Набухание полимеров. Факторы, влияющие на набухание. Значение набухания. Использование процессов набухания при замесе теста.

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.

Выбрать правильный ответ и пояснить его:

Кислая среда ускоряет набухание крахмала – т. е. оказывает положительное влияние.

       Лит.: Тагер А. А., Физюсохимия полимеров, 3 изд., М., 1978; Папков С. П., Равновесие фаз в системе полимер - растворитель, М., 1981. С. П. Папков.