Состояние и роль воды биологических объектов и пищевых продуктов
Содержание воды в пищевых продуктах колеблется в широких пределах: от 3-5% (сухое молоко) до 95% (плоды, овощи).
От содержания воды в пищевых продуктах зависят свойства и стойкость продукта при хранении.
Она является средой, в которой происходят физические и химические взаимодействия.
Вода непосредственно участвует в биохимических реакциях и диффузионных процессах, может создавать условия, которые способствуют развитию микроорганизмов. Она влияет на физическое состояние продукта.
Свойства воды в продуктах и биологических объектах отличаются от обычной природной воды. Для описания состояния воды введены понятия свободной и связанной воды.
Свободная вода: её молекулы образуют в продукте (биологическом объекте) структуру, близкую к структуре обычной воды.
Связанная вода характеризуется тем, что ее молекулы соединены с молекулами белков и других растворенных веществ, а также с ионами или другими заряженными частицами. Её пространственная структура деформирована.
Связанной воды больше:
А) в живых клетках больше, чем в мембранах
Б) в продуктах животного происхождения больше чем в растительных
По классификации П.А. Ребиндера формы связи воды с материалами делятся на 3 группы, в порядке убывания прочности, это:
-
Химически связанная вода – находится в кристаллогидратах или связана в виде гидроксильных ионов.
-
Физико-химически связанная вода:
-
Адсорбционно связанная (находится на поверхности мицелл)
-
Асмотически поглощенная (находится внутри структуры геля)
-
Физико-механически связанная вода удерживается микро и макрокапиллярами (связь довольно не прочная)
Для характеристики состояния воды в пищевых продуктах и ее доступности для химических, физических процессов и биологических реакций используется понятие «активность воды».
Чем выше содержание воды (связанной воды), тем ниже показатель активности.
Ферментативные процессы в продуктах зависят от фракционного состава воды, а также от структуры льда.
Увеличение влаги в пищевых продуктах важно и с точки зрения теплофизических процессов холодильной обработки.
Вода имеет большую теплоемкость и для нее характерна высокая теплота фазового превращения при кристаллизации и испарении.
Влияние низких температур на клетки, ткани организма.
-
В области температур выше льдообразования
При быстром понижении температуры биологического объекта происходит нарушение обмена веществ, получившее название температурного шока. Динамическое равновесие биохимических реакций нарушается вследствие того, что степень снижения активности различных ферментов при понижении температуры неодинакова. И если дискоординация происходит резко то, как правило, происходит гибель биологического объекта.
-
В области температур, при которых происходит превращение воды в лед.
Главные повреждающие факторы в этой области – это процессы, связанные с кристаллообразованием.
-
миграция влаги и обезвоживание клеток
При медленном замораживании кристаллы льда сначала образуются в жидкости находящейся между клетками и пучками волокон тканей. Согласно законам осмоса это вызывает движение влаги из клеток в межклеточные пространства, т.е. происходит процесс обезвоживания клеток.
Затем процесс кристаллообразования распространяется на содержимое клеток.
При быстром замораживании кристаллизация происходит практически одновременно вне и внутри клеток.
-
механическое повреждение клеток
Образующиеся в межклеточном пространстве кристаллы льда сдавливают и повреждают клеточные структуры, особенно при медленном замораживании (чем медленнее замораживание, тем больше размеры кристаллов и существеннее механические повреждения)
-
повышение концентрации электролитов (растворение солей)
За счет миграции воды из клеток и превращения в лед части воды внутри клеток, количество незамерзшей влаги в клетке уменьшается, а концентрация солей увеличивается. Это вызывает денатурацию белков протоплазмы и клеточных оболочек.
К сохраняющим факторам биологических объектов относятся вещества, которые создают преграду между кристаллами льда и клеточной оболочкой.
-
Витрификация (стеклообразование)
Это глубокое переохлаждение жидкости. В результате этого процесса кристаллическая решётка не образуется. Это явление способствует сохранению жизнеспособности некоторых биологических объектов при их сверхбыстром замораживании.