25.3 Термодинаміка процесів набрякання вмс

Набрякання полімерів є самочинним екзотермічним процесом. Тепловий ефект, що супроводжує процес набрякання 1 кг сухого полімеру називається теплотою набрякання. Теплоту набрякання визначають дослідним шляхом для кожної пари "полімер-розчинник". Так, під час набрякання у воді желатину виділяється28 кДж/кг, крохмалю32 кДж/кг.

Встановлено, що під час набрякання ВМС теплота виділяється тільки при поглинанні сухим зразком полімеру перших порцій рідини, а подальше набрякання тепловим ефектом не супроводжується. Це означає, що на першій стадії набрякання має місце міжмолекулярна взаємодія макромолекул ВМС і молекул розчинника, інше кажучи йде екзотермічний процес сольватації ВМС.

На другій стадії набрякання має місце звичайна дифузія молекул розчинника в об’єм полімеру. Відповідно розрізняють дві форми існування розчинника, наприклад води, в полімерах – це зв’язана вода і вільна (капілярна) вода. В харчових біополімерах завжди міститься зв’язана вода: чим вища гідрофільність полімеру, тим більше в ньому зв’язаної води.

Лекція № 26. Поліелектроліти

План лекції

1. Класифікація поліелектролітів.

2. Поліамфоліти.

3. Властивості розчинів поліелектролітів.

4. Висолювання і денатурація білків.

Рекомендована література:[2]С.122,[4]С.158-163,[5]С.68-69.

26.1 Класифікація поліелектролітів

ВМС, що містять функціональні групи, які здатні дисоціювати під час розчинення, називають поліелектролітами. Залежно від природи іоногенних груп поліелектроліти поділяють на три групи:

– кислотні поліелектроліти, які містять значну кількість карбоксильних груп (­--СООН)або сульфат-груп(­--SО₃Н); прикладом кислотних поліелектролітів є поліальгінати, агар-агар тощо;

– основні поліелектроліти, що містять функціональні групи, які виявляють основні властивості, наприклад аміногрупи (­--NH₂);

– амфотерні поліелектроліти або поліамфоліти, що містять одночасно яккислотні, так іосновні функціональні групи;прикладом поліамфолітів є білки.

Поліелектроліти широко застосовуються в промисловості, як флокулянти, коагулянти та іоніти. Флокулянти– речовини, що здатні утворювати пухкі пластівчасті агрегати з часточок дисперсної фази. Флокулянти застосовують в процесах очистки води, виробництві кормових білків, ліків, харчових добавок.

26.2 Поліамфоліти

Під час розчинення поліамфолітів, наприклад білків, відбувається дисоціація їх функціональних груп:

R­--СOOH ⇄ R­--СOO^– + H⁺;

R­--NH₂ + H₂O ⇄(R­--NH₃)⁺ + OH^–.

де R – радикали поліпептидного ланцюгу білку.

Просторова будова макромолекул білків значною мірою залежить від характеру радикалів у залишках амінокислот. Неполярні радикали амінокислот звичайно розташовуються усередині глобул білків і зумовлюють їх гідрофобні властивості. У той же час полярні радикали, які містять іоногені групи, розташовуються на поверхні макромолекул і зумовлюють їх електростатичну взаємодію. Полярні неіоногенні радикали, що містять гідроксильні або амідні групи, можуть розташовуватися як на поверхні, так і усередненімакромолекул.Вониприймають участь вутворенніводневих зв'язків.

Заряд макромолекули білка залежить від співвідношення в ній числа кислотних і основних груп, їх ступенів дисоціації і рНсередовища. В кислому середовищі посилюється дисоціація аміногруп і уповільнюється дисоціація карбоксильних груп. Тому макромолекули білків у кислому середовищі заряджаються позитивно, а в лужному середовищі навпаки – негативно.

Змінюючи рНрозчину можна створити умови, за яких заряд макромолекул буде дорівнювати нулю. Такий стан молекул називають ізоелектричним. ЗначеннярНрозчину, за якого молекула ВМС стає незарядженою, називаєтьсяізоелектричною точкою (ІЕТ).