11. Современные представления о формах

И ЭНЕРГИИ СВЯЗИ ВЛАГИ С МАТЕРИАЛАМИ

Интенсивность тепло  и массопереноса в процессе тепловой обработки пищевых продуктов определяется формой связи влаги с каркасом твердого тела. Большой вклад в развитие науки о состоянии влаги в материалах внесли русские и советские ученые А.В. Думанский, Н.П. Песков, С.М. Липатов, которые развили теорию взаимодействия растворителя с дисперсными частицами.

В послевоенное время в работах П.А. Ребиндера, В.Л. Кретовича, Н.П. Кольминой, В.И. Назарова, Л.М. Никитиной, М.Ф. Казанского, М. Поляни, А.А. Роде, А.И. Островского, А.С. Гинсбурга и др. было показано, что в сложных влагосодержащих системах растительного происхождения вода связана с другими компонентами и связи влаги с ними является основной характеристикой качества материала.

Строение сухой части пищевых продуктов оказывает решающее влияние на образование сложного комплекса «материал-жидкость». Связь между молекулами воды и другими элементами комплекса может иметь различный характер.

Однако определение характера взаимодействия воды с отдельными компонентами системы и установление вклада каждого компонента в интегральное значение энергии связи влаги с материалом представляет значительные трудности.

Важное значение в развитии проблемы взаимодействия воды с другим материалом имеет классификация форм связи влаги в материалах, созданная академиком П.А. Ребиндером.

Классификация форм связи влаги в капиллярно-пористых материалах, предложенная П.А. Ребиндером, учитывает как природу образования различных форм связи, так и их энергию.

Энергия связи необходима для разрыва молекулы воды с соседними молекулами, после чего она может перейти в другое стационарное состояние. Энергия связи  это уменьшение свободной энергии при постоянной температуре, выраженная работой, которую необходимо затратить для отрыва I моль воды от материала (без изменения состава) и которую можно определить по формуле (в Дж/моль):

(1)

где R  универсальная газовая постоянная (R = 8,314 Дж/моль);

Т  температура;

Р_н  давление насыщенного пара свободной воды;

Р_п  парциональное давление равновесного пара воды над материалом с влагосодержанием и в любой среде.

Согласно классификации П.А. Ребиндера все формы связи влаги делятся на три большие группы в порядке убывания их энергии:

I. Химическая связь.

II. Физико-химическая связь.

III. Физико-механическая связь.

Каждая форма связи характеризуется энергией связи, которая используется в качестве единого критерия для классификации форм связи влаги с материалом.

I. Химически связанная влага

Под химически связанной водой понимают воду гидрата, связанную в виде гидроксильных ионов, и воду молекулярных соединений типа кристаллогидратов, связанную значительно слабее. Условием образования ионной связи является химическая реакция (гидратация). При этом образуется новое тело. Вода как таковая исчезает и входит в состав нового вещества.

Связь нарушается только в результате химического взаимодействия (иногда в результате прокаливания).

В случае молекулярной связи, когда происходит кристаллизация из раствора (образование кристаллогидрата), тело резко меняет свои свойства. Вода при этом входит в структуру кристалла. Связь разрушается при прокаливании.