ПІНИ, ЇХ БУДОВА І СТІЙКІСТЬ

Будова пін та їх визначення

Пінами називають зв’язанодисперсні, ліофобні, грубі висококонцентровані дисперсні системи, в яких дисперсна фаза – газ, а дисперсійне середовище – рідина або тверде тіло.

Дисперсність піни визначається середнім розміром бульбашок і середньою товщиною плівок рідини (розмір бульбашок сягає 10^-3 – 10^-2м), а товщина рідкої піни може бути різною, проте не менше ніж 10^-8м. При меншій товщині плівка тріскає.

Якщо дисперсійним середовищем є рідина, матимемо рідку піну, якщо тверде тіло – тверду піну.

Якщо концентрація газу невелика, то пухирці газу мають кулеподібну форму, не зв’язані між собою та вільно переміщуються в рідині. Це ще не піна. Прикладом може бути газована вода, шипуче вино, що містить пухирці вуглекислого газу, а також водопровідна вода, що витікає з крану під сильним напором.

До справжніх пін відносять системи, в яких газоподібна фаза складає основну частину (іноді 99% ) об’єму і в яких пухирці газу мають великі розміри, форму багатогранників і відокремлені один від іншого дуже тонкими прошарками дисперсійного середовища. Завдяки надлишку газової фази і здавленню бульбашки газової фази мають форму поліедричних комірок. Піни мають щільниковоподібну структуру.

Рис.37. Будова “вологої” (а) та “сухої” (б) піни.

Одержання пін

Піни не можна отримати шляхом самодовільного диспергування. Для одержання пін застосовують диспергаційні методи: інтенсивне струшування або перемішування рідини, продавлювання (барботування) газу через пористі фільтри в рідину. У процесі перемішування рідина захоплює повітря, внаслідок чого на її поверхні утворюється піна.

Іноді використовують конденсаційні методи, при яких в результаті хімічної реакції в рідині утворюється газоподібна фаза. Утворення пінної структури тіста при його бродінні або при термічному розкладенні хімічних розріджувачів – приклади конденсаційного метода одержання пін. Наприклад, для надання пористості хлібобулочним виробам, що виготовляють із прісного тіста, використовують натрій гідрогенкарбонат (харчова сода) і амоній карбонат, що розкладаються за рівнянням:

2NaHCO₃= Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O;

(NH₄)CO₃ = 2NH₃↑ + H₂O + CO₂↑

При виготовленні дріжджового тіста, розпушування відбувається за рахунок карбон (ІV) оксиду, що утворюється при спиртовому бродінні гексоз:

дріжджі

С₆Н₁₂О₆à 2СО₂↑ + 2С₂Н₅ОН

Або піни утворюються при кип’ятінні рідин, наприклад, молока.

Стійку піну можна одержати тільки з використанням стабілізатора – піноутворювача.

Чисті рідини не володіють здатністю утворювати стійку піну, бо газові бульбашки в них швидко лопаються. Наявність піни завжди свідчить про присутність в рідині речовин (забруднень).

Рис. 38. Схема стабілізації пін

Характеристика піноутворювачів та їх значення

Як і всі системи, що мають надлишок поверхневої вільної енергії, піни термодинамічно не стійкі. Термодинамічна нестійкість зумовлена високорозвиненою поверхнею поділу фаз рідина-газ, на якій зосереджена надлишкова поверхнева енергія. Система намагається знизити запас вільної енергії і перейти в термодинамічно вигідніший стан, що призводить до руйнування піни. Стабілізують піни за допомогою поверхнево-активних речовин, які дістали назву піноутворювачів. Гарні піноутворювачі – це речовини, що здатні давати міцні плівки.

Стійкість піни – це час, що витрачається на самодовільне руйнування піни, з моменту її утворення до руйнування.

Стійкість піни залежить від природи піноутворювача, його концентрації, часу її існування і температури. Піноутворювачами можуть бути ПАР, молекули яких мають досить довгий вуглеводневий ланцюг. До типових піноутворювачів водних пін відносяться спирти, мила, білки, барвники, сапонін (речовина, що екстрагується з рослин і має поверхнево–активні властивості). Низькомолекулярні поверхнево–активні речовини, зменшуючи поверхневий натяг, полегшують утворення піни, але не надають їй стабільності, і вона швидко руйнується. Час існування такої піни не перевищує 20с.

Піноутворювачі речовини з довгим молекулярним ланцюгом, адсорбуючись на межі вода – повітря, формують високов’язку структуровануплівку, що перешкоджаєвитіканню рідини з прошарків дисперсійного середовища. В цьому випадку товщина шару рідини між пухирцями повітря зменшується повільно і піна може існувати довгий час. Максимальна стійкість піни відповідає милам з середньою довжиною вуглеводневого радикалу.

Якщо плівка піни твердне, то отримують безмежно стійкі тверді піни (пінобетони, пенопласти, мікропористу гуму, хліб тощо).

З підвищенням температуристійкість піни зменшується, бо при цьому знижується адсорбція піноутворювача на межі фаз і зменшується в’язкість рідини.

Стабільність високостійкості піни зумовлюється структурно-механічними властивостями адсорбційних шарів піноутворювача.

Для підвищення стійкості харчових пін в них вводять стабілізатори – речовини, що підвищують і в’язкість дисперсійного середовища (агар, агароїд, крохмаль). Збільшення в’язкості рідини в плівках піни зменшує швидкість її «стікання» і, відповідно, підвищує стійкість піни та механічну міцність. Також на стійкість піни впливає рН середовища.

Застосування пін

Піни і піноутворювання мають важливе практичне значення. Дія мила та інших миючих засобів при видаленні забруднень з любої поверхні пов’язане з піноутворенням. Досить важлива область використовування пін – гасіння пожеж. При гасінні пожеж піна покриває поверхню і перешкоджає доступу до неї повітря.

Піноутворюючі системи дуже розповсюджені в харчовій промисловості. Такі продукти, як хліб і ряд кондитерських виробів, мають структуру піни, і це визначає не тільки їх смакові властивості, але й харчову цінність. Прикладом можуть бути пастила, зефір, мусс тощо.

Стійкість пін продуктів бродіння (пива, солодових напоїв) викликана наявністю альбуміну, желатину, солодового екстракту та таніну. Наявність нітрогеновмісних речовин зумовлює вспінювання плодово-ягідного варення та екстрактів чайного листа.

Особливу роль піна відіграє при збиванні масла та вершків або молока. У рідкому дисперсійному середовищі на бульбушках піни концентруються крапельки жиру. Внаслідок коагуляції крапель утворюється масляна дисперсна фаза, оточена водним середовищем. Пряма емульсія переходить в обернену В/Ол; цьому сприяє піна.

Позитивні властивості піни проявляються інколи в домашніх умовах, зокрема, при виготовленні варення. В ягодах містяться ПАР, які сприяють утворенню піни із бульбашок повітря. Бульбашки випливають на поверхню і захоплюють різні забруднення, забезпечуючи тим самим очищення продуктів.

Піноутворення відіграє важливу роль в процесі засвоєння їжі. Слина утворює високодисперсну і міцну піну, внаслідок чого процес змочування їжі відбувається всього за 16-18с.

Широкого застосування набули тверді піни, в яких дисперсійне середовище перебуває в твердому стані. До твердих пін належать піноскло, пінобетон, пінопласти, пемза, туф. Усі вони характеризуються малою об’ємною вагою, високими звуко- і теплоізоляційними властивостями. Тому такі матеріали, як піноскло, використовують для теплоізоляції (наприклад, холодильників)

Таблиця 2.4

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ЕМУЛЬСІЇ ТА ЇХ ОДЕРЖАННЯ	\|	Можливі джерела утворення, тип і форма деяких пін у харчовій промисловості і продуктах харчування

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.