Вітамінізація продуктів харчування

Здорове харчування населення є одним із найважливіших умов здоров’я нації. Результати медичних обстежень свідчать про дефіцит вітамінів у більшої частини населення України. Найбільш ефективний спосіб вітамінної профілактики – збагачення вітамінами масових продуктів харчування.

Вітамінізація (іноді в комплексі зі збагаченням мікроелементами) дозволяє підвищити якість харчових продуктів, скоротити витрати на медицину, забезпечити соціально незахищені шари населення вітамінами, поповнити їх втрати, що відбуваються при одержанні харчового продукту на стадіях технологічного процесу чи кулінарної обробки. При цьому необхідні слідуючі рішення:

а) вибір продукту для вітамінізації;

б) визначення рівня вітамінізації;

в) розробка системи контролю.

Основні групи продуктів харчування для збагачення вітамінами:

• борошно і хлібобулочні вироби (віт. гр. В);

• продукти дитячого харчування (всі вітаміни);

• напої, у т.ч. сухі концентрати (всі вітаміни, крім А і Д);

• молочні продукти (віт. А, С, Д, Є);

• маргарин, майонез (віт. А, Д, Є);

• фруктові соки (всі вітаміни, крім А і Д).

Форми зв’язку води в харчових продуктах

Вміст вологи у матеріалі характеризується показниками масової частки вологи W – це відношення маси вологи до маси наважки продукту, виражене у відсотках. Іноді цей показник називають відносною вологістю. Крім того застосовують показник абсолютної вологості U , за який приймають відношення маси вологи до маси сухих речовин, виражене у відсотках. Між показниками відносної та абсолютної вологості існує співвідношення

У сушильній техніці застосовують також поняття вологовміст. Вологовміст виражають у кг вологи на 1кг сухих речовин або в г вологи на 1 г сухих речовин.

На консистенцію продуктів, їх зберігання та закономірності процесу сушіння впливає не тільки загальний вміст вологи, але й форми зв’язку води з матеріалом. Вода в харчових продуктах поділяється на зв’язану та вільну.

Зв’язана вода – це асоційована вода, міцно зв’язана з різними компонентами продуктів (білками, ліпідами, вуглеводами) за рахунок фізичних та хімічних зв’язків.

Вільна вода – це вода що не зв’язана полімерами і може приймати участь в хімічних, біохімічних і мікробіологічних процесах.

Найбільш поширеною класифікацією форм зв’язку вологи з матеріалом є класифікація за Ребіндером А.П. В основу цієї класифікації покладено як механізм утворення цих зв’язків, так і енергію її зв’язування з матеріалом. Вода поділяється на три групи:

1. Хімічно зв’язана вода, яка дуже міцно зв’язана з матеріалом і може бути видалена з нього лише при хімічній взаємодії або при прокалюванні, наприклад кристалогідратна вода. При звичайному сушінні вона не видаляється.

2. Вода, зв’язана фізико-хімічними зв’язками, а саме адсорбційно зв’язана волога, яка утримується силовим полем молекул, та осмотично зв’язана.

Розрізняють адсорбційно зв’язану вологу моно– та полімолекулярного шару. Тільки мономолекулярний шар води, тобто шар води товщиною в одну молекулу (діаметр молекули води дорівнює 3·10^–8 см), має високу енергію зв’язку. Енергія зв’язування наступних шарів води різко знижується. При сушінні вона переміщається в матеріалі у вигляді пари. Чим більша дисперсність матеріалу, тим більше він містить адсорбційно зв’язаної води. Ця величина може сягати 18 %.

Осмотично зв’язана вода – це волога набухання та структурна або іммобілізована волога. Наприклад, внутрішньоклітинна волога, захоплена під час формування гелю. Цій волозі відповідає дуже низька енергія зв’язування.

3. Вода, зв’язана фізико–механічними зв’язками: волога макрокапілярів і волога мікрокапілярів.

Волога макрокапілярів – це вода, яка знаходиться в капілярах з радіусом R > 10^–5 cм. Вода заповнює ці капіляри лише при безпосередньому контакті з ними, тиск пари над меніском макрокапілярів не відрізняється від тиску насиченої пари над вільною поверхнею води.

Волога мікрокапілярів – це вода, яка заповнює капіляри з радіусом R < 10^–5 cм. Ці капіляри заповнюються водою шляхом сорбції вологи з повітря. Під час сушіння ця вода переміщується в матеріалі у виді рідини (до зони випаровування) та у виді пари (після зони випаровування). При цьому перенесення пари в мікрокапілярах відбувається шляхом ефузії – направленого руху окремих молекул в капілярах, в макрокапілярах перенесення пари відбувається шляхом дифузії – хаотичного руху молекул.

Ця класифікація форм зв’язку вологи добре узгоджується з теорією сушіння Ликова С.М.

Проте існують інші класифікації, наприклад, класифікація Феннема (1985), за якою зв’язана вода поділяється на органічно зв’язану воду, яка розглядається як невід’ємна частина неводного компонента; воду моношару та воду мультішару. Це відповідає хімічно зв’язаній та адсорбційно зв’язаній воді моно– та полімолекулярного шарів.

Загально прийнято до зв’язаної вологи відносити вологу, яка має такі властивості:

- не замерзає при низьких температурах;

- не є розчинником при додаванні речовин органічної та неорганічної природи;

-дає смугу в спектрах протонного магнітного резонансу;

- поглинається з виділенням тепла.

Такій характеристиці повністю відповідає лише вода хімічно та адсорбційно зв’язана. Проте, осмотично зв’язана вода, хоча і не є в цьому сенсі зв’язаною водою, теж не може брати участь у розчиненні, оскільки утримується в середині клітини. Гелі та драглі пектину, крохмалю можуть фізично утримувати велику кількість води, яка не видаляється з харчового продукту при великому механічному зусиллі. З іншого боку, її можна видалити сушінням або перетворити на лід при заморожуванні. Саме ця вода відіграє значну роль у якості харчових продуктів, впливає на їх реологічні характеристики.

При вологості зерна 15 – 20 % зв’язана вода складає 10 – 15 %. При більшій вологості з’являється вільна вода, яка сприяє підсиленню біохімічних процесів, наприклад, проростанню зерна. Плоди та овочі мають вологість 75 – 95 %, проте лише 5 – 10 % знаходяться у зв’язаному стані. Тому плоди та овочі легко висушуються до вологості 10 – 12 %.

Вологість, при якій з’являється вільна вода, називається критичною вологістю. Критична вологість залежить від структури, хімічного складу, температури та відносної вологості середовища і пов’язана з процесами сорбції вологи. Для зерна критична вологість складає біля 14 %.

Процеси сорбції та десорбції вологи в харчових продуктах

Сорбція та десорбція вологи відбувається при взаємодії вологого матеріалу з оточуючим повітрям. Якщо парціальний тиск пари біля поверхні матеріалу Р_м менший, ніж парціальний тиск пари в повітрі Р_п, то матеріал буде поглинати вологу з оточуючого повітря і буде зволожуватись, тобто відбувається процес сорбції. Якщо ж парціальний тиск пари біля поверхні матеріалу більший, ніж парціальний тиск пари в оточуючому середовищі то відбувається процес випаровування або десорбції.

Якщо встановлюється динамічна рівновага між Р_м і Р_п, то вологість матеріалу, що відповідає цій рівновазі, називається рівноважною вологістю. W_р.

Величина W_p залежить від парціального тиску пари в повітрі Р_п або від його відносної вологості φ. Залежність W_p = ƒ (φ) називається ізотермою сорбції (рис. 1).

На ізотермі сорбції спостерігається 3 ділянки:

1. В інтервалі φ від 0,0 до 0,1-0,2, тобто при невисокій відносній вологості, крива має випуклість до осі ординат. Ця ділянка відповідає волозі мономолекулярної адсорбції.

2. В інтервалі φ від 0,1 – 0,2 до 0,9 ізотерма повернута до осі абсцис і відповідає полімолекулярній адсорбції.

3. В інтервалі φ від 0,9 до 1,0 відповідає волозі мікрокапілярів.

Вивчення ізотерм сорбції – десорбції харчових продуктів має велике значення, оскільки дає змогу визначити кількість вологи за формами зв’язку, енергію зв’язування вологи, питому поверхню адсорбенту, а також гігроскопічну вологість.

Важливе значення для характеристики властивостей харчових продуктів та їх змін під час зберігання має гігроскопічна вологість. Гігроскопічна вологість – це максимальна вологість, яку може мати матеріал за рахунок сорбції пари з оточуючого середовища при відносній вологості 100 %. Чим більша гігроскопічність матеріалу, тим більше він поглине води з оточуючого повітря в процесі зберігання. Гігроскопічна вологість матеріалу залежить від хімічного складу харчового продукту та мікропористої структури матеріалу. Збільшення кількості мікропор та зменшенні їх розміру спричиняє зростання гігроскопічної вологості.

Поняття активності води та її вплив на властивості харчових продуктів

Активність води. Останнім часом для характеристики стану та енергії зв’язування вологи в матеріалі застосовують поняття активності води. Активність води А_w характеризує взаємодію адсорбованих молекул води з активними центрами поверхні і кількісно дорівнює відношенню парціального тиску пари над продуктом Р_w до тиску пари над чистою водою P_s при тій же температурі:

А_w=Р_w/P_s

Це відношення входить в основну термодинамічну формулу енергії зв’язку вологи з матеріалом.

Отже, енергія зв’язку вологи з матеріалом зменшується зі збільшенням А_w.

Виходячи з вище зазначеного, доцільно ізотерми сорбції-десорбції зображати в координатах W = f (A_w).

Для більшості харчові продукти активність води 0,0-0,6 відповідає низькій вологості, активність води 0,6-0,9 характерна для продуктів з проміжною вологістю і активність води 0,9-1,0 характеризує продукти з високою вологістю.

Активність води впливає на стабільність харчових продуктів, на швидкість реакцій, що протікають у харчових продуктах. В продуктах з низькою активністю води можуть відбуватись процеси окислення жирів, неферментативного потемніння, руйнування вітамінів. Активності мікроорганізмів при цій вологості не спостерігається. В продуктах з проміжною вологістю протікають всі процеси, в тому числі і мікробіологічні. При високій активності води провідна роль належить мікробіологічним процесом.

Для характеристики стану вологи в продукті використовують показник активність води (а_w).

Відомо, що існує взаємозв’язок між вмістом вологи у харчових продуктах і їх здатністю до зберігання. Тому основним методом подовження термінів зберігання харчових продуктів завжди було зменшення вмісту вологи шляхом концентрування чи дегідратації.

Однак, часто різні харчові продукти з одинаковою вологістю псуються по різному. Було установлено, що має значення наскільки вода асоційована з неводними компонентами: чим міцніше зв’язана вода, тим вона менше підтримує процеси, що руйнують харчовий продукт, також мікробіологічні і гідролітичні процеси.

Щоб урахувати цей фактор було введено термін «активність води».

Активність води – це відношення тиску пари над даним продуктом до тиску пари над чистою водою при тій же температурі. Це відношення входить в основу термодинамічну формулу визначення енергії зв’язку вологи з матеріалом (рівняння Ребіндера):

∆F = L = RT*lnPo/Pw = - RT*lna_w,

де ∆F – зменшення вільної енергії (при t = cont);

L – робота відриву 1 моля води від сухого скелета матеріалу;

R – універсальна газова стала.

Aw = Pw/Po = POB/100,

де Pw – тиск водяної пари в системі харчового продукту;

Po – тиск пари чистої води;

POB – відносна вологість у стані рівноваги при якій продукт не вбирає вологу і не втрачає її в атмосферу, %.

За величиною активності води продукти поділяють:

• продукти з високою вологістю (a_w = 1,0 – 0,9);

• продукти з проміжною вологістю (a_w = 0,9-0,6);

• продукти з низькою вологістю (a_w = 0,6-0,0)