Классификация систем по дисперсности

Дисперсность D — основная характеристика дисперсной системы, она служит мерой раздробленности вещества. Количественно дисперсность определяют как величину, обратную характерному размеру частицы:

где г — характерный размер (радиус или длина ребра и т. п.), м^-1.

В то же время для характеристики раздробленности (обычно пористых тел) служит величина удельной поверхности 5_уд — суммарная поверхность всех частиц или пористого тела, масса которых составляет 1 кг (или 1 г) или общий объем которых равен 1 м³ (или 1 см³).

По диперсности все системы подразделяют:

• 1) на грубодисперсные с размером частиц 10″³—lO⁶ м (> 1 мкм). Это суспензии, эмульсии, порошки, взвеси и т. д.;
• 2) коллоидно-дисперсные (коллоидные) с размером частиц lO⁶—10~⁹ м (1 мкм — 1 нм). Это золи (гидрозоли, органозоли, аэрозоли, пирозоли), растворы полимеров и т. д.;
• 3) молекулярные или ионные (истинные) растворы с размером частиц менее 1 нм.

Таким образом, собственно коллоидные системы (растворы) по размеру частиц занимают промежуточное положение между грубодисперсными и молекулярными системами. Можно считать, что в коллоидных системах достигается высшая степень раздробленности вещества, при которой еще сохраняются понятия «фаза» и «гетерогенность». Уменьшение размера частиц еще на порядок переводит системы в гомогенные (истинные) молекулярные или ионные растворы (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Радиусы некоторых частиц дисперсных и гомогенных систем.

Геометрическая форма частиц может быть очень разнообразной в зависимости от условий дробления вещества. Когда частицы дисперсной фазы представляют собой сферы, кубики или любые другие мыслимые фигуры, все три размера которых близки друг к другу и заключены в пределах 1 нм — 1 мкм, то здесь все понятно: мы имеем дело с коллоидными системами. Но как быть, если все три размера частиц сильно различаются (на много порядков)? Например, можно ли считать коллоидной систему, состоящую из тонких проволочек длиной 1 м, но диаметром в поперечнике 10 нм?

Нетрудно понять, что система приобретает коллоидные свойства, если хотя бы одно из трех измерений (характерный размер) находится в области высокой дисперсности. Так, если тело объемом 1 см³ раздробить на кубики с длиной ребра I < 10~⁸ м, вытянуть в нити с сечением г < lO⁸ м или расплющить в пластинку (пленку) толщиной < lO⁸ м, то полученные системы будут коллоидно-дисперсионными, поскольку доля «особенных» поверхностных молекул в них соизмерима с долей объемных молекул. Значения величин S_yA и поверхностной энергии становятся для них весьма значительными.

Большая удельная поверхность многих пищевых продуктов способствует адсорбции ими из газовой фазы многочисленных компонентов воздуха. Поэтому не разрешается хранить какие-либо плохо пахнущие вещества в одном помещении с такими продуктами, как мука, крахмал, чай, какао, сухие кофейные напитки. Эти продукты легко приобретают посторонний запах, избавиться от которого очень трудно.

Вкус помадки (дисперсная фаза — мелкокристаллический сахар, дисперсионная среда — насыщенный водно-молочный раствор сахара) обусловлен не только вкусовыми добавками, но и размерами частичек дисперсной фазы. В высококачественной помадке размер кристалликов сахара не должен превышать 12 мкм. Наличие 20% кристаллической фазы с размером 20 мкм делает ее более грубой, а присутствие единичных кристалликов сахара размером 40 мкм резко ощущается на вкус.

Крупность помола муки влияет на качество сахарного печенья. Из муки крупного помола получают более хрупкое, пористое печенье с большим подъемом (т. е. печенье получается более сдобным). При приготовлении пряников крупный помол, напротив, оказывает негативное влияние на подъем и пористость.

Стойкость напитка, приготовленного из порошка какао, непосредственно зависит от размеров частиц, которые не должны превышать 10 мкм.

Изменение дисперсности вещества резко ускоряет реакции окисления. Многие пищевые продукты при соответствующей дисперсности становятся взрывоопасными. Так, аэрозоли муки, сахара, крахмала могут стать причиной серьезных аварий. Для взрыва необходимы определенная концентрация частиц в воздухе и источник воспламенения — открытый огонь (горящая спичка), «искрящий» выключатель, разряд статического электричества. Предельно-допустимая концентрация по взрывоопасности 1 м³ воздуха составляет: для муки — 35,3 г; для картофельного крахмала — 40,3 г; для сахарной пыли — 8,9 г; для порошка какао — 103 г.

В то же время улучшение качества муки при хранении, ее «созревание», объясняется окислительным действием кислорода воздуха на белково-протеиназный комплекс муки благодаря большой площади раздела фаз.

Замечено, что если при производстве мучных кондитерских изделий масса плохо размешана, неоднородна по составу, то продукт из нее (бисквит, печенье или пряник) черствеет очень быстро. Наши бабушки не зря просеивали муку через сито перед выпечкой: чем мельче ее частички, тем больше влаги они могут удержать, и сдоба дольше останется мягкой. На старых месильных машинах невозможно было получить однородную продукцию, на современном же оборудовании с Z-образными лопастями и микс-машинами возможно приготовление максимально гомогенизированного теста.