Залежність між відносною пружністю водяної пари

над меніском води при повному змочуванні  і радіусом Z₀ капіляра

	Z0 · 107 см		Z0 · 107 см		Z0 · 107 см		Z0 · 107 см
0,10	0,46	0,50	1,56	0,90	10,25	0,98	53,3
0,20	0,67	0,60	2,11	0,95	21,9	0,99	107,5
0,30	0,89	0,70	3,01	0,96	26,3	0,999	1077,0
0,40	1,17	0,80	4,83	0,97	35,3	0,99991,0	10770,0

Слід зазначити, що капілярне зв'язування вологи може мати місце не тільки в капілярах, але і між двома твердими стінками, розташованими досить близько одна до одної.

Волога, вільно утримується в тонкому об'ємному каркасі тіла, захоплена та іммобілізована в процесі його формування.

Взагалі вказані форми зв'язаної вологи в літературі мають значні розбіжності, які деякою мірою зв'язані з тим, що енергія зв'язку вологи не лімітована.

Часто подібну вологу визначають як механічно-зв'язану, як у сировину, так і в продуктах його переробки. В обґрунтуванні такого визначення відмічають, що всю подібну вологу можна видалити із продукту механічним шляхом, наприклад, за допомогою вичавлення соку із продукту. Процес обезводнення лімітується тільки гідравлічним опором каркасу продукту.

Проте, слід зазначити, що вся волога в живому організмі тваринного або рослинного походження йому підконтрольна і перебуває у зв'язаному вищевказаними формами зв'язку.

Сировина рослинного походження виробляється, як правило із живого організму і зберігає його нативну структуру, тому вся волога в ньому очевидно також перебуває в зв'язаній формі. Тому вилучений механічним шляхом сік із продуктів рослинного походження представляє із себе вологу, яка була зв'язана в продукті осмотично і можливо капілярно в макро-капілярах. Визначати цю вологу, як механічно утримувану, представляється неправильним.

Сировина тваринного походження виробляється із наземних і водних організмів після їх смерті. Всі зміни, що відбуваються при її переробці включають процеси перерозподілу вологи за формами зв'язку у напрямку зменшення їх енергії. Проте незаперечних доказів утворення чисто механічно-зв'язаної вологи і в цьому випадку немає.

Під вільно або механічно-зв'язаною вологою у продукті слід розуміти ту частину, котра перевершує його можливість зв´зувати вологу адсорбційну, осмотичну та капілярну.

Утворення такої вологи має місце в результаті зміни гідратаційних властивостей продуктів при однаковій кулінарній обробці, коли знижуються адсорбційні можливості білкових і інших компонентів, має місце порушення осмотичних властивостей капілярної структури продуктів. В цьому випадку частина раніш зв'язаної води перевищує водо-зв’язувальну здатність продуктів, котрі піддаються кулінарній обробці продукту і утримуються в ньому тільки за рахунок механічних особливостей структури.

Хоча енергетичний принцип класифікації форм зв'язку вологи в продуктах являється найбільш обґрунтованим, поряд з цим вологу підрозділяють на два види зв'язку - адсорбційно і структурно-зв'язану вологу. До структурно-зв'язаної вологи відносять осмотичну, капілярно та утримувану вологу. У багатьох продуктах на частку структурно-зв'язаної вологи припадає до 90 і більше відсотків від її загального вмісту в них.

Відмічені вище форми гідратації характерні для всіх харчових продуктів, котрі використовуються як сировина, і виробленої з них кулінарної продукції. В одних продуктах вони виступають в сукупності з можливою кількісною перевагою тієї чи іншої форми в інших продуктах з можливим винятком слабо зв'язаних форм вологи.

На сьогодні гідратаційну характеристику визначають поняття - активність води, яка в термодинамічному розумінні відображає умови гідратаційної рівноваги продуктів (системи).

Кількісно активність води виражається через відносну вологість навколишнього середовища, при якому гідратаційна рівновага продукту не змінюється.

а = Р_и / Р_н (6)

а - активність води;

р_и- парціальний тиск насиченої пари води на поверхні матеріалу;

р_н- парціальний тиск насиченої пари вільної води в навколишнім середовищі.

З хімічної і біохімічної точки зору очевидно, що чим нижча активність води, тим у меншому ступені вона може прийняти участь у хімічних і біохімічних процесах.

Графічна залежність гідратації продукту від відносної вологості навколишнього середовища (або активності води) виражають за допомогою ізотерми сорбції, уявленої в загальному виді на мал. 3

Умовно ізотерму сорбції можна поділити на ділянки, які відображають різноманітність форм і енергії зв'язку вологи.

Ділянка А відображає мономолекулярний шар адсорбційно зв'язаної вологи з енергією зв'язку в тчк. 1 згідно з рівнянням:

(1) при  = 20,0-4,03·10³ Дж/моль. При меншому значенні відносної вологи, енергія зв’язку значно зростає. Вважається, що на ділянці А вода взаємозв’язана з адсорбентом і недоступна для реакції.

Ділянка В відображає полі-молекулярний шар адсорбційно-зв'язаної вологи, а також частково капілярно та осмотично-зв'язану вологу.

Енергія зв'язку вологи на цій "тришаровій" ділянці для адсорбційно-зв'язаної вологи розраховується, як зазначено вище. Визначення енергії капілярно-зв'язаної вологи можна за рівнянням (4) розрахувати тиск пари над поверхністю вгнутого меніску води, й заміни в рівнянні (1) Р_и на Р₂, по рівнянню можна обчислити енергію зв'язку вологи. При малих величинах радіусу капілярів енергія зв'язаної вологи може бути досить великою. Так, при радіусі капіляра рівному 2,10^-7 см, величина енергії зв'язку вологи досягає 1,3 Дж/моль.

(7)

Рис. 3. Залежність гідратації продукту від вологості середовища

(ізотерма сорбції вологи продуктом)  - відносна вологість, %

Енергія зв'язку для осмотично-утримуваної вологи для більшості, продуктів тваринного і рослинного походження складає десятки джоулів, тобто по величині енергії дана форма зв'язку вологи уступає адсорбційно та капілярно-зв'язаної волозі, але кількість вологи, зв'язаною даною формою зв'язку, в продукті може бути значною і перевищувати кількість вологи, зв'язаної іншими формами, що залежить від структури тіла.

Ділянка С відображає капілярно, осмотичну та вільно або механічно утримувану вологу. Порядок розрахунку енергії зв'язку або величини енергії зв'язку вологи відмічені вище.

У процесі кулінарної обробки якісне і кількісне утримування вологи в продуктах змінюється. Форма, в якій волога переміщається в продуктах, обумовлена характером її зв'язку.

Адсорбційно-зв'язана волога переміщається у вигляді пари і потенціалом переносу є парціальний тиск пари, інакше кажучи, середня кінетична енергія молекул пара, що знаходиться в одиниці об'єму продукту.

Капілярно-зв'язана волога може переміщатися у вигляді рідини (молекулярний перенос) або у вигляді пари при поглибленій поверхні випаровування. В першому випадку потенціалом переносу буде капілярний потенціал, в другому - парціальний тиск пари.

Осмотично-зв'язана волога переміщується у вигляді рідини і потенціалом переносу є осмотичний тиск.

Для характеристики гідратаційних продуктів при кулінарній обробці слід знати їх максимальне сорбційне волого-утримання за даних умов (температурі й ін.).

Якщо продукт містить вологу в більшому проти максимального сорбційно-вологовмісту кількості, він може її. віддавати і бути використаним в якості донора вологи і навпаки - продукт, який містить вологу в меншому проти максимального сорбційно вологовмісту кількості, може її поглинати і бути використаним в якості сполучної вологи компонента.

Потенціал переносу вологи в продуктах звичайно виражають в градусах, при цьому максимальне сорбційне утримування вологи в продуктах дорівнюють до 100°, а потенціал волого переносу являє собою відношення фактичного утримування вологи в продуктах до максимального сорбційного утримування.

Слід відмітити, що співвідношення активність води(кількість води в різних продуктах різна і тому позначається на розходженнях у технологічних властивостях продуктів). Активність води відображає тільки міру зв'язаності води при даній вологості.

Активність води в продуктах часто використовується в якості критерію його мікробіологічної стійкості. У співвідношенні з активністю води рекомендовані нижче рівні росту: для бактерій -0,86-0,91; дріжджів - 0,80-0,88; галофільних бактерій - 0,75 (даний вид бактерій утримує осмотично-активні речовини); плісень - 0,60.

Слід враховувати, що вільно або механічно-утримувану вологу практично неможливо ввести в продукт за допомогою його зволоження в атмосфері насиченої пари.