Буферні розчини

Вплив рН середовища на перебіг технологічних і ферментативних процесів

Технологічні процеси: ü Хлібопечення (в кислому середовищі) – збільшується ступінь набухання білків борошна (додають кислоту в листкове тісто); ü Освітлення желе для жельованих страв – підкислюють для осадження білків (руйнування гідратних оболонок між молекулами білків викликає втрату іонного стабілізатора, частинки злипаються, осаджуються); ü „згортання” молока в кислому середовищі; ü маринування овочів, плодів, грибів (додавання оцтової кислоти, цукру, прянощів); ü маринування м’яса перед тим, як жарити, використання кислих соусів для тушкування – в кислому середовищі відбувається розщеплення колагену та його частина – проколаген – добре розчиняється в кислому середовищі, крім того кислота прискорює процес переходу колагену в глютин; ü корозійна стійкість інвентарю зменшується в кислому середовищі.

Ферментативні процеси (відбуваються при певних значеннях рН): ü Шлунковий сік має значення рН=1,5 – 2,5. HCl необхідна для активізації шлункового ферменту пепсиногена у пепсин, який гідролізує у молекулах білків пептидні зв’язки, утворені карбоксильними групами ароматичних амінокислот, пептидні зв’язки, утворені лейцином, дикарбоновими амінокислотами з утворенням поліпептидів. ü В дріжджовому тісті відбувається процес утворення молочної кислоти (спиртове, молочнокисле бродіння), яка сприяє набуханню клейковини в борошні. ü Квасіння овочів – базується на утворенні молочної кислоти в результаті бродіння сахарів. Роль молочної кислоти: ▪ надання специфічного приємного смаку; ▪ зберігання вітаміну С; ▪ запобігання розвитку патогенної мікрофлори. ü Підвищення кислотності молока внаслідок молочнокислого бродіння (призводить до порушення сольового балансу молока, що негативно спливає на його термостійкість). ü Рівень кислотності сиру впливає на консистенцію та рисунок сиру. Для утворення нормального рисунку рН сиру повинна бути в межах 5,3 ‑ 5,9. При рН<5, рисунок не утворюється, деколи появляється дефект „самокол”.

(здатні зберігати значення рН при розведенні або при додаванні невеликих кількостей кислоти чи лугу)

Розчини, що містять слабку кислоту і сіль цієї кислоти з сильною основою (рН=4-7)	Розчини, що містять слабку основу і сіль цієї основи з сильною кислотою (рН=7-10)	Розчини, що містять солі багатоосновних слабких кислот рН=7,35-7,45
▪ СН₃СООН + СН₃СООNa ▪ NaНСО₃ + Н₂СО₃ ü У водному розчині: СН₃СООNa → СН₃СОО^- + Na⁺ NaНСО₃ → Na⁺ + НСО₃^- (дисоціація солей) Часткова дисоціація слабких кислот: СН₃СООН +Н₂О ↔ СН₃СОО^- + Н₃О⁺ Н₂СО₃ + Н₂О↔НСО₃^- + Н₃О⁺ ü При додаванні кислоти (Н₃О⁺): рівновага зміщується ліворуч, відновлюється рН. СН₃СОО^- + Н⁺↔СН₃СООН ü При додаванні кислоти (HCl): Н₃О⁺ + НСО₃^-→Н₂СО₃ + Н₂О (Надлишкова концентрація Н⁺ нейтралізується взаємодією з НСО₃^-). Надлишок Н₂СО₃ гідролізується у присутності ферменту карбоангідрази: Н₂СО₃↔ СО₂ + Н₂О СО₂ вилучається через легені.	▪ NH₄OH + NH₄Cl ü У водному розчині: NH₄Cl→ NH₄⁺ + Cl^- (повна дисоціація солі). NH₄OH ↔ NH₄⁺ + ОН^- (часткова дисоціація). ü При додаванні кислоти: Н₃О⁺ + NН₃Н₂О → 2Н₂О + NН₄⁺ (нейтралізація кислоти іонами ОН^-, [ОН ^-]=const, рН=const ü При додаванні лугу: рівновага при дисоціації аміаку зміщується ліворуч, [ОН^-]=const NH₄⁺ + ОН^-↔ NH₄OH (ОН^- зв’язуються з іонами NH₄⁺, утвореними в результаті дисоціації солі, рН=const).	▪ Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄ ü У водному розчині: Na₂HPO₄↔ 2Na⁺ + HPO₄^- NaH₂PO₄↔ Na⁺ + H₂PO₄^- Між гідрофосфат- і дигідрофосфат-іонами встано-влюється рівновага: НРО₄^2- + Н₃О⁺ ↔Н₂РО₄^- + Н₂О НРО₄^2- + Н₂О ↔Н₂РО₄^- + ОН^- ü При додаванні кислоти: НРО₄^2- (аніон дуже слабкої кислоти, акцептор іонів Н₃О⁺) зв’язує іони водню сильної кислоти з утворенням Н₂РО₄^- НРО₄^2- + Н₃О⁺ →Н₂РО₄^- + Н₂О ü При додаванні лугу: Н₂РО₄^- + ОН^-→ НРО₄^2- + Н₂О
ü При додаванні лугу: Н₃О⁺ + ОН^- → 2Н₂О Нейтралізація іонами Н₃О⁺ гідроксид-іонів, рівновага в реакції дисоціації кислоти зміщується праворуч, рН-const СН₃СООН + NaОН → СН₃СООNa + Н₂О. При надходженні лужних продуктів – кисла частина буферної системи нейтралізує луг: Н₂СО₃ + ОН^-→НСО₃^- + Н₂О НСО₃^- ‑ виводиться нирками. Висновки: ▪ Аніони, утворені в результаті повної дисоціації солі, повністю пригнічують дисоціацію слабкої кислоти. ▪ При додаванні сильної кислоти її водневі іони з’єднуються з аніонами слабкої кислоти з утворенням недисоційованих молекул кислоти (рН=const) ▪ При додаванні лугу: гідроксид-іони взаємодіють з іонами водню (або молекулами к-ти) з утворенням води (рН=const) рН=рК_а + lg	Висновки: ▪ Катіони, утворені в результаті повної дисоціації солі, повністю пригнічують дисоціацію слабкої основи. ▪ При додаванні сильної кислоти її іони водню зв’язуються з слабкою основою з утворенням води, рН-const. ▪ При додаванні лугу його гідроксид-іони зв’язуються з катіонами слабкої основи з утворенням недисоційованих молекул основи, рН-const рН=14 – рК_в + lg	Висновки: ▪ НРО₄^2- + Н⁺ОН^- → Н₂РО₄^- +ОН^-; ▪ При додаванні кислоти: НРО₄^2- зв’язують іони Н⁺ (рівновага зміщується праворуч, утворюються Н₂РО₄^-); ▪ При додаванні лугу: Н₂РО₄^- зв’язують іони ОН^- (рівновага зміщується ліворуч, утворюються НРО₄^2-). рН = рКн₂ро₄^- ‑ lg

Таким чином, рН буферного розчину певного складу визначається відношенням концентрації кислоти і солі або основи і солі (не залежить від розведення).

При зміні об’єму розчину концентрація кожного компоненту змінюється в однакове число раз і їх співвідношення залишається сталим.

Буферна суміш підтримує сталим значення рН за умови: кількість доданих до розчину кислоти або основи не перевищує граничної величини (буферна ємність).

Здатність буферних розчинів протидіяти зміні рН – буферна дія.

Межі, в яких проявляється буферна дія, називається буферна ємність (кількість моль еквівалентів сильної кислоти або сильної основи, що треба додати до 1л буферного розчину для зміни рН середовища на одиницю).

a природи і концентрації компонентів буферного розчину;

Чим більша концентрація компонентів, чим ближче співвідношення концентрацій: кислота – сіль, основа – сіль до одиниці, тим більша буферна ємність.