Аэрозольное загрязнение атмосферы

Аэрозоли -дисперсные системы, состоящие из жидких или твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газообразной среде. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей.

Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже:

Производственный процесс.

Выброс пыли, млн.т/год

1. Сжигание каменного угля 93,600

2. Выплавка чугуна 20,210

3. Выплавка меди (без очистки) 6,230

4. Выплавка цинка 0,180

5. Выплавка олова (без очистки) 0,004

6. Выплавка свинца 0,130

7. Производство цемента 53,370

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы.

При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвнстного в природе фотохимического тумана.

Над крупными городами атмосфера содержит в 10 раз больше аэрозолей и в 25 раз больше газов

Фотохимический туман (смог)

Загрязнение атмосферного воздуха превзошло все допустимые пределы. Концентрация вредных для здоровья веществ в воздухе превышает медицинские нормы во многих городах в десятки раз.

Смог (англ. smog, от smoke — дым и fog — туман), аэрозоль, состоящий из дыма, тумана и пыли. Возникает в атмосфере промышленных городов из частиц сажи, пепла, продуктов сухой перегонки топлива; во влажной атмосфере содержит также капельки жидкости. В жаркую сухую погоду наблюдается в виде желтоватой пелены.

Смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

 

_65. Набухание - увеличение массы и объема полимера за счет проникновения молекул растворителя в пространственную структуру ВМС.

Причина набухания - большая раз­ница в размерах молекул растворяемого вещества и раствори­теля и, как следствие, большое различие в скоростях их диф­фузии. При набухании вначале происходит практиче­ски односторонняя диффузия молекул растворителя в про­странственную сетку полимера, имеющая ту же природу, что и осмос растворителя в осмотическую ячейку через поры полупроницаемой мембраны.

Механизм набухания сводится к проникновению молекул растворителя в ближайшие слои полимера и сольватации со­ответствующих участков полимерной цепи. В результате мак­ромолекулы «разрыхляются», что облегчает дальнейшее про­никновение молекул растворителя и увеличение массы и объ­ема полимера.

Различают два вида набухания: неограниченное, заканчи­вающееся полным растворением ВМС (например, набухание желатины в воде, каучука в бензоле, нитроцеллюлозы в ацето­не) и ограниченное, приводящее к образованию набухшего полимера - студня (например, набухание целлюлозы в воде, желатины в холодной воде, вулканизованного каучука в бен­золе). Студень представляет собой пространственную сетку, состоящую из связанных между собой макромолекул полиме­ра и заполненную молекулами растворителя.

Степень ограниченности процесса набухания и возмож­ность самопроизвольного растворения определяются соотно­шением энергии связи в решетке полимера и энергии сольва­тации полимерной цепи с учетом энтропийного фактора. Набухание и растворение ВМС зависят от:

1. природы растворителя и полимера,

2. строения макромолекул полимера,

3. температуры,

4. присутствия электролитов,

5. от рН среды (для полиэлектролитов).

Процессы набухания и растворения, ВМС являются избира­тельными процессами. Для образования раствора ВМС необходимо его сродство с растворителем (лиофильность). Неполярные полимеры хорошо набухают (раство­ряются) в неполярных растворителях (каучук в бензоле или бензине) и не набухают в полярных. Полярные полимеры лучше набухают (растворяются) в полярных жидкостях (белок в воде) и не набухают в неполярных.

Из-за сродства полимера с растворителем при набухании и растворении большая часть растворителя «связывается» в сольватные (гидратные) оболочки. Особенно это характерно для полярных макромолекул в водной среде. И поскольку макромолекулы обладают большой поверхностью, то для не­ограниченного набухания (растворения) даже в лиофильной системе требуется достаточное количество жидкости. Иначе процесс набухания может остановиться на стадии ограничен­ного набухания, т.е. образования студня. Существенную роль в набухании играет строение макро­молекул полимера. Например, полимеры с длинными жестки­ми цепями и большим количеством полярных групп хорошо набухают, но не растворяются даже в соответствующем рас­творителе (целлюлоза в воде). Если полимер растворяется в жидкости не достаточно хорошо, то также образуется студень.

Температура на эти процессы влияет в соответствии с принципом Ле Шателье. Поскольку набухание сопровождает­ся выделением теплоты на первом этапе, то с повышением температуры степень набухания, а также растворимость по­лимера, уменьшаются. На второй стадии набухание может стать эндотермическим процессом. Следовательно, в этом случае набухание с возрастанием температуры увеличивается.

Например, если в холодной воде желатина набухает ограни­ченно, то с повышением температуры - неограниченно, т.е. растворяется. При охлаждении полученного раствора снова образуется студень. Однако скорость набухания (растворения) полимеров с увеличением температуры растет ввиду увеличе­ния скорости диффузии.

Действие ионов электролитов на набухание полярного ВМС связано с их способностью к гидратации. Поскольку анионы гидратируются больше, чем катионы, то катионы влияют на набухание этих полимеров незначительно.

По спо­собности уменьшать набухание анионы располагаются в так называемый лиотропный ряд или ряд Гофмейстера (при одном и том же катионе): СNS^- < I^- < Вr^- < NO₃^- < СI^- < СН₃СОО^- < SO₄^2-

Ионы СNS^- усиливают набухание вследствие того, что, слабо гидратируясь, они хорошо адсорбируются на макромо­лекулах ВМС. А ионы SO₄^2- процесс набухания тормозят, так как сульфат-ионы сильнее всех анионов этого ряда гидрати­руются, уменьшая этим количество «свободной» (не связан­ной в гидратные оболочки) воды.

Влияние рН среды особенно значительно для высокомоле­кулярных электролитов (белков, нуклеиновых кислот, произ­водных целлюлозы и крахмала). Минимум набухания отмеча­ется в ИЭТ, поскольку в ней суммарный электрический заряд макромолекул белков и, соответственно, степень их гидрата­ции минимальны. При более низких или более высоких значениях рН увеличивается ионизация функциональных групп, что приводит к расталкиванию одноименно заряженных участков полимерной цепи и ее разрыхлению. Вследствие этого моле­кулы воды легче проникают в пространство между цепями, что отражается на величине набухания в сторону ее увеличения.

Количественной характеристикой ограниченного набуха­ния полимеров является степень набухания α, определяемая отношением приращения массы (т - т₀) или объема (V- V₀) полимера к его первоначальной массе т_о (объему V₀): где т - масса (V- объем) набухшего полимера.

Набухание полимеров сопровождается возникновением давления, которое назвали давлением набухания (≈ 5∙10⁵-10∙10⁵ Па). Механизм его возникновения подобен механизму возникновения осмотического давления. Это давление легко обнаруживается, когда какое-либо препятствие мешает увели­чению объема полимера. Набухание полимеров – увеличение объема (массы) полимерного тела в результате поглощения жидкости или ее пара при сохранении им свойства нетекучести (т.е. форма образца обычно не изменяется). Характеризуется степенью набухания - отношением объема (массы) набухшего полимера к его исходному объему (массе); степень набухания увеличивается во времени, постепенно приближаясь к равновесному значению. Поглощение жидкости полимером ограничивается или конечным содержанием аморфной фазы в частично закристаллизованном полимере, или наличием поперечных химических связей между макромолекулами (сшивками) в сетчатых полимерах. В первом случае степень набухания, как правило, невелика даже при относительно большом содержании аморфной фазы (набухание до 2-3-кратного объема), во втором - при малом числе поперечных хим. связей полимер может поглощать очень большое кол-во жидкости, иногда значительно (в десятки раз) превосходящее массу самого полимера. Предел набухания обусловлен при этом, изменением энтропии из-за нарушения равновесной конфирмации отрезков цепи между узлами сетки, при изменении объема полимера во время набухания. Давление, развивающееся в полимере при набухании, может достигать в начальной стадии несколько сотен МПа.

Кинетика набухания определяется сродством жидкости к полимеру и скоростью диффузионных процессов. В пористых полимерах набухание ускоряется в результате капиллярного проникновения в них жидкости. В полимерах, сохраняющих внутренние напряжения, наблюдается временное превышение степени набухания над ее равновесным значением. Набухание в жидкостях, неограниченно совместимых с полимером, приводит к его полному растворению и переходу в вязкотекучее состояние.

На практике с набуханием связаны переработка полимеров в контакте с жидкостями (парами), обработка пищевых продуктов, устойчивость формы и размеров полимерных изделий, эксплуатируемых, например в контакте с парами воды.

Набухание одно из важнейших свойств крахмала, которое влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продуктов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. Так, при нагревании водной суспензии крахмальных зерен до температуры 55^оС они медленно поглощают воду (до 55%) и частично набухают. При этом повышения вязкости не наблюдается. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур от 60 до 100^оС) набухание крахмальных зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько раз.

Замес теста — важнейшая технологическая операция, от которой в значительной степени зависит дальнейший ход технологического процесса и качество хлеба. При замесе теста из муки, воды, дрожжей, соли и других составных частей получают однородную массу с определенной структурой и физическими свойствами, чтобы в последующем при брожении, разделке и расстойке тесто хорошо перерабатывалось.

С самого начала замеса в полуфабрикатах начинают происходить различные процессы – физические, биохимические и др. Существенная роль в образовании пшеничного теста принадлежит белковым веществам. Нерастворимые в воде белки муки, соединяясь при замесе с водой, набухают и образуют клейковину. При этом белки связывают воду в количестве, примерно в два раза превышающем свою массу, причем 75% этой воды связывается осмотически.

Набухшие белковые вещества муки образуют как бы каркас теста губчатой структуры, что и определяет растяжимость и эластичность теста. Основная часть муки (зерна крахмала) адсорбционно связывает большое количество воды. Значительное количество воды поглощается также пентозанами муки.

Крахмал связывает воду в количестве 30 % от своей массы. Но поскольку в муке крахмала значительно больше, чем белков, количество воды, связанное белками и крахмалом, примерно одинаково.

В тесте одновременно образуется как жидкая фаза, состоящая из свободной воды, водорастворимых белков, сахара и других веществ, так и газообразная фаза, образованная за счет удержания пузырьков воздуха, в атмосфере которого происходит замес, и за счет пузырьков углекислого газа, выделяемых дрожжами. Следовательно, тесто представляет собой полидисперсную систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. От соотношения фаз в этой полидисперсной системе зависят физические свойства теста.

Белки ржаной муки отличаются от белков пшеничной муки тем, что в ржаном тесте не образуется губчатого клейковинного каркаса. Значительная часть белков ржаной муки в тесте неограниченно набухает и переходит в коллоидное состояние. В ржаной муке содержится около 3 % высокомолекулярных углеводных соединений — слизей.

Из белков, слизей и других составных частей теста (растворимых декстринов, соли, водорастворимых веществ муки), перешедших в вязкое коллоидное соединение, в ржаном тесте образуется вязкая жидкая фаза, от состояния которой в значительной степени зависят физические свойства ржаного теста.

Ржаное тесто характеризуется большой вязкостью, пластичностью и малой упругостью, эластичностью. Ржаное тесто мало растягивается. Особенности химического состава ржаной муки определяют особенности приготовления ржаного теста.

В ржаном тесте нет клейковины, значительная часть белков муки растворима в воде или растворах солей.

В ржаной муке (и тесте) находится активная а-амилаза, превращающая крахмал в декстрины.

Крахмал ржаной муки гидролизуется легче, чем пшеничный.

Переход значительной части крахмала при выпечке хлеба в декстрины обусловливает липкость хлебного мякиша.

Ввиду этого ржаное тесто при всех способах его приготовления имеет высокую кислотность (9—12 град). Такая кислотность инактивирует а-амилазу, улучшает реологические свойства теста, предупреждает липкость мякиша.

Высокую кислотность теста обеспечивают ржаные закваски, содержащие большое количество кислот и кислотообразующих бактерий.

66. Многие органические и неорганические вещества естественного и искусственного происхождения при определенных условиях могут образовывать студни. В студнях частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а дисперсионная среда заключена в промежутках между ними. Студни - это структурированные системы со свойствами эластичных твердых тел. Студнеобразное состояние вещества можно рассматривать как промежуточное между жидким и твердым состоянием. Студнями являются многие пищевые продукты (хлеб, мясо, джем, желе, мармелад, кисель, сыр, творог, простокваша).

Студни высокомолекулярных веществ могут быть получены в основном двумя путями: методом образования студней из растворов полимеров и методом набухания сухих высокомолекулярных веществ в соответствующих жидкостях.

Процесс перехода раствора полимера или золя в студень называется студнеобразованием. Студнеобразование связано с увеличением вязкости и замедлением броуновского движения и заключается в объединении частиц дисперсной фазы в форме сетки или ячеек и связывании при этом всего растворителя.

На процесс студнеобразования существенно влияет природа растворенных веществ, форма их частиц, концентрация, температура, время процесса и примеси других веществ, особенно электролитов.

У растворов высокомолекулярных веществ на способность студнеобразования влияет главным образом форма их макромолекул. Хорошо притекают процессы студнеобразования в растворах, состоящих из палочковидных или лентообразных по форме частиц. При наличии таких форм легко возникают крупноячеистые структуры, которые могут поглощать большие количества жидкости.

С повышением концентрации способность к студнеобразованию увеличивается, так как при этом уменьшается расстояние между частицами. Для каждого раствора при данной температуре существует некоторая предельная концентрация, ниже которой он не образовывает студня. Так, для желатина при комнатной температуре предельной концентрацией является 0,5%, для агар-агара - 0,2%/

Способность к студнеобразованию увеличивается при понижении температуры, так как при этом уменьшается подвижность частиц и облегчается их сцепление. При повышении температуры студни разжижаются. Хорошо затвердевший студень 6%-ного желатина при нагревания до 45-50 ⁰С легко разжижается, переходя в раствор.

роцесс студнеобразования даже при низкой температуре не происходит мгновенно и нередко требует определенного периода времени (от минут до недель) для формирования ячеистой объемной сетки.

На основании свойств студни делят на две большие группы:

а) эластичные, или обратимые, получаемые из высокомолекулярных веществ;

б) хрупкие, или необратимые, получаемые из неорганических гидрофобных золей.

Как уже говорилось, студни высокомолекулярных веществ могут быть получены не только методом студнеобразования растворов, но и методом набухания сухих веществ. Ограниченное набухание заканчивается образованием студня и не переходит в растворение, а при неограниченном набухании студень - промежуточная стадия на пути к растворению.

В пищевой промышленности и общественном питании для получения студней применяют комбинированный метод, объединяющий набухание сухих высокомолекулярных веществ и студнеобразование растворов. В процессе технологической обработки агар-агар и желатин (в сухом виде) сначала, набухая, дают студни, которые при повышении температуры плавятся и переходят в раствор, обладающий способностью образовывать студни при охлаждении.

Для студней характерен ряд свойств твердых тел: они сохраняют форму, обладают упругими свойствами и эластичностью. Однако их механические свойства определяются концентрацией и температурой.

При нагревании студни переходят в вязкотекучее состояние. Этот процесс называется плавлением. Он обратим, так как при охлаждении раствор снова образовывает студень.

Многие студни способны разжижаться и переходить в растворы при механическом воздействии (перемешивание, встряхивание). Этот процесс обратим, так как в состоянии покоя через некоторое время раствор образовывает студень. Свойство студней многократно изотермически разжижаться при механических воздействиях и образовывать студень в состоянии покоя называется тиксотропией. К тиксотропным изменениям способны, например, шоколадная масса, маргарин, тесто.

Имея в своем составе огромное количество воды, студни, кроме свойств твердых тел, обладают и свойствами жидкого тела. В них могут протекать различные физико-химические процессы: диффузия, химические реакции между веществами.

Свежеприготовленные студни с течением времени подвергаются изменениям, так как процесс структурирования в студне продолжается. При этом на поверхности студня начинают появляться капельки жидкости, которые, сливаясь, образуют жидкую среду. Образующаяся дисперсионная среда является разбавленным раствором полимера, а дисперсная фаза – студнеобразная фракция. Такой самопроизвольный процесс разделения студня на фазы, сопровождающийся изменением объема студия, называет синерезисом ( отмоканием).

Синерезис рассматривается как продолжение процессов, обусловливающих образование студня. Скорость синерезиса различных студней различна и зависит в основном от температуры и концентрации.

Синерезис у студней, образованных полимерами, частично обратим. Иногда достаточно нагревания, чтобы студень, претерпевший синерезис, вернуть в исходное состояние, В кулинарной практике этим способом пользуются, например, для освежения каш, пюре, черствого хлеба. Если при хранении студней возникают химические процессы, то синерезис усложняется и его обратимость теряется, происходит старение студня. При этом студень теряет способность удерживать связанную воду (черствение хлеба). Практическое значение синерезиса довольно велико. Чаще всего синерезис в быту и промышленности нежелателен. Это черствение хлеба, отмокание мармелада, желе, карамели, фруктовых джемов.

67. Общей причиной синерезиса является то, что при образовании студня не достигается еще равновесия системы и в ней продолжаются процессы, связанные с его установлением. У лиогелей эти процессы могут сводиться к рекристаллизации. У высокомолекулярных студней эти процессы сводятся к установлению связей междумакромолекулами, что способствует дальнейшему уменьшению объема студня, Синерезис может являться также следствием достижения равновесия в студне при его охлаждении, если высокомолекулярное вещество неполностью растворимо в среде. Наконец, в некоторых случаях непосредственной причиной синерезис. Скорость синерезиса различна, но обычно возрастает сповышением температуры и увеличением концентрации. У белковых студней синерезис зависит также от pH так, например, для желатина он активнее проявляется в изоэлектрической точке. Скорость синерезиса также различна обычно она возрастает с увеличением концентрации. Повышение температуры ускоряет процесс. У белковых студней синерезис зависит от pH. Имеются указания, что ужелатина синерезис сильнее проявляется в изоэлектрической точке.
    
    Предел, к которому стремится объем студня при синерезисе, зависит от концентрации студня. Синерезис обычно тем больше, чем выше концентрациярастворителя в исходном студне. Опре-деленнойзависимости скорости синерезиса от концентрации исходного студня нет. Например, при высоких концентрациях синерезис каучукового студня ускоряется, а студня крахмала и агара замедляется. Предельным объемом студня при синерезисе, по С. М. Липатову, является сумма объемов самих макромолекул и объема растворителя, сольватно связанного свысокомолекулярным веществом. Незначительноеповышение температуры, как правило, способствует синерезису, облегчая перемещение молекул, необходимое для усадки студня. Однако при значительном повышении температуры может произойти переход студня в раствор.Внешнее давление на студень, конечно, всегда способствует синерезису.

    Часто отвердевание проходит этап студня, синерезис которого уже приводит к отвердеванию. Для студней характерна высокая обратимая деформация при отсутствии текучести — благодаря очень прочным связям между частицами. Кроме того, из-за упругого изгибамакромолекул и их способности изменять конформацию студни способны к высокому обратимому удлинению. Так, при выделении в результате обменных реакций(концентри)

    Процесс 3. является самопроизвольным, идущим суменьшением свободной энергии системы, причем как теплосодержание, так и энтропия системы в процессе 3. уменьшаются. 3. обратимо, но переход раствора в студень не является фазовым переходом. Самопроизвольное 3. раствора не является конечной стадией изменения системы во времени. 3. — кинетич. процесс, спонтанно развивающийся до наступления равновесного состояния, сопровождающегося разделением ранее однофазной системы на две фазы — равновесный студень постоянного состава и раствор высокомолекулярного вещества, находящийся в термодинамич. равновесии со студнем (синерезис студня). Если концентрация растворасоответствует равновесной концентрации студня, то 3. не сопровождается синерезисом. На характер процесса 3. существенное влияние оказывают полидисперсность полимера и наличие даже незначительных примесей. Последние приводят к тому, что неравновесное состояниеможет сохраняться в течение длительного отрезка времени.


    Из этих данных видно, что при концентрации 1,3% равновесие в растворе желатины уже достигнуто и выжимание растворителя прекращается, т. е. синерезис отсутствует, и, следовательно, частицы в студне желатины находятся на предельно коротком расстоянии. Интересно, что концентрация 1,3% отвечает предельному максимальному набуханию желатины, проведенному в одинаковых условиях с условиями застудневания. Отсюда С. М. Липатов делает очень важный обобщающий вывод, что для эластичных студней синерезис является процессом обратимым, а именно обратным процессу набухания.
    Гели, или студни, обладают очень важными свойствами. При стоянии они отдают часть захваченного ими растворителя происходит отсекание студня (синерезис). Это вызвано тем, что при свертываниигидрофильного коллоида образуется упругая сетка из переплетающихся цепочек, состоящих из отдельных коллоидных частиц. Ячейки между этими волокнами заполняются растворителем. При стоянии геля ячейки сжимаются и выдавливают растворитель.

    Для систем с коагуляционными структурамихарактерен си-нерезис — самопроизвольное уменьшение размеров геля с выделением из него дисперсионной среды. Причиной синерезиса является постепенное увеличение числа контактов между частицами, образующими гель. Этот процесс термодинамически выгоден и возможен вследствие теплового движения. Ему способствуют все факторы, способствующие коагуляции. Созревание сыра(сыр со слезой), черствение хлеба, отмокание — вотпримеры процесса синерезиса в студнях. Синерезис происходит и в живых клетках — мясо старых животных твердо и жилисто вследствие синерезиса белковых гелей. Продукт синерезиса — синергетический сгусток обычно сохраняет форму исходного геля, изменяются только его размеры. Эластичные гели (студни) способны набухать,поглощая растворитель таким образом, в этих системахпроцесс синерезиса обратим.

    Липатов предположил, что существуют равновесныеконцентрации студней, выше которых синерезис не идет. Не, такое предположение не согласуется ни с одной из гипотез о строении студней. В частности, согласно гипотезе о ячеистом строении студней синерезис должен идти до полного разделения фаз. Равновесная системапредполагает полное разделение фаз. Чем можно объяснить синерезис низкоконцентрированных студней Согласно гипотезе о ячеистом строении студней низковязкая фаза замкнута в ячейках, стенки которых обладают высо кой вязкостью и проницаемы только длянизкомолекулярных жидкостей, но не для полимера, который содержится в синеретической жидкости. Чистый же растворитель не может покинуть ячейку, не вызвав увеличения осмотического давления в ней. На скорость выделившейся сыворотки из сгустка и сырного зерна влияет ряд факторов:
жир;
молокосвертывающий фермент;
соли кальция;
кислотность молока;
белки;
температурный фактор.

Жир. Отделяющаяся сыворотка стремится выйти из сгустка по тончайшим капиллярам, но у нее на пути встречаются жировые шарики, которые тормозят выделение сыворотки; и чем они крупнее, тем в большей степени выделение сыворотки тормозится. По этой причине при переработке жирного молока необходимо усилить действие факторов, способствующих отделению сыворотки: уменьшить размер сырного зерна и повысить температуру второго нагревания. Понижение дисперсности жира также тормозит синерезис, поэтому сгустки, полученные из гомогенизированного молока, несмотря на значительно меньший отход жира в сыворотку, обладают значительно низким синерезисом и поэтому являются главной причиной того, что в сыроделии эта операция не применяется.

Молокосвертывающий фермент. Использование повышенной дозы сычужного фермента способствует получению более прочного сгустка и понижению скорости синерезиса. Также имеет значение вид применяемого молокосвертывающего фермента. При высокой протеолитической активности нарушается пространственная структура параказеина. Это ведет к уменьшению его способности к отделению сыворотки.

Растворимые соли кальция способствуют получению прочного, быстро обезвоживающегося сгустка. При их добавлении усиливается выделение сыворотки из сырной массы. Этим приемом широко пользуются для ускорения выделения сыворотки, особенно при переработке сычужно-вялого молока, образующего под действием сычужного фермента непрочный, вялый сгусток, из которого сыворотка выделяется медленно. Однако сгусток, полученный из молока с повышенным содержанием солей хлористого кальция, требует более длительного вымешивания, чтобы часть солей кальция, входящих с состав ПКК-ФК, под действием молочной кислоты, образуемой за счет развития микрофлоры, перешла в растворимое состояние; в противном случае сыр будет иметь грубую консистенцию.

Кислотность молока. Известно, что белки в молоке находятся в набухшем состоянии и способны удерживать влагу благодаря своей электрозаряженности. При увеличении кислотности молока или добавлении кислоты электрозаряженность белков снижается, они теряют способность удерживать влагу, т. е. происходит дегидратация белков. В связи с этим при прочих равных условиях, чем выше кислотность сырной массы, тем она обезвоживается интенсивнее. Этим объясняется то, что сгусток из зрелого молока легче отдает сыворотку, чем сгусток из незрелого молока. Таким образом, кислотность — один из основных факторов регулирования синерезиса.

Белки. Значительное влияние на синерезис оказывают сывороточные белки. Чем больше их в сгустке, тем в большей степени снижается его синерезис.
Температура. При повышенной температуре свертывания и затем вымешивания ускоряется синерезис сырного зерна, и оно обсушивается быстрее.

При выработке одного вида сыворотки из молока низкой кислотности и зрелости образуется слабый сгусток с плохим синерезисом, поэтому для лучшего отделения сыворотки повышают температуру свертывания, вносят больше закваски, ставят мельче зерно (больше измельчают сгусток) и наоборот.

При прочих равных условиях определяющим фактором, способствующим повышению синерезиса из сырного зерна, является рН и температура.

68. Диспе́рсная систе́ма — образования из двух или большего числа фаз (тел), которые практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза) мелко распределено во втором (дисперсионная среда). Если фаз несколько, их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).

Обычно дисперсные системы — это коллоидные растворы, золи. К дисперсным системам относят также случай твёрдой дисперсной среды, в которой находится дисперсная фаза. Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среды и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы «газ в жидкости» принято обозначение Г/Ж. По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

§ Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;

§ Связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.

В свою очередь эти системы классифицируются по степени дисперсности.

Системы с одинаковыми по размерам частицами дисперсной фазы называются монодисперсными, а с неодинаковыми по размеру частицами — полидисперсными. Как правило, окружающие нас реальные системы полидисперсны.

Примером сложной дисперсной системы может служить молоко, основными составными частями которого (не считая воды) являются жир, казеин и молочный сахар. Жир находится в виде эмульсии и при стоянии молока постепенно поднимается кверху (сливки). Казеин содержится в виде коллоидного раствора и самопроизвольно не выделяется, но легко может быть осаждён (в виде творога) при подкислении молока, например, уксусом. В естественных условиях выделение казеина происходит при скисании молока. Наконец, молочный сахар находится в виде молекулярного раствора и выделяется лишь при испарении воды. Ультрамикрогетерогенные системы также называют коллоидными или золями. В зависимости от природы дисперсионной среды, золи подразделяют на твёрдые золи, аэрозоли (золи с газообразной дисперсионной средой) и лиозоли (золи с жидкой дисперсионной средой). К микрогетерогенным системам относят суспензии, эмульсии,пены и порошки. Наиболее распространёнными грубодисперсными системами являются системы «твёрдое — газ», например, песок.

 

69. Седимента́ция (осаждение) — оседание частиц дисперсной фазы в жидкости или газе под действием гравитационного поля или центробежных сил.

Скорость седиментации зависит от массы, размера, формы и плотности вещества частицы, вязкости и плотностисреды, а также от ускорения, силы тяжести и действующих на частицы центробежных сил.

В поле гравитационных сил седиментируют частицы грубодисперсных систем; в поле центробежных сил возможна седиментация коллоидных частиц и макромолекул (см. центрифугирование).

Седиментацию используют в промышленности при обогащении полезных ископаемых, различных продуктовхимической и нефтехимической технологии, при водоочистке и др.

Седиментация в центрифугах и ультрацентрифугах, а также в гравитационном поле лежит в основе седиментационного анализа. На сферические дисперсные частицы действует сила тяжести, пропорциональная кажущейся (с учётом закона Архимеда) массе:

{\displaystyle P={\frac {4}{3}}r^{3}\pi g\Delta \rho,}

где {\displaystyle g} — ускорение свободного падения, {\displaystyle \Delta \rho =\rho _{2}-\rho _{1}} — разность плотностей частицы и среды.

Под действием силы {\displaystyle P} частицы начинают ускоренно двигаться, однако при этом на них действует сила сопротивления среды {\displaystyle F}, пропорциональная их скорости {\displaystyle U}, радиусу {\displaystyle r} и вязкости среды {\displaystyle \eta } (закон Стокса):

{\displaystyle F=6\pi U\eta r.}

При возрастании скорости частицы наступает момент, когда сила сопротивления среды {\displaystyle F} уравновешивает силу тяжести {\displaystyle P}, действующую на частицу и после этого момента частица движется с постоянной скоростью седиментации {\displaystyle U}:

{\displaystyle U={\frac {gV\Delta \rho }{6\pi \eta r}},}

где {\displaystyle V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}} — объём сферической частицы радиуса {\displaystyle r}.

При осаждении частиц возникает градиент их концентрации, направленный по направлению силы тяжести, такой градиент приводит к диффузии частиц в направлении их меньшей концентрации, то есть в направлении, обратном направлению седиментации; при этом возможно состояние, когда седиментационный и диффузионный потоки взаимно уравновешиваются — наступает седиментационно-диффузное равновесие, описываемое барометрической формулой:

{\displaystyle n_{h}=n_{0}\exp \left[-{\frac {gVh\Delta \rho }{KT}}\right].}