50. Химический состав исходных материалов, как фактор качества товаров. Основные вещества пищевых продуктов.

Химический состав непродовольственных товаров

Все товары получают из материалов, которые состоят из простых или сложных веществ, различающихся элементным (элементарным) или сложным химическим составом.

Элементный состав может служить характеристикой потребительских свойств товаров, ценности того или иного материала.

Известно 107 химических элементов, составляющих простые и сложные вещества.

Для характеристики товаров отдельных групп и формирования их перспективного ассортимента необходимо знать зависимость свойств материалов от их элементного состава. Влияние элементного состава особенно наглядно проявляется в ювелирных товарах. Известно, что для каждого вида ювелирных изделий, как правило, подбирают определенный цвет золота (желтый, зеленый, красный, белый), который зависит от количественного содержания в сплаве золота, серебра, меди или палладия. Кроме цвета, отдельные химические элементы влияют и на физические свойства изделий, например, платина повышает твердость сплава, серебро понижает температуру плавления. Классическим примером влияния элементного состава на качество материала может служить углеродистая сталь: с повышением содержания углерода твердость стали увеличивается. Эта зависимость положена и в основу деления стали на марки. Например, углеродистая сталь марки У9 (содержит 0,9% углерода) и обладает меньшей твердостью, чем сталь марки У15 (1,5% углерода). Многие свойства товаров из стекла обусловлены их элементным составом. Так, увеличивая содержание оксидов свинца, бария и цинка, получают стекло с высокой прозрачностью, блеском, игрой света в гранях изделия, в то же время термостойкость, прочность и твердость такого стекла снижаются.

Для большинства товаров применяются материалы, имеющие сложный химический состав. Основной компонент многих видов непродовольственных товаров (текстильные, бумажно-беловые и др.) — сложное природное вещество целлюлоза, сообщающая

товарам высокие гигроскопичность, влаговпитывающую способность, прочность, щелочеустойчивость и др.

На свойства изделий влияет и соотношение сложных веществ. При этом между количеством сложного вещества и измеряемой физической величиной существует определенная зависимость. С увеличением содержания лигнина в бумаге ухудшается ее качество (снижаются просвечиваемость, белизна), с увеличением содержания целлюлозы в волокнах повышаются прочностные свойства, а также прядильная способность; при увеличении содержания пектиновых веществ повышается гигроскопичность, но снижается щелочеустойчивость.

Многие свойства товаров, состоящих из природных белковых соединений, также зависят от наличия и соотношения химических компонентов. Так, свойства кожи (сложного белкового материала) зависят от содержания жировых веществ. Увеличение содержания жировых веществ приводит к снижению водопроницаемости кожи, увеличению подвижности коллагеновых волокон и, как следствие, — к увеличению эластичности и растяжимости кожи,

В состав разнообразных сложных химических соединений входят функциональные группы молекул. Функциональные группы являются структурным фрагментом молекулы, характерным для данного класса органических соединений, определяющих их свойства. В то же время каждая функциональная группа обусловливает комплекс общих свойств материалов, определяющих свойства изделий. Наибольшее значение для формирования свойств товаров имеют гидро-ксильная (—ОН), карбоксильная (—СООН), карбонильная (> С = О), амидная (—NH—СО—) и сульфидная (—S—) группы.

Число функциональных групп в молекуле характеризует функциональность химического соединения, а функциональность химических соединений определяет их способность к образованию полимеров линейных, разветвленных или сшитых структур.

Так, гидроксильная группа.(оксигруппа) характеризуется большим сродством к молекулам воды благодаря возможности образовывать водородные связи. При увеличении содержания гидроксильных групп повышаются влагоемкость, гигроскопичность, прочность, светостойкость изделий.

Например, целлюлозное льняное волокно содержит большое число групп —ОН, которые определяют линейную структуру макромолекул и влияют на многие, в том числе гигиенические, свойства волокна; льняные изделия обладают высокой гигроскопичностью (11—12%). Содержание групп —ОН в поливинилспиртовом волокне (—СН₂—СИОН) невелико, и его гигроскопичность-не превышает 4%. Полипропиленовое волокно (С₃Н₆) не содержит групп —ОН, имеет нулевую гигроскопичность и как следствие — высокую водостойкость, элект-ризуемость, способность к образованию пиллинга.

Сульфидная группа входит в состав кератина шерсти (обусловливает образование его сетчатой структуры) и обеспечивает высокую упругость и несминаемость изделий из шерсти, неустойчивость к действию щелочей.

В состав полифункциональных соединений входят несколько различных функциональных групп. Например, в составе молекул белковых веществ (шерсти, шелка, кожи) имеются гидроксильные, карбоксильные, амино- и амидные группы, сообщающие изделиям гидрофильные свойства.

53.  Вода. Значение для организма человека. свободная вода, влияние на сохраняемость товаров. Вода — химическое соединение водорода с кислородом, является универсальным растворителем значительного количества веществ. Вода сама по себе не имеет питательной ценности, но она непременная составная часть всего живого. В растениях содержится до 90 % воды, в теле человека 60 — 80 %. Вода входит в состав плазмы крови, лимфы и тканевой жидкости, является растворителем минеральных и органических веществ. С участие воды происходит большинство химических превращений в организме. В сутки человеку требуется 2,5 — 3 л. воды. Она служит хорошим растворителем и способствует удалению из организма ненужных и вредных веществ.

Вода входит в состав всех пищевых продуктов, но содержание ее различно. Много воды находится в плодах и овощах —  65 — 95 %, молоке — 87—90 %, мясе— 58—74 %, рыбе—62—84 %. Значительно меньше в крупах, муке, макаронных изделиях, сушеных плодах и овощах(12—17 %), сахаре (0,14— 0,4 %).

В пищевых продуктах вода может находиться в свободном и связанном состоянии.

Свободная вода в виде мельчайших капель содержится в клеточном соке и межклеточном пространстве. В ней растворены органические и минеральные вещества. При высушивании и замораживании вода легко удаляется. Плотность свободной  воды—около 1, температура замерзания — около 0 °С.

При хранении и переработке пищевых продуктов вода из одного состояния может переходить в другое, вызывая изменения свойств этих товаров. Так, при варке картофеля и выпечке хлеба часть свободной воды переходит в связанное состояние в результате набухания белков, клейстеризации крахмала. При оттаивании замороженных картофеля или мяса часть связанной воды переходит в свободное состояние. Свободная вода создает благоприятные условия для развития микроорганизмов и деятельности ферментов. Поэтому продукты, содержащие много воды, являются скоропортящимися.

Содержание воды (влажность) является важным показателем качества продуктов. Пониженное или повышенное ее содержание сверхустановленной нормы ухудшает качество продуктов. Например, мука, крупа, макаронные изделия с повышенной влажностью быстро портятся. Уменьшение влаги в свежих плодах и овощах приводит к их увяданию. Вода снижает энергетическую ценность продукта, но придает ему сочность, повышает усвояемость.

54. Связанная вода. Формы и прочность связей.Методы определения содержания влаги в пищевых продуктах. Связанной называют воду, молекулы которой физически или химически соединены с другими веществами продукта. Она не растворяет кристаллы, не активизирует многие биохимические процессы, замерзает при температуре — 50 —70 °С и имеет плотность 1, 2 и более.

Связанная вода, на долю  которой  приходится 4 — 5%  всей  воды клетки, прочно соединена с коллоидами, образующими гетерогенную систему. Вода,  связанная с частицами размером 10-1-10-6 мм, образует вокруг них тонкую оболочку,  которая прочно соединена с ними.  

В большинстве  случаев связанная вода не является растворителем для кристаллоидов и трудно удаляется при замораживании и сушке.  Содержание в  продуктах  связанной  воды колеблется в довольно широких пределах. В мясе оно составляет 13 — 16%, в плодах и овощах 8 — 11%, в мололке 3,0 — 3,5%. Поэтому из плодов и молока вода удаляется сравнительно легко.

Большая прочность  связей  между молекулами в жидкой воде обусловлена электрической полярностью молекул воды,  связанной со специфическим расположением электронов в атомах кислорода и водорода.

Академик П.А. Ребиндер предложил  следующую  классификацию  форм связи влаги на основе энергии связи:

- механическая — влага смачивания,  содержащаяся в капиллярах и макрокапиллярах. Эта  форма связи  наименее прочная. Эта влага легко удаляется путем механического воздействия, например, центрифугированием или прессованием;

- физико-химическая — адсорбционная, осмотическая и структурная влага, содержащаяся в клетках и микрокапиллярах. Для разрушения этой формы связи требуется значительно больше энергии. Для удаления такой влаги необходимо предварительно превратить воду в пар,  затратив существенное количество теплоты;

- химическая форма связи наиболее прочная. Это ионнная  связь и вода в кристаллогидратах. Такая связь может быть  разрушена либо путем  химического  воздействия, либо  нагревом до высоких температур, например, прокаливанием, но  не  всегда. Химически  связанная   вода удерживается  продуктом в  точных  количественных  соотношениях и не удаляется при замораживании и сушке.

При взаимодействии молекул воды с молекулами компонентов  пищевых продуктов,  различают водородные,  ионные,  гидрофобные и другие виды связи.  Водородная связь характеризуется взаимодействием  ионов водорода с молекулами воды  в жидкой  воде и  во льду. Важная особенность водородных связей — их меньшая прочность по сравнению с ковалентными.

Скорость образования и разрыва водородных связей в водных  системах значительно  превосходит  скорость образования и разрыва ковалентных связей. Именно  поэтому водородные связи обладают существенным преимуществом по сравнению с ковалентными связями с позиции возможности реализации различного рода биомолекулярных процессов,  протекающих при переработке и хранении пищевого сырья и продуктов питания.

Мерой прочности связи влаги в пищевых продуктах является активность воды, влияющая на ферментативные, химические и  физические изменения в них. Активность воды представляет  собой  отношение  равновесного давления водяных  паров  над продуктом к равновесному давлению паров чистой воды при одних и тех же температурах. Этот  показатель служит количественной оценкой качественного изменения связи воды в продукте по отношению к чистой (дистиллированной) воде.

Влажность пищевых продуктов определяют высушиванием, рефрактометрическим методом (по сухому веществу) и др.