Студни. 
Физическая и коллоидная химия

Студни — это такие системы, в которых частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а дисперсная среда заключена в промежутках между ними. Таким образом, это структурирование системы со свойствами эластичных твердых тел.

Студни могут быть получены двумя способами: методом застудневания растворов полимеров или золей и методом набухания сухих высокомолекулярных веществ в жидкостях.

Процесс перехода растворов полимеров золя в студень связан с увеличением вязкости и замедлением броуновского движения и заключается в объединении частиц дисперсной фазы в форме сетки или ячеек и связывании при этом всего растворителя.

Процесс застудневания зависит от природы растворенных веществ, формы их частиц, концентрации, температуры, времени и примесей других веществ, особенно электролитов.

Способность застудневать характерна для растворов, состоящих из палочковидных и лентообразных по форме частиц. При наличии таких форм возникают крупноячеистые структуры и могут поглощаться большие количества жидкости.

С повышением концентрации способность к застудневанию увеличивается, так как при этом уменьшается расстояние между частицами. Для каждого раствора при данной температуре существует некоторая предельная концентрация, ниже которой он не застудневает. Так, для желатина при комнатной температуре предельной концентрацией является 0,5%, для агар-агара — 0,2%.

Способность застудневать увеличивается при понижении температуры, так как при этом уменьшается подвижность частиц и облегчается процесс сцепления их.

Процесс застудневания даже при низкой температуре не происходит мгновенно и нередко требует продолжительного времени для формирования ячеистой объемной сетки. Время, необходимое для застудневания, называется периодом созревания.

Студни, полученные из растворов ВМС, при высушивании могут уменьшаться в объеме, уплотняться, но все же сохранять эластичность и способность снова набухать в жидкостях.

Таким образом, студни ВМС могут быть получены не только методом застудневания, но и методом набухания. Ограниченное набухание заканчивается образованием студня и не переходит в растворение.

В кулинарной практике для получения студней применяют комбинированный метод, объединяющий набухание сухих веществ и застудневание растворов. Например, сухие вещества крахмал, агар-агар и желатин, сначала набухая, дают студни, которые при повышении температуры плавятся и переходят в раствор, застудневающий при охлаждении.

Студни характеризуются рядом свойств твердого тела. Они сохраняют форму, обладают упругими свойствами и эластичностью.

При нагревании студни переходят в вязкотекучее состояние. Этот процесс называется плавлением. Он обратим, так как при охлаждении раствор снова застудневает.

Многие студни способны разжижаться и переходить в растворы при механическом воздействии (встряхивании, перемешивании). Этот процесс обратим, так как в состоянии покоя через некоторое время раствор застудневает. Свойство студней многократно изотермически разжижаться при механических воздействиях и застудневать в состоянии покоя называется тиксотропией.

Кроме свойств твердых тел студни обладают и свойствами жидкого тела, там могут протекать такие процессы, как диффузия и химические реакции между веществами. Диффузия в студнях зависит от размеров диффундирующих частиц и от концентрации вещества студня.

Диффузия имеет большое значение в таких производствах, как крашение и дубление, так как набухшее волокно и шкуры животных являются студнями. В пищевой промышленности наблюдается и диффузия соли, сахара в тесте, красителей и вкусовых веществ в желе и мармеладе.

Студни с течением времени «стареют». При старении на поверхности студня начинают появляться капельки жидкости. Происходит разделение студня на две фазы. Это явление называется синерезисом. В процессе синерезиса структурная сетка студня стягивается и выжимает из себя значительную часть растворителя, что способствует уменьшению объема студня.

Процесс синерезиса у студней, образованных полимерами, обратим, иногда достаточно нагревания, чтобы студень вернуть в исходное состояние. Этим пользуются для освежения каш, пюре.

Чаще всего синерезис в быту и промышленности нежелателен. Это черствение хлеба, отмокание мармелада, желе, карамели, фруктовых джемов. Синерезис происходит при хранении мыла, клея и т. п.

Синерезис протекает в мышечных и костных тканях в процессе жизнедеятельности, вызывая изменения при старении организма. Мясо старых животных намного плотнее, а кости значительно тоньше, чем у молодых.

Примером положительного синерезиса может служить самопроизвольное отделение жидкости от творога в процессе созревания сыра при сыроварении.

Синерезису способствует низкая температура, большое содержание полимера в растворе и длительный покой системы.

Вопросы для самоконтроля:

По какому признаку вещества относят к высокомолекулярным соединениям?

В чем особенности строения молекул высокомолекулярных соединений?

Приведите примеры высокомолекулярных веществ, входящих в состав пищевых продуктов.

Что такое набухание? Какие стадии в нем различают?

Опишите, как изменяются белки и углеводы при тепловой обработке пищевых продуктов.

Расскажите о пищевых добавках, изменяющих структуру и физико-химические свойства продуктов.

Какой процесс называется прогорканием?

Какие существуют методы получения студней?