CC BY
56УДК 57.013
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАБУХАНИЯ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
Васильева А. П. студентка 2 курса направление подготовки «Продукты переработки животного происхождения»
Научные руководители: Ермакова Л.А., к.п.н., доцент кафедры химии ФГБОУ ВПО ОрелГАУ; Воронкова М.В., к.с.-х.н., доцент кафедры химии ФГБОУ ВПО ОрелГАУ
АННОТАЦИЯ:
Поставлен эксперимент по исследованию процесса набухания высокомолекулярных соединений на примере желатина в зависимости от природы растворенных веществ и рН среды. Данные эксперимента обработаны и обобщены. Изучена роль процесса набухания в пищевой промышленности.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: набухание, желатин, пищевая промышленность, природа растворенных веществ, рН среды.
ABSTRACT
The experiment on the study of swelling process of macromolecular compounds on the example of gelatin depending on the nature of solutes and pH is carried out. The experiment data are processed and summarized. The role of swelling process in the food industry is studied.
KEY WORDS
Swelling, gelatin, food production, solutes nature, pH.
Набухание - самопроизвольное поглощение низкомолекулярного растворителя высокомолекулярным веществом. Это приводит к увеличению его объема и массы. Молекулы высокомолекулярных соединений состоят из большого числа повторяющихся одинаковых звеньев, которые обладают большой молекулярной массой и особыми свойствами. Высокомолекулярное соединение может набухать только в тех жидкостях, которые по отношению к нему являются «хорошим» растворителями. Явление набухания характеризуется степенью набухания а. Степень набухания - это относительное увеличение массы или объема полимера к определенному моменту времени при определенной температуре. Степень набухания полимера зависит от температуры, давления, рН среды, наличия электролитов.
Степень набухания можно определять весовыми или объемными методами. - Изучение влияния природы растворенных веществ на набухание желатина. Изучение набухания желатина проводилось при комнатной температуре не выше 22°С.
В 5 мерных пробирок одинакового диаметра вносят по 0,3 г порошка желатина. В первую пробирку наливают 5 см3 дистиллированной воды, в остальные - по 5 см3 различных растворов (HCl, KCNS, K2SO4, NaOH). Пробирки осторожно встряхивают, чтобы частицы желатина опустились на дно, и определяют объем слоя желатина до набухания. Через 30 - 40 мин измеряют объем слоя набухшего желатина и рассчитывают степень набухания по формуле:
а = (V-V0)/V0, где V, V0 ( мл- объем слоя до и после набухания).
Таблица 1 - Влияние природы растворителя на степень набухания.
№ пробирок Состав растворителя Объем желатина(в мл) Степень набухания (а)
До набухания После набухания
1 Вода дистиллированная 1 2,8 1,8
2 HCl 1 1,2 0,2
3 KCNS 1,2 1,9 0,6
4 K2SO4 0,9 2 1,2
5 NaOH 1 1,1 0,1
Вывод: в растворах щелочных на набухание влияют катионы, в кислых-анионы, т.е. набухание высокомолекулярных соединений происходит под действием растворов электролитов. Основное влияние оказывают ионы, разноименные с зарядом макромолекулы.
- Изучение влияния рн среды на набухание желатина.
В 5 мерных пробирок одинакового диаметра вносят 0,3 г порошка желатина и наливают компоненты ацетатной буферной смеси.
Содержимое пробирок перемешивают, после оседания желатина измеряют объем слоя до набухания и оставляют на 30 - 40 мин, изредка перемешивая. Затем измеряют объем слоя набухшего желатина и рассчитывают степень набухания.
Таблица 2 - Влияние рН на набухание полимера.
№ пробирок Состав буферной смеси Объем желатина (в мл) рН желатина Степень набухания (а)
СНзСООNа, 0,2 моль/л СН2СООН, 0,2моль/л До набухания После набухания
1 0,75 9,25 0,7 1,2 3,6 0,7
2 1,8 8,2 1 2,2 4,0 1,2
3 3,7 6,3 0,9 1,8 4,4 1
4 5,9 4,1 0,9 1,6 4,8 0,7
5 6,8 3,2 0,9 1,7 5,4 0,8
Вывод: минимальное набухание высокомолекулярных соединений наблюдается в области изоэлектрической точки (например, рН желатина = 4,7). Макромолекула не заряжена, степень гидратации полярных групп минимальна. При более низких или более высоких рН степень набухания растет.
Явление набухания находит широкое применение в пищевой промышленности.
Желатин представляет собой смесь белковых веществ. Ее получают гидролизом коллагена и оссеина, которые входят в состав кожи, сухожилий, костей. Желатин имеет макромолекулы в виде вытянутых нитей. При действии воды и при комнатной температуре (ниже 22 °С) желатин ведет себя как нерастворимый ограниченно набухающий студень. Для набухания сухого желатина необходимо большое количество воды. Первоначальный объем вещества увеличивается в четырнадцать раз.
При повышении температуры желатиновый студень плавится и превращается в раствор. Теплый желатиновый раствор хорошо смешивается с водой и глицерином. При понижении температуры у желатиновых растворов теряется текучесть, растворы застудневают,
Желатин используется в мясной промышленности при изготовлении мясных консервов, заливных и других продуктов в качестве желирующего и стабилизирующего вещества. Желатин вносят как в сухом, так и в виде раствора в зависимости вырабатываемых продуктов, норма расхода 1-2% от массы. При использовании желатина его дозировка может быть снижена за счет высокого показателя вязкости.
Библиография
1. Практикум по коллоидной химии: Учебное пособие / Под ред. М.И. Гельфмана.-СПб.: Изд-во «Лань», 2005.-256 с.
