X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Пены - грубодисперсные системы ( размер частиц дисперсной фазы равен -м, типа г/ж или г/т). Если дисперсионной средой является жидкость, такую систему называют жидкой пеной, если твердое тело – твердой пеной. Дисперсионная среда (жидкая или твердая) образует между пузырьками газа тонкие прослойки. Газовые пузырьки взаимно сжимают друг друга, теряют правильную сферическую форму, а сама пена приобретает клеточную структуру.

Характеристики грубодисперсных систем:

Гетерогенные (микрогетерогенные)

Термодинамически неустойчивые – имеют избыток поверхностной энергии (седиментация и расслоение)

Частицы дисперсной фазы наблюдают в микроскоп или невооружённым глазом

Отделение дисперсной фазы – центрифугированием и фильтрованием через бумажный(стеклянный) фильтры

Обязательно наличие стабилизатора

Устойчивость пен оценивают:

временем разрушения столба пены на половину начальной высоты:

временем „жизни” пузырька газа.

Устойчивость пенам придают с помощью стабилизаторов (пенообразователей).

Для характеристики пены используют два показателя:

S газосодержание (газонаполнение) – доля объёма газа в общем объёме пены;

S удельная поверхность фазового контакта между газом и жидкостей в единице объёма жидкости.

Степень сбивания – отношение конечного объёма взбиваемой системы к начальному объёму.

Механизм образования пен: Образование пены происходит при прохождении газа через жидкость. Сущность его состоит в том, что пузырьки газа, окруженные адсорбционным слоем ПАВ, встречая у поверхности пленку, не могут пройти сквозь нее и создают на поверхности пену.

Пены характеризуют дисперсностью, устойчивостью и кратностью.

Дисперсность – определяют методом микрофотографирования. с последующим подсчетом числа пузырьков различных фракций.

Стабильность пены определяют временем "жизни" свободной пленки или пузырька или по времени разрушения столба пены.

Кратность пены определяют как отношение объема пены к объему раствора ПАВ, пошедшего на ее образование:

и его значение достигает 10 - 100.

Пенообразование может быть как нежелательным процессом, так и необходимым.

Пенообразование – процесс необходимый в бродильном производстве, при обогащении руд методом флотации, при производстве косметических и фармацевтических средств, при тушении пожаров, в процессах очистки поверхностей от загрязнений, при интенсификации некоторых производственных процессов. Пенные аэрозоли используют в качестве кровоостанавливающих средств. Широко применяются твердые пены: пенопласты, пеностекло, пенобетон, природная твердая пена – пемза.

Пенообразователи делят на два типа:

1.Первого рода (слабые пенообразователи) – низкомолекулярные спирты и кислоты; они находятся в объёме раствора в молекулярном состоянии, не образуют на поверхности раздела фаз механически прочных структур, а лишь уменьшают величину поверхностного натяжения и тем самым снижают термодинамическую неустойчивость пен. Пены, содержащие такие стабилизаторы – неустойчивы и быстро разрушаются. Используются лишь в тех случаях, когда не нужна устойчивая пена (флотация).

2.Второго рода– мыла, алкалоиды, танины, отдельные красители. Пены с такими стабилизаторами устойчивы, вследствие адсорбции пенообразователей на поверхности раздела фаз и образования прочных студнеобразных плёнок. С увеличением концентрации пенообразователя увеличивается устойчивость пен. В производстве кулинарной продукции для получения устойчивой пены при изготовлении кулинарных блюд и изделий в качестве пенообразователя используют яичный белок, кровяной альбумин, молочный белок и белки рыбы.

Когда процесс пенообразования нежелателен, в этом случае используют пеногасители – вещества с высокой поверхностной активностью ( жиры, масла, воски, высшие спирты, эфиры), которые вытесняют стабилизаторы с поверхности раздела и этим уменьшают устойчивость пены.

Существуют также механические, термические, ультразвуковые и другие способы пеногашения.

Методы получения пен:

Диспергационные методы (жидкость взбалтывают в посуде, частично заполненной газом и частично жидкостью, или интенсивно перемешивают её). Используют барботирование: газ пропускают в жидкость через перфорированную перемычку (пенная флотация для обогащения ценных руд).

Конденсационные методы ‑ в результате химической реакции в жидкости образуется газообразная фаза. Так, в огнетушителях используют химическую реакцию:

NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂↑ ‑ вследствие этого газообразная фаза образует пену.

Белки

Белки – это высокомолекулярные органические соединения, являющиеся сополимерами аминокислот, объединенных с помощью пептидной связи CO – NH. Молекулярная масса белков от 6 тысяч и свыше 1 миллиона. Аминокислотный состав белков не одинаков и является важнейшей их характеристикой. В составе пищевых белков насчитывается порядка 20 аминокислот. Поэтому белки отличаются длиной цепи, количеством каждой из 20-ти аминокислоты, порядком их очередности. Отсюда очевидно, что число вероятных аминокислотных последовательностей практически неисчерпаемо.

К наиболее важным функциональным свойствам белков относятся растворимость, способность стабилизировать дисперсные системы (эмульсии, пены, суспензии), образовывать гели, пленкообразующая способность, адгезионные и реологические свойства (вязкость, эластичность), способность к прядению и текстурированию.

Белки с высокими функциональными свойствами хорошо растворяются в воде, образуют прочные гели, стабильные эмульсии и пены; белки с низкими функциональными свойствами не набухают в воде, не способны образовывать вязкие, эластичные массы, гели, не стабилизируют пены и эмульсии. Некоторые известные белки не попадают под указанные выше закономерности.

Наиболее устойчивые пены образуются на основе белковых пенообразователей, которые получают из разнообразных веществ, либо полностью состоящих из белка, либо содержащих его в значительном количестве.

Возможность получения устойчивых пен полностью определяется свойствами молекулярных адсорбционных слоев, образующих стенки газовых пузырьков. Хорошими стабилизаторами пен, или пенообразователями, естественно, являются вещества, которые служат эмульгаторами для эмульсий - белки, мыла, сапонин и т.д.

При использовании этих веществ на поверхности раздела фаз располагаются длинные цепеобразные молекулы, полярные группы которых направлены в сторону жидкой (полярной) фазы. Ввиду того, что макромолекулы полимера образуют сплошную защитную студнеобразную пленку, увеличение концентрации, даже выше значения, соответствующего полному насыщению адсорбционных слоев, не приведет к уменьшению стойкости пены. Для высокомолекулярных пенообразователей характерно почти полное взаимное соответствие изотермы адсорбции и кривой, выражающей зависимость стойкости пены от концентрации пенообразователя.

Код для цитирования: Скопировать