Большая Советская Энциклопедия

Большая Советская Энциклопедия

Разработанные методы получения очищенных белков и смесей аминокислот оказались универсальными для всех видов сырья: механическое или химическое разрушение оболочки клетки и извлечение фракционным растворением и осаждением соответствующими осадителями всего белка и других клеточных компонентов (полисахаридов, нуклеиновых кислот, липидов вместе с витаминами); расщепление белков ферментативным или кислотным гидролизом и получение в гидролизате смеси аминокислот, очищаемой с помощью ионообменной хроматографии, и др. Исследования по структурированию позволили получить искусственно на основе белков и их комплексов с полисахаридами все основные структурные элементы естественных пищевых продуктов (волокна, мембраны и пространственные набухающие сетки из макромолекул) и разработать способы получения многих ИПП (зернистой икры, мясоподобных продуктов, искусственных картофелепродуктов, макаронных и крупяных изделий). Так, белковая зернистая икра готовится на основе высокоценного молочного белка казеина, водный раствор которого вводят вместе со структурообразователем (например, желатиной) в охлажденное растительное масло, в результате чего образуются «икринки». Отделив от масла, икринки промывают, дубят экстрактом чая для получения эластичной оболочки, окрашивают, затем обрабатывают в растворах кислых полисахаридов для образования второй оболочки, добавляют соль, композицию веществ, обеспечивающих вкус и запах, и получают деликатесный белковый продукт, практически неотличимый от натуральной зернистой икры. Искусственное мясо, пригодное для любых видов кулинарной обработки, получают методом экструзии (продавливания

через формующие устройства) и мокрого прядения белка для превращения его в волокна, которые затем собирают в жгуты, промывают, пропитывают склеивающей массой (студнеобразователем), прессуют и режут на куски. Жареный картофель, вермишель, рис, ядрицу и другие немясные продукты получают из смесей белков с натуральными пищевыми веществами и студнеобразователями (альгинатами, пектинами, крахмалом). Не уступая по органолептическим свойствам соответствующим натуральным продуктам, эти ИПП в 5—10 раз превосходят их по содержанию белка и обладают улучшенными технологическими качествами. Запахи при современной технике исследуются методами газожидкостной хроматографии и воссоздаются искусственно из тех же компонентов, что и в натуральных пищевых продуктах.

Исследования в области проблем, связанных с созданием СПП и ИПП, в СССР ведутся в ИНЭОС АН СССР совместно с институтом питания АМН СССР, Московским институтом народный хозяйства им. Г. В. Плеханова, Научно-исследовательским институтом общественного питания министерства торговли СССР, Всесоюзным научно-исследовательским и экспериментально-конструкторским институтом продовольственного машиностроения, Всесоюзным научно-исследовательским институтом морского рыбного хозяйства и океанографии и др. Разрабатываются методы заводской технологии ИПП для внедрения лабораторных образцов в промышленное производство.

За рубежом первые патенты на производство искусственного мяса и мясоподобных продуктов из изолированных белков сои, арахиса и казеина были получены в США Ансоном, Педером и Боэром в 1956—63. В последующие годы в США, Японии, Великобритании возникла новая промышленность, производящая самые разнообразные ИПП (жареное, заливное, молотое и другое мясо разных видов, мясные бульоны, котлеты, колбасы, сосиски и другие мясопродукты, хлеб, макаронные и крупяные изделия, молоко, сливки, сыры, конфеты, ягоды, напитки, мороженое и др.). В США, на долю которых приходится почти 75% мирового производства сои, выпуск ИПП на основе соевых белков достигает сотен тыс. т. В Японии и Великобритании для производства ИПП используются в основном растительные белки (в Великобритании в экспериментах начато изготовление искусственного молока и сыров из зелёных листьев растений). Осваивается промышленное производство ИПП другими странами. По зарубежным статистическим данным, к 1980—90 производство ИПП в экономически развитых странах составит 10—25% производства традиционных пищевых продуктов.

Лит.: Менделеев Д. И., Работы по сельскому хозяйству и лесоводству, М., 1954; Несмеянов А. Н. [и др.], Искусственная и синтетическая пища, «Вестник АН СССР», 1969, № 1; Питание увеличивающегося населения земного шара: рекомендации, касающиеся международных мероприятий, имеющих целью предупредить угрозу недостатка белка, Нью-Йорк, 1968 (ООН. Экономический и социальный Совет. Е 4343); Food: readings from scientific American, S. F., 1973; World protein resources. Wash., 1966.

С. В. Рогожин.

Синтетические кристаллы

Синтети'ческие криста'ллы, кристаллы, выращенные искусственно в лабораторных или заводских условиях. Из общего числа С. к. около 10⁴ относятся к неорганическим веществам. Некоторые из них не встречаются в природе. Однако первое место занимают органические С. к., насчитывающие сотни тысяч разнообразных составов и вообще не встречающиеся в природе. С другой стороны, из 3000 кристаллов, составляющих многообразие природных минералов, искусственно удаётся выращивать только несколько сотен, из которых для практического применения существенное значение имеют только 20—30 (см. табл.). Объясняется это сложностью процессов кристаллизации и техническими трудностями, связанными с необходимостью точного соблюдения режима выращивания монокристаллов.

Первые попытки синтеза кристаллов, относящиеся к 16—17 вв., состояли в перекристаллизации воднорастворимых кристаллических веществ, встречающихся в виде кристаллов в природе (сульфаты, галогениды). После расшифровки состава природных минералов появились попытки синтеза минералов из порошков с использованием техники обжига. Этим методом были получены мелкие С. к. В начале 20 в. синтезом кристаллов занимались Е. С. Федоров и Г. В. Вульф, которые исследовали условия кристаллизации воднорастворимых соединений и усовершенствовали аппаратуру. В дальнейшем А. В. Шубников разработал общие принципы образования кристаллов из водных растворов [сегнетова соль, дигидрофосфат калия и др., см. рис. 1, 3, 4] и из расплавов (однокомпонентных и многокомпонентных систем), под его руководством была создана первая фабрика С. к.

С. к. кварца получают в гидротермальных условиях. Маленькие «затравочные» кристаллы различных кристаллографических направлений вырезаются из природных кристаллов кварца. Хотя кварцшироко распространён в природе, однако его природные запасы не покрывают нужд техники, кроме того, природный кварц содержит много примесей. С. к. кварца массой до 15 кг выращивают в автоклавах в течение многих месяцев, а особо чистые кристаллы (оптический кварц) растут несколько лет (рис. 5, 6).

Наиболее распространённые синтетические кристаллы

Название	Химическая формула	Методы выращивания	Средняя величина кристаллов	Области применения
Кварц	SiO2'	Гидротермаль- ный	От 1 до 15 кг, 300'200'150 мм	Пьезоэлектрические преобразователи, ювелирные изделия, оптические приборы
Корунд	Al2O3	Методы Вернейля и Чохральского, зонная плавка	Стержни диаметром 20—40 мм, длиной до 2 м, пластинки 200'300'30 мм	Приборостроение, часовая промышленность, ювелирные изделия
Германий	Ge	Метод Чохральского	От 100 г до 10 кг, цилиндры 200 мм ' 500 мм	Полупроводниковые приборы
Кремний	Si	То же	То же	То же
Галогениды	KCl, NaCl	То же	От 1 до 25 кг, 100'100'600	Сцинтилляторы
Сегнетова соль	KNaC4H4O6'4H2O	Кристаллизация из растворов	От 1 до 40 кг, 500'500'300 мм	Пьезоэлементы
Дигидрофосфат калия	KH2PO4	То же	От 1 до 40 кг, 500'500'300 мм	То же
Алюмоиттрие- вый гранат	Y3Al5O12	Метод Чохральского, зонная плавка	40'40'150 мм 30'200'150 мм	Лазеры, ювелирные изделия
Иттриево-же- лезистый гранат	Y3Fe5O12	Кристаллизация из растворов-расплавов	30'30'30 мм	Радиоакустическая промышленность, электроника
Гадолиний-галлиевый гранат	Gd3Ga5O12	Метод Чохральского	20'30'100 мм	Подложки для магнитных плёнок
Алмаз	C	Кристаллизация при сверхвысоких давлениях	От 0,1 до 3 мм	Абразивная промышленность
Ниобат лития	LiNbO3	Метод Чохральского	10'10'100 мм	Пьезо- и сегнетоэлементы
Нафталин	C10H8	Метод Киропулоса	Блоки в несколько кг	Сцинтилляционные приборы
Бифталат калия	C8H5O4K	Кристаллизация из водных растворов	40'100'100 мм	Рентгеновские анализаторы, нелинейная оптика
Кальцит	CaCO3	Гидротермальный	10'30'30 мм	Оптические приборы
Сульфид кадмия	CdS	Рост из газовой фазы	Стержни 20'20'100 мм	Полупроводниковые приборы
Сульфид цинка	ZnS	То же	Стержни 20'20'100 мм
Арсенид галлия	GaAs	Газотранспорт- ные реакции	Стержни 20'20'100 мм
Фосфид галлия	GaP	То же	То же	То же
Молибдаты редкоземельных элементов	Y2(MoO4)3	Комбинирован- ный метод Чохральского	10'10'100 мм	Лазеры
Двуокись циркония	ZrO2	Высокочастот- ный нагрев в холодном контейнере	Блоки около 2 кг, столбчатые кристаллы 100'10'50 мм	Ювелирные изделия
Двуокись гафния	HfO2	То же	То же	То же
Вольфрамат кальция	CaWO4	То же	10'10'100 мм	Лазеры
Алюминат иттрия	IAlO3	Метод Чохральского	10'10'100 мм	То же
Алюминий (трубы разных сечений)	Al	Метод Степанова	Длина 103мм, диаметр 3—200 мм	Металлургия

Мир геометрически правильных кристаллов связан в сознании людей с миром драгоценных и поделочных камней. Поэтому усилия многих учёных были направлены на синтез алмаза, рубина, аквамарина, сапфира и др. В начале века были получены С. к. рубина из растворов в расплавах поташа и соды в виде кристалликов темно-малинового цвета. Позже (в конце 19 в.) французский учёный Вернейль изобрёл специальный аппарат для получения С. к. рубина, который в дальнейшем был усовершенствован. Порошок Al₂O₃ с добавкой нескольких % Cr2O3 непрерывно поступает в зону печи, где происходит горение водорода в кислороде. Капли расплавленной массы попадают затем на более холодный участок затравки и тотчас же кристаллизуются. В СССР работают аппараты системы С. К. Попова, которые позволяют получать С. к. рубина в виде стержней диаметром от 20 до 40 мм и Длина до 2 м — для лазеров, нитеводителей, а также для стекол космических приборов. Большую долю С. к. рубина потребляет часовая промышленность, но основным потребителем синтетического рубина является ювелирная промышленность. Добавка к Al₂O₃ примесей солей Ti, Со, Ni и других позволяет получить С. к. различной окраски, имитирующие окраску сапфиров, топазов, аквамаринов (рис. 7, 8) и других природных драгоценных камней.

С. к. алмаза были получены в 50-х гг. из порошка графита, смешанного с Ni. Смесь прессуется в виде небольших (2—3 см) дисков, которые затем нагреваются до температуры 2000—3000 °С при давлении в 100—200 тыс. am. В этих условиях графит превращается в алмаз. Величина С. к. алмаза порядка десятых долей мм. В особых условиях удаётся получить С. к. алмаза до 2—3 мм. В СССР создана алмазная промышленность для нужд главным образом буровой техники. С. к. алмазов, конкурирующие с природными ювелирными образцами, пока получены в небольших количествах.