Классификация и методы расчета

Дисперсных систем продуктов питания

Исследование многообразия форм дисперсных систем, по мнению академика П.А. Ребиндера, является научной основой процессов, протекающих в гетерогенных дисперсных системах при получении пищевых продуктов. В связи с этим, знание физико-химических и коллоидных основ производства пищевых продуктов в настоящее время является резервом в совершенствовании технологии пищевых продуктов с заданным составом и свойствами.

Одной из важнейших проблем современной пищевой технологии следует считать образование в дисперсных системах пространственных структур различного типа, а также управление процессами структурообразования с целью получения дисперсий с требуемыми физико-химическими (деформационными и прочностными) свойствами. Основными задачами пищевой технологии в аспекте создания дисперсных структур пищевых продуктов являются изучение механизма зарождения и формирования структурированных систем, определение типов связей, обусловливающих их прочность, а также установление закономерностей разрушения сформированных структур.

Дисперсными системами (или дисперсиями) называют гетерогенные, преимущественно микрогетерогенные, двух- или многофазные системы, в которых по крайне мере одна из фаз находится в дисперсном состоянии. Обычно дисперсная система рассматривается как совокупность частиц дисперсной фазы и окружающей их сплошной дисперсионной среды. Вместе с тем, в связнодисперсных системах обе фазы могут быть непрерывными, пронизывая друг друга; такие системы называют биконтинуальными. Таковы пористые твердые тела с открытой поверхностью. К этим системам близки гели, а также студни, образующиеся в растворах высокомолекулярных соединений (ВМС), в т.ч. ВМС, обладающих клееподобными свойствами («коллоид» - клееподобный, от греч. æóλλα - клей).

Дисперсной средой может быть жидкость, твердое тело или газ. В сочетании с тремя агрегатными состояниями дисперсной фазы возможны несколько видов дисперсий. По своему состоянию они являются гетерогенными системами. Согласно классификации, предложенной В. Оствальдом, дисперсии состоят, по крайней мере, из двух фаз, одна из которых диспергирована (раздроблена), а другая - является непрерывной (сплошной). Классифицировать дисперсные системы можно на основе следующих признаков: агрегатное состояние дисперсной фазы и дисперсионной среды; размер и распределение частиц дисперсной фазы по размерам; вид дисперсионной среды (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Классификация дисперсных систем

По агрегатному состоянию

Системы с жидкой дисперсионной средой - обширный класс дисперсных систем пищевых продуктов. Сюда относятся разнообразные системы с твердой дисперсной фазой (тип Т/Ж) - высокодисперсные золи (в случае свободнодисперсных систем) и гели (в случае связанодисперсных систем), а также грубодисперсные малоконцентрированные суспензии и концентрированные пасты. Системы с жидкой дисперсной фазой (Ж₁/Ж₂) представляют собой эмульсии. Системы с газовой дисперсной фазой (Г/Ж) - газовые эмульсии (при малой концентрации дисперсной фазы) и пены.

Системы с газообразной дисперсной средой, объединяемые общим названием аэрозолей, включают дымы, пыли и порошки (системы типа Т/Г) и туманы (Ж/Г). Аэрозоли, в которых присутствуют жидкие и твердые частицы дисперсной фазы, называют смогами. Образование дисперсных систем типа Г₁/Г₂ с явными границами фаз невозможно, однако в газовых смесях возникают неоднородности, обусловленные флуктуациями плотности и концентрации, что до некоторой степени роднит эти системы с дисперсными.

Системы с твердой дисперсионной средой представлены горными породами, различными материалами, большинство из которых могут рассматриваться как системы типа Т₁/Т₂. Дисперсиями типа Г/Т являются разнообразные природные и искусственные пористые материалы (с закрытой пористостью), например: пенопласты, туфы. К системам типа Т/Ж можно отнести клетки и образованные ими живые организмы.

Дисперсные системы могут быть как свободнодисперсными, так и связнодисперсными, а также разбавленными и концентрированными. В свободнодисперсных системах частицы обособлены и участвуют в тепловом (броуновском) движении и диффузии. В разбавленных связнодисперсных системах частицы образуют сплошную пространственную сетку (дисперсную структуру), возникают гели.

В табл. 2.2 в качестве примера приведены размеры частиц дисперсной фазы пищевых продуктов. Большинство дисперсных систем пищевых продуктов относится к грубодисперсным системам с размером частиц от 5 до 100 мкм, хотя присутствуют вещества в коллоидном состоянии (мицеллы казеина, коптильный дым).

В качестве примера более подробно рассмотрим дисперсную систему молока. Как следует из табл. 2.3, молоко представляет собой полидисперсную систему.

Таблица 2.2

Размеры дисперсной фазы пищевых продуктов