Вода в пищевых продуктах

В заключение следует отметить, что изотермы сорбции, полученные добавлением  воды (ресорбция) к сухому образцу, не совпадают полностью с изотермами, полученными путем десорбции. Это явление называется гистерезисом. Изотермы сорбции влаги для многих пищевых продуктов имеют гистерезис. Величина гистерезиса, наклон кривых, точки начала и конца петли гистерезиса могут значительно изменяться в зависимости от таких факторов, как природа пищевого продукта, температура, скорость десорбции, уровень воды, удаленной при десорбции.

Как правило, изотерма абсорбции (ресорбции) нужна при исследовании гигроскопичности продуктов, а десорбции -- полезна для изучения процессов высушивания.

б)Активность воды и стабильность пищевых продуктов

С учетом вышесказанного ясно, что стабильность пищевых продуктов  и активность воды тесно связаны.

В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление  жиров, не ферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной  влажностью могут протекать разные процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих  при высокой влажности, микроорганизмам  принадлежит решающая роль.

Окисление липидов начинается при низкой aw. По мере ее увеличения скорость окисления уменьшается примерно до границы зон I и II на изотерме, а затем снова увеличивается до границы зон II и III. Дальнейшее увеличение aw снова уменьшает скорость окисления. Эти изменения можно объяснить тем, что при добавлении воды к сухому материалу сначала имеет место столкновение с кислородом. Эта вода (зона I) связывает гидропероксиды, сталкивается с их продуктами распада и, таким образом, препятствует окислению. Кроме того, добавленная вода гидратирует ионы металлов, которые катализируют окисление, уменьшая их действенность.

Наблюдаемый максимум потемнения может объясняться наступлением равновесия в процессе диффузии, которая  регулируется величиной вязкости, степенью растворения и массообменом. При низкой активности воды медленная диффузия реагентов замедляет скорость реакции. По мере увеличения влагосодержания более свободная диффузия ускоряет реакцию до тех пор, пока в верхней точке диапазона влажности растворение реагентов снова не замедляет ее. Точно так же более высокая концентрация воды замедляет ход реакции на тех обратимых стадиях, на которых образуется вода.

Ферментативные реакции  могут протекать при более  высоком содержании влаги, чем влага  монослоя, т.е. тогда, когда есть свободная вода. Она необходима для переноса субстрата. Учитывая это, легко понять, почему скорость ферментативных реакций зависит от aw.

При aw, соответствующей влаге монослоя, нет свободной воды для переноса субстрата. Кроме того, в ряде ферментативных реакций вода сама играет роль субстрата.

Для большинства бактерий предельное значения aw= 0,9, но, например, для St.aureus aw= 0,86. Этот штамм продуцирует целый ряд энтсротоксинов типа А, В, С, D, Е. Большинство пищевых отравлений связаны с токсинами А и D. Дрожжи и плесени могут расти при более низких значениях активности воды.

При хранении пищевых продуктов  активность воды оказывает влияние  на жизнеспособность микроорганизмов. Поэтому активность воды в продукте имеет значение для предотвращения его микробиологической порчи.

В основном порчу продуктов  с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, меньше -- бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, сушеных фруктов; плесени -- мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов (табл. 4).[6]

Эффективным средством для  предупреждения микробиологической порчи  и целого ряда химических реакций, снижающих  качество пищевых продуктов при  хранении, является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для  снижения активности воды используют такие технологические приемы, как  сушка, вяление, добавление различных  веществ (сахар, соль и др.), замораживание. С целью достижения той или  иной активности воды в продукте можно  применять такие технологические  приемы, как:

-- адсорбция

-- продукт высушивают, а  затем увлажняют до определенного  уровня влажности;

-- сушка посредством осмоса -- пищевые продукты погружают в растворы, активность воды в которых меньше активности воды пищевых продуктов.

Часто для этого используют растворы Сахаров или соли. В этом случае имеет место два противотока: из раствора в продукт диффундирует растворенное вещество, а из продукта в раствор -- вода. К сожалению, природа этих процессов сложна, и в литературе нет достаточных данных по этому вопросу.

Для достижения требуемой  активности воды добавляют различные  ингредиенты в продукт, обработанный одним из указанных выше способов, и дают ему возможность прийти в равновесное состояние, т.к. один лишь процесс сушки часто не позволяет  получить нужную кон-систенцию. Применяя увлажнители, можно увеличить влажность продукта, но снизить aw. Потенциальными увлажнителями для пищевых продуктов являются крахмал, молочная кислота, сахара, глицерин и др.

в)Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов

Замораживание является наиболее распространенным способом консервирования (сохранения) многих пищевых продуктов. Необходимый эффект при этом достигается  в большей степени от воздействия  низкой температуры, чем от образования  льда. Образование льда в клеточных  структурах пищевых продуктов и  гелях имеет два важных следствия:

а) неводные компоненты концентрируются  в незамерзающей фазе (незамерзающая  фаза существует в пищевых продуктах  при всех температурах хранения);

б) вся вода, превращаемая в лед, увеличивается на 9% в объеме.

Во время замораживания  вода переходит в кристаллы льда различной, но достаточно высокой степени  чистоты. Все неводные компоненты поэтому концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. Благодаря этому эффекту, незамерзшая фаза существенно изменяет такие свойства, как рН, титруемая кислотность, ионная сила, вязкость, точка замерзания, поверхностное натяжение, окислительно-восстановительный потенциал. Структура воды и взаимодействие «вода -- растворенное вещество» также могут сильно изменяться.

Эти изменения могут увеличить  скорости реакций. Таким образом, замораживание  имеет два противоположных влияния  на скорость реакций: низкая температура  как таковая будет ее уменьшать, а концентрирование компонентов  в незамерзшей воде -- иногда увеличивать. Так, в ряде исследований показано увеличение при замораживании скорости реакций не ферментативного потемнения, имеющих место при различных реакциях.

Фактор возможности увеличения скорости различных реакций в  замороженных продуктах необходимо учитывать при их хранении, поскольку  этот фактор будет влиять на качество продуктах.

Многочисленными исследованиями показано, что существенное снижение скорости реакций (более чем в 2 раза) имеет место при хранении пищевых  продуктов в условиях достаточно низкой температуры (-18°С).

При отрицательных температурах, достаточно близких к температуре  замерзания воды (0°С) имеет место  увеличение доли не солюбилизованного белка. При температуре -- 18°С инсолюбилизация белка уменьшается существенно, и это создает оптимальные условия для хранения продуктов.[9]

г)Методы определения влаги в пищевых продуктах

Определение общего содержания влаги.

Высушивание до постоянной массы. Содержание влаги рассчитывают по разности массы образца до и после высушивания  в сушильном шкафу при температуре 100-- 105°С. Это -- стандартный метод  определения влаги в техно-химическом контроле пищевых продуктов. Поскольку в основе метода лежит высушивание образца до постоянной массы, метод требует много времени для проведения анализа.

Титрование по модифицированному  методу Карла Фишера. Метод основан  на использовании реакции окисления-восстановления с участием йода и диоксида серы, которая протекает в присутствии  воды. Использование специально подобранных  органических реагентов позволяет  достигнуть полного извлечения воды из пищевого продукта, а использование  в качестве органического основания  имидазола способствует практически  полному протеканию реакции. Содержание влаги в продукте рассчитывается по количеству йода, затраченному на титрование. Метод отличается высокой точностью  и стабильностью результатов (в  том числе при очень низком содержании влаги) и быстротой проведения анализа.

Определение свободной и  связанной влаги

Дифференциальная сканирующая  калориметрия. Если образец охладить до температуры меньше 0°С, то свободная  влага замерзнет, связанная -- нет. При нагревании замороженного образца в калориметре можно измерить тепло, потребляемое при таянии льда. Незамерзающая вода определяется как разница между общей и замерзающей водой.[3]

Термогравиметрический метод.

Метод основан на определении  скорости высушивания. В контролируемых условиях граница между областью постоянной скорости высушивания и  областью, где эта скорость снижается, характеризует связанную влагу.

Диэлектрические измерения.

Метод основан на том, что  при 0°С значения диэлектрической проницаемости воды и льда примерно равны. Но если часть влаги связана, то ее диэлектрические свойства должны сильно отличаться от диэлектрических свойств объемной воды и льда.

Измерение теплоемкости.

Теплоемкость воды больше, чем теплоемкость льда, т.к. с повышением температуры в воде происходит разрыв водородных связей. Это свойство используют для изучения подвижности молекул  воды. Значение теплоемкости воды в  зависимости от ее содержания в полимерах  дает сведения о количестве связанной  воды. Если при низких концентрациях  вода специфически связана, то ее вклад  в теплоемкость мал. В области  высоких значений влажности ее в  основном определяет свободная влага, вклад которой в теплоемкость примерно в 2 раза больше, чем льда.[13]

ЯМР.

Метод заключается в изучении подвижности воды в неподвижной  матрице. При наличии свободной  и связанной влаги получают две  линии в спектре ЯМР вместо одной для объемной воды.

 

Вывод

Содержание воды в пищевых  продуктах должно быть определенным. Уменьшение или увеличение содержания воды влияет на качество продукта. Так, товарный вид, вкус и цвет моркови, зелени, плодов и хлеба ухудшаются при  снижении влажности, а крупы, сахара и макаронных изделий - при ее увеличении. Многие продукты способны поглощать пары воды, т. е. обладают гигроскопичностью (сахар, соль, сухофрукты, сухари). Так как влажность влияет на питательную ценность пищевых продуктов, а также на сроки и условия хранения, она является важным показателем в оценке их качества.

Содержание воды в пищевых  продуктах в процессе их перевозки  и хранения не остается постоянным. В зависимости от особенности  самих продуктов, а также условий  внешней среды они теряют влагу  или увлажняются. Высокой гигроскопичностью (способностью поглощать влагу) обладают продукты, содержащие много фруктозы (мед, карамель), а также сушеные  плоды и овощи, чай, поваренная соль. Эти продукты хранят при относительной  влажности воздуха не выше 65-70 %

Активность воды - один из самых критических параметров в  определении качества и безопасности товаров, которые потребляются каждый день. Водная активность затрагивает  срок годности, безопасность, структуру  и запах пищевых продуктов. Это  также жизненно важно для стабильности фармацевтических препаратов и косметики. Поскольку активность воды столь  важна, необходимо измерить ее точно  и быстро

Количество воды во многих продуктах, как правило, нормируется  стандартами с указанием верхнего предела ее содержания, так как  от этого зависят не только качество и сохраняемость, но и пищевая ценность продуктов

 

Список литературы:

1.Лосев К.С. Вода. -- Л.: Гидрометеоиздат, 1989. -- 272 с.

2.Жорес Медведев. Какая  вода лучше

3Гидробионты в самоочищении  вод и биогенной миграции элементов.  М.: МАКС-Пресс. 2008. 200 с. Предисловие  члена-корр. РАН В. В. Малахова. (Серия: Наука. Образование. Инновации. Выпуск 9). ISBN 978-5-317-02625-7.

4.О некоторых вопросах  поддержания качества воды и  ее самоочищения // Водные ресурсы. 2005. т. 32. № 3. С. 337--347.

5.Андреев В. Г. Влияние  протонного обменнного взаимодействия на строение молекулы воды и прочность водородной связи. Материалы V Международной конференции «Актуальные проблемы науки в России», Кузнецк 2008, т.3 с.58-62.

6. Вода в пищевых продуктах  / Под редакцией Р.Б. Дакуорта. -- Перевод с англ. -- М.: Пищевая промышленность,1980. -- 376 с.

7. Гинзбург A.C., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические  характеристики пищевых продуктов:  Справочник. - М.: Агропромиздат, 1990. -287 с.

8. Ляйстнер, Л. Барьерные технологии: комбинированные методы обработки, обеспечивающие стабильность, безопасность и качество продуктов питания / Л. Ляйстнер, Г. Гоулд. -- Перевод с англ. -- М.: ВНИИ мясной промышленности им. В.М. Горбатова, 2006. -- 236 с.

9. Моик И.Б. Термо и влагометрия пищевых продуктов. Под ред. И.А.Рогова-М.: Агропромиздат, 1988. - 303 с.

10. Пищевая химия/Нечаев  А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др.Под ред. А.П. нечаева.Издание 3-е,испр.- СПб.:ГИОРД, 2004. - 640с.

11. Ребиндер, П.А. О формах связи воды с материалом в процессе сушки / В кн. Всес. совещание по интенсивности процессов и улучшение качества материалов при сушке в основных отраслях промышленности и сельского хозяйства. -- М.: Профиздат, 1958. --483с.

12. http://labdepot.ru/lab/water1.html

13. http://www.upack.by/articles.php

14. http://www.giord.ru/0419205820310.php

15. http://labdepot.ru/lab/water1.html