Серед речовин, що входять до складу харчових сировини і продуктів, значна частина представлена високомолекулярними сполуками. Високомолекулярними сполуками називаються такі речовини, молекули яких складаються з сотень, тисяч і десятків тисяч атомів. Зазвичай високомолекулярними вважаються речовини з молекулярною масою від десяти тисяч до кількох мільйонів.
Високомолекулярні речовини (ВМС) відносяться до молекулярних колоїдам, тому що молекули цих речовин мають розміри колоїдних частинок, званих по цій причині макромолекулами. Однак між колоїдними розчинами і розчинами полімерів спостерігається відмінність: в розчинах високомолекулярних сполук відсутня основна ознака колоїдної системи - гетерогенність. Незважаючи на величезний молекулярний вагу полімерів, їх розчини - системи гомогенні, однофазні; між дисперсною фазою і дисперсійним середовищем немає поверхні розділу. Розчини ВМС представляють собою справжні розчини, хоча і мають багато властивостей, схожими з властивостями колоїдних розчинів. На відміну від колоїдних систем справжні розчини агрегативно стійкі.
За походженням високомолекулярні речовини підрозділяються на природні і синтетичні. До числа найважливіших природних високомолекулярних речовин рослинного і тваринного походження відносяться білки (желатин, альбумін), полісахариди (крохмаль, агар-агар, целюлоза, пектинові речовини) і ін.
На властивості ВМС впливають ступінь полімеризації і форма макромолекул. За будовою макромолекул вони діляться на лінійні, розгалужені і сітчасті.
Полімери мають високу механічну міцність, зокрема міцністю на розрив. Міцність на розрив збільшується зі збільшенням молекулярного ваги (ступеня полімеризації), а з підвищенням температури вона зменшується.
Під дією кисню повітря, світла, нагрівання і інших чинників полімери в звичайних умовах зберігання зазнають хімічні перетворення, які приводять до зміни властивостей. Цей процес називається старінням полімерів.
Полімери подібно низькомолекулярних речовин володіють виборчої розчинність, т. Е. В одних рідинах полімери розчиняються, в інших - ні. Полімери розчиняються в рідинах, подібних до них за хімічною будовою: полярні полімери - в полярних рідинах, а неполярні - в неполярних. Так, наприклад, желатин - полярний полімер - розчиняється в полярній рідини - воді, але не розчиняється в етиловому спирті. Процес розчинення полімерів своєрідний і відрізняється від розчинення низькомолекулярних речовин. Розчиненню полімеру передує, набухання. Процес набухання часто спостерігається в деяких виробництвах, наприклад в хлібопеченні, в кулінарії і т. Д. Коли перед початком технологічного процесу виробляють операції замочування желатину, агару, пектину, бобових, в процесі якого ці види сировини, набухаючи, поглинають велику кількість води і збільшуються в розмірах.
Процес розчинення можна умовно розділити на чотири стадії. У першій стадії (рис. 5, а) до початку розчинення система складається їх чистих компонентів: низкомолекулярной рідини і полімеру. Друга стадія процесу (рис. 5, б) - набухання, яке полягає в тому, що молекули низькомолекулярної рідини проникають в занурений в неї полімер. Це пояснюється тим, що макромолекули полімерів гнучкі, і маленькі молекули розчинника проникають в полімер, розсовують ланки ланцюгів полімеру, розпушуючи його. Відстані між молекулами в зразку полімеру, таким чином, стають більше, що супроводжується збільшенням його маси і об'єму.
Третя стадія розчинення (рис. 5, в) полягає в тому, що в міру набухання обсяг полімеру і відстань між макромолекулами збільшується настільки, що макромолекули починають відриватися один від одного і переходити в шар низкомолекулярной рідини. У четвертій стадії розчинення (рис. 5, г) молекули полімеру рівномірно розподіляють-ся по всьому об'єму системи, утворюючи справжній гомогенний розчин.
Мал. 5. Послідовні стадії взаємного розчинення високомолекулярної сполуки в низкомолекулярной рідини
Деякі полімери набухають обмежено. Обмежене набухання - це набухання, яке не закінчується розчиненням. При цьому полімер поглинає рідину, а сам в ній не розчиняється або розчиняється дуже мало. Обмежено набухають полімери, які мають хімічні зв'язки - «містки» - між макромолекулами. Такі містки не дозволяють молекулам полімеру відірватися один від одного і перейти в розчин. Якщо зв'язок між макромолекулами у полімеру нетривка, то полімери, обмежено набухають при помірних температурах, при більш високих температурах набухають необмежено, т. Е. Розчиняються, наприклад желатин і агар-агар.
Швидкість набухання полімерів залежить від температури. З підвищенням температури збільшується швидкість дифузії, а, отже, і швидкість набухання. Швидкість набухання збільшується також і зі збільшенням ступеня подрібнення полімеру, так як це викликає збільшення поверхні зіткнення набухає речовини з розчинником. Подрібнення терки, дробарками, млинами використовується в харчовій промисловості і в громадському харчуванні Подрібнені харчові продукти швидше набухають і розварюються.
На ступінь і швидкість набухання впливає вік полімеру. Це вплив особливо велике для білків: чим менше вік полімеру, тим більше ступінь набухання і його швидкість. Прикладом може служити хороше набухання свіжих сухарів, галет, бубликів і погане набухання їх після тривалого зберігання.
Швидкість і ступінь набухання білків залежать і від рН середовища. Цю здатність до набухання в залежності від величини рН використовують в процесі приготування деяких харчових продуктів, наприклад, додають кислоту в листкове тісто, м'ясо та ін.
Здатність полімерів до набухання може бути оцінена ступенем набухання (в%):
де m1 - маса полімеру до набрякання;
m2 - маса полімеру після набухання.
Розчини полімерів мають малу дифузійної здатністю, не проникають через напівпроникні перегородки. Така схожість пояснюється тим, що розміри молекул розчинених полімерів значно перевершують розміри звичайних молекул.
Характерною властивістю розчинів високомолекулярних сполук є висока в'язкість, вона значно вище в'язкості розчинів низькомолекулярних речовин і колоїдних розчинів тих же концентрацій.
Для кількісної характеристики в'язкості розчинів полімерів часто користуються так званої відносної в'язкістю розчину, т. Е. Ставленням в'язкості розчину до в'язкості чистого розчинника:
При визначенні відносної в'язкості вимірюють час витікання розчину і розчинника в одному і тому ж вискозиметре, при одній і тій же температурі.
В'язкість розчинів полімерів залежить від природи полімеру (молекулярного ваги і форми макромолекул), природи розчинника, концентрації та температури. Так, з підвищенням молекулярної ваги в'язкість розчинів полімерів зростає. У полімерів з випрямленими ланцюгами в'язкість вище, ніж у полімерів зі згорнутими, клубкообразнимі молекулами. В'язкість розчинів полімерів сильно зростає з підвищенням концентрації і завжди падає з ростом температури.
Володіючи високою в'язкістю, зростає з підвищенням концентрації розчину, деякі полімери можуть перетворюватися з сильно в'язкого, але текучого розчину в який зберігає форму твердообразноє холодець. Розчини полімерів з сильно витягнутими макромолекулами утворюють холодці при невеликій концентрації розчину. Так, желатин і агар-агар утворюють холодці і гелі в 0,2-1,0% розчинах.
Студнеобразование є найважливішою технологічною характеристикою багатьох ВМС, що застосовуються в харчовій промисловості та громадському харчуванні.