Сахара и полисахариды в растворе

Рассмотрим растворение и межмолекулярное взаимодействие в растворах важнейших пищевых материалов — сахаров, полисахаридов.

В разбавленных водных растворах сахарозы при низких температурах вода взаимодействует в основном с экваториальными гидроксильными группами пираноз, причем количество молекул воды, связанных с молекулой сахарозы, значительно превышает число гидроксильных групп. С этими группами вода связана, по-видимому, наиболее сильно. В результате каждая молекула сахарозы оказывается как бы заключенной в водную оболочку. На основании моделирования раствора этого дисахарида предполагают, что эта оболочка эквивалентна полуклатратной структуре и включает 22 молекулы воды. Молекула сахарозы образует с ближайшим водным окружением 10 водородных связей.

Гидратная оболочка препятствует сближению молекул сахарозы, что равносильно отталкиванию. По мере увеличения концентрации толщина водного окружения падает. При концентрации сахарозы, превышающей предельную, из-за дефицита растворителя гидратные оболочки размываются и молекулы сахаров переходят в состояние ассоциации.

Растворимость важнейшего для молочной промышленности представителя групп сахаров — лактозы определяется различными условиями растворения ее изомеров ос-лактозы и (З-лактозы. В водных растворах всегда устанавливается динамическое равновесие между двумя изомерами, зависящее от температуры. При растворении гидратной ос-лактозы сначала образуется насыщенный раствор ос-лактозы. Затем часть растворенной лактозы переходит в р-лактозу. Вследствие этого степень насыщения ос-лактозы снижается и новая часть ос-лактозы переходит в раствор. Этот процесс продолжается до тех пор, пока раствор не станет состоящим из гидратных ос-лактозы и (3-лактозы, находящихся в определенном равновесном соотношении.

В 100 г воды при 20 °С растворяются 8 г гидратной сс-лактозы и 55 г Р-лактозы, а общая растворимость составляет только 16,1 %, т. е. 19,2 лактозы.

Рассмотрим процесс растворения полисахаридов. Испытания механических свойств крахмала в зависимости от его влажности показали, что модуль Юнга пленок крахмала уменьшается более чем на два порядка величины при увеличении относительной влажности воздуха от 20 до 70 %, т. е. примерно в том же промежутке, в каком на поверхности крахмала образуется монослой воды. Модифицированный (ацетилированный) крахмал показывает гораздо меньшее снижение модуля Юнга, так как является более гидрофобным материалом. Пластифицирующий эффект воды связывают в крахмале с разрывом водородных связей внутриполимерной цепочки при гидратации молекулы, так как водородная связь образуется в гидратированной молекуле между водой и полярной группой, а не между двумя полярными группами[1]. Пластификация способствует отрыву фрагментов частицы от целого и растворенного крахмала.

Исследования механизма растворимости микрокристаллической целлюлозы, показали, что адсорбированная вода, ослабляя систему водородных связей в доступных областях целлюлозы, оказывает на нее пластифицирующее действие. Это приводит к расстекловыванию аморфных областей и переводу полимера в высокопластичное состояние благодаря возрастанию сегментальной подвижности, увеличению свободного объема, появлению свободных от водородных связей функциональных групп. Установлено также, что возможно взаимодействие молекул воды не только с ОН-группами целлобиозы, но и с мостиковым кислородом и кислородом пиранозного цикла (в данном случае целлобиоза является донором электронной плотности). Высокопластичное состояние полисахарида ведет в дальнейшем к его растворению.

  • [1] Mazean K., Rinaudo M. The prediction of the characteristics of some polysachrides from molecular modeling. Comparation with effective behavior // Food Hydrocolloids. 2004. № 18. P. 885—898. 2 Disckinson E. Hydrocolloids at interfaces and the intluence on the properties of dispersed systems // Food Hydrocolloids. 2003. № 17. P. 25—39. 3 Goncalves M. P. et al. Rheological study of the effect of Cassia javanica galactomannans on the heat-set gelation of a whey protein isolate at pH 7 // Food Hydrocolloids. 2004. № 18. P. 181—189.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >