классификация форм связи воды в пищевых продуктах
Формы связи воды в пищевых продуктах
Активность воды как фактор стабильности качества продукции общественного питания
Лекция 1. Активность воды как фактор стабильности качества продукции общественного питания. Формы связи воды в пищевых продуктах. Понятие об активности воды. Активность воды некоторых видов продукции общественного питания.
ТЕМА № 6 Активность воды как фактор стабилизации качества продукции общественного питания
Вода — составная часть всех пищевых продуктов. Технологические свойства, интегральный показатель качества и сроки хранения пищевых продуктов во многом зависят от свойств, количества и состояния (форма и энергия связи, активность) содержащейся в них воды.
Отечественные стандарты на пищевые продукты и кулинарные изделия содержат только количественную характеристику — «массовая доля влаги», которая не отражает важную роль воды в таких сложных гетерогенных и биологически активных системах, какими являются пищевые продукты.
Вода — уникальная жидкость, свойства которой резко отличаются от свойств всех известных веществ на Земле. Изучению свойств воды, ее взаимодействию с другими веществами и поверхностью сухого каркаса посвящено большое число фундаментальных работ отечественных и зарубежных ученых: А. В. Лыкова, П. А. Ребиндера, А. В. Киселева, А. С. Гинзбурга, И. А. Рогова, Г. А. Егорова, Е. Д. Козакова, Р. В. Дакуорта, С. Брунауэра, У. Скотта и др. Показано, что формы и энергия связи воды являются одной из основных характеристик качества продукта.
Классификации форм связи воды в материале большое внимание уделяли отечественные ученые. А. В. Лыков предложил все твердые материалы разделить по физическим свойствам на три группы (капиллярно-пористые, коллоидные, капиллярнопористые коллоидные), что имело большое практическое значение для изучения процесса сушки различных материалов, в том числе и пищевых продуктов.
Классификация форм связи воды в материалах, учитывающая природу образования связи и энергию взаимодействия, предложена П. А. Ребиндером. Все формы связи воды он разделил на три группы: химическая, физико-химическая, физико-механическая. В соответствии с этой классификацией различают следующие виды связанной воды: химически связанная, адсорбционно связанная, вода макро- и микрокапилляров; осмотически связанная и вода, свободно удерживаемая каркасом тела (им- мобилизационная). Данная классификация была существенно дополнена и расширена Е. Д. Козаковым с учетом роли воды в биологических и биохимических процессах.
Таким образом, вода в материале или продукте может находиться в свободном и связанном состоянии. Свободная вода по своим свойствам приближается к обычной воде. Она легко удаляется из материала или продукта при высушивании, отжимании, прессовании, замерзает при температуре около О °С.
Химически связанная вода имеет очень прочную связь и не удаляется при высушивании, она входит в состав молекул. Ее можно удалить только в результате реакций, сопровождающихся выделением воды (меланоидинообразование, карамелизация и др.).
Физико-химически связанная вода подразделяется на воду, связанную моно- и полимолекулярной адсорбцией.
Влажность на уровне мономолекулярной адсорбции (3. 6 %) имеют продукты сублимационной сушки — быстрорастворимый кофе и др. Считается, что вода, связанная мономолекулярной адсорбцией, не является растворителем и не участвует в химических реакциях, не замерзает при температурах, близких к абсолютному нулю.
Влажность на уровне полимолекулярной адсорбции (6. 14 %) характерна для многих сухих продуктов (пищевые концентраты, мука, крупы и т. п.). В продуктах с влажностью на уровне полимолекулярной адсорбции невозможен микробиологический рост, но могут происходить ферментативные процессы и реакции меланоидинообразования (потемнение, изменение запаха и др.).
Осмотическая связь воды обусловлена тем, что давление пара над раствором ниже, чем над растворителем (свободной водой). Осмотически удерживаемая вода диффундирует в виде жидкости через полупроницаемые мембраны живых клеток вследствие разности концентраций внутри и вне клетки. К осмотически связанной воде относят и воду набухания, и структурную воду, удерживаемую при формировании гелей.
К физико-механически связанной воде относят воду микро- и макрокапилляров. Капиллярно связанная вода удерживается за счет возникновения адсорбционной связи мономолекулярного слоя у стенок капилляра и снижения давления пара над вогнутым мениском в капилляре по сравнению с давлением пара над плоской поверхностью свободной воды.
Некоторые пищевые продукты и материалы хорошо поглощают из окружающей среды или выделяют пары воды и летучие вещества. Этот процесс называется сорбцией. Частные случаи: адсорбция — поглощение веществ из растворов или газов поверхностью твердого тела; абсорбция — поглощение веществ из смеси газов жидкостью во всем объеме; десорбция — обратный процесс перехода веществ из поверхностного слоя в окружающую среду.
Рассмотрим формы связи влаги в продуктах.
Вода в пищевых продуктах находится в двух видах:
Свободной влагой называется вода, действующая как растворитель (свободная вода соответствует первой фазе механизма взаимодействия воды с коллоидом и представляет собой «межмицеллярную» жидкость, обладающую известными свойствами воды.).
Связанная влага исключена из раствора адсорбционными силами.
(Адсорбция – поглощение жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости)
По П.А. Ребендеру предложена классификация по которой всю связанную влагу в зависимости от величины энергии связи можно разделить на 4 формы:
1) Химически связанная вода – Обладает наиболее высокой энергией связи с материалом. Эта вода связана в виде гидроксильных групп ионной связью в результате химической реакции (гидратации). Выделить такую воду можно только прокаливанием или химическим воздействием на продукты. При этом разрушается структура веществ, входящих в продукт.
2) Адсорбционно связанная вода– жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности «мицелл».
Молекулы в данной форме связи теряют свойства растворителя, не могут легко перемещаться и участвовать в химических реакциях. В продуктах, содержащих воду в таком состоянии, физиологические процессы сведены к минимуму.
Удаление прочно связанной с телом адсорбционной влаги связано с соответствующей затратой энергии.
Для удаления адсорбционной влаги она должна быть превращена в пар, после чего начинается перемещение ее к наружной поверхности тела.
3) Капиллярно связанная вода –представляет собой полимолекулярный слой адсорбируемого пара из стенок капилляра. Находясь в сравнительно свободном состоянии, капиллярно связанная влага вступает не только в физическое, но и в химическое взаимодействие с материалом стенок капилляров.
Размещена в микро— и макрокапиллярах продукта и легко удаляется при высушивании или даже прессованием.
4) Осмотически удерживаемая влага –связывается коллоидами пищевых продуктов с высокополимерным строением и также прочно ими удерживается.
Высокомолекулярные соединения состоят из смеси фракций различной молекулярной массы, которые по-разному взаимодействуют с водой: высокомолекулярные фракции – нерастворимы в воде, низкомолекулярные – растворимы.
При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которых состоят из нерастворимых фракций. Растворимая фракция при этом частично попадает внутрь клеток, а частично находится на их внешней поверхности. Так, как внутри клеток концентрация растворимой фракции больше, чем вне клеток, то вода проникает внутрь скелета, через стенки клеток. Часть влаги попадает внутрь клеток непосредственно при формировании геля. Осмотически связанная влага поглощается без выделения тепла и без сжатия системы.
Гели – дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структуру (сетку). Они обладают способностью твердых тел: прочностью, способностью сохранять форму.
Для характеристики свойств воды в различных продуктах широко используется понятие «активность воды».Активность воды определяется электрокалориметрическим методом (основанным на автоматической компенсации тепла, расходуемого на испарение влаги при обезвоживании сушкой) для выбора оптимальных условий хранения сырья и пищевых продуктов.
Это отношение может служить показателем внутреннего равновесия воды в продукте.
Появление свободных радикалов является началом процесса окисления.
1) образуется перекись R 0 + O2 = ROO 0
2) перекись является неустойчивым веществом и вступает в реакцию со следующим триацилглицерином с образованием гидроперекиси
ROO 0 + RH = ROOH + RCOOR
Дальнейшее окисление связано с образованием альдегидов и кетонов, придающие продуктам прогорклый вкус и запах.
На скорость окисления в начальный период оказывают влияние следующие факторы:
Температура и свет
При хранении сырья необходимо создавать условия, предусматривающие изоляцию таких продуктов от прямого попадания солнечного света, при этом следует поддержать пониженную температуру (с увеличением температуры увеличивается скорость окисления).
Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 2362 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Формы связи влаги с сухими веществами продуктов
Различают две формы существования воды в набухших полимерах: связанную, или гидратационную, и свободную, или капиллярную. Количество связанной воды зависит от степени гидрофильности полимера: чем выше его гидрофильные свойства, тем больше содержится связанной воды. Так, например, для желатина содержание связанной воды в два раза, а для агар-агара в четыре раза превышает массу сухого вещества. Связанная вода имеет ограниченную подвижность, что объясняет полутвердый характер пищевых студней. Свободная и связанная вода имеет большое значение при выпечке хлеба и технологической обработке мясных изделий.
Пищевые продукты представляют собой многокомпонентные системы и в тех или иных количествах содержат воду. Свойства продуктов зависят не только от количества содержащейся в них воды, но и от формы связи ее с другими веществами.
Вода в пищевых продуктах связывается с ними, но удерживается тканями с различной силой. Ученые выделяют три основные формы связи воды с веществами и структурными элементами пищевых продуктов в порядке убывающей энергии:
1. химическую (ионная и молекулярная связи);
2. физико-химическую (осмотическая и адсорбционная влага);
3. физико-механическую (влага смачивания, влага в макро- и микрокапиллярах).
В пищевых продуктах преобладают вторая и третья формы связи, на долю химической связи приходится незначительное количество влаги.
Химически связнаявода удерживается ионными или молекулярными взаимодействиями.Эта вода прочно связана с материалом химическими связями, она может быть связана в виде гидроксильных ионов или заключена в кристаллогидраты и обладает максимальной энергией связи. Химически связанная вода утрачивает обычные свойства, то есть не растворяет химические вещества, имеет более низкую температуру замерзания и более высокую температуру кипения, не может использоваться для обменных процессов микроорганизмами и может быть удалена из продукта только путем химического взаимодействия или при прокаливании.
Физико-химическая связь обусловлена адсорбцией влаги в гидратных оболочках или осмотическим удерживанием в клетках и делится на адсорбционно-связанную и осмотически поглощенную.
Адсорбционно-связанная вода удерживается на внешней и внутренней поверхностях мицелл коллоидного тела. Она прочно удерживается молекулярным силовым полем и входит в состав мицелл различных гидрофильных коллоидов, из которых наибольшее значение имеют водорастворимые белки. Молекулы воды, расположенные ближе к мицелле, удерживаются электростатическими силами притяжения очень прочно. Чем дальше удалены молекулы воды от коллоидной частицы, чем слабее связь. Молекулы воды крайнего слоя обладают минимальной энергией связи с мицеллами. В зависимости от энергии связи изменяются и свойства адсорбционно-связанной воды. Наиболее прочно связанная вода не растворяет органические вещества и минеральные соли, не усваивается микроорганизмами и т.д. Менее прочно связанная вода обладает всеми свойствами свободной воды.
Осмотически поглощенная вода находится в микропространствах, образованных мембранами и волокнистыми структурами клеток. При образовании гелей часть воды захватывается внутрь скелета геля, находится там в полупроницаемом мешочке и удерживается осмотическими силами. Другая часть осмотически поглощенной воды проникает внутрь клеток из окружающей среды через стенки в результате осмоса, так как внутри клеток концентрация растворимой фракции веществ больше, чем в наружной.
Осмотически поглощенная влага связана с сухими веществами продуктов непрочно и обладает свойствами свободной воды.
Физико-механическая связьобусловлена удержанием влаги в микро- и макрокапиллярах (имобилизованная влага) и прилипанием ее к поверхности тела (влага смачивания). Физико-механически связанная вода удерживается в неопределенных соотношениях.
В растительных и животных тканях пищевых продуктов преобладает свободная вода. Так, в мышцах животных и рыб основная часть воды связана с гидрофильными белками за счет осмотических (45-55 %), капиллярных (40-45 %) сил, воды смачивания (0,8—2,5 %), а на долю связанной воды приходится только 6,5—7,5 %. В плодах и овощах находится до 95 % свободной воды.
Влагу при необходимости удаляют из продуктов сушкой или механическими способами (отжатием, центрифугированием и т.д.). Различные виды связи воды в пищевых продуктах обусловливают механизм удаления этой воды при их сушке. Адсорбционно-связанная вода, прежде чем будет удалена из продукта, должна быть превращена в пар. Осмотически связанная вода большей частью перемещается внутри материала в виде жидкости. Капиллярная влага перемещается при сушке в материале как в виде пара, так и в виде жидкости.
Во время сушки вначале удаляется слабо связанная вода, удерживаемая физико-механическими и физико-химическими связями, то есть влага смачивания, капиллярная и осмотическая, а затем более или менее сильно удерживаемая адсорбционная. Осмотическая влага удаляется во время сушки раньше, чем удаляется микрокапиллярная влага.
Вода в пищевых продуктах
Вода входит в состав всех пищевых продуктов. Наиболее высокое содержание воды характерно для плодов и овощей (72—95%), молока (87—90%), мяса (58—74), рыбы (62— 84%). Значительно меньше воды находится в зерне, муке, крупе, макаронных изделиях, сушеных овощах и плодах, орехах, маргарине, сливочном масле (12—25%). Минимальное количество воды содержится в сахаре (0,14—0,4%), растительном и топленом масле, кулинарных жирах (0,25—1,0%), поваренной соли, чае, карамели без начинки, сухом молоке (0,5—5-%).