Вивчення гелів та драглів у харчових виробництвах

Лабораторно-практична робота №9

Тема: Вивчення гелів та драглів у харчових виробництвах.

Мета: Вивчення будови гелів та драглів та прикладів використання їх у різних харчових виробництвах.

Завдання: Ознайомитись з хімічною будовою гелів та драглів, їх фізичними властивостями, і використання у харчових процесах.

            Гелі являють собою просторові сітки, утворені або твердими колоїдними частинами, або гнучкими макромолекулами, у проміжних об’ємах яких знаходиться розчинник. Якщо гелі утворюються твердими колоїдними частинами типу SiO₂, Fe₂O₃, V₂O₅, то вони називаються хрупкі гелі. Якщо просторова сітка утворена макромолекулами ВМС, то гелі називаються еластичними гелями або драглями.

Гелі відіграють важливу роль в практичній діяльності людини і у біологічних процесах. Зокрема, значення гелів важливе у процесах ґрунтоутворення  і життя ґрунту, так як  в ґрунті колоїди знаходяться переважно у стані гелю. До гелів відносять різноманітні пористі та іонообмінні адсорбенти, ультрафільтри, штучні мембрани, волокна м’язової тканини, хрящі, клітинні оболонки, оболонки еритроцитів і різноманітні мембрани в організмах. Основним вмістом  будь-якої живої клітини являється протоплазма, яку можна розглядати як вельми рухомі драглі, побудовані в основному  із молекул білка.

Гелі. Структура гелів характеризується великим числом капілярів діаметром 2…4нм, в яких міцно адсорбується вода при зневодненні висушеного гелю. Гелі при зневодненні  і висушуванні практично не змінюють свого об’єму, за що їх і називають ненабухаючими гелями.

Поглинання вологи завдяки капілярній структурі гелю відбувається за законами капілярної конденсації. Звідси витікає, що гелі можуть поглинати будь-яку рідину, що змочує їх. Цей процес супроводжується особливим явищем, що отримало назву гістерезіса обводнення і обезводнення.

Драглі. Представляють собою гомогенну систему, яка складається із ВМС і розчинника. Суцільна просторова сітка має в перерізі молекулярні розміри і утворена не вандерваальсовим, а хімічними і водневими зв’язками. З однієї сторони, драглі можна розглядати як розчин ВМС, який під впливом зовнішніх факторів втратив свою текучість.

Способи отримання: утворюють із розчина полімера при його охолодженні, випарюванні або при добавленні в невеликих об’ємах електроліта; отримують при обмеженому набуханні полімера у низькомолекулярній рідині.

            Властивості: найбільш характерна особливість – це їх еластичність; розчини ВМС, які мають слабкі міжмолекулярні зв’язки, характеризуються великою текучістю; деякі драглі мають тиксотропні властивості; швидкість дифузії низькомолекулярних речовин у драглях визначається складністю просторової сітки.

            Денатурація – це порушення нативної просторової структури білків молекули під впливом зовнішніх факторів.

            До таких факторів належить: Нагрівання (теплова денатурація); струшування, збивання та інші різкі механічні впливи (поверхнева денатурація); висока концентрація водневих або гідроксильних іонів (кислотна або основна денатурація); інтенсивна дегідратація при сушінні та заморожуванні продуктів.

            Найбільш важливо для технологічних процесів виробництв являється теплова денатурація білків. При нагріванні білків підвищується тепловий рух стоків і поліпептидних ланцюгів у білкових молекулах, в результаті чого руйнуються поперечні зв’язки між поліпептидними ланцюгами (наприклад водневі), а також послаблюються гідрофобні та інші взаємодії між боковими ланцюгами. В результаті чого змінюється конформація поліпептидних ланцюгів у білковій молекулі.

            Денатурація супроводжується змінами важливих властивостей білка:

1. Втратою біологічної активності.

2. Втратою видової специфічності.

3. Втратою здатності до гідратації (розчинення, набухання).

4. Покращення атакує мості протеолітичними ферментами (в тому числі травними).

5. Підвищенням реакційної здатності білків.

6. Агрегація білкових молекул – це взаємодія денатурованих молекул білка, в результаті чого утворюються міжмолекулярні зв’язки, як міцні, так і слабкі.

            Кожен білок має визначену температуру денатурації. У харчових продуктах і напівфабрикатах звичайно відмічають низький температурний рівень, при якому починаються видимі денатураційні зміни найбільш лобільних білків. Наприклад, для білків риби ця температура складає близько 30°С, яєчного білка - 55°С.

            Температура денатурації білків підвищується в присутності інших, більш термостабільних білків та деяких речовин небілкової природи, наприклад сахарози. Ця властивість білків використовується, коли при тепловій обробці виникає необхідність підвищити температуру суміші (наприклад, в цілях пастеризації), не допускаючи денатурацію білків. Теплова денатурація деяких білків може проходити без видимих змін білкового розчина, що спостерігається, наприклад у казеїну молока.