4.1. Властивості води

Вода – загадкова речовина, не підкоряється багатьом фізико-хімічним закономірностям, справедливим для інших з'єднань, тому що сила взаємодії її молекул надзвичайно велика і потрібен особливо інтенсивний тепловий рух молекул, щоб перебороти додаткове притягання. У силу цього й ряду інших причин вода проявляє різні аномальні властивості (рис. 48), які необхідно знати й ураховувати в роботі технологові харчової промисловості:

· вода – єдина у світі речовина, що при заморожуванні збільшується в обсязі;

· у найбільш важливому для м'ясного виробництва температурному діапазоні від 0° до +4 °С (умови охолодження, зберігання, засолу, кутерування, готування розсолів і т.д.) у води міняється структура й характер взаємодії водневих зв'язків, у зв'язку із чим:

а) щільність її зростає;

б) швидкість протікання практично всіх фізико-хімічних і біохімічних реакцій різко падає.

Остання обставина є особливо важливою.

· вода має виражену змочувальну здатність і після ртуті має найвище значення сили поверхневого натягу. Поверхневий натяг і змочування дозволяють воді всупереч силі ваги підніматися по тонких трубках (капілярам) на 10…12 м і міцно втримуватися в них. Даний факт має досить істотне значення при регулюванні кількісної частки капілярної вологи в технології цільном’язових і реструктурованих м'ясопродуктів;

· вода є універсальним середовищем, у якому в тому або іншому ступені здатні розчинятися практично всі речовини, що є присутніми у навколишньому середовищі. У процесі розчинення відбувається, як правило, зміна температури: частіше виділяється тепло (гідратація крохмалю, білоквмісних препаратів ), рідше – температура води знижується (розчинення кухонної солі). У процесі розчинення іони, що надійшли в розчин, і молекули обволікаються молекулами води, у результаті чого може відбуватися як ущільнення води (коли її обсяг зменшується), так й її розширення (зі збільшенням обсягу);

· вода – інертний розчинник й, як правило, не вступає в реакцію з розчиненою речовиною, що особливо важливо для живих організмів, оскільки в них вода виступає переважно як переносник життєво необхідних енергетичних, пластичних і регуляторних з'єднань;

· вода володіє найбільшою із всіх відомих твердих і рідких речовин теплоємністю й теплопровідністю. Для нагрівання 1 грама води на 1 °С необхідна 1 кал (4,2 Дж) енергії, що вдвічі перевищує теплоємність будь-якої іншої хімічної сполуки. Теплоємність льоду при 0 °С майже в чотири рази вище, ніж у води при цій же температурі, тобто лід проводить тепло значно швидше, ніж вода, що перебуває в м'язовій тканині. Дану обставину варто враховувати при виборі параметрів дефростації, кутерування, заморожування;

· рівень теплоємності води варіює залежно від температури середовища: в інтервалі температур від 0° до +37 °С теплоємність падає; у діапазоні від +37° до + 100 °С – зростає. Із практичної точки зору це означає, що легше всього вода нагрівається й швидше всього охолоджується у своєрідному температурному діапазоні 35…40 °С; у цьому ж інтервалі найбільше інтенсивно протікають хімічні й біохімічні реакції;

· лід – унікальний стан води. При замерзанні й переході у твердий стан вода збільшується в об’ємі на 9%; щільність льоду нижче, ніж у води при тій же температурі. Є ще одна виняткова особливість властивостей льоду: неординарний характер зміни величини теплоти плавлення льоду від рівня його температури. Зокрема, для розплавлювання 1 кг льоду, взятого з різною вихідною температурою, потрібні наступні кількості теплоти: лід з температурою -13 °С – 310,7 кДж, лід з температурою -7 °С – 323,2 кДж, лід з температурою 0 °С – 340,0 кДж

Рис. 48. Аномальні властивості води.

Незважаючи на зовнішню простоту хімічного складу (Н₂О) і будови (диполь), за фізико-хімічними і технологічними властивостями вода являє собою унікальну речовину.

Підтвердженням даного твердження може служити той факт, що, виходячи із пророкувань періодичної таблиці Д. І. Менделєєва, вода повинна була б замерзати при -90 °С, а кипіти при -70 °С. Однак, кожному відомо, що температура замерзання води дорівнює 0 °С, а кипіння – 100 °С. Навіть використання найсучасніших методів дослідження не дозволяє поки встановити істинну структуру води, оскільки жодна із пропонованих моделей не може пояснити сукупність всіх властивостей цієї хімічної сполуки.

У цей час фізиками встановлена наявність понад 130 різноманітних види води, що відрізняються за ізотопним складом й властивостям. Інакше кажучи, у склянці з водою перебуває суміш різних молекул води: переважна частина представлена звичайною (легкою) водою (¹Н₂¹⁶О); від 0,017 до 0,18% - важка вода (D₂O); напівважка вода (НDO); тритиєва вода (T₂¹⁶O) і т.д.

Легка вода (молекулярна маса 18,02) кипить при 100 °С, замерзає (плавиться) при 0 °С. Дейтерієва (важка) вода кипить при 101,4 °С, замерзає при -3,8 °С. Важка вода біологічно «мертва», у ній не можуть розвиватися рослини, мікроорганізми й т.д.

Міркування про живу й мертву воду обумовлені специфікою поводження іонів водню в молекулі води. Як відомо, іони орто- і параформ водню одночасно обертаються по основній орбіті й навколо власної осі, причому, залежно від того збігаються або немає напрямку руху іонів водню властивості води змінюються докорінно. Але, навіть не заглиблюючись у розгляд специфіки й властивостей ізотопних форм молекул, необхідно підкреслити, що вода як речовина зовсім дивовижна навіть за самими звичайними властивостями. Відомо, що всі молекули у воді зв'язані між собою відносно слабкими водневими зв'язками й перебувають у складній рухливій рівновазі, зберігаючи індивідуальні властивості одиноких молекул й одночасно утворюючи складні агрегати-кластери.

Показано, що проведення магнітної обробки води за допомогою магнітів, вмонтованих у водопровідні системи, істотно коректує її фізико-хімічні властивості; в намагніченій воді інтенсифікуються процеси розчинення, кристалізації, агрегації, адсорбції, осадження, змочування й т.д.

Можливість змінювати структурований стан води шляхом застосування механічних, електромагнітних, звукових і біопольових впливів теоретично може дозволити одержувати воду з модифікованими властивостями, що в майбутньому може мати принципово важливе технологічне значення.