Вода содержание в продуктах питания. В каких продуктах питания содержится вода

Влияние воды на организм настолько высоко, что его сложно переоценить. Без жидкости начинается нарушение обменных процессов, происходит сбой в работе всех органов и систем. Так в чем же именно польза воды для организма, и на каком уровне нужно поддерживать её баланс?

Количество воды в организме и её польза

«Вода - это самое мягкое и самое слабое существо в мире, но в преодолении твердого и крепкого она непобедима, и на свете нет ей равного» (китайский трактат IV-III вв. до н.э. «Дао дэ цзин»). Основа всей жизни - вода. В отсутствие воды жизнь прекращается, но как только она становится доступной, даже в малом количестве, то жизнь в природе вновь возрождается. В человеческом организме достаточное количество воды также способствует процессам формирования, оздоровления и восстановления всех систем и их функций.

Влияние воды на организм человека трудно переоценить. Вода необходима для растворения в ней полезных веществ и транспортировки их к различным органам и системам.

Предназначенная для питья вода не должна содержать различные вредные химические примеси. Чистая вода усваивается организмом полноценнее - химические процессы проходят быстрее в несколько раз, она улучшает обмен веществ, ускоряет регенеративные процессы, стимулирует работу сердечно-сосудистой системы. Как вода влияет на организм – зависит от состояния здоровья и возраста человека. Например, обезвоживание ведет к снижению процесса усвоения жидкости (критический показатель обезвоживания взрослого человека 1/3 от общего объема жидкости в организме, детей - до 1/5). Возрастные изменения тоже препятствуют проникновению воды вглубь. Особенно это заметно на коже пожилых людей, которая в результате обезвоживания лишена тонуса, становится морщинистой и дряблой. Процентное содержание воды в организме связано не только с возрастом, состоянием здоровья, полом, средой обитания, но и с конституцией тела. Научными исследованиями доказано, что количество воды в организме взрослого человека мужского пола - в среднем 60 %, а женского - 65 %. Говоря о том, сколько воды в организме новорожденного, чаще всего называют цифру в 80 %.

Человеческому организму необходимо как минимум 2,5 литра чистой воды в сутки, иначе в нем образуется высокая концентрация токсичных веществ. В обычных условиях потребность взрослого человека в воде составляет 40 г/кг массы тела, грудного ребенка - 120-150 г/кг. Суточная потребность в воде для организма взрослого человека при умеренной и нормальной температуре составляет 1750-2200 мл, однако, в виде воды и напитков - лишь 800-1000 мл.

Зная о том, как вода влияет на организм человека, нельзя допускать обезвоживания. Дефицит воды приводит к нарушению обмена веществ, что часто становится виновником лишнего веса. С другой стороны, у людей с избыточной массой тела намного больше влаги, чем у людей с нормальным весом тела или астеников.

В каких продуктах питания содержится вода

Необходимо употреблять не только чистую воду, но и чаи, кофе, супы и другие продукты, богатые водой.

Основные продукты, в каких содержится вода, - это огурцы, арбуз, цитрусовые, капуста белокочанная, брокколи, клубника, томаты, сельдерей черешковый, редис, салат кочанный, другие плоды и овощи, все фрукты и ягоды. Также вода содержится в таких продуктах питания, как молоко, рыба и мясо.

Зачем организму вода, детям рассказывают ещё в начальной школе на уроках природоведения. Все процессы жизнедеятельности, а также выведение продуктов обмена невозможны без достаточного количества воды в организме. Вода очищает от шлаков и токсинов, помогает преобразованию пищи в энергию, защищает внутренние органы от повреждений, увлажняет кожу и слизистые, поддерживает постоянной температуру тела. Вода по своей природе считается уникальным растворителем. Не существует в мире вещества, которое бы могло противодействовать воде. Растворенное в воде вещество занимает пространство между молекулами воды, как бы встраиваясь в общую структуру. Но, несмотря на то, что растворенное вещество настолько контактирует с водой, вода для него - лишь растворитель, способный донести большую часть вещества до той или иной среды нашего организма.

Польза воды для работы сердца

На содержание воды в организме влияют образ жизни и привычки питания. Для поддержания баланса воды в организме и недопущения чрезмерной потери влаги, что важно сердцу и сосудам, следует:

• перед каждым приемом пищи выпивать один стакан чистой воды;
• через 1,5-2 часа после еды выпить стакан чистой воды;
• во время еды пить воду, если темп жизни вынуждает питаться всухомятку, что может крайне негативно сказаться на здоровье, особенно на здоровье сердца и сосудов.

Вода для сердца будет полезной только в том случае, если она чистая. Используйте очищающие фильтры, в которых применяются серебро, ионообменные смолы, активированный уголь, кремний и т. д. Это важно, ведь неочищенная вода содержит бактерии, вирусы, тяжелые металлы, пестициды и другие вредные элементы. Все они могут быть причиной возникновения многих заболеваний, в том числе сердечно-сосудистых, и смертности от них. Вернее, не сама вода, а содержащиеся в ней соли. Жесткая вода содержит большое количество кальция, магния, лития, селена и других минеральных элементов, мягкая бедна ими, но содержит много натрия.

Серьезные исследования, проведенные на огромных группах людей в США, Великобритании, Канаде и других странах, показали, что в зонах с жесткой водой у людей ниже уровень холестерина в крови, реже возникает гипертоническая болезнь. Проводя исследования на тему пользы воды для сердца, ученые выяснили, что смертность от сердечно-сосудистых заболеваний примерно на 40-45% ниже у женщин и на 25-30% у мужчин, проживающих в районах с жесткой водой по сравнению с районами с мягкой водой. При этом качество воды совершенно не влияет на смертность от других причин. Очень вредна дистиллированная вода, в которой содержание минеральных элементов ничтожно. Уже через 4-6 месяцев ее употребления сказывается недостаток солей. В первую очередь нарушаются водно-солевое равновесие, функции желудочно-кишечного тракта, сердца и сосудов.

Входит в состав всех пищевых продуктов. По занимаемому ею объему в общей массе многих пищевых продуктов вода - наиболее значительный компонент, и она оказывает влияние на многие качественные характеристики их, особенно на консистенцию и структуру. Наиболее высокое содержание воды характерно для плодов и овощей (72-95 %), молока (87-90 %), мяса (58-74 %), рыбы (62-84 %). Значительно меньше воды находится в маргарине, сливочном масле (15,7-32,6 %), крахмале (14-20 %), зерне, муке, крупе, макаронных изделиях, сушеных плодах, овощах и грибах, орехах (10-14 %), чае (8,5 %). Минимальное количество воды содержится в сухом молоке (4,0 %), карамели леденцовой (3,6 %), поваренной соли (3,0 %), кулинарных жирах (0,3 %), растительном масле и сахаре (0,1 %).

В животных и растительных тканях вода является наиболее изменяющимся компонентом химического состава. Например, в картофеле в зависимости от хозяйственно-ботанического сорта, района выращивания, почвы, климатических условий и вегетационного периода количество воды колеблется от 67 до 83 %.

В продуктах, изготовленных из растительного и животного сырья, - сахаре, кондитерских изделиях, сырах и др. - содержание воды регламентируется стандартами.

Для многих пищевых продуктов содержание воды (влажность) является важным показателем качества. Пониженное или повышенное содержание воды против установленной нормы для продукта вызывает ухудшение его качества. Например, понижение влаги в мармеладе и джеме ухудшает их консистенцию и вкус, потеря влаги свежими плодами и овощами на 5-7 % уменьшает тургор клеток, поэтому они становятся вялыми, дряблыми, качество их резко снижается и они быстро портятся.

Продукты с высоким содержанием воды нестойки при хранении, так как в них быстро развиваются микроорганизмы . Вода способствует ускорению химических, биохимических и других процессов в пищевых продуктах. Сырые мясо и рыба легко поражаются бактериями, а плоды и овощи - плесневыми грибами.

Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются, долго сохраняются мука, крупа, макаронные изделия, сушеные плоды и овощи и другие продукты, при повышенной влажности эти продукты при хранении быстро плесневеют.

Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги хранятся по-разному. Было установлено, что имеет значение, какими формами связи связана вода с основными веществами пищевых продуктов. Чтобы учесть эти факторы, в начале 50-х годов прошлого столетия появилось новое понятие - активность воды, обозначаемое знаком а w . Активность воды а w выражается отношением давления паров воды над данным продуктом к давлению паров воды над чистой водой при одной и той же температуре. Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах и определяет доступность ее для химических, физических и биологических реакций . Обычно, чем больше воды находится в связанном состоянии, тем меньше ее активность. Но даже связанная вода при некоторых условиях может обладать известной активностью.

По активности воды пищевые продукты делят на три группы:

1. Свежие пищевые продукты, богатые водой, в которых ее активность составляет 0,95-1,0. К ним относятся свежие овощи, фрукты, соки, молоко, мясо, рыба и др.;

2. Переработанные пищевые продукты с активностью воды 0,90-0,95. К ним относятся хлеб, вареные колбасы, ветчина, творог и др.;

3. Пищевые продукты с активностью воды до 0,90. К ним относятся сыр, сливочное масло, копченые колбасы, сухие фрукты и овощи, крупа, мука, варенье и др. Активность воды в этих продуктах чаще 0,65-0,85, а содержание влаги составляет 15-30 %.

Для предупреждения ряда физико-химических, биохимических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, их микробиологической порчи, эффективным средством является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для этого используют сушку, вяление, добавление различных веществ (соль, сахар и др.), замораживание. Низкая активность воды сдерживает развитие микроорганизмов и физико-химические и биохимические реакции. Для каждого вида микроорганизмов существует нижний порог активности воды, ниже которого их развитие прекращается.

Помимо влияния на происходящие при хранении пищевых продуктов процессы, активность воды имеет значение и для текстуры продуктов. Максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах без потери желаемых свойств - это 0,34-0,50, в зависимости от продукта (сухое молоко, крекеры). Большая активность воды необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не должны обладать хрупкостью.

Пищевые продукты обладают гигроскопичностью . Под гигроскопичностью понимают свойства продуктов поглощать из окружающей атмосферы и удерживать водяные пары. Гигроскопичность зависит от физико-химических свойств продуктов, их строения, наличия в них связывающих воду веществ, а также от температуры, влажности и давления окружающего воздуха.

В процессе хранения пищевых продуктов создается равновесное влагосодержание, при котором не происходит поглощения влаги продуктами из окружающей среды, а из продуктов влага не переходит в окружающую среду. Такое состояние наступает тогда, когда давление водяного пара над продуктами будет равно парциальному давлению водяного пара в окружающем пространстве при одинаковой температуре окружающего воздуха и продукта.

Равновесная влажность продуктов носит динамичный характер, так как она меняется в зависимости от внешних условий - влажности, температуры воздуха и давления, а также от физико-химических свойств продукта. При изменении внешних условий равновесная влажность продуктов изменяется, а затем вновь устанавливается на новом уровне.

При выборе условий хранения пищевых продуктов рекомендуется создавать такую относительную влажность воздуха, при которой продукты не подвергаются порче микроорганизмами и не снижают своего качества вследствие усыхания, увядания или слишком большого увлажнения. Так, при хранении муки относительная влажность воздуха должна быть 70 %, свежего картофеля и яблок - 90-95, зеленых овощей - 100 % .

Вода принимает участие во всех процессах жизнедеятельности живого организма. Содержание воды в организме человека составляет в среднем 2/3 массы тела. Суточная потребность человека в воде зависит от физической нагрузки и климатических условий и составляет 1,5-2 л.

Организм человека более чувствителен к недостатку воды, чем к недостатку других пищевых веществ. Без пищи человек может существовать около месяца, тогда как без воды - не более 10 дней.

В пищевых продуктах вода может быть в свободном и в связанном состоянии. Свободная вода находится в виде мельчайших капель на поверхности или в массе продукта. В свежих овощах, плодах, мясе, рыбе свободная вода находится в клеточном соке и между клетками, а в таких продуктах, как сушеные плоды, овощи, сухое молоко, чай - в микрокапиллярах. Свободная вода легко удаляется из продукта при замораживании, высушивании, прессовании, отжатии. Плотность свободной воды около единицы, температура замерзания 0°С, в ней нормально развивается микрофлора. За счет свободной воды происходят усушка, потеря массы и качества продуктов.

Связанной водой называют воду, молекулы которой более или менее прочно соединены с другими веществами продукта. Связанная вода с трудом удаляется из продуктов. Вода свободная и связанная при хранении и переработке пищевых продуктов может переходить из одного состояния в другое и вызывать изменение их свойств. Например, во время хранения хлеба связанная вода частично переходит в свободное состояние, в результате чего происходит его черствение.

Вода содержится во всех пищевых продуктах, но в разных количествах. Минимальное ее количество в сахаре (0,1-0,4%), в растительном масле, в кулинарных жирах (0,2-1,0%), в леденцовой карамели, сухом молоке, чае (0,5-5,0%), в муке, крупе, сушеных плодах и овощах (12-17%). Воды в свежих плодах и овощах 65-95%, молоке - 87-90, мясе - 58-74, рыбе - 62- 84, пиве- 80-89%.

Содержание воды в продуктах существенно влияет на их пищевую ценность, потребительские свойства, условия хранения. Чем больше в продуктах воды, тем ниже их питательная ценность и меньше срок хранения. Пищевые продукты с большим количеством воды нестойки в хранении, так как в них легко развиваются микроорганизмы и активно проходят ферментативные процессы. Такие товары, как молоко и молочные продукты, овощи и фрукты, мясо и рыба, являются скоропортящимися. Продукты сушеные, а также содержащие меньшее количество влаги, например крупа, макароны и пр., хранятся значительно дольше.

В каждом пищевом продукте содержание воды должно быть определенным: увеличение содержания воды в печенье, крупе, муке, чае вызывает плесневение, в варенье, меде - брожение, а его уменьшение в овощах, плодах приводит к их быстрой порче.

Некоторые продукты обладают высокой гигроскопичностью, т.е. легко поглощают пары воды из воздуха. Например, большой гигроскопичностью обладают чай, соль, сахар, сушеные овощи, плоды, сухое молоко.

Определенные требования предъявляются к качеству питьевой воды. Она должна быть бесцветной, прозрачной, без запаха, посторонних привкусов и вредных микроэлементов и иметь соответствующий химический состав. Вода не должна быть заражена вредными микроорганизмами.

Вода природных водоемов содержит в растворенном состоянии различные вещества, преимущественно соли. В воде пресной преобладают соли кальция и магния, которые обусловливают жесткость воды. В жесткой воде плохо развариваются овощи, мясо. Высокая жесткость воды способствует образованию мочевых камней в организме человека.

Вкус, запах и прозрачность воды могут изменять содержащиеся в воде химические вещества: марганец, медь, железо, цинк, хлор и др.

Введение 2

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах 3

Активность воды. Изотермы сорбции 9

Активность воды и стабильность пищевых продуктов 13

Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов 17

Методы определения влаги в пищевых продуктах 19

Заключение 20

Список литературы 21

Введение

Вода - важная составляющая пищевых продуктов. Она присутствует и разнообразных растительных и животных продуктах как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая их консистенцию и структуру и влияя на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении. Благодаря физическому взаимо­действию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.

Количество воды в пищевых продуктах влияет на их качество и сохраняемость. Скоропортящиеся продукты с повышенным содержанием влаги без консервирования длительное время не сохраняются. Вода, содержащаяся в продуктах, способствует ускорению в них химических, биохимических и других процессов. Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются.

Многие виды пищевых продуктов содержат большое количество вла­ги, что отрицательно сказывается на их стабильности в процессе хране­ния. Поскольку вода непосредственно участвует в гидролитических про­цессах, ее удаление или связывание за счет увеличения содержания соли или сахара тормозит многие реакции и ингибирует рост микроорганиз­мов, таким образом удлиняя сроки хранения продуктов. Важно также от­метить, что удаление влаги путем высушивания или замораживания существенно влияет на химический состав и природные свойства.

Целью данной работы является исследование свойств и особенностей поведения воды и льда в пищевых продуктах.

Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

Изучение различных форм связи воды в пищевых продуктов;

Выяснение взаимосвязи активности воды пищевых продуктов с их физико-химическими, реологическими и технологическими свойствами, а также качественными изменениями при обработке и хранении.

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

Вода в пищевых продуктах играет, как уже отмечалось, важную роль, т. к. обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодей­ствие с присутствующими компонентами определяет устойчивость про­дукта при хранении.

Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микроби­ологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги. Связанная влага- это ассоциированная вода, прочно связанная с раз­личными компонентами - белками, липидами и углеводами за счет хи­мических и физических связей. Свободная влага- это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций. Рассмотрим некоторые примеры.

При влажности зерна 15 - 20% связанная вода составляет 10 - 15%. При большей влажности появляется свободная влага, способствующая уси­лению биохимических процессов (например, прорастанию зерна).

Плоды и овощи имеют влажность 75 - 95%. В основном, это свобод­ная вода, однако примерно 5% влаги удерживается клеточными коллоидами в прочно связанном состоянии. Поэтому овощи и плоды легко вы­сушить до 10 - 12%, но сушка до более низкой влажности требует приме­нения специальных методов.

Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при -5°С, а вся - при - 50°С и ниже. Однако определенная доля прочно свя­занной влаги не замерзает даже при температуре -60°С.

«Связывание воды» и «гидратация» - определения, характеризующие способность воды к ассоциации с различной степенью прочности с гидрофильными веществами. Размер и сила связывания воды или гидрата­ции зависит от таких факторов, как природа неводного компонента, со­став соли, рН, температура.

В ряде случаев термин «связанная вода» используется без уточнения его смысла, однако пред­лагается и достаточно много его определений. В соответствии с ними свя­занная влага:

Характеризует равновесное влагосодержание образца при некоторой температуре и низкой относительной влажности;

Не замерзает при низких температурах (-40°С и ниже);

Не может служить растворителем для добавленных веществ;

Дает полосу в спектрах протонного магнитного резонанса;

Перемещается вместе с макромолекулами при определении скорости седиментации, вязкости, диффузии;

Существует вблизи растворенного вещества и других неводных веществ и имеет свойства, значительно отличающиеся от свойств всей массы воды в системе.

Указанные признаки дают достаточно полное качественное описание связанной воды. Однако ее количественная оценка по тем или иным при­знакам не всегда обеспечивает сходимость результатов. Поэтому боль­шинство исследователей склоняются к определению связанной влаги только по двум из перечисленных выше признаков. По этому определе­нию, связанная влага - это вода, которая существует вблизи растворен­ного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную мо­лекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств всей массы воды в той же системе, и не замерзает при - 40°С. Такое опре­деление объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечива­ет возможность сравнительно точной ее количественной оценки, т.к. вода, незамерзающая при - 40°С, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрически). При этом действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

Причины связывания влаги в сложных системах различны. Наибо­лее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассо­циированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою при­мыкает мультислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции), обра­зующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой - это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, и потому ее свой­ства существенно отличаются от чистой воды. Таким образом, связан­ная влага состоит из «органической», близлежащей и почти всей водымультислоя.

Кроме того, небольшие количества воды в некоторых клеточных сис­темах могут иметь уменьшенные подвижность и давление пара из-за на­хождения воды в капиллярах. Уменьшение давления пара и активности воды (a w) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1µ м. Большинство же пищевых продуктов имеют капил­ляры диаметром от 10 до 100 μм, которые, по-видимому, не могут замет­но влиять на уменьшение a w в пищевых продуктах.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества водых .

Хотя структура этой воды в клетках и макромолекулярной матрице точно не установлена, ее поведение в пищевых системах и важность для качества пищи очевидна. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в техноло­гических процессах обработки она ведет себя почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таким образом, свойства этой воды, как свободной, не­сколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным моле­кулам в разбавленных солевых растворах.

Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых про­дуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

В таблицах 1 и 2 описаны свойства различных видов влаги в пи­щевых продуктах.

Вода в пищевых продуктах играет, как уже отмечалось, важную роль, т. к. обусловливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.

Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Связанная влага - это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами - белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.

Свободная влага - это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

Рассмотрим некоторые примеры.

При влажности зерна 15-20% связанная вода составляет 10-15%. При большей влажности появляется свободная влага, способствующая усилению биохимических процессов (например, прорастанию зерна).

Плоды и овощи имеют влажность 75-95%. В основном, это свободная вода, однако примерно 5% влаги удерживается клеточными коллоидами в прочно связанном состоянии. Поэтому овощи и плоды легко высушить до 10-12%, но сушка до более низкой влажности требует применения специальных методов.

Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при -5°С, а вся - при - 50°С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре - 60°С.

"Связывание воды" и "гидратация" - определения, характеризующие способность воды к ассоциации с различной степенью прочности с гидрофильными веществами. Размер и сила связывания воды или гидратации зависит от таких факторов, как природа неводного компонента, состав соли, рН, температура.

Что же такое связанная вода? Надо сказать, что в ряде случаев термин "связанная вода" используется без уточнения его смысла, однако предлагается и достаточно много его определений. В соответствии с ними связанная влага:

Характеризует равновесное влагосодержание образца при некоторой температуре и низкой относительной влажности;

Не замерзает при низких температурах (-40°С и ниже);

Не может служить растворителем для добавленных веществ;

Дает полосу в спектрах протонного магнитного резонанса;

Перемещается вместе с макромолекулами при определении скорости седиментации, вязкости, диффузии;

Существует вблизи растворенного вещества и других неводных веществ и имеет свойства, значительно отличающиеся от свойств всей массы воды в системе.

Указанные признаки дают достаточно полное качественное описание связанной воды. Однако ее количественная оценка по тем или иным признакам не всегда обеспечивает сходимость результатов. Поэтому большинство исследователей склоняются к определению связанной влаги только по двум из перечисленных выше признаков. По этому определению, связанная влага - это вода, которая существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств всей массы воды в той же системе, и не замерзает при - 40°С. Такое определение объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечивает возможность сравнительно точной ее количественной оценки, т.к. вода, незамерзающая при - 40°С, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрически). При этом действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

Причины связывания влаги в сложных системах различны. Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мульmислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции), образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой - это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, и потому ее свойства существенно отличаются от чистой воды. Таким образом, связанная влага состоит из "органической", близлежащей и почти всей воды мультислоя.

Кроме того, небольшие количества воды в некоторых клеточных системах могут иметь уменьшенные подвижность и давление пара из-за нахождения воды в капиллярах. Уменьшение давления пара и активности воды (a w) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1 цм. Большинство же пищевых продуктов имеют капилляры диаметром от 10 до 100 ц,м, которые, по-видимому, не могут заметно влиять на уменьшение a w в пищевых продуктах.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического Matериала могут физически удерживать большие количества воды.

Хотя структура этой воды в клетках и макромолекулярной матрице точно не установлена, ее поведение в пищевых системах и важность для качества пищи очевидна. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в технологических процессах обработки она ведет себя почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таким образом, свойства этой воды, как свободной, несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.

Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

В таблицах 10.3 и 10.4 описаны свойства различных видов влаги в пищевых продуктах.

Таблица 10.3. Категории свободной влаги в пищевых продуктах

Таблица 10.4. Категории связанной влаги в пищевых продуктах

АКТИВНОСТЬ ВОДЫ

Давно известно, что существует взаимосвязь (хотя и далеко не совершенная) между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, сильнее связанная, меньше способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин "активность воды". Этот термин безусловно лучше характеризует влияние влаги на порчу продукта, чем просто содержание влаги. Естественно, существуют и другие факторы (такие как концентрация О 2 , рН, подвижность воды, тип растворенного вещества), которые в ряде случаев могут сильнее влиять на разрушение продукта. Тем не менее, водная активность хорошо коррелирует со скоростью многих разрушительных реакций, она может быть измерена и использована для оценки состояния воды в пищевых продуктах и ее причастности к химическим и биохимическим изменениям.

Активность воды (a w) - это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера):

ΔF = L = RT∙ln

где P w - давление водяного пара в системе пищевого продукта; Р о - давление пара чистой воды; РОВ - относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.

По величине активности воды (табл. 10.5) выделяют: продукты с высокой влажностью (a w = 1,0-0,9); продукты с промежуточной влажностью (a w = 0,9-0,6); продукты с низкой влажностью (a w = 0,6-0,0).

Таблица 10.5. Активность воды (а) в пищевых продуктах

Изотермы сорбции

Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н 2 О/г С В) в пищевом продукте с активностью воды в нем при постоянной температуре, называются изотермами сорбции. Информация, которую они дают, полезна для характеристики процессов концентрирования и дегидратации (т.к. простота или трудность удаления воды связана с a w), а также для оценки стабильности пищевого продукта (что будет рассмотрено позже). На рис. 10.5 изображена изотерма сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью (в широкой области влагосодержания).

Рис. 10.5. Изотерма сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью

Однако, с учетом наличия связанной влаги, больший интерес представляет изотерма сорбции для области низкого содержания влаги в пищевых продуктах (рис. 10.6).

Рис. 10.6. Изотерма сорбции влаги для области низкого содержания влаги в пищевых продуктах

Для понимания значения изотермы сорбции полезно рассмотреть зоны I-III.

Свойства воды в продукте сильно отличаются по мере перехода от зоны I (низкие влагосодержания) к зоне III (высокая влажность). Зона I изотермы соответствует воде, наиболее сильно адсорбированной и наиболее неподвижной в пищевых продуктах. Эта вода абсорбирована, благодаря полярным вода-ион и вода-диполь взаимодействиям. Энтальпия парообразования этой воды много выше, чем чистой воды, и она не замерзает при - 40°С. Она неспособна быть растворителем, и не присутствует в значительных количествах, чтобы влиять на пластичные свойства твердого вещества; она просто является его частью.

Высоковлажный конец зоны I (граница зон I и II) соответствует монослою влаги. В целом зона I - соответствует чрезвычайно малой части всей влаги в высоковлажном пищевом продукте.

Вода в зоне II состоит из воды зоны I и добавленной воды (ресорбция) для получения воды, заключенной в зону II. Эта влага образует мультислой и взаимодействует с соседними молекулами через вода-вода-водородные связи. Энтальпия парообразования для мультислой-ной воды несколько больше, чем для чистой воды. Большая часть этой воды не замерзает при -40°С, как и вода, добавленная к пищевому продукту с содержанием влаги, соответствующим границе зон I и И. Эта вода участвует в процессе растворения, действует как пластифицирующий агент и способствует набуханию твердой матрицы. Вода в зонах II и I обычно составляет менее 5% от общей влаги в высоковлажных пищевых продуктах.

Вода в зоне III изотермы состоит из воды, которая была в зоне I и II, и добавленной для образования зоны III. В пищевом продукте эта вода наименее связана и наиболее мобильна. В гелях или клеточных системах она является физически связанной, так что ее макроскопическое течение затруднено. Во всех других отношениях эта вода имеет те же свойства, что и вода в разбавленном солевом растворе. ВоДа, добавленная (или удаленная) для образования зоны III, имеет энтальпию парообразования практически такую же, как чистая вода, она замерзает и является растворителем, что важно для протекания химических реакций и роста микроорганизмов. Обычная влага зоны III (не важно, свободная или удерживаемая в макромолекулярной матрице) составляет более 95% от всей влаги в высоковлажных материалах.

Состояние влаги, как будет показано ниже, имеет важное значение для стабильности пищевых продуктов.

В заключение следует отметить, что изотермы сорбции, полученные добавлением воды (ресорбция) к сухому образцу, не совпадают полностью с изотермами, полученными путем десорбции. Это явление называется гистерезисом.

Изотермы сорбции влаги для многих пищевых продуктов имеют гистерезис (рис. 10.7). Величина гистерезиса, наклон кривых, точки начала и конца петли гистерезиса могут значительно изменяться в зависимости от таких факторов, как природа пищевого продукта, температура, скорость десорбции, уровень воды, удаленной при десорбции.

Как правило, изотерма абсорбции (ресорбции) нужна при исследовании гигроскопичности продуктов, а десорбции - полезна для изучения процессов высушивания.

Рис. 10.7. Гистерезис изотермы сорбции влаги