Каталог готовых работ

Вода – это уникальная жидкость (химическое соединение) с определенными свойствами, входящая в состав всего биологического материала. Классификацию форм связи воды в материалах с учетом природы образования связи и энергии взаимодействия предложил П.А. Ребиндер. Все формы связи воды были разделены на три группы: химическая, физико-химическая и физико-механическая. В соответствии с этой классификацией различают следующие виды связанной воды: химически связанная, адсорбционно связанная, вода макро- и микрокапилляров; осмотически связанная вода, свободно удерживаемая каркасом тела (иммобилизационная).

Все влажные материалы в зависимости от их основных коллоидно-физических свойств можно разделить на три вида:

1) коллоидные,

2) капиллярно-пористые,

3) коллоидные капиллярно-пористые.

Адсорбционная связь влаги с материалом возникает при адсорбции молекул воды функциональными группами коллагена. Влага заполняет самые мелкие пространства между основными цепями белка и раздвигает их в одном направлении, выпрямляя изогнутые боковые цепи. Адсорбционная влага поглощается с выделением большого количества тепла, что свидетельствует о значительной энергии связи ее с материалом. Поэтому адсорбционную влагу часто называют влагой гидратации. Энергия связи влаги гидратации настолько значительна, что влага перестает обладать свойствами жидкой фазы: не участвует в растворении веществ, не замерзает, меняет свои электрические свойства.

В следующей стадии происходит проникание молекул воды в материал вследствие их молекулярно-кинетического движения, обусловленного явлением осмоса (или избирательной диффузии).

Коллоидное тело представляет собой скелет из замкнутых клеток, стенки которых состоят из фракций высокомолекулярной массы, нерастворимых в воде. В этих клетках находится низкомолекулярная (растворимая в воде) фракция, не способная проходить через стенку клетки. Она попадает внутрь клетки в процессе формирования геля. Но через стенки клетки может проникать вода, т.е. они представляют собой полупроницаемую оболочку. Растворимая фракция вещества геля находится не только внутри клетки, но и вне нее. Концентрация растворимой фракции внутри больше, чем вне клетки, в результате чего вода проникает внутрь клетки путем избирательной диффузии (осмоса) через ее стенку. Таким образом, замкнутая клетка является как бы осмотической ячейкой, и движение воды обусловлено разностью осмотических давлений растворимых фракций. Такая влага называется осмотической.

Поглощение жидкости в этом случае вызывает значительное увеличение объема и изменение давления набухания.

По классификации Ребиндера жидкость, находящаяся внутри клетки и захваченная ею при образовании геля, называется структурной влагой.

Влага, имеющая физико-механическую связь, делится на капиллярную и влагу смачивания. Капиллярная влага благодаря силам поверхностного натяжения и капиллярному давлению заполняет свободное пространство между структурными единицами, из которых складываются волокна, т.е. капилляры, радиус которых меньше или равен 10^{-5 см (0,1 мкм). Капиллярная влага поглощается как из воздуха путем конденсации, так и при непосредственном соприкосновении с водой.}

Физико-механическая связь влаги, особенно влаги смачивания с материалом очень непрочная. Такая влага легко удаляется простым отжатием.

Адсорбционная влага (влага гидратации) значительно изменяет размеры продукта благодаря увеличению расстояния между основными полипептидными цепями. Из-за расклинивающего действия тонких слоев капиллярной влаги площадь и толщина продукта становятся больше.

Влага намокания почти не изменяет размеров продукта.

Так как влага намокания обладает свойствами свободной жидкости, она может вымывать из продукта водорастворимые вещества, а кроме того, замедляет процесс сушки.

Влажность одного и того же продукта может изменяться в значительных пределах. Однако после продолжительного пребывания продукта с произвольной начальной влажностью в данных метеорологических условиях влажность его стремится к известному пределу, по достижении которого остается постоянной. Эту устойчивую влажность материала называют равновесной.

Равновесная влажность зависит от характера продукта, относительной влажности окружающего воздуха (чем она больше, тем выше равновесная влажность) и температуры воздуха (при одинаковой относительной влажности воздуха с повышением его температуры равновесная влажность снижается).

Равновесная влажность материала при полном насыщении воздуха влагой, т.е. при относительной влажности воздуха 100%, называется гигроскопической влажностью.

Влага поглощается продуктом сверх максимального гигроскопического влагосодержания лишь при непосредственном соприкосновении его с жидкостью.

Вода в пищевых продуктах, как и в любом биологическом материале, также удерживается всеми формами связи и выступает наравне с другими как обычная составная часть ткани или продукта. Однако характер и прочность форм ее связи неодинаковы. Наиболее прочно связана адсорбционная влага, наименее прочно в продуктах связана влага, дополнительно поглощенная белковыми системами в процессах их гидратирования (слабосвязанная влага).

Практически все отечественные стандарты на пищевые продукты предусматривают определение количественной характеристики "массовой доли влаги", которая отражает важную роль воды в таких сложных гетерогенных и биологических активных системах, какими являются пищевые продукты.

Для определения массовой доли воды в отечественной лабораторной практике обычно используют стандартные методы высушивания до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре выше 100°С в течение нескольких часов, а определение водоудерживающей способности мышечной ткани проводят по Грау и Гамму в модификации Воловинской В.П. и Кельмана Б.Я.

В последнее же время для характеристики состояния влаги в продукте наряду с влагосодержанием, влагоемкостью, водосвязывающей способностью чаще начали применять интегральную характеристику – активность воды aw. С помощью этого показателя производят оценку степени участия воды в различных химических, биохимических и микробиологических реакциях, протекающих в продукте как в процессе изготовления, так и в процессе его хранения: окисление липидов, ферментативную и неферментативную активность, гидролитические реакции, развитие микроорганизмов.

Из общего количества воды, содержащейся в пищевом продукте, микроорганизмы, например, могут использовать для своей жизнедеятельности лишь определенную "активную" ее часть. И для каждого вида микроорганизмов существуют максимальное, минимальное и оптимальное значения активности воды. Отклонение значения aw от оптимального приводит к торможению процессов жизнедеятельности микроорганизмов, а иногда и к их гибели.

Активность воды характеризует сам продукт и обусловлена химическим составом и гигроскопическими свойствами его.

Равновесная относительная влажность характеризует окружающую среду, находящуюся в гигротермическом равновесии с продуктом.

Активность воды характеризует форму связи влаги в продукте.

Исходя из значения величины "активность воды" aw в пищевых продуктах, их разделяют на следующие виды:

-         продукты с высокой влажностью – аw = 1,0-0,9;

-         продукты с промежуточной влажностью – аw = 0,9-0,6;

-         продукты с низкой влажностью – аw = 0,6-0,0.

В настоящее время уже достаточно полно изучены и определены для многих продуктов пороговые значения аw, за пределами которых замедляются или прекращаются процессы роста микроорганизмов. Так, для большинства бактерий предельное значение аw, обеспечивающее их нормальное развитие, должно быть не ниже 0,90-0,99. Дрожжи и многие плесневые грибы хорошо развиваются даже в пределах аw = 0,85-0,65. Понижение аw от 1 до 0,2 приводит к значительному замедлению химических и ферментативных реакций, кроме процесса окисления липидов и реакции Майяра.

Активность воды aw в продукте можно изменять. Для этого существует масса способов: добавление растворимых солей, сахаров и других ингредиентов, высушивание, повышение осмотического давления, превращение части воды в лед при замораживании.

В пищевой технологии традиционно в качестве веществ, понижающих активность воды, используют соль, сахара и другие пищевые добавки, молекулы которых имеют большую или меньшую степень диссоциации.

Одной из самых важных задач при проведении технологических процессов производства продуктов питания является определение барьеров (факторов), которые помогут регулировать активность воды в продуктах. За рубежом с этой целью уже разработаны так называемые барьерные технологии на производство целого ряда продуктов, призванные с помощью определенных барьеров сохранить безопасность и качество продуктов с увеличенным сроком хранения. Контроль над всеми формами ухудшения качества и сведение такого явления к минимуму проводят с помощью показателя "активность воды" aw.

Этот показатель используется для подтверждения правильности установления сроков годности (хранения), условий хранения продовольственного сырья и пищевых продуктов, т.е. одним из основных показателей качества и безопасности продуктов, выпускаемых на потребительский рынок, является "активная вода" aw.

Литература

1.      Вода в пищевых продуктах / Под редакцией Р.Б. Дакуорта. – Перевод с англ. – М.: Пищевая промышленность, 1980.

2.      Кавецкий Г. Д., Васильев Б.В. Процессы и аппараты пищевых производств. /Учебник для вузов. – М., Колос, 1999.

3.      Малахов Н.Н., Плаксин Ю.М., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов. – Изд. комплекс Орловского ГТУ, 2001.

4.      Ребиндер П.А. О формах связи воды с материалом. – М.: Профиздат, 1998.

5.      Стабников В.Н., Лысянский В.М., Попов В.Д. Процессы и аппараты пищевых производств. – М., Агропромиздат, 1985.