52 Глава вторая

бранной пары макромолекулярных компонентов. Общими условия­ми несовместимости являются исключение возможности образова­ния комплексов белок—полисахарид, а также самоассоциация хо­тя бы одного из макромолекулярных компонентов. Знание этих условий и учет специфики межмолекулярного взаимодействия для выбранной пары макромолекулярных компонентов позволяют пред­сказать условия жидкофазного расслоения для каждой конкретной системы белок—полисахарид—вода.

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА ДВУХФАЗНЫХ ЖИДКИХ СИСТЕМ БЕЛОК — ПОЛИСАХАРИД — ВОДА

В предыдущем разделе было отмечено, что переработка бел­ков и полисахаридов в искусственные продукты питания связана с формованием жидких систем на их основе и фиксацией формы этих систем переводом их в студнеобразное состояние. Принимая во внимания общий характер явления несовместимости белков и полисахаридов в концентрированных водных системах, особый интерес представляет возможность переработки белка в виде гетерогенных многокомпонентных систем, в простейшем случае в виде двухфазных жидких систем (т. е. эмульсий), каждая из фаз которых содержит преимущественно один из макромолеку­лярных компонентов пищи [1, 62]. Изучение поведения таких эмульсий в потоке — одна из важных задач, возникающих при получении искусственных продуктов питания.

Деформацию жидкой капли в среде другой жидкости под действием сил сдвига впервые исследовал Тейлор [63]. Затем это явление изучали в связи с вопросами образования, стабиль­ности и реологических свойств эмульсий [64], а также с целью моделирования деформации статистических клубков макромоле­кул в потоке [65]. При этом было показано, что сферические капли эмульсий в поле сил сдвига могут деформироваться, при­обретая форму эллипсоидов вращения с тем или иным отноше­нием полуосей, т. е. степенью асимметрии (Р). Экспериментально показано, что величина деформации капель зависит от их раз­мера, градиента сдвига, межфазного натяжения и соотношения между вязкостями дисперсной и дисперсионной фаз. В опреде-, ленных условиях соотношение полуосей может достигать значе­ний около 100 и выше [66—69]. Жидкие капли столь высокой степени асимметрии можно рассматривать как жидкие нити или жидкие цилиндры. Показано, что состояние жидкого цилиндра нестабильно. Возмущение потока или молекулярные флуктуации приводят к искажению цилиндрической поверхности и распаду цилиндра на капли под действием сил межфазного натяжения. Стабильность жидкого цилиндра зависит от вязкости образую-

Физико-химические основы переработки белка в ИПП 53

щей его жидкости и вязкости окружающей среды. При этом с ростом вязкости жидкости, составляющей жидкий цилиндр, а также вязкости среды стабильность повышается, т. е. время жизни жидкого цилиндра возрастает. Поток жидкости, окружаю­щей жидкий цилиндр, также может увеличить время его жизни [63, 70]. Теоретические и экспериментальные исследования ста­бильности жидкого цилиндра анализируются в работах [34,

64, 71].

В подавляющем большинстве работ процесс деформации ка­пель изучался как процесс, приводящий к распаду исходной кап­ли после ее деформации до состояния жидкого цилиндра на более мелкие капли. Данные о стабильности деформированной жидкой частицы относятся почти исключительно к единичной капле и не могут быть перенесены на ансамбль капель, так как они не учитывают их взаимодействия в потоке.

С точки зрения проблемы получения искусственной пищи практически важными объектами исследования явления дефор­мации в потоке дисперсных частиц являются двухфазные жидкие системы белок—полисахарид—вода. Речь идет о водных системах с относительно высокой объемной долей дисперсных частиц, взаимодействующих в потоке, системах, содержащих поверхност­но-активные макромолекулярные компоненты (белки и полисаха-риды); состав, вязкость равновесных фаз и межфазное натяже­ние в этих системах могут изменяться по мере приближения или удаления от границы совместимости макромолекулярных компонентов. Белки и полисахариды являются, кроме того, студнеобразователями, способными обеспечить перевод одной или обеих фаз в студнеобразное состояние. При этом скорость обра­зования студня можно регулировать, изменяя состав фаз и усло­вия студнеобразования. Учитывая, что поток непрерывной фазы повышает стабильность жидкого цилиндра, можно было надеять­ся, что застудневание в потоке хотя бы одной из фаз по­зволит фиксировать форму жидкого цилиндра и что таким путем удастся разработать приемы получения различных анизотропных материалов, содержащих белки, и, в частности, способ получения белковых волокон без использования метода «мокрого прядения»

(см. подробнее гл. IV).

Исследование деформации капель в поле сил сдвига было выполнено на двухфазных жидких системах, содержащих водо­растворимые белки, нейтральные полисахариды или поливинило­вый спирт [62, 71, 72]. Применяли два метода исследования. В первом случае деформацию системы осуществляли между пред­метными стеклами оптического микроскопа при их относитель­ном перемещении и измеряли размеры частиц с помощью окуляр-микрометра. Во втором случае деформацию дисперсных частиц двухфазной жидкой системы проводили в ячейке типа цилиндр в