Количество и формы связи воды в продуктах питания.

Вода, содержащаяся в кулинарной продукции в значительных коли­чествах, не только участвует в формировании ее качества (структурно­механических, физико-химических, органолептических свойств), но, взаимодействуя с белками и углеводами, делает эту продукцию не­стойкой при хранении, создавая хорошую питательную среду для раз­вития микроорганизмов.

Показатели, которые формируют качество продукции и ее стабиль­ность в процессе хранения, в значительной степени зависят от того, насколько прочно вода в продукции связана с пищевыми веществами (белками, углеводами, жирами). Вода может находиться в продукции в связанном и свободном состояниях.

Связанная вода — это ассоциированная вода, которая прочно свя­зана с различными компонентами (белками, углеводами, жирами) за счет химических и физических связей.

Свободная вода — это вода, не связанная полимерами и доступная для протекания химических, биохимических и микробиологических процессов. Чем больше в продукции свободной воды, тем менее стой­ка она в хранении.

Согласно принятой классификации, в основу которой положена энер­гия связи воды с материалом, в коллоидных капиллярно-пористых телах (влажных материалах) различают следующие формы связи воды с мате­риалом: химическую, физико-химическую и физико-механическую.

Химически связанная — это вода, наиболее прочно связанная мате­риалом, которая может быть удалена из него при химическом взаи­модействии или при особо интенсивной тепловой обработке (прока­ливание), но при сушке она не удаляется. Она обладает наибольшей энергией связи. Например, в виде гидроксильных ионов за счет глав­ных валентностей. В этом случае молекула воды исчезает как таковая. Она не оказывает влияния на ход течения технологических процессов.

Физико-химически связанная — это вода, которая удерживается в ма­териалах в различных, не строго определенных соотношениях. Этой фор­ме соответствуют следующие виды связи воды: адсорбционно связанная вода и осмотически удерживаемая вода (вода набухания и структурная вода).

Адсорбционно связанная вода — это жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности мицелл — коллоидных ча­стиц с сольватным слоем, а иногда и с двойным слоем ионов, строение которого определяет заряд мицелл. Адсорбционно связанная вода проч­но связана с материалом, ее иногда называют связанной влагой.

Поскольку коллоидные тела (материалы) характеризуются большой дисперсностью частиц (условный диаметр составляет 0,1...0,001 мкм), они обладают значительной свободной энергией, благодаря которой

происходит адсорбционное связывание воды. При поглощении воды коллоидным телом выделяется теплота набухания (гидратация), наи­большее количество которой выделяется при присоединении первого мономолекулярного слоя. Это слой воды наиболее прочно связан с ма­териалом. Вода в этом слое находится в особом уплотненном состоя­нии, она не растворяет обычно растворимые вещества (соль, сахар), она замерзает при более низкой температуре, у нее меньше диэлек­трическая проницаемость, чем у свободной воды. Последующие слои, а их может быть несколько десятков, удерживаются менее прочно, чем мономолекулярный слой, и прочность связи уменьшается с уда­лением слоев от гидрофильного центра. Эти слои образуют сольват­ную оболочку белковых молекул белковых веществ и гидрофильных гидроколлоидов. В последних слоях молекулы воды могут переходить из наружного слоя в гидратный и наоборот, образуя так называемый диффузионный слой, удержать значительную часть которого можно за счет изменения активной кислотности, а также температуры.

Таким образом, процесс гидратации — это процесс присоединения адсорбционной воды.

Осмотически удержанная вода (вода набухания и структурная во­да) — это вода, находящаяся в замкнутых ячейках, как поглощенная осмотически сложно построенной мицеллой, так и иммобилизаци- онная — структурная вода, захваченная при формировании геля (за­стывании). Эта вода является свободной из-за малой энергии связи, но для, например, биополимеров, ее величина может быть суще­ственной и ее следует учитывать.

Поглощение влаги набухания происходит без выделения тепла и сжатия системы. Осмотически связанная вода диффундирует в виде жидкости через стенки клеток благодаря разности концентрации вну­три и вне клеток. Под влиянием диффузионно-осмотических сил вода проникает внутрь клетки по типу избирательной диффузии (осмоса) жидкости через полупроницаемую стенку клетки. Осмотически свя­занная вода по своим свойствам не отличается от обычной воды.

Физико-механическая связанная вода — это вода макро- и микрока­пилляров. Радиус микрокапилляров — менее 10^-5 см, а макрокапил­ляров — больше Ю ⁵ см. Вода заполняет сквозные макрокапилляры только при непосредственном соприкосновении с ними, тогда как ми­крокапилляры заполняются жидкостью не только при непосредствен­ном соприкосновении с ней, но и путем сорбции из влажного воздуха.

Капиллярная вода представляет собой свободную жидкость, кото­рая перемещается в материале как в жидком виде (от центральных ело- ев до зоны испарения), так и в виде пара — от зоны испарения через сухой слой наружу.

В продуктах с высокой влажностью (73.„95 %), например в овощах и плодах, до 95 % от общего количества воды составляет свободная вода и только до 5 % удерживается клеточными коллоидами. В то же вре­мя в мясных полуфабрикатах (влажность 62...75 %) на долю связанной воды (адсорбционно, осмотически, капиллярно) приходится около 80...85 % от общего содержания воды в продукте.

Вода неравномерно распределена в растительных и животных тка­нях. Ее распределение зависит от наличия и гидрофильной природы макромолекулярных сетчатых структур, таких как мембраны, оболоч­ки клеток, органеллы, сосудистые трубки. В клетках паренхимной тка­ни растений большое количество воды (до 98 %) сосредоточено в кле­точных вакуолях, тогда как в оболочке ее значительно меньше (50 % и более).