях из лиофобных золей в результате сцепления частиц своими ребрами и углами. На этих участках толщина сольватных оболочек минимальная и расклинивающее действие молекул растворителя выражено слабее. При гелеобразовании возникает трехмерная сетка-каркас, в ячейках которого заключена интермицеллярная жидкость.

В отличие от коагуляции при гелеобразовании устойчивость теряется лишь частично, разделение фаз не происходит, система приобретает определенную структуру, но остается двухфазной гетерогенной системой. Для гелей свойственно явление тиксотропии.

Тиксотропия – это способность гелей при механическом воздействии (встряхивании, перемешивании) разжижаться, то есть переходить в состояние золя, а после прекращения воздействия - снова восстанавливать свою структуру. Тиксотропные превращения обратимы и изотермичны, то есть происходят при постоянной температуре

Гели не обладают эластичностью, при обезвоживании превращаются в хрупкие пористые и ненабухшие тела. Они впитывают любые смачивающие их жидкости, почти не изменяя своего объема.

Студни. Студни – это структурированные гомогенные системы, образовавшиеся из растворов ВМС в результате действия межмолекулярных сил сцепления в негидратированных участках соседних макромолекул. Их можно получать методом застудневания растворов ВМС и методом набухания. В кулинарной практике для получения однородных студней применяют комбинированный метод, то есть сухому веществу (желатин, агар-агар) дают набухать и получают студнеобразную массу, которую нагреванием переводят в состояние раствора ВМС и затем охлаждая получают студень.

На способность застудневать влияет природа растворенных веществ, форма их частиц, концентрация, температура, время процесса и примеси электролитов. Процесс застудневания протекает хорошо, если частицы ВМС имеют палочковидную или лентообразную формы.

Повышение концентрации ускоряет застудневание. Для каждого ВМС при данной температуре существует некоторая минимальная концентрация, ниже которой раствор ВМС не застудневает. Например, при комнатной температуре для желатина она составляет 0,5%, а для агар-агара 0,2%.

Способность застудневать увеличивается при понижении температуры. При повышении температуры студни разжижаются.

Застудневание происходит за определенное время, которое называется периодом созревания.

Студни, полученные из растворов ВМС, при высушивании уменьшаются в объеме и уплотняются, но все равно сохраняют эластичность. При набухании они снова дают студни и затем растворы ВМС.

Для студней характерно явление синерезиса. Синерезис – это процесс самопроизвольного уплотнения студней, сопровождающийся отделением (выдавливанием) дисперсионной среды из ячеек структурной сетки, процесс старения студней. В результате синерезиса объем студня и его прозрачность уменьшаются, причем часто сохраняется форма того сосуда, в котором студень содержался.

Незначительное повышение температуры, как правило, способствует синерезису, так как при этом облегчается перемещение молекул для более удобной усадки студня. Но значительное повышение температуры, наоборот, приводит к образованию раствора ВМС. Увеличение концентрации ВМС также способствует синерезису. Для растворов белков максимальная скорость синерезиса наблюдается в изоэлектрическом состоянии.

Если при синерезисе не протекают какие-либо химические ре-акции, то процесс является обратимым. В противном случае обратимость теряется и происходит старение студня. При старении студень теряет способность удерживать связанную воду. Этим объясняется то, что с возрастом ткани растений и животных из-за синерезиса становятся более жесткими. Чаще всего, синерезис является нежелательным процессом: черствение хлеба, отмокание мармелада, желе, джемов и карамели. Положительную роль синерезис играет в производстве творога и в процессе созревания сыра.

Образование гелей и студней имеет практическое значение при производстве полимерных материалов, катализаторов и сорбентов, пищевых продуктов, фармацевтических и косметических препаратов, искусственной кожи, мембранных фильтров и другие.