Содержание:
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 (aw) 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 aw 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 [3].
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.
Таблица 1 - Категории свободной влаги в пищевых продуктах
| Свойства | Свободная | Вода в макромолекулярной матрице |
| Общее описание | вода, которая может быть легко удалена из продукта. Вода—вода –водородные связи преобладают. Имеетсвойства, похожие на воду в слабых растворах солей. Обладает свойством свободного истечения | вода, которая может бытьудалена из продукта. Вода-вода—водородные связипревалируют. Свойства водыподобны воде в разбавленных солевых растворах. Свободное истечение затруднено |
| матрицей геля или ткани | ||
| Точка замерзания | несколько ниже по сравнению с чистой водой | |
| Способность бытьрастворителем | большая | |
| Молекулярная подвижность по сравнению с чистой водой | несколько меньше | |
| Энтальпия парообразованияпо сравнению с чистой водой | без существенных изменений | |
| Содержание в расчете на общее содержание влаги в продуктах с высокойвлажностью (90% Н20),% | 96% | |
| Зона изотермысорбции | вода в зоне III состоит из воды, присутствующейв зонах I и II, + вода, добавленная или удаленнаявнутри зоны III | |
| в отсутствие гелей иклеточных структур этавода является свободной,нижняя граница зоны IIIнечеткая и зависит отпродукта и температуры | в присутствии гелей иликлеточных структур вся водасвязана в макромолекулярной матрице. Нижняяграница зоны III нечеткая изависит от продукта и температуры | |
| Обычная причинапорчи пищевыхпродуктов | высокая скорость большинства реакций,рост микроорганизмов | |
Таблица 2 - Категории связанной влаги в пищевых продуктах