Диффузии и осмос
Super Sait-1

Посол с физико-химической точки зрения является процессом, при котором протекает диффузия и осмос. Под диффузией понимается способность соприкасающихся жидкостей или газов самопроизвольно проникать друг в друга до тех пор, пока не получится однородная смесь. Этот процесс протекает в условиях, исключaющих какое-либо принудительное, в том числе и конвективное перемешивание. Причиной диффузии является тепловое движение частиц, которые перемещается из зон высоких концентраций в зоны меньших концентраций.

Диффузии и осмос

Изучение процессов диффузии в жидкостях и газах показывает, что количество перемещающегося (диффундирующего) растворенного вещества из слоя с большей концентрацией к слою с меньшей концентрацией (рис. 2) прямо пропорционально площади слоя, через который совершается диффузия времени (продолжительности) диффузии, градиенту концентрации, который представляет собой частное от деления разницы концентрации на границах слоев на толщину слоя. Математически эта зависимость может быть выражена следующей формулой:
Диффузии и осмос

Несколько по-другому идет процесс, если между раствором и растворителем будет находиться перепонка (перегородка), проницаемая для растворителя и непроницаемая для растворенного вещества. Такие перепонки или перегородки называются полупроницаемыми. В этом случае наблюдается перемещение растворителя в раствор, а не растворенного тела в растворитель, как это имеет место для диффузии. Диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку носит название осмоса. Имеются перегородки, которые проницаемы не только для растворителя, но и для растворяемого тела, с той лишь разницей, что степень проницаемости их различная.
Оболочки клеток тканей растений и животных представляют собой своеобразные перегородки, обладающие различной проницаемостью для растворенных веществ — от полупроницаемых до полностью проницаемых. Находящийся внутри клеток так называемый клеточный сок является слабым раствором различных веществ. При погружении отдельной клетки в концентрированный раствор соли мы получаем систему; концентрированный раствор и слабый раствор, разделенные перегородкой. В такой системе может иметь место или только осмос, если оболочка полупроницаемая, или осмос и диффузия если оболочка проницаема и для растворенных веществ.
Оболочка клеток животного организма для многих растворенных веществ не обладает свойством полупроницаемости, поэтому при помещении их в раствор, например, хлористого натрия, наряду с осмосом воды из клеток в раствор наблюдается и диффузия соли через оболочку внутрь клетки. Вместо отдельной клетки можно взять ту или иную ткань; при погружении ее в раствор соли сразу же начинается осмос воды из тканей и диффузия соли в ткань.
Такое же явление имеет место если в раствор погрузить не изолированную ткань, а какую-либо часть организма или даже целый организм, например рыбу. Различие будет только в продолжительности, того и другого процесса, так как проницаемость оболочки клеток различных тканей для растворенного вещества и длина пути (толщина слоя) для диффундирующих частиц растворенного вещества будут неодинаковыми.
В общем виде процесс посола может быть охарактеризован как диффузионно-осмотический процесс, при котором протекает осмос воды из тканей во внешний концентрированный раствор через оболочки клеток и диффузия хлористого натрия из внешнего раствора в ткань и распределение в клеточном (тканевом) соке, представляющем сложный раствор некоторых органических, по преимуществу белковых, и минеральных веществ рыбы.
Наряду с диффузией хлористого натрия в ткани рыб (основной процесс) происходит диффузия из тканей некоторых органических соединений, по преимуществу белкового характера (белки и продукты их распада), растворимых в растворах хлористого натрия. Переход этих соединений в раствор соли, окружающий рыбу, сопровождается изменением окраски последнего: от бесцветной до красно-бурой со всеми промежуточными оттенками.
При смешанном и тузлучном посолах диффузионно-осмотические процессы начинаются с момента загрузки рыбы в рыбосольную посуду, в которую предварительно был налит раствор соли. При сухом посоле сначала растворяются кристаллы соли в механически удерживаемой поверхностью рыбы воде и только после образования первых капель — порций раствора соли — начинается диффузия ее в ткани и осмос воды из тканей.
Следовательно, чтобы диффузионно-осмотические процессы начали протекать сразу же после приведения соли в соприкосновение с рыбой, необходимо, чтобы поверхность последней не была обезвоженной, а применяемая соль не обладала повышенной гигроскопичностью. При сильно обезвоженной поверхности или повышенной гигроскопичности соли, особенно при незначительной удельной поверхности рыбы, образование первых порций тузлука задерживается и тем самым задерживается начало посола.
Основные диффузионно-осмотические процессы при посоле продолжаются до тех пор, пока концентрация соли в тканях рыбы не сравняется с концентрацией соли во внешнем растворе. Однако это справедливо лишь до тех пор. пока внешний раствор соли находится в состоянии максимального насыщения. Если же концентрация соли во внешнем растворе меньше насыщенной, то диффузионно-осмотические процессы заканчиваются при разной концентрации соли во внешнем растворе и в тканевом соке.
Причиной этого является так называемое мембранное равновесие, возникающее между растворенными веществами, имеющими один общий ион, отделенными мембраной, через которую одно из растворенных веществ не способно диффундировать (белки или другие коллоидные вещества). Если концентрация коллоидного вещества мала по сравнению с концентрацией диффундирующего вещества, то последнее распределится по ту или другую сторону мембраны почти в равном отношении. Eсли же концентрация соли мала по сравнению с концентрацией коллоида, то соль распределяется по ту и другую сторону мембраны неравномерно: в коллоидный раствор диффундирует незначительное количество ее. большее количество остается в первоначальном растворе. Побочная диффузия органических соединений, растворимых в соли, может продолжаться неограниченнo долго, так как скорость ее весьма мала.
Посол, при котором устанавливается постоянная концентрация соли в тканевом соке, называется нормальным или законченным; посол, который прерывают ранее наступления постоянного значения концентрации тканевого сока, называется прерванным или незаконченным.
Как следует из изложенного, следствием диффузионно-осмотических процессов, лежащих в основе посола, являются не только качественные изменения тканей, но и количественные, изменение абсолютного и относительного содержания воды, хлористого натрия, органических плотных веществ, перераспределение их между тканями рыбы и внешним раствором соли, что влияет на вес рыбы.
Ранее мы указали, что коэффициент диффузии зависит от температуры: с повышением температуры он увеличивается и, наоборот, с понижением — уменьшается. Если повышается коэффициент диффузии, то в один и тот же промежуток времени количество соли, проникающее в рыбу, будет тем больше, чем выше температура. Действительно, такое явление имеет место и в практике, что видно изданных, приведенных в табл. 9.
Диффузии и осмос

На основании этих, а также и других данных можно вычислить температурный коэффициент посола рыбы, который колеблется в зависимости от продолжительности посола, вида и размеров рыбы в пределах 0,01-0,03. Для вычисления служит формула:
Диффузии и осмос

где: NaCl0 — количество диффундирующего хлористого натрия при определенной температуре;
NaClt — при искомой температуре;
t — величина изменения температуры;
а — температурный коэффициент посола.
Зная эту величину, можно определить, во сколько раз ускорится процесс накопления соли в мясе, если повышается температура.
Кроме температуры, па продолжительность посола (до установления постоянной концентрации соли в соке тканей) оказывает влияние характер и состояние покровных тканей, отделяющих мясо от раствора соли (кожи с чешуей, подкожной клетчатки), толщина рыбы, состояние тканей рыбы (мяса), в которые диффундирует соль.
Кожа и, особенно, чешуя имеют меньшую проницаемость для соли, чем клеточные оболочки мускульной ткани. При наличии плотно сидящей чешуи проникновение частиц хлористою натрия может быть настолько замедленно, что распад белковых веществ под влиянием ферментов, а затем бактерий может пройти глубоко, до образования гнилостных продуктов, если не принять соответствующих мер, подавляющих эти процессы (проведение посола при температуре около 0°).
В табл. 10 приведены данные, характеризующие влияние кожи и чешуи на скорость накопления соли в мясе рыбы.
Диффузии и осмос

Еще большее препятствие для диффундирующих части соли оказывает жировая ткань в подкожной клетчатке. В отличие от мускульной ткани она содержит относительно небольшое количество воды, поэтому образование первых порций тузлука, необходимых для начала диффузии, задерживается. Кроме того, в обезвоженной среде диффузия соли протекает медленно, чем и объясняется, что при одинаковых размерах и в одном и том же состоянии покровных тканей продолжительность посола жирных рыб больше, чем нежирных.
Проницаемость поверхности рыбы для частиц хлористого натрия иногда уменьшается и искусственным образом. Чаще всего подобное уменьшение наблюдается при употреблении избытка соли, вызывающего сильное обезвоживание соприкасающейся с ней поверхности рыбы. Tак, например, при сравнении столового посола сельди (дозировка соли около 40%) со смешанным посолом в чанах найдено, что насыщение мяса солью в первом случае протекает в 1,5 раза медленнее, чем во втором.
Общие закономерности, характеризующие зависимость диффузии хлористого натрия в тканях рыбы от характера и состояния последних и температуры, распространяются и на осмос воды из тканей. При наличии подкожной жировой ткани вода во внешний раствор соли поступает медленно. При повышении температуры повышается осмотическое давление и поступление воды ускоряется. Так как способность воды к осмотическому переходу через перегородки значительно больше, чем способность хлористого натрия к диффузии через них, потеря воды опережает накопление соли и заканчивается значительно раньше, чем устанавливается равенство концентрации соли в соке и рассоле.
Из практики посола известно, что чем толще рыба, тем медленнее она просаливается и медленнее теряет воду, хотя проницаемость покровных тканей и температурные условия посола могут быть совершенно одинаковы.
Для определения зависимости между продолжительностью посола и толщиной рыбы, а также концентрацией внешнего раствора может быть использована следующая формула, выведенная на основании уравнения диффузии.
Диффузии и осмос

где: L — толщина рыбы в см;
ср — концентрация соли во внешнем растворе;
сср — средняя концентрация соли в клеточном соке для времени t;
D — коэффициент диффузии соли в мясе рыбы при посоле.
Эта формула показывает, что продолжительность посола прямо пропорциональна квадрату толщины рыбы и логарифму частного от деления концентрации соли в рассоле, окружающем рыбу, на разницу между нею и концентрацией соли в клеточном соке рыбы и обратно пропорциональна коэффициенту диффузии соли в мясо рыбы при посоле. Анализ этой формулы показывает, что если известны продолжительность посола, концентрация соли во внешнем растворе и в клеточном соке и толщина рыбы, то можно вычислить D (коэффициент диффузии). Величина последнего для рыбы одной и той же породы может принимать различные значения, как уже указывалась выше, в зависимости от состояния покровных тканей и их характера, а также наличия жира в подкожной клетчатке.


Super Sait-1