Рассмотрим некоторые примеры

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.

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.

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.

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 [Fennema, 1985]

Свойства	Свободная	Вода в макромолекулярной матрице
Общее описание	Вода, которая может быть легко удалена из продукта. Вода−вода-водородные связи преобладают. Имеет свойства, похожие на воду в слабых растворах солей. Обладает свойством свободного истечения	Вода, которая может быть удалена из продукта. Вода-вода−водородные связи превалируют. Свойства воды подобны воде в разбавленных солевых растворах. Свободное истечение затруднено матрицей геля или ткани
Точка замерзания	Несколько ниже по сравнению с чистой водой
Способность быть растворителем	Большая
Молекулярная подвижность по сравнению с чистой водой	Несколько меньше
Энтальпия парообразования по сравнению с чистой водой	Без существенных изменений
Содержание в расчете на общее содержание влаги в продуктах с высокой влажностью (90% Н2О),%	~ 96%
Обычная причина порчи пищевых продуктов	Высокая скорость большинства реакций. Рост микроорганизмов

Таблица 10.4. Категории связанной влаги в пищевых продуктах [Fennema, 1985]

Свойства	Органически связанная вода	Монослой	Мультислой
Общее описание	Вода как общая часть неводного компонента	Вода, которая сильно взаимодействует с гидрофильными группами неводных компонентов путем вода-ион, или вода − диполь ассоциации; вода в микрокапиллярах (d < 0, 1 μм)	Вода, которая примыкает к монослою и которая образует несколько слоев вокруг гидрофильных групп неводного компонента. Превалируют вода− вода и вода− растворенное вещество− водородные связи
Точка замерзания по сравнению с чистой водой	Не замерзает при −40 °С	Не замерзает при −40°С.	Большая часть не замерзает при −40°С. Остальная часть замерзает при значительно пониженной температуре
Способность служить растворителем	Нет	Нет	Достаточно слабая
Молекулярная подвижность по сравнению с чистой водой	Очень малая	Существенно меньше	Меньше
Энтальпия парообразования по сравнению с чистой водой	Сильно увеличена	Значительно увеличена	Несколько увеличена
Содержание в расчете на общее содержание влаги в продуктах с высокой влажностью (90% Н2О), %	<0,03	0,1−0,9	1−5
Зона изотермы сорбции (рис. 10.6)	Органически связанная вода показывает практически нулевую активность и, таким образом, существует в экстремально левом конце зоны I	Вода в зоне I изотермы состоит из небольшого количества органической влаги с остатком монослоя влаги. Верхняя граница зоны I не является четкой и варьирует в зависимости от продукта и температуры	Вода в зоне II состоит из воды, присутствующей в зоне I, + вода добавленная или удаленная внутри зоны II (мультислойная влага). Граница зоны II не является четкой и варьирует в зависимости от продукта и температуры
Стабильность пищевых продуктов	Самоокисление	Оптимальная стабильность при aw = 0,2−0,3	Если содержание воды увеличивается выше нижней части зоны II, скорость почти всех реакций увеличивается

Дата добавления: 2014-01-07