Хімічна кінетика.

Швидкістю хімічної реакції називають число молекул, які реагують за одиницю часу. Для порівняння швидкостей різних реакцій число молекул відносять до одиниці об’єму. В зв’язку з цим швидкості реакції визначають як число молекул або молей даної речовини, що реагують за одиницю часу в одиниці об’єму. Якщо в об’ємі V міститься п молей речовини А, то концентрація С дорівнює n/V, а швидкість реакції VА записується так:

VA = —.

Формально швидкість реакції можна визначити як похідну концентрації реагуючої речовини по часу, взяту зі знаком «мінус», який означає, що в ході реакції концентрація реагентів спадає. Швидкість реакції можна виміряти за накопиченням продукту реакції, а оскільки під час протікання реакції концентрація продукту збільшується, то похідна додатна. З формули швидкості виходить, що

V=-.

Якщо реакція проходить в ізохоричних умовах (V = соnst, dV/dτ = 0), то швидкість реакції можна записати так:

V=-

Якщо ж у ході реакції змінюється об’єм системи, то для розрахунку швидкості реакції необхідно знати явний вид функції V(τ) для обчислення похідної dV/dτ. Під час розгляду реагуючої системи кінетики хімічних процесів, в результаті яких об’єм реагуючої системи практично не змінюється, швидкість реакції типу А к D можна записати:

V = ,

Де С — концентрація продукту.

За цією формулою визначають миттєву швидкість хімічної реакції.

Миттєву швидкість реакції при т = 0 називають початковою швидкістю реакції. Швидкості реакції в початковий і довільний моменти часу визначають за тангенсом кута нахилу в даній точці:

Vτ=.

В хімічній кінетиці іноді використовують поняття середньої швидкості реакції за інтервал часу Δτ. Якщо в момент часу τ1 концентрація продукту реакції дорівнювала с1 а в момент часу τ2 концентрація дорівнювала с2 , то середня швидкість реакції за інтервал часу Δτ = τ2 — τ1 визначається виразом

V=.

Кінетика мікробіологічних процесів. Без мікроорганізмів неможливе існування цілого ряду харчових виробництв. Біохімічні процеси в харчовій промисловості є основою всіх бродильних виробництв, що використовують дріжджі (виробництво етилового спирту, гліцерину, хлібопекарських дріжджів, виноробство, пивоваріння), бактерії (ацетоно-бутилове виробництво, виробництво оцту, молочної і масляної кислот тощо), плісеневі гриби (виробництво лимонної, глюконової, фумарової, ітиколової кислот, пеніциліну, стрептоміцину тощо). Продукти бродильного виробництва утворюються в результаті каталітичної дії ферментів мікроорганізмів.

Основними процесами, що характеризують життєдіяльність дріжджів, є асиміляція та дисиміляція як дві сторони спільного процесу обміну речовин. Асиміляція не може існувати без одночасного перебігу дисиміляції. Відрізняють дві форми асиміляції: дихання і бродіння. Процес дихання відбувається за наявності вільного кисню і приводить до повного окиснення вуглеводів (у тому числі й спирту) з утворенням вуглекислоти та води. Бродіння характеризується неповним розпадом вуглеводів і проходить за відсутності молекулярного кисню (анаеробне). Дихання і бродіння характеризуються спільністю продуктів перетворення вуглеводів, але відрізняються за умовами подальшого перебігу процесу, за характером кінцевих продуктів. Ці відмінності широко використовують у харчових виробництвах. За нестачі повітря дріжджі зброджують продукти, що містяться в живильному середовищі, та утворюють етиловий спирт і вуглекислоту. За достатнього припливу повітря в живильному середовищі спиртове бродіння припиняється, а дріжджі одержують необхідну для їх розвитку енергію шляхом аеробного дихання. Ці обставини використовують для вирощування різних рас дріжджів, необхідних для виробництва різних харчових продуктів, а у деяких випадках — як кормових добавок. Ці два технологічних процеси різного призначення вимагають різного апаратурного оформлення.

Особливості біохімічних реакцій відображає форма аналітичних рівнянь біохімічної кінетики, яка відрізняється від рівнянь хімічної кінетики. Кінетичні закономірності біохімічного каталізу визначають залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації ферменту, субстрату, активаторів, інгібіторів, а також фізико-хімічних факторів: температури, тиску, іонної, діелектричної проникності та ін.

Виходячи з припущення, що фермент спочатку утворює фермент-субстратний комплекс із своїм субстратом, а потім цей комплекс розпадається.

Кінетику технологічного процесу можна подати у відносних (безрозмірних) координатах. Рівняння кінетики одержують експериментальне постановкою дослідів або аналітичне — розв’язанням відомих рівнянь кінетики відносно визначуваного параметра за умови, що всі числові значення констант відомі.

У загальному вигляді можна сформулювати три завдання кінетичного дослідження: виявлення механізму явища, визначення впливу початкових факторів на вихідні характеристики та визначення сталих у рівняннях кінетики.

Особливе значення має кінетичний аналіз біохімічних процесів, який дає можливість: виявити механізм даної ферментативної реакції (визначити термодинамічні характеристики фермент-субстратного комплексу, число стадій його перетворень, послідовність приєднання субстратів та кофакторів до ферменту, спорідненість субстрату до ферменту, виявити функціональні групи активного центру); дати оцінку ступеня очищення гетерогенного ферментативного препарату.

Література:

1. Плахотін В. Я., Тюрікова І. С., Хомич Г. П. Теоретичні основи технологій харчових виробництв. – Київ:Центр навчальної літератури, 2006. – 640 с.

2. Общая технология пищевых производств /Под ред. Ковалевской Л. П. -М.: Колос, 1993. -384с.

3. Стабников В. Н., Остапчук Н. В. Общая технология пищевых продуктов. – Киев, Вища школа. 1980. – 303 с.

4. Общая технология пищевых производств /Под ред. Назарова Н. И. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. — 360 с.

Реферати

Реферати :

Вам буде цікаво: