Категорії

Дипломні, курсові
на замовлення

Дипломні та курсові
на замовлення

Роботи виконуємо якісно,
без зайвих запитань.

Замовити / взнати ціну Замовити

4.5. Вільна і зв’язана волога у харчових продуктах

Вода в харчових продуктах грає, як вже наголошувалося, важливу роль, оскільки обумовлює консистенцію і структуру продукту, а її взаємодія з присутніми компонентами визначає стійкість продукту при зберіганні.

Загальна вологість продукту вказує на кількість вологи в ньому, але не характеризує її причетність до хімічних і біологічних змін в продукті. У забезпеченні його стійкості при зберіганні важливу роль грає співвідношення вільної і зв'язаної вологи.

Розглянемо деякі приклади.

При вологості зерна 15…20% зв'язана вода складає 10…15%. При більшій вологості з'являється вільна волога, яка сприяє посиленню біохімічних процесів (наприклад, проростанню зерна).

Плоди і овочі мають вологість 75…95%. В основному, це вільна вода, проте приблизно 5% вологи утримується клітинними колоїдами в міцно зв'язаному стані. Тому овочі і плоди легко висушити до 10…12%, але сушка до нижчої вологості вимагає застосування спеціальних методів.

Велика частина води в продукті може бути перетворена на лід при -5°С, а вся — при -50°С і нижче. Проте певна частка міцно зв'язаної вологи не замерзає навіть при температурі -60°С.

Зв'язана волога — це асоційована вода, міцно пов'язана з різними компонентами — білками, ліпідами і вуглеводами за рахунок хімічних і фізичних зв'язків.

Вільна волога — це волога, не зв'язана полімером і доступна для протікання біохімічних, хімічних і мікробіологічних реакцій.

«Скріплення води» і «гідратація» — визначення, що характеризують здатність води до асоціації з різним ступенем міцності з гідрофільними речовинами. Розмір і сила скріплення води або гідратації залежить від таких чинників, як природа неводного компоненту, склад солі, рН, температура.

Треба сказати, що у ряді випадків термін «зв'язана вода» використовується без уточнення його сенсу, проте пропонується і достатньо багато його визначень. Відповідно до них зв'язана волога:

· характеризує рівноважний вологовміст зразка при деякій температурі і низькій відносній вологості;

· не замерзає при низьких температурах (-40°С і нижче);

· не може служити розчинником для доданих речовин;

· дає смугу в спектрах протонного магнітного резонансу;

· переміщається разом з макромолекулами при визначенні швидкості седиментації, в'язкості, дифузії;

· існує поблизу розчиненої речовини та інших неводних речовин і має властивості, що значно відрізняються від властивостей всієї маси води в системі.

Вказані ознаки дають достатньо повний якісний опис зв'язаної води. Проте її кількісна оцінка за тими або іншими ознаками не завжди забезпечує збіжність результатів. Тому більшість дослідників схиляються до визначення зв'язаної вологи тільки за двома з перерахованих вище ознак.

За цим визначенням, зв'язана волога — це вода, яка існує поблизу розчиненої речовини та інших неводних компонентів, має зменшену молекулярну рухливість й інші властивості, що відрізняються від властивостей всієї маси води в тій же системі, і не замерзає при -40°С. Таке визначення пояснює фізичну суть зв'язаної води і забезпечує можливість порівняно точною її кількісної оцінки, оскільки вода, незамерзаюча при – 40°С, може бути зміряна із задовільним результатом (наприклад, калориметрично). При цьому дійсний вміст зв'язаної вологи змінюється залежно від виду продукту.

Причини скріплення вологи в складних системах різні. Найміцніше зв'язаною є так звана органічно зв'язана вода. Вона є дуже малою частиною води у високовологих харчових продуктах і знаходиться, наприклад, в щілинних областях білка або у складі хімічних гідратів.

Також вельми міцно зв'язаною водою є довколишня волога, що є моношаром при більшості гідрофільних груп неводного компоненту. Вода, що асоціюється таким чином з іонами і іонними групами, є найбільш міцно зв'язаним типом довколишньої води.

До моношару примикає мультишарова вода (вода полімолекулярної адсорбції), твірна декількох шарів за довколишньою водою. Хоча мультишар — це менш міцно зв'язана волога, ніж довколишня волога, вона все ж таки ще достатньо тісно пов'язана з неводним компонентом, і тому її властивості істотно відрізняються від чистої води. Таким чином, зв'язана волога складається з «органічної», довколишньої і майже всієї води мультишару.

Крім того, невеликі кількості води в деяких клітинних системах можуть мати зменшену рухливість і тиск пари через знаходження води в капілярах. Зменшення тиску пари і активності води (aw) стає істотним, коли капіляри мають діаметр менше, ніж 0,1 µм. Більшість же харчових продуктів мають капіляри діаметром від 10 до 100 µм, які, мабуть, не можуть помітно впливати на зменшення aw в харчових продуктах.

У харчових продуктах є також вода, що утримується макромолекулярною матрицею. Наприклад, гелі пектину і крохмалю, рослинні і тваринні тканини при невеликій кількості органічного матеріалу можуть фізично утримувати великі кількості води.

Хоча структура цієї води в клітинах і макромолекулярній матриці точно не встановлена, її поведінка в харчових системах і важливість для якості їжі очевидна. Ця вода не виділяється з харчового продукту навіть при великому механічному зусиллі. З іншого боку, в технологічних процесах обробки вона поводиться майже як чиста вода. Її, наприклад, можна видалити при висушуванні або перетворити на лід при заморожуванні. Таким чином, властивості цієї води, як вільної, дещо обмежені, але її молекули поводяться подібно до водних молекул в розбавлених сольових розчинах.

Саме ця вода складає головну частину води в клітинах і гелях, і зміна її кількості істотно впливає на якість харчових продуктів. Наприклад, зберігання гелів часто приводить до погіршення їх якості через втрати цієї води (так званого синерезису). Консервація заморожуванням тканин часто приводить до небажаного зменшення здатності до утримування води в процесі відтавання.

У таблицях 45 і 46 описані властивості різних видів вологи в харчових продуктах.

Таблиця 45

Категорії вільної вологи в харчових продуктах

Властивості

Вільна

Вода в макромолекулярній матриці

Загальний опис

Вода, яка може бути легко видалена з продукту. Вода—вода-водневі зв'язки переважають. Має властивості, схожі на воду в слабких розчинах солей. Володіє властивістю вільного закінчення

Вода, яка може бути видалена з продукту. Вода- вода—водневі зв'язки преважають. Властивості води подібні до води в розбавлених сольових розчинах. Вільне закінчення утруднене матрицею гелю або тканини

Точка замерзання

Дещо нижче в порівнянні з чистою водою

Здатність бути розчинником

Велика

Молекулярна рухливість в порівнянні з чистою водою

Дещо менше

Ентальпія пароутворення в порівнянні з чистою водою

Без істотних змін

Вміст з розрахунку на загальний вміст вологи в продуктах з високою вологістю (90% Н2О),%

~96%

Звичайна причина псування харчових продуктів

Висока швидкість більшості реакцій. Зростання мікроорганізмів

Таблиця 46

Категорії звязаної вологи в харчових продуктах

Властивості

Органічно зв’язана вода

Моношар

Мультишар

Загальний опис

Вода як загальна частина неводневого компоненту

«Вода», яка сильно взаємодіє з гідрофільними групами неводневих компонентів шляхом вода-іон, або вода – диполь асоціації;

вода в мікрокапілярах (d < 0,1 μм)

Вода, яка примикає до моношару і яка утворює декілька

шарів навколо гідрофільних груп неводневого компоненту. Преваліюють вода-вода

і вода-розчинена речовина-водневі зв'язки

Точка замерзання в порівнянні з чистою водою

Не замерзає при -40 °С

Не замерзає при -40 °С.

Більша частина не замерзає при -40 °С. Інша частина замерзає при значно пониженій температурі

Здатність слугувати розчинником

Ні

Ні

Достатньо слабка

Молекулярна рухливість в порівнянні з чистою водою

Дуже мала

Набагато менше

Менше

Ентальпія пароутворення в порівнянні з чистою водою

Сильно збільшена

Значно збільшена

Дещо збільшена

Вміст у розрахунку на загальний вміст вологи в продуктах з високою вологістю (90% H2O), %

<0,03

0,1…0,9

1…5

Стабільність харчових продуктів

Самоокис-лення

Оптимальна стабільність при aw= 0,2…0,3

Якщо вміст вологи збільшується вище нижньої частини зони II, швидкість майже усіх реакцій збільшується