Методы определения влаги в пищевых продуктах

Содержание

Введение……………………………………………………………………...3

1 Свободная и связанная влага в пищевых продуктах………………….4

2 Активность воды и изотремы сорбции………………………………….8

3 Активность воды и стабильность пищевых продуктов…………….….13

4 Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов………....15

5 Методы определения влаги в пищевых продуктах…………………….16

Заключение…………………………………………………………………19

Список использованных источников……………………………………..20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  
            Введение

 

 

 

Вода, не являясь собственно питательным  веществом, жизненно необходима как стабилизатор температуры тела, переносчик нутриентов (питательных веществ) и пищеварительных отходов, реагент и реакционная среда в ряде химических превращений, стабилизатор конформации биополимеров и, наконец, как вещество, облегчающее динамическое поведение макромолекул, включая проявление ими каталитических (энзиматических) свойств.

Вода — важная составляющая пищевых  продуктов. Она присутствует в разнообразных  растительных и животных продуктах  как клеточный и внеклеточный компонент, как диспергирующая среда и растворитель, обусловливая их консистенцию и структуру и влияя на внешний вид, вкус и устойчивость продукта при хранении. Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.

Многие виды пищевых продуктов  содержат большое количество влаги, что отрицательно сказывается на их стабильности в процессе хранения. Поскольку вода непосредственно  участвует в гидролитических  процессах, ее удаление или связывание за счет увеличения содержания соли или сахара тормозит многие реакции и ингибирует рост микроорганизмов, таким образом удлиняя сроки хранения продуктов. Важно также отметить, что удаление влаги путем высушивания или замораживания существенно влияет на химический состав и природные свойства продукта. Это определяет интерес исследователей к изучению свойств и особенностей поведения воды и льда в пищевых продуктах. [5]

Целью данной работы является изучение свойств воды и её роли в пищевых продуктах. Задачи работы – изучение литературы по данной теме, проведение анализа и формулировка выводов.

 

1 Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

 

 

 

Вода в пищевых продуктах  играет важную роль, т. к. обусловливает  консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении.

Общая влажность продукта указывает  на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к  химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Общая влажность  продукта указывает на количество влаги  в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и  микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги. Связанная влага — это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами — белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей. Свободная влага — это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций. Рассмотрим некоторые примеры.[6]

При влажности зерна 15 — 20% связанная вода составляет 10 — 15%. При большей влажности появляется свободная влага, способствующая усилению биохимических процессов (например, прорастанию зерна).

Плоды и овощи имеют  влажность 75 — 95%. В основном, это  свободная вода, однако примерно 5% влаги  удерживается клеточными коллоидами в прочно связанном состоянии. Поэтому овощи и плоды легко высушить до 10 — 12%, но сушка до более низкой влажности требует применения специальных методов. [8]

Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при  минус 5°С, а вся — при минус 50°С и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре минус 60°С.

«Связывание воды» и «гидратация» — определения, характеризующие  способность воды к ассоциации с  различной степенью прочности с  гидрофильными веществами. Размер и сила связывания воды или гидратации зависит от таких факторов, как природа неводного компонента, состав соли, рН, температура.

В ряде случаев термин «связанная вода» используется без уточнения  его смысла, однако предлагается и  достаточно много его определений. В соответствии с ними связанная влага:

−    характеризует равновесное влагосодержание образца при некоторой температуре и низкой относительной влажности;

−         не замерзает при низких температурах (минус 40°С и ниже);

−         не может служить растворителем для добавленных веществ;

−         дает полосу в спектрах протонного магнитного резонанса;

−     перемещается вместе с макромолекулами при определении скорости седиментации, вязкости, диффузии;

−          существует вблизи растворенного вещества и других неводных веществ и имеет свойства, значительно отличающиеся от свойств всей массы воды в системе. [1]

Указанные признаки дают достаточно полное качественное описание связанной воды. Однако ее количественная оценка по тем или иным признакам не всегда обеспечивает сходимость результатов. Поэтому большинство исследователей склоняются к определению связанной влаги только по двум из перечисленных выше признаков. По этому определению, связанная влага — это вода, которая существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств всей массы воды в той же системе, и не замерзает при минус 40°С. Такое определение объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечивает возможность сравнительно точной ее количественной оценки, т.к. вода, незамерзающая при минус 40°С, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрически). При этом действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

Причины связывания влаги в сложных системах различны. Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции), образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой — это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, и потому ее свойства существенно отличаются от чистой воды. Таким образом, связанная влага состоит из «органической», близлежащей и почти всей воды мультислоя.

Кроме того, небольшие  количества воды в некоторых клеточных  системах могут иметь уменьшенные  подвижность и давление пара из-за нахождения воды в капиллярах. Уменьшение давления пара и активности воды (а_w) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1мм. Большинство же пищевых продуктов имеют капилляры диаметром от 10 до 100 мм, которые, по-видимому, не могут заметно влиять на уменьшение aw в пищевых продуктах.

В пищевых продуктах  имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.

Хотя структура  этой воды в клетках и макромолекулярной матрице точно не установлена, ее поведение в пищевых системах и важность для качества

Таблица 1 − Свойства различных видов влаги в пищевых продуктах

Свойства	Органически связанная  вода	Монослой	Мультислой
Общее описание	Вода как общая частьневодного компонента	Вода, которая сильно взаимодействует с гидрофильными  группами неводных компонентов путем  вода-ион, или вода — диполь ассоциации; вода в микрокапиллярах (d < 0,1 м)	Вода, которая примыкает  к монослою и которая образует несколько слоев вокруг гидрофильных групп неводного компонента. Превалируют вода—вода и вода—растворенное вещество—водородные связи
Точка замерзания по сравнению  с чистой водой	Не замерзает при -40 °С	Не замерзает при -40 °С	Большая часть не замерзает  при -40 "С.Остальная часть замерзает при значительно пониженной температуре
Способность служить  растворителем	Нет	Нет	Достаточно слабая
Молекулярная подвижность	Очень малая	Существенно меньше	Меньше
Энтальпия парообразования  по сравнению с чистой водой	Сильно увеличена	Значительно увеличена	Несколько увеличена
Зона изотермы сорбции	Органически связанная  вода показывает практически нулевую  активность и,таким образом, существует в экстремально левом конце зоны	Вода в зоне 1 изотермы состоит изнебольшого количества органической влаги с остатком монослоя влаги. Верхняя граница зоны I не является четкой и варьирует в зависимости от продукта и температуры	Вода в зоне 11 состоит  из воды, присутствующей в зоне I, + вода добавленная или удаленная внутри зоныII(мультислойная влага). Граница зоны IIне является четкой и варьирует в зависимости от продукта и температуры
Стабильность пищевых  продуктов	Самоокисление	Оптимальная стабильность при aw = 0,2-0,3	Если содержание воды увеличивается выше нижней части  зоны II, скорость почти всех реакций

 

пищи очевидна. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в технологических  процессах обработки она ведет  себя почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании  или превратить в лед при замораживании. Таким образом, свойства этой воды, как свободной, несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах. Сводные данные представлены в таблице 1. [2]

Именно эта  вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса).

Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

Существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью. Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

 

 

 

2 Активность воды и изотремы сорбции

 

 

 

Часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, сильнее связанная, меньше способна поддержать процессы, портящие пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин «активность воды». Естественно, существуют и другие факторы (такие как концентрация О₂, рН, подвижность воды, тип растворенного вещества), которые в ряде случаев могут сильнее влиять на разрушение продукта. Тем не менее, водная активность хорошо коррелирует со скоростью многих разрушительных реакций, она может быть измерена и использована для оценки состояния воды в пищевых продуктах и ее причастности к химическим и биохимическим изменениям. Активность воды (a_w) - это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре.

По величине активности воды (представлена в таблице 2) выделяют: продукты с высокой влажностью (a_w= 1,0−0,9); продукты с промежуточной влажностью (a_w= 0,9−0,6); продукты с низкой влажностью (а_w = 0,6−0,0). [10]

Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н₂0/г СВ) в пищевом продукте с активностью воды в нем при постоянной температуре, называются изотермами сорбции. Информация, которую они дают, полезна для характеристики процессов концентрирования и дегидратации (т.к. простота или трудность удаления воды связана с a_w), а также для оценки стабильности пищевого продукта. На рисунке 1 изображена изотерма сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью (в широкой области влагосодержания). [10]

 

                      

 

                                

Рисунок 1 − Изотерма сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью