Реферат: Изотермы сорбции

Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н2О/г СВ) 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 aw), 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 влаго-содержания).

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

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

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 (ресорб-ция) 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 II. 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.