Dispersion System in Foods

Food Chemistry I

KAFT 321

อาจารยเปรมศร โรจนสจจะกล

Contents

1. Dispersion System in Food

2. Colloid

3. Sol

4. surfactant

5. Gel

Dispersion System of Food

สารอยางนอย 2 ชนดกระจายตวอยในระบบเดยวกน อนภาคแพรกระจายหรอแขวนลอยอยในตวกลาง

Discontinuous dispersed phase

Internal phase

micelles

Dispersed phase (เพสกระจาย)

ของแขง ของเหลว และ แกส

ตวกลางใหอนภาคกระจายตว หรอแขวนลอยอยได

Continuous dispersion medium

External phase

Intermicellar liquid

Dispersion medium (เฟสตอเนอง หรอ ตวกลาง)

Dispersed Systems

Dispersed phase

Continuous phase

Interface

Dispersion System of Food

ขนาดอนภาคในสารละลาย

สารละลายแท (true solution or crystalloids)

ขนาดอนภาค < 0.001 m

อนภาคเคลอนยายผานเมมเบรนได

เกดการเปลยนแปลงแรงดนออสโมซส

คอลลอยด (colloid)

ขนาดอนภาค 0.001-0.1 m

อนภาคไมสามารถผานเมมเบรนได

ไมมแรงดนออสโมซส

สารแขวนลอย (suspension)

ขนาดอนภาค > 0.1 m

Colloid

แบงตามแรงดงดดระหวางอนภาคคอลลอยด

กบเฟสตอเนอง

Lyophobic colloid

อนภาคคอลลอยดมแรงดงดดตอตวกลางนอย

Solvent-hating

Hydrophobic colloid = ตวกลางเปนนา

ระบบเหมอนสารแขวนลอย ไมคอยมความคงตว

Lyophilic colloid

อนภาคคอลลอยดมแรงดงดดตอตวกลางสง

Solvent-loving

Hydrophilic colloid = ตวกลางเปนนา

Colloid

Lyophilic colloid

อนภาคคอลลอยดดดซบนา (hydrated) = hydrosol

มความคงตว

ระบบเหมอนสารละลาย แตมขนาดอนภาคของเฟสกระจายทใหญกวา

อนภาคคอลลอยดมประจ: โปรตน โพลแซคคาไรด

macromolecular colloids

Colloid

ตารางท 1 ระบบคอลลอยดทพบในธรรมชาต

อนภาคคอลลอยด เฟสตอเนอง ชอระบบคอลลอยด ตวอยาง

ของแขง ของแขง Solid sol ลกกวาด

ชอกโกแลต

ของแขง ของเหลว Sol นาผลไมของแขง แกส Solid aerosol ควน

ฝนละอองของเหลว ของแขง Solid emulsion เนย

ไอศกรม ของเหลว ของเหลว Liquid emulsion นานม

มายองเนส

Colloid

ตารางท 1 (ตอ)

อนภาคคอลลอยด เฟสตอเนอง ชอระบบคอลลอยด ตวอยาง

ของเหลว แกส Liquid aerosol หมอก

ละอองนาแกส ของแขง Solid aerosol เมอแรงจ

ขนมปงแกส ของเหลว foam วปครม

ฟองเบยร

Meringue

Colloid

การเคลอนทของอนภาคในระบบคอลลอยด

Brownian Movement

การเคลอนทแบบซกแซก จากการกระทบกบโมเลกล

ของนา ทาใหอนภาคเขาหากน รวมตวกนเปนอนภาคใหญขน มโอกาสตกตะกอนได

Colloid

Electrical double layer

ศกยไฟฟา (electrical potential) ทบรเวณผวของอนภาคคอลลอยดทมประจในตวกลาง

สารละลายอเลกโตรไลทละลายอยดวย: NaCl

ไอออนทมประจตรงขามกบประจบนผวอนภาคคอลลอยด

= hydrated ions

ประจบนผวอนภาคคอลลอยด = counter ions

ไอออนทมประจเดยวกนกบประจบนผวอนภาคคอลลอยด

= co ions

Colloid

Electrical double layer

Hydrated ions

ทอยตดกบผวอนภาค = ประจชนใน, ประจทไมเคลอนท (immobile layer or Stern layer)

หนาแนนมากบรเวณผว

หนาแนนนอยลงเมอหางจากผวออกไป

Co ions

หนาแนนนอยบรเวณผว

หนาแนนมากขนเมอหางออกไปจากบรเวณผว

ประจชนนอก, ประจเคลอนทได

Gouy layer or diffuse layer or mobile layer

ประจชนนอก + ประจชนใน = Electrical double layer

Colloid

Surface Tension -molecular scale-

Colloid

Electrical double layer

Gouy diffuse layer

Stern layer

Counter ions

hydrated ions

Co-ions

Colloid

Electrical double layer

ศกยไฟฟาบรเวณผว

Electrical potential

Electrochemical potential

o-potential

Stern plane

เสนแบงในแนวจดศนยกลางของไอออนทเกาะตดกบประจทผว

Stern potential (d)

ศกยไฟฟาท Stern plane

มคาตากวา o-potential

Colloid

Electrical double layer

ผวของการเสยดส

Surface of shear

บรเวณทสมผสกนระหวางประจชนในกบประจชนนอก

อยหางจาก stern plane เลกนอย

Zeta potential,

Gouy potential

ศกยไฟฟาบรเวณ surface of shear

Colloid

Electrical double layer

Stern potential (d) < o-potential

ไอออนทเกาะตดผวอนภาคทาลายศกยไฟฟาไปบางสวน

o-potential ทเหลอ ผลก co-ions ใหหางออกไป

Debye length (K-1)

ความหนาของ electrical double layer โดยวดจาก Stern layer ออกมา

Protective colloid

Hydrophilic colloid มความคงตวมากกวา hydrophobic colloid

เพมความคงตวของ hydrophobic colloid = เตม hydrophilic colloid เลกนอย ใหกระจายตวเปนฟลมบางๆ ลอมรอบอนภาคของ hydrophobic colloid เดม

Colloid

Protective colloid

เกดอนภาคคอลลอยดใหม เปน hydrophilic colloid

สารละลาย hydrophilic colloid ทเตมลงไป = Stabilizer

ปองกนคอลลอยดจาก ความรอน ความเยน สารอเลกโทรไลท

Protective colloid สาหรบ hydrophobic colloid

สารประกอบโปรตน เชน เจลาตน แอลบมน

กม เชน gum acacia

โปรตนในนานม = protective colloid ใหกบอนภาคไขมน ในนานม

Colloid

Protective colloid Amphiphilic molecules เชน โปรตน

Hydrophilic region : กระจายตวไดดในนา

charged side chain

Polar side chain

Tail หมทกระจายตว หรอ ละลายไดดในนา

N-terminus ปลายโมเลกลดานหมอะมโน

C-terminus ปลายโมเลกลดานหมคารบอกซล

Loop สวนทกระจายตวในนา

Hydrophobic or lipophilic region : กระจายตวได ดในไขมน

Non-polar side chain

Train สวนทกระจายหรอละลายในไขมน

Colloid

Protective colloid : โปรตน

Colloid

ระบบคอลลอยดในอาหาร

Sol (solid in liquid)

Gel (solid in liquid)

Emulsion (liquid in liquid)

Foam (gas in liquid)

Sol

อนภาคคอลลอยด = ของแขง

เฟสตอเนอง = ของเหลว

โซลแบงเปน 2 ชนด

Hydrophilic sol

Hydrophobic sol

Hydrophilic sol

Macromolecular sol เชน โปรตน โพลแซคคาไรด

แทนนน ในสารละลาย

อนภาคแพรกระจายในนาและดดซบโมเลกลของนา

อนภาคคอลลอยดแขวนลอยอยในระบบได

Sol

แรงตงผว (surface tension)

แรงทยดเกยวระหวางอนภาคคอลลอยด

แรงตงผวมากเมออนภาคมขนาดเลก มพนทผวมาก

แรงตงผวลดลงเมออนภาคมพนทผวลดลง (อนภาคมขนาดใหญ)

แรงตงผวมาก: อนภาคเกดการรวมตวกนเพอลดพลงงานทเกดขนจากการผลกกนของอนภาค

การรกษาความคงตวของคอลลอยด

(Colloid stability)

ทาใหบรเวณผวของอนภาคคอลลอยดมประจทเหมอนกน

เกดแรงผลกกนระหวางประจทเหมอนกน

อนภาคแขวนลอยอยในระบบได

Sol

การรกษาความคงตวของคอลลอยด

(Colloid stability)

เพมความหนดของเฟสตอเนอง

เตม Biopolymer : แปง ไฮโดรคอลลอยด

ทาใหการเคลอนทของอนภาคคอลลอยชาลง

Ionization

การทาใหอนภาคคอลลอยยมประจ

ปองกนการจบตวกนของอนภาคคอลลอยด

ใชกบสารอนทรยทมมวลโมเลกลใหญ: โปรตน

Sol

Ionization

Ionization of protein

เตมกรดลงในโซลของโปรตน

-R-NH2 -R-NH3+

-R-COO- -R-COOH

pH ของโซล < pI ของโปรตน

อนภาคโปรตนมศกยไฟฟาเปนบวก

เตมดางลงในโซลของโปรตน

-R-COOH -R-COO-

-R-NH3+ -R-NH2

pH ของโซล > pI ของโปรตน

อนภาคโปรตนมประจไฟฟาเปนลบ

Sol

Ionization

Ionization of protein

pH ของโซล = pI ของโปรตน

โปรตนมประจบวก = ประจลบ

Net charge = 0

Zwitterion

Hydrophobic sol

อนภาคคอลลอยดไมเกดแรงดงดดตอนา

อนภาคตกตะกอนไดงาย

อนภาคแขวนลอยไดจากแรงผลกกนของประจไฟฟาบนผวของอนภาค

เพมความคงตวโดยใช surfactant

Sol

Tyndall effect

โซลทมความใส

ผานลาแสงเขาไปในโซล

ขนาดอนภาคของโซลใหญกวาความยาวของคลนแสง

แสงตกกระทบอนภาคสะทอนออกมา

แสงสะทอนกลบในลกษณะกระจาย

แสงสะทอนกลบทางเดยวกน

แสงบางสวนถกดดซบ

เกดลาแสงในคอลลอยด

Sol

Tyndall Effect

Sol

Charge Stabilization

การรกษาความคงตวโดยประจบนพนผวของอนภาคคอลลอยด

DLVO Theory

Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek

อนภาคคอลลอยดเคลอนทเขาหากน

แรงผลก (electrostatic (repulsive) forces)

แรงดงดด (attractive-Van der Waals forces)

แรงดดกนมากกวาแรงผลก = โซลตกตะกอน

แรงผลกกนมากกวาแรงดด = โซลจะอยตว

Sol

DLVO Theory

แรงดด + พลงงานทเกดจากการเคลอนทของอนภาค > แรงผลก (ตลอดระยะเวลาทอนภาคเคลอนทเขาหากน)

โซลตกตะกอน

แรงผลก > แรงดด + แรงทเคลอนทของอนภาคโซล

โซลมความคงตว

Sol

DLVO Theory

อนภาคในโซลทมประจเหมอนกน เคลอนทเขาหากน

เมอระยะหางถงชวงหนง

อนภาคทงสองเกดแรงดงดดกน

อนภาคเกดการเกาะกนแบบ van der Walls force

เมอเคลอนทเขาไปอกชวงหนง

อนภาคทงสองเกดการผลกกนของอนภาคทมประจเหมอนกน

เมอเคลอนทเขาไปอกกจะเกดแรงดงดดกน

เมออนภาคเคลอนทเขาหากนมาก

อนภาคเกดแรงผลกกน

Sol

Total interaction = sum of the attractive

and repulsive interaction

Sol

attraction

repulsion Pote

ntial energ

y o

f in

tera

ctio

n (

V)

Distance between particles

แรงผลกและแรงดดกนระหวางอนภาคโซลทเคลอนทเขาหากน

Sol

Total interaction of particles

Sol

DLVO Theory

Attraction = - ; Repulsion = +

เมออนภาคเขาใกลกนถงจด secondary minimum

อนภาคหยดอยกบท or

อนภาคเคลอนทเขาใกลกนตอ

ถาอนภาคมขนาดเลก

เคลอนไหวรวดเรว มพลงงานมาก

แรงดงดดทจดแรกไมมากพอ และแรงผลกทกนอยไมสงมาก

» อนภาคเคลอนเขาหากน โดยพลงงานทมอย

ชนะแรงผลกทกนอยได

Sol

DLVO Theory

เมออนภาคเขาใกลกนถงจด Primary minimum

อนภาคมขนาดเลก

อนภาคเคลอนทเขาหากนจนตกตะกอนเปนกอนนมและอยตว

ไมสามารถกลบเปน sol ได

(irreversible flocculation)

เมออนภาคเขาใกลกนถงจด secondary minimum

อนภาคมขนาดใหญ

อนภาคเคลอนไหวชา มพลงงานนอย

แรงดงดดกนนอย

อาจหยดการเคลอนไหว

Sol

DLVO Theory

เมออนภาคเขาใกลกนถงจด secondary minimum

อนภาคเคลอนทเขาใกลกนตอ

ถาอนภาคมขนาดใหญ

ถาแรงผลกกนทกนอยสงมาก = อนภาคหยดเคลอนไหว

เกดการรวมตวกนท secondary minimum

เกดตะกอนขน ไมอยตว สามารถกลบเปน sol ไดงาย

(weak flocculation)

Sol

DLVO Theory

การเตมสารอเลกโทรไลท มผลตอ hydrophilic sol

แรงผลกกนระหวางอนภาคลดนอยลง

สารอเลกโทรไลททาลายประจบนผวอนภาค

สารละลายเกดการตกตะกอน

Critical electrokinetic potential = ศกยไฟฟาวกฤต

ศกยไฟฟาทโซลตกตะกอน

โซลอยตว = ศกยไฟฟาของโซล > ศกยไฟฟาวกฤต

โซลตกตะกอนอยางรวดเรว

ศกยไฟฟาของโซล < ศกยไฟฟาวกฤต

Sol

การตกตะกอนของ hydrophilic sol

ตะกอนเกดเมอ

Hydrophilic sol สมผสกบสารอเลกโทรไลต

Hydrophilic sol สมผสกบ hydrophilic sol ทมประจตรงขาม ทมความเขมขนสง

โซลของไขขาว

ตกตะกอนไดงายทสดกบ ซเตรต (C3H5O(COO)33-)

ตกตะกอนไดยากทสดกบ ไอโอไดดไอออน (I-)

ลาดบไอออนททาใหไขขาวตกตะกอนจากงายไปยาก

citrate > tartrate (C4H4O6-) >SO4

2- > acetrate (CH3COO-) > Cl- > NO3

- > ClO4- > Br- > I-

Sol

การตกตะกอนของ hydrophilic sol

โซลของไขขาว

ลาดบไอออนททาใหไขขาวตกตะกอนจากงายไปยาก

Li+ > K+ > Na+ > NH4+ > Mg+

โซลของเจลาตน

ลาดบการตกตะกอนของโซลดวยไอออนจากงายไปยาก

Sulfate > citrate > tartrate > chloride

ลาดบการตกตะกอนของโซลดวยไอออนบวกจากงายไปยาก

Na+ > K+ > Rb+ >Cs+ > NH4+ > Li+

ลาดบความสามารถในการตกตะกอนของไอออน = Hofmeister series หรอ lyotropic series

Surfactant

ชวยลดแรงตงระหวางผว

เกดเกราะรอบๆ อนภาคคอลลอยด

โมโนกลเซอไรด อนพนธของพอลเอทลน เลซทน เพกทน

เจลาตน กม และ แอลจเนต

Amphiphilic molecules

แทรกตวเขาไปอยทหนาสมผสโดยจดตวทชอบนา (-OH, -COOH) หนไปทางนา

หนสวนทไมชอบนา เชน hydrocarbon chain ไปทางอนภาคคอลลอยดแบบ hydrophobic colloid

ในระบบคอลลอยดทมอนภาคไขมน

สาร surfactant ทาใหเกดประจทเมดไขมน อนภาคไมสามารถเขาใกลกนได

Surfactant

Hydrophilic head group (charged or polar)

Hydrophobic tail (non-polar)

Amphiphilic compound

Surfactant

แบงโดยอาศยการเกดประจเมอละลายนา

สารลดแรงตงผวทมประจลบ (Anionic surfactants) ทางานไดดท pH เปนกลางถงเปนดาง

สารลดแรงตงผวทมประจบวก (Cationic surfactants) ทางานไดทท pH เปนกลางถงเปนกรด

สารละแรงตงผวทมทงประจบวก และประจลบ(Ampholytic surfactants)

ทางานไดดทก pH แตทางานไมไดผลท pI

สารลดแรงตงผวทไมมประจ (Non-ionic surfactants) ทางานไดดทก pH

Surfactant

Hydrophilic-Lipophilic balance (HLB)

สารลดแรงตงผวแตละชนดมความสามารถในการละลายในนาและนามนไดแตกตางกน

สาร surfactant ทมคา HLB ตา = ละลายไดดในไขมน

เหมาะสาหรบอมลชนระบบนาในนามน

โมโนกลเซอรไรด กลเซอรอลแลคโตพลมเตตโพรฟลน ไกลคอลโมโนสเตยเรต ซอรบทนเอสเทอร และ ไตรกลเซอรรอลไดสเตยเรต

สาร surfactant ทมคา HLB ปานกลาง

ละลายไดดในนา

เหมาะสาหรบอมลชนระบบนามนในนา

ไดเอทลทารทารกเอสเทอร โพลออกซเอทลนซอรบแทนเอสเทอร (Tweens) ซโครสเอสเทอร

Surfactant

Hydrophilic-Lipophilic balance (HLB)

สาร surfactant ทมคา HLB สง

เหมาะสาหรบการละลายนามนในนา

เหมาะสาหรบเปนสารชวยชะลางหรอผงซกฟอก

สบ (sodium or potassium salts of organic acids เชน sodium stearate, potassium oleate)

Surfactant

oil

water

Surfactant

เตรยมอมลชนระบบนามนในนา

ใสสารลดแรงตงผว เกดการเรยงตวกนทผวสมผส

หนโมเลกลทชอบนาไปทางนา

หนสวนทชอบนามนไปทางนามน

แรงตงผวจะลดลงอยางรวดเรว

ปรมาณสารลดแรงตงผวทเหมาะสม

ผวของนาถกปกคลมดวยสารลดแรงตงผวโดยมความหนา 1 ชนโมเลกล

การใสสารลดแรงตงผวมากกวา 1 ชนโมเลกล จะไมมผลตอการลดแรงตงผวของนามากนก

Surfactant

เตรยมอมลชนระบบนามนในนา

ปรมาณ surfactant สวนเกนถกผลกใหเขาไปอยใตผวสมผสของสวนทเปนนา

โมเลกลของสารลดแรงตงผวไดรบความกดดนมาก

สวนทไมชอบนาจะรวมกลม หนสวนทไมชอบนารวมกนและหนสวนทชอบนาออกทางดานนอก เกด micelles ขน

Critical micelle concentration (CMC)

ความเขมขนของสารลดแรงตงผวทเกดไมเซล

Micelle ของ surfactant อยในรป liquid crystalline states

ขนกบความยาวของสวนทไมชอบนาใน surfactant

Hydrophobic สายยาว

CMC ตา

ใชความเขมขนของ surfactant ในการเปลยนเปน micelle ลดลง

เกดการเกาะกลมของ surfactant ทความเขมขนตา

Surfactant

critical micelle concentration (CMC)

Gel

เกดจากโซลทแขงตว

อยในสภาพของแขงหรอกงของแขง (semi-solid)

เพสตอเนองอยในสถานะของแขงและไหลไมได

คอลลอยดในสถานะโซลมปรมาตรมากกวาเปนเจล

การเกดเจลมการหดตว

อนภาคคอลลอยดเขามาอยใกลกน จบกนแนน

โซลเสยสภาพของเหลว

การเกดโครงสรางของเจล

สมดลระหวางแรงดงดดกบแรงผลกระหวางอนภาคดวยกนเอง และระหวางอนภาคคอลลอยดและสารทเปนของเหลว

Gel

พนธะทางเคมทเกยวของกบการเกดเจล

พนธะไฮโดรเจน

พนธะโควาเลนท

พนธะเชงไอออน (electrostatic interaction)

อนตรกรยาไฮโดรโฟบก (hydrophobic interaction)

เจลแบงไดเปน 2 ชนด

Macromolecular gel

Particle gel

Gel

Macromolecular gel

เจลจากคารโบไฮเดรต: คารราจแนน แอลจเนต

เจลจากโปรตนทสามารถคลเปนสายยาว: เจลาตน

การเกาะเกยวกนของเจลม 2 แบบ

เกาะกนทจดใดจดหนง

เกาะกนทบรเวณใดบรเวณหนง

เจลทไดมความใส สามารถอมนาไดด

เจลจาก lyophilic colloid: มาการน

มความหนดสง เปนกงของแขง

เมอแขงตวมรปรางคลายของแขง (rigidity)

Gel

Macromolecular gel

เจลจากโพลแซคคารไรด

พอลเมอรทมโมเลกลเปนสาย (thread-like molecule) เกด cross-link

โครงสรางของเจลเกดจากโมเลกลของอนภาคคอลลอยดมาเกาะกนเปนค

แตละคจบรวมกนเปน crystallite

Crystallite หนง จบกบอก crystallite หนงกลายเปนเจล

Brush heap fibrillar

โมเลกลของนาเปนตวกลางทเคลอนทไมไดแทรกอยระหวางโมเลกลของอนภาคคอลลอยดภายในตาขาย

Gel

Macromolecular gel

เจลจากโพลแซคคารไรด

Crystallite หนง จบกบอก crystallite หนงกลายเปนเจล

เจลแขงตวมรปรางแนนอน

Loci = point of attraction

จดเชอมโครงสรางของเจล

เพอใหโมเลกลเกาะตวจบกนเปนเจล

การเกาะตวยดจบกนระหวางโมเลกลไมมรปแบบแนนอน (random) > รปแบบทแนนอน (order)

Gel

การเกดเจลจากโพลแซคคาไรด

Polymer chain crystallite Brush heap fibrillar

Gel

เจลทเรมแขงตวครงแรกจะมเนอนม

เจลคอยๆ แขงตวขนจนมรปราง เนองจาก

อนภาคคอลลอยดภายในเจลเกาะตวกนแนนเปนตาขายเพมขน และปลอยนาออกมาจากโมเลกล

เจลแขงตว = degree of rigidity

เกบเจลไวนาน เจลจะแขงคลายยาง

การเตรยมเจลลหรอวน

Gel

Particle gel

เจลทเกดจากโปรตน: เคซนและเคซเนต โปรตนเวย โปรตนถวเหลอง โปรตนไข โปรตนเนอ

การเกาะเกยวกนม 2 แบบ

เจลทเกาะกนเปนสายยาว (string of beads)

เจลใส หรอโปรงแสง (translucent gel) มความสามารถในการอมนาด

เจลทมการเกาะกนเปนกลมกอน (random aggregation)

เจลขน ทบแสง (opaque gel) มความสามารถในการอมนาตา

Gel

ปจจยทมผลตอการแขงตวของเจล

ธรรมชาตของคอลลอยด

Hydrophilic colloid เกดเจลไดงายกวา hydrophobic colloid

เพกตน ใน แยม

ความเขมขนของอนภาคคอลลอยด ทสมพนธกบ temp. & time

ความเขมขนสงเกดเจลไดงายกวา

สารละลายเจลาตนทมความเขมขน 2% จะแขงตวภายในเวลา 30 นาทท temp. 15C

สารละลายเจลาตนทมความเขมขน 1% จะแขงตวภายในเวลา 30 นาท ท temp. 0 C

Gel

ปจจยทมผลตอการแขงตวของเจล

การลด temp. ของสารละลายทาใหความหนดเพมขน

อนภาคคอลลอยดเคลอนทชา โมเลกลเกาะกนไดเรวขน

เจลแขงตวไดเรว

คาพเอชมผลตอ degree of hydration ของเจล

การทาแยมและเจลล คา pH ทเหมาะสม คอ 3.0-3.8

เกลอบางชนดเปนตวแรงใหเจลแขงตวเรวขน

คารราจแนน ตองการเกลอ K- เปนตวเรงการเกดเจล

การเตมเกลอแลวทาใหอนภาคมประจนอยลงทาใหเกดเจลไดเรวขน

การเตมเกลอบางชนดลงไปแลวทาใหอนภาคมประจเพมมากขน เกดแรงผลกมากขนทาใหเกดเจลไดชา

Gel

ปจจยทมผลตอการแขงตวของเจล

Temp. ททาใหเจลเปนของเหลว มกสงกวา temp. ททาใหเจลแขงตว ชวงหางของอณหภมดงกลาวทแตกตางกนเรยกวา hysteresis

การกวน = ทาลายการเกาะตวกนของโมเลกล

กวนหลงจากเกดเจล

เจลแตกตว มของเหลวไหลออกมา และถา

ตงทงไวกสามารถกลบเปนเจลไดอก เกดขนกบเจลทมความเขมขนตา และเปนเจลทเพงเตรยมขนมาใหมๆ

Thixotropy = การทาใหระบบคอลลอยดของเจลเปลยนภาวะเนองจากการกวนหรอการเขยา

Gel

ปจจยทมผลตอการแขงตวของเจล

Degree of hydration ของอนภาคคอลลอยด เกดการเปลยนแปลงจาก

คาพเอช

การเตมกรด หรอดาง ทความเขมขน > 0.05 N

การเกดเจลชาลง

ความเขมขนของเกลอ

มทงทาใหเกดเจลไดเรวและชา ขนกบ

ไอออนทเปนองคประกอบในเกลอ

ชนดของไอออนทถกเลอกดดซบไวทผวของอนภาคคอลลอยด

Gel

ปจจยทมผลตอการแขงตวของเจล

Degree of hydration ของอนภาคคอลลอยด

ความเขมขนของสารทไมใชอเลกโทรไลต

นาตาลซโครสทความเขมขนเหมาะสม ชวยใหเกดเจลไดเรวขน

การเตมเกลอ หรอกรด

อนภาคคอลลอยดมประจเกดขน อนภาคผลกกน

เกดเจลชาลง

อนภาคคอลลอยดมประจลดลง

เกดเจลไดเรวขน

Gel

เจลแบงออกเปน 2 พวก

Heat reversible gel

เจลของสารโพลแซคคารไรด เชน วน agar

เมอไดรบความรอนจะเปลยนจากเจลเปนโซล และจะเปลยนกลบไปเปนเจลใหมเมอทาใหเยนลง

Non-heat reversible gel

โซลเมอไดรบความรอนจะเกดเปนเจล แตไมสามารถเปลยนกลบเปนโซลไดอก = coagulation

ไขขาวตม เตาห

Gel

Syneresis

การไหลซมออกมาของของเหลวทเปนสวนประกอบของเจล

ของเหลวทไหลออกมา = โซลทเจอจาง

เกดกบ เจลทเตรยมใหมๆ และ ของเหลวยงไหลออกมาไดอกเมอตงเจลทงไว (aging)

ขนมหวานจากเจลาตน โยเกรต (curd) เนย

ผลตภณฑเกดการหดตวเมอเกบรกษาในตเยน ของเหลวจงไหลออกมา

ปจจยทมอทธพลตอการเกดซนเนอรซส

pH : เกด syneresis มากทสด เมอ pH ของเจล = pI

ความดน เพมขนจะเกด syneresis มากขน

Gel

Syneresis

ปจจยทมอทธพลตอการเกดซนเนอรซส

สารทมผลตอการเกด syneresis เชน

Silicic acid ทาใหเกด syneresis เพมมากขน เมอความเขมขนเพมขน

Starch ทาใหเกด syneresis ลดนอยลง เมอ ความเขมขนเพมขน

โซลทเปลยนเปนเจลอยางชาๆ จะไมเกด syneresis

Imbibition

การทสารสามารถดดซมนาเขาไวในตวมนได ทาใหเกดการพองตว (swelling) มปรมาตรเพมขน

Gel

Imbibition

สารประกอบโปรตน: เจลาตน แอลบมน

โพลแซคคารไรด: เพคตน สตารช

อตราการเกด imbibition จะเรวในชวงแรก และจะคอยๆ ชาลงในชวงหลง

ปจจยทมผลตอ imbibition

pH: นาทเปนกรดออน ทาใหโปรตนมความสามารถในการดดนาไดมากขน

Temp.

ใส เจลาตนหรอวน ในนา temp. < 30C ไมเกดการดดซมนา หรอเกดขนอยางชาๆ

Temp. เพมขนความสามารถในการดดนา ของเจลาตน หรอวน เพมขนเรอยๆ จนกระทงกลายเปนของเหลว

Gel

Zerogel

อาหารทมลกษณะเหมอนเจล แตสวนทเปนของเหลวไดระเหยออกไป เหลอแตของแขง ทมเนอแนนมาก สามารถดดนา พองตว และเปลยนเปนเจลได

เจลาตนแผน เสนใยเซลลโลส แปง หนงสตวแหง

Gelation of Protein

การเกดเจลของโปรตนม 2 กระบวนการ การสญเสยสภาพของโปรตน (denaturation)

การรวมตวกนอยางมระเบยบของโปรตน (ordered aggregation) เกดเปนโครงสรางรางแห 3 มต ทมนาอยในชองวางระหวางรางแหของโปรตน

เจลเกดความคงตวจากสมดลระหวางแรงกระทาระหวาง โปรตน-โปรตน และ แรงกระทาระหวาง โปรตน-ตวทาละลาย

ไขขาวตมสก ลกชน เตาห เจลาตน

Coagulation โปรตนสญเสยโครงสรางดงเดมโดยไมมการจดเรยงตวอยางม

ระเบยบ

แรงกระทาระหวางโปรตน-โปรตน > แรงกระทาระหวางโปรตน-ตวทาละลาย

โครงสรางไมอมนา เกดการสญเสยของเหลวภายในโครงสรางไดงาย

Gelation of Protein

เมอสารละลายโปรตนไดรบความรอน

ความรอนทาลายพนธะเคมทเสถยรในโครงสรางโปรตน

โปรตนแผตวออก

หมทไมมขวและไมมประจแผตวออกจากโครงสรางเดมและหนเขาหากนจบเปนโครงรางแห ของแรง hydrophobic interaction

หม –SH แผออกมาดานนอกเกดการเชอมโยงดวยพนธะไดซลไฟด

โปรตนเกดการจดเรยงตวเปนรางแหทมระเบยบ

เมอทาใหสารละลายโปรตนเยนตวลง

เจลจะมความเสถยรเพมมากขนจากการเกดการยดเหนยวกนดวยพนธะไฮโดรเจน

Gelation of Protein

เกลอเปนสงจาเปนตอการเกดเจล

การเตมเกลอ NaCl ในโปรตนกลามเนอ เปนการทาลาย myofibrillar proteins

เกลอของ Ca2+

จาเปนตอการเกดเจลของโปรตนถวเหลอง ทาใหเกด เตาห

การเตม Ca2+ ในโปรตนเวย ทาใหไดเนอสมผสทแขงขน

แรงระหวาง โปรตน-โปรตน, โปรตน-ตวทาละลาย

Hydrophobic interaction

Hydrogen bond

แรงกระทาระหวางประจไฟฟา

Disulfide interaction

Gelation of Protein

การผลกกนของสายโปรตน

คา pH และ ความเขมขนของสารละลายไอออน ไมเหมาะสม

เกดแรงผลกทางประจไฟฟา

แรงกระทาระหวางโปรตน-นา > แรงกระทาระหวาง

โปรตน-โปรตน

โปรตนไมเกดเจล

ความเขมขนของโปรตนตองมากพอ

ทาใหเกดการเรยงตวของโปรตนในขนตอน aggregation

โปรตนเจลแบงไดเปน 2 ประเภท

Heat reversible gel

Heat irreversible gel

Gelation of Protein

Heat reversible gel

เปลยนจากเจลเปนของเหลวไดเมอไดรบความรอน

เจลาตน (โปรตนทไดจาก collagen)

ความคงตวของเจลขนอยกบพนธะไฮโดรเจน

พนธะไฮโดรเจนถกทาลายดวยความรอนทาใหโครงสรางของเจลแตกกลายเปนของเหลว

เมอนาสารละลายโปรตนมาใหความเยนอกครง เกดการจบตวกนเปนรางแห 3 มต ดวยพนธะโฮโดรเจน

เจลทไดมลกษณะใส แสงผานไดบางสวน (translucent) คลาย วน (agar) ทเปนเจลจากคารโบไฮเดรต

Gelation of Protein

Heat-irreversible gel

เจลทไมสามารถกลบคนสสภาพของเหลวได แมวาจะไดรบความรอนอกครง

พนธะททาใหเจลมความคงตวอยไดไมถกทาลายดวยความรอน

พนธะไดซลไฟด (พนธะโควาเลนท) มความแขงแรงมาก

แรงดงดดไฮโดรโฟบก ทมความคงตวทอณหภมสง

ไขขาวตมสก ลกชน

ไดรบความรอนอกครง เจลกยงคงรปลกษณะเดม ไมมการเปลยนแปลงสถานะ

โปรตนไขขาวมหม –SH อยมาก พนธะททาใหไขขาวคงตวคอพนธะไดซลไฟด

เจลมลกษณะขน แสงสองผานไมได (opaque)