Реферат: Т0.2. 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 коллои-

дами 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 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 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 (aw) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1 μм. 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 макромоле-кулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала 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.