3. Определение влажности пищевых продуктов
Вода содержится во всех пищевых продуктах. Определение ее содержания является одним из основных анализов в пищевой технологии. В целом пищевые продукты, не подвергавшиеся специальной сушке, могут содержать от 0,1 до 99 % влаги.
Наличие адсорбированной и капиллярно-конденсированной воды обуслов-лено развитой поверхностью твердых пищевых продуктов. При этом вода может находиться в этих продуктах в двух формах:
1) свободная влага;
2) вода в виде гидроксилсодержащих соединений (спиртов, фенолов и пр.)
Существует два основных метода определения влаги в пищевом сырье и продуктах:
– термогравиметрический (высушивание), позволяющий определить об-щую влажность продукта (%);
– спектральный.
Однако термогравиметрия имеет недостатки:
– не уточняется вид удаляемой влаги вследствие сложности в определении температурных интервалов существования молекулярной воды;
– возможно удаление при сушке и других химических соединений с темпе-ратурой испарения меньше температуры испарения воды.
– длительность процесса и неудобство использования автоматизации про-цесса.
Поэтому привлекательным является спектральный метод определения содержания влаги в пищевых продуктах, дающий информацию не только о количественном, но и о качественном составе влаги при незначительных вре-менных затратах. Рассмотрим его более подробно.
3.1. Спектральный метод анализа влаги в пищевых продуктах
Как правило, качественный спектральный анализ влаги достаточно прост, так как положение полос воды хорошо известно. В молекуле Н2О, как известно, структурную нагрузку несут 2 атома водорода и 1 атом кислорода, образующие равнобедренный треугольник с углом 104,5º при атоме О, как это показано выше на рис. 1.2. Поэтому молекула должна обладать тремя нормальными ко-лебаниями с тремя основными частотами для паров:
– деформационным;
– симметричным валентным;
– ассимметричным валентным.
В инфракрасном спектре наблюдаются, однако, и полосы поглощения, отвечающие обертонам трех частот и их комбинациям.
Так, для жидкой воды справедливы следующие максимумы полос (табл. 3.1), используемые в аналитических целях.
Таблица 3.1
Колебания молекулы воды в инфракрасном спектре
Колебание |
Жидкое состояние |
|
Волновое число ν, см-1 |
λ ,мкм |
|
Деформационное |
1637 |
6,12 |
Валентное симметричное |
3428 |
2,92 |
Комбинированное |
5183 |
1,93 |
Валентное, 1обертон |
6920 |
1,45 |
Часто спектральный контроль содержания воды в пищевых продуктах производят в более узкой области, ограниченной диапазоном 4000–2000 см–1, ориентируясь лишь на наличие полос валентных колебаний молекул воды. Однако необходимо иметь в виду, что положение спектральных полос ассоции-рованных молекул воды зависит от температуры. Понижение температуры приводит к сужению полос валентных колебаний молекулы воды (например, в случае анализа кристаллогидратов) либо к смещению их в низкочастотную область; иногда одновременно наблюдаются оба явления.
Что же касается количественного анализа влажности продукта, его сущ-ность заключается в записи образца спектра в спектральном интервале, заклю-чающем характеристическую полосу молекулы воды. Затем устанавливают корреляционную зависимость между спектральной характеристикой и влаж-ностью испытуемого образца.
В качестве такой спектральной характеристики могут выступать:
– оптическая плотность D в максимуме полосы поглощения;
– коэффициенты поглощения и отражения R;
– расстояние от максимума поглощения до базисной линии и т.д. (базис-ные линии берутся для каждой полосы).
В общем виде:
– для длины волны λ1 устанавливают зависимость
ω
=
(
;
(3.1)
– для работы на n длинах волн устанавливают зависимость
ω
=
(
, 
,………..,
),
(3.2)
где ω – влажность продукта;
φλ – спектральные характеристики (их значения);
F – расчетная функция для каждого продукта.