Студни - это структурированные системы полимер - растворитель, для деформирования которых характерны большие обратимые деформации при практически полном отсутствии текучести

СТУДНИ. СТУДНЕОБРАЗОВАНИЕ.

ЛЕКЦИЯ №12

Изоэлектрическим состоянием белка называется состояние белковой молекулы, при котором ее положительные и отрицательные заряды взаимно скомпенсированы. При этом число как положительных, так и отрицательных зарядов минимально. Молекулу белка в изоэлектрическом состоянии следует считать в целом нейтральной, хотя она и имеет еще ионизированные группы.

Условно молекулу белка в изоэлектрическом состоянии можно изобразить следующим образом:

⁺NH₃ - R - COO^-

Изоэлектрическая точка белка (ИТБ) это значение рН, при котром белок переходит в изоэлектрическое состояние.

Так как белок обычно является более сильной кислотой, чем основанием, то ИТБ лежит при рН ниже 7. Иначе говоря, для достижения изоэлектрического состояния белка в растворе должно содержаться некоторое количество кислоты, подавляющее избыточную ионизацию кислотных групп. Так как в изоэлектрической точке число взаимодействующих ионизированных основных и кислотных групп в молекуле одинаково, то гибкая макромолекула в этом состоянии свернется в клубок.

Студни и процесс образования студней (студнеобразование или застудневание) имеют большое значение в медицине и биологии, т.к. из студней в основном состоит организм животных и растений. Большое значение имеет застудневание растворов ВМС и в технике, в том числе и в пищевой промышленности: хлебопекарных, кондитерских, мясных и молочных производствах.

Причина застудневания состоит в возникновении связей между макромолекулами, которые в растворе представляли собой кинетические отдельности. Таким образом, застудневание есть не что иное, как процесс появления и постепенного упрочнения в застудневающей системе пространственной сетки - т.е. процесс структурообразования.

Однако мы помним, что студень получается еще и в результате ограниченного набухания ВМС, как в случае набухания желатина в холодной воде. На процесс структурообразования влияют следующие факторы:

1) концентрация ВМС;

2) форма и размер макромолекул;

3) температура;

4) время;

5) присутствие индифферентного электролита;

6) рН - среды.

1. Влияние концентрации ВМС на студнеобразование

Застудневанию растворов ВМС всегда способствует повышение концентрации, т.к. при этом возрастает частота столкновений между макромолекулами или их участками и увеличивается число связей, образующихся в единице объема студня.

2. Форма и размер макромолекул

Мы помним, что макромолекулы имеют не только большие размеры, но, и это чрезвычайно важно, обладают гибкостью полимерных цепей, которая обеспечивает им способность принимать большое число конформаций: от абсолютно растянутого состояния до свернутого в тугой клубок. Естественно, что число связей, которые образует макромолекула, будет, в первую очередь, зависить от формы молекулы: чем более она вытянута (распрямлена), тем легче доступ к тем ее частям, которые могут вступить во взаимодействие с соседними молекулами. Следовательно, надо создавать такие условия, чтобы макромолекула не свертывалась в клубок. Благодаря вытянутой форме макромолекул застудневание может происходить и в очень разбавленных растворах. Агар - агар застывает в студень уже при содержании 0,1%, а желатина 0,5% сухого вещества. В морских медузах, представляющих “живой” студень, количество воды доходит до 99%; тела животных - студни с большим содержанием воды.

3. Влияние температуры на застудневание

Повышение температуры, если только при этом в системе не происходит необратимых химических изменений, обычно препятствует застудневанию из-за возрастания интенсивности микроброуновского движения сегментов и уменьшения в следствие этого числа и длительности существования связей, возникающих между макромолекулами. Следует заметить, что переход: раствор ВМС «студень с изменением температуры совершается непрерывно, т.е. в этом случае не существует температур, подобных температурам кристаллизации или плавления.

4. Влияние времени

Так как процесс застудневания есть не что иное, как процесс появления и постепенного упрочнения в застудневающей системе пространственной сетки, то время играет безусловно положительную роль. Однако не следует думать, что процесс застудневания будет происходить в любом растворе ВМС, при любых условиях, если проводить его длительное время, надо чтобы выполнялись и другие условия. Однако, если студень получают в результате ограниченного набухания сухого ВМС, то в зависимости от природы полимера и растворителя требуется совершенно определенное время. Так для набухания желатина в холодной воде требуется 35 - 40 мин.

5. Присутствие индифферентных электролитов

Влияние электролитов на студнеобразование очень сложно. Как правило, катионы мало влияют на студнеобразование, тогда как анионы могут ускорять, а могут замедлять этот процесс.

По своему влиянию на процесс студнеобразования (структурообразования) анионы можно расположить в следующий лиотропный ряд:

SO₄^2- > CH₃COO^- > Cl^- > NO₃^- > Br^- > I^- > CNS^-.

Сульфат - ионы способствуют структурообразованию, но начиная с хлорид - иона, наблюдается замедляющее действие. Влияние индифферентных электролитов на застудневание растворов белков прямо противоположно действию этих электролитов на набухание. Ионы, увеличивающие набухание, замедляют застудневание или делают его вообще невозможным.

6. Влияние рН среды на застудневание

Это влияние особенно заметно, если ВМС является амфотерным, например, белок. Застудневание лучше всего идет при значении рН, отвечающем изоэлектрической точке, т.к. при этом по всей длине молекулярной цепи расположено одинаковое число противоположно заряженных ионизированных групп, что способствует установлению связи между отдельными макромолекулами. С изменением рН (в обе стороны от изоэлектрической точки) макромолекулы приобретают одноименный заряд, что препятствует образованию между ними связи. При добавлении больших количеств кислоты или щелочи степень ионизации ионогенных групп уменьшается и тенденция к застудневанию снова увеличивается. Короче говоря, способность к застудневанию у растворов белков при изменении рН изменяется по седлообразной кривой, как и другие свойства.

Дата добавления: 2014-01-05