Осмос

При высокой концентрации сахара в результате осмоса бактерии не могут развиваться в продукте. Однако если кислотность продукта невелика - возможно развитие различных плесневых грибов.

Осмос в природе. Животные и растит. клетки представляют собой микроскопич. осмотич. системы, поскольку у клетки оболочка или прилегающая к ней плазмолемма обладают св-вами полупроницаемых мембран. Если поместить клетки в дистиллированную воду, происходит набухание, а затем разрыв оболочек (осмотич. шок, или лизис). В р-рах с высокой концентрацией солей наблюдается падение осмотич. давления и коллапс клеток из-за потери воды (плазмолиз). Это явление используют, напр., при консервировании пищ. продуктов путем добавления больших кол-в соли или сахара: микроорганизмы подвергаются плазмолизу и становятся нежизнедеятельными.

В тканях растений осмотич. давление составляет 0,5-2 МПа (у растений в пустынях - более 10 МПа). Гидро-статич. давление, возникшее во внутриклеточных структурах в результате осмоса, наз. тургором. Это давление придает прочность и упругость тканям живых организмов. Если клетка отмирает, оболочка теряет св-во полупроницаемости, тургор исчезает (растение вянет). Осмотич. давление-главная причина, обеспечивающая движение воды в растениях и ее подъем от корней до вершины. Клетки листьев, теряя воду, осмотически всасывают ее из клеток стебля, а последний-из клеток корня, берущих, в свою очередь, воду из почвы. Для роста и развития растений важно соотношение между осмотич. давлением почвенного р-ра и клеточного сока. Растение может нормально развиваться лишь тогда, когда осмотич. давление клеточного сока больше осмотич. давления почвенного р-ра.

Высокоорганизованные животные и человек отличаются постоянным значением осмотич. давления, напр. в крови человека  = 0,78 МПа (7,7 атм) при 37 °С. Даже небольшие изменения осмотич. давления вызывают чувство дискомфорта. Так, чувство жажды обусловлено потребностью организма восстановить нормальное осмотич. давление введением воды, после того как оно было повышено, напр. употреблением соленой пищи. При болезненных явлениях локальные изменения осмотич. давления м. б. значительными. Напр., при воспалит. процессах происходит распад белков, что приводит к увеличению кол-ва структурных частиц в очаге воспаления, повышению осмотич. давления и локальному оттоку воды из окружающих тканей. Так возникают отеки.

Осмос на кухне

Как выпитый глоток воды попадает в клетки нашего организма?

Отгадка, как и большинство научных открытий, будет базироваться на теории и научном эксперименте. Эксперимент ставится на кухне и включает в себя три опыта.

Все опыты посвящаются одному явлению природы — осмосу. Теоретические выкладки занимают три предложения.

Теория в трех предложениях

Если два раствора разной концентрации разделить перегородкой, пропускающей молекулы воды, но задерживающей молекулы растворенного в ней вещества, то молекулы воды будут переходить в более концентрированный раствор, все больше и больше разбавляя его.

Так распорядилась природа. Люди назвали это явление — “осмос”.

Опыт первый, или плачущий лимон.

Взяли лимон и порезали его на тонкие дольки. Если нож острый, то сока при этом почти не получится. Но посыплем лимонные дольки сахаром— и понаблюдаем: спустя некоторое время из долек, как по волшебству, потечет сок.

Конечно, это никакое не волшебство. Просто тут начал действовать осмос: сок потек из лимона наружу, как бы стремясь как можно сильнее разбавить образовавшийся на его поверхности концентрированный раствор сахара.

А если мама когда-нибудь солила капусту (и мы, конечно, при этом присутствовали!), то должны были заметить следующий факт: после того как нашинкованную капусту перетрут с солью, ее объем резко уменьшается, а сама капуста становится влажной. Мама говорит: капуста пустила сок. А мы теперь можем сказать: это осмос. Ведь неважно, какое растворимое в воде вещество находится снаружи: клетки — сахар или соль.

Опыт второй, или своенравная картошка.

Мы вырезали из сырой картошки три одинаковых кубика и каждый из них опустили в банку с водой, но только в одной банке воду слегка подсолили, в другой растворили как можно больше соли, а в третью - ничего не добавляли.

Спустя час-два заметили, что кубики стали различаться: первый из них (тот, что был в слабо соленой воде) остался прежнего размера, второй (он находился в сильно соленой воде) съежился и стал значительно меньше, а третий, наоборот, разбух.

Стало понятно, что и тут сработал осмос. Первый кубик находился в слабом соляном растворе — его концентрация была примерно равна концентрации солей в картофельном соке. Второй кубик окружал раствор большей концентрации, чем концентрация солей в его собственном соке, и в результате осмоса кубик начал обезвоживаться и уменьшаться в размерах. Ну, а кубик, оставленный в водопроводной воде? С ним произошла обратная история: концентрация солей в его соке была выше, чем в воде, и вода начала переходить в кубик. Вот он и “вырос”!

Опыт третий, или морковка-насос.

Взяли морковку. Самую обыкновенную. Отрезали от нее зеленый хвостик, а вместо него вставили стеклянную трубку. Получилась пика: морковка — наконечник, а трубка — древко. Если налить в трубку соленую морскую воду, а морковку поставить в стакан с водопроводной водой, то спустя некоторое время можно заметить, что уровень воды в трубке начинает ползти вверх. Это тоже осмос.

Когда морковка находится не в стакане с водой, а растет на огороде, то вода попадает в ее ткани точно так же. Ведь в ее соке концентрация солей выше, чем в воде, которой поливают огород.

Когда мы пьем, вода проникает в наш организм через стенки желудка благодаря осмосу – концентрация солей в крови выше, чем в воде, вот вода и просачивается в кровь.

Путем технической обработки, угнетающей  жизнедеятельность портящих продукты микроорганизмов, консервирование позволяет продлить срок годности продуктов. И способов обработки есть предостаточно.

Криоконсервирование. Самый щадящий и наименее хлопотный способ консервации. Замораживание продуктов полностью останавливает жизнедеятельность бактерий.

Сушка. Старейший метод консервирования. Не трудоемкий, но требующий временных затрат. В процессе сушки из продукта удаляется влага, что лишает микроорганизмы среды обитания.

Соление. Простой способ заготовки. При посоле, в процессе осмоса, соль «вытягивает» из продукта влагу, сам продукт пропитывается раствором соли и благодаря снижению активности воды становится непригоден для развития большинства бактерий.

Засахаривание или кандирование. Простой способ консервирования без тепловой обработки. При высокой концентрации сахара в результате осмоса бактерии не могут развиваться в продукте. Отличная альтернатива желированию и варению, которые разрушают большинство витаминов.

Пастеризация. Сравнительно молодой способ консервирования, назван по имени Луи Пастера. Предполагает продолжительное нагревание продукта до температуры в 60-70 °С.

Стерилизация. Для овощей с пресным клеточным соком требуется стерилизация, то есть прогревание при температуре 100°С и выше.

Пищевые студни:понятие,получение,значение. Использование при производстве продукции общественного питания. Синерезис студней. Практическое значение.

Студни — структурированные гомогенные системы, заполненные жидкостью, каркас которых образован молекулами высокомолекулярных соединений. В настоящее время термин «Студни» вытесняется более общим понятием «Гели»

Студни похожи по свойствам на гели, в частности характеризуются отсутствием текучести, способностью сохранять форму, прочностью и упругостью. Эти свойства обусловлены наличием пронизывающей весь объём студня пространственной сетки макромолекул.

Студни обладают такими свойствами как вязкость,осмотическое давление,эластичность,текучесть,особенность рассеивать свет,тиксотропные св-ва,синтерезис.

Тиксотропия-способность структур после их разрушения в результате какого- нибудь механического воздействия самопроизвольно восстанавливаться во времени.

Синтерезис-самопроизвольное уменьшение размеров геля с одновременным выделением из него дисперсной среды,содержащейся в петлях геля.

Студни и процесс застудневания имеют большое значение в медицине,биологии,технике,хлебопекарной промышленности.Образование клеевого слоя при склеивании,желатировании пироксилина,получение искусственного волокна,дубление кожи.

К студням первого типа относят набухшие в р-рителях сетчатые полимеры, например полистирол с поперечными дивинилбензольными "мостиками". Их обратимая деформация обусловлена энтропийным эффектом распрямления и восстановления свернутой конформации участков макромолекулярных цепей, находящихся между хим. узлами сшивки. Поскольку энергия хим. связи очень велика, такие студни обратимо деформируются в широком интервале т-р от точки кристаллизации р-рителя до начала термич. распада р-рителя или полимера при высоких т-рах.

Разновидностью студней первого типа являются системы, в к-рых устойчивые контакты между макромолекулами обеспечиваются локальной кристаллизацией группы цепей. Отрезки макромолекул между кристаллич. "узлами" способны к таким же конформац. превращениям под действием внеш. мех. нагрузок, как и химически сшитые полимеры, но верх. предел области обратимой деформации ограничивается т-рой плавления кристаллич. узлов. Выше этой т-ры студень превращ. в обычный р-р полимера. Примером студней этого типа могут служить р-ры поливинилхлорида с невысокой степенью кристалличности, обусловленной низкой синдиотак-тичностью макромолекул. Локальная кристаллизация в этом случае ответственна за обратимую деформацию высокопластифицир. изделий из поливинилхлорида. Аналогичные студни часто образуются из р-ров сополимеров, у к-рых в результате неоднородного распределения сомономеров в цепи возникает возможность локальной кристаллизации последовательности одинаковых мономеров. Локальная кристаллизация наблюдается и для полимеров, образующихся при частичных полимераналогичных превращениях, напр. при неполном омылении производных целлюлозы.

Студнеобразное состояние систем полимер-р-ритель, сходное с описанным выше, возникает и в случае взаимод. с р-рителем полимеров, имеющих сверхвысокую мол. массу. Св-ва сетки межмол. "зацеплений" (переплетений) цепей аналогичны св-вам сеток с хим. или кристаллизац. узлами. Даже при продолжительном мех. воздействии в такой системе развиваются большие, практически полностью обратимые деформации, хотя такое студнеобразное состояние неустойчиво из-за постепенной перестройки межмол. контактов (зацеплений). Эти системы занимают промежут. положение между студнями и упруговязкими р-рами полимеров.

Все студни первого типа можно условно рассматривать как однофазные системы, даже в случае локальных кристаллизац. узлов, кол-во к-рых очень мало по сравнению со всей массой полимера.

Студни второго типа отличаются от студней первого типа отчетливо выраженным двухфазным состоянием. Они возникают в результате распада однофазных р-ров полимеров на две фазы, первая из к-рых, содержащая большое кол-во полимера, образует преим. непрерывный каркас, а вторая фаза с очень низкой концентрацией полимера включена в этот каркас в виде дисперсии. Мех. св-ва этой системы определяются каркасной полимерной фазой, к-рая во мн. случаях приближается по св-вам к твердому телу и поэтому способна к частичному упругому изгибу. При этом общая относительно высокая деформация системы складывается из суммы малых деформаций отдельных элементов пространств. сетки, образующей эту структуру. Кроме того, вклад в обратимую деформацию вносит изменение формы и протяженности межфазной границы (межфазная энергия имеет небольшое, но все-таки конечное значение).

Студни второго типа часто образуются из р-ров белковых в-в, при осаждении полимеров в ходе их переработки в изделия (напр., в хим. волокна, в частности при созревании вискозы), из водных р-ров метил- и оксиэтилцеллюлозы. При этом фазовый распад связан с изменением активности р-рителя вследствие введения "нерастворителя" или резкого изменения т-ры.

Среди многообразных св-в студней следует выделить явление синерезиса-отделение части жидкости при изменении термодинамич. параметров системы. В случае студней первого типа, в к-рых набухание исходного химически сшитого полимера происходит до установления равновесия между своб. энергией смешения компонентов и возвратным действием растягивающей сетки, синерезис наблюдается только при послед. изменении т-ры или состава р-рителя. Он прекращается полностью после достижения нового равновесия. Для студней, в к-рых узлы сетки образованы локальной кристаллизацией, могут наблюдаться процессы дополнит. кристаллизации, что приведет к новому частичному отделению синеретич. жидкости.

Для студней второго типа характерна нестабильность, обусловленная термодинамич. неравновесностью системы. Это выражается прежде всего в синеретич. выделении фазы с низкой концентрацией полимера. Теоретически синерезис должен протекать до установления единой границы раздела между двумя фазами, но практически он замедляется во времени из-за сложности диффузионных процессов в ге-терог. системах. При переработке полимеров в пром-сти остаточные кол-ва р-рителя отделяют испарением.

Из др. св-в студней имеют значение их мех. и оптич. характеристики. Прочность студней первого типа определяется в принципе прочностью исходного полимера и зависит от его доли в системе.Однако практически наиболее важный показатель-модуль упругости,который характеризует "податливость" системы при наложении внеш. нагрузок, поскольку эти системы используют в условиях не полного разрушения, а до достижения определенной деформации при заданном напряжении.Что касается студней второго типа, то их прочностные св-ва относительно низки. Это объясняется наличием протяженных дефектов (каналов, или "трещин") в массе студней из-за действия больших внутр. напряжений, возникающих при фазовом распаде системы. Через эти каналы и происходит синеретич. отделение низкоконцент-рир. (относительно полимера) фазы.

Оптич. св-ва студней первого типа мало отличаются от таковых для обычных р-ров полимеров. Лишь при изменении параметров состояния набухшего студня (напр., т-ры) может появиться дополнит. рассеяние света за счет микрокапель синеретической жидкости. В студнях с локальной кристаллизацией появление избыточной мутности (помимо той, к-рая обусловлена наличием небольшого количества кристаллизационных областей) м. б. связано с продолжающейся кристаллизацией полимера. Студни второго типа характеризуются интенсивным светорассеянием из-за двухфазности системы и наличия разрывов сплошности (трещин) в массе студней.