Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как 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.

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.

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

Большинство исследователей склоняются к следующему определению связанной влаги: 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 –40°С. Такое определение объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечивает возможность сравнительно точной ее количественной оценки, так как вода, незамерзающая при –40°С, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрически).

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 (аw) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1 µм. Большинство же пищевых продуктов имеют капилляры диаметром от 10 до 100 µм, которые, по-видимому, не могут заметно влиять на уменьшение аw 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 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. Таки образом, свойства этой воды, как свободной, несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.

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.

Категории связанной влаги в пищевых продуктах

СвойстваОрганически связанная водаМонослойМультислой
Общее описаниеВода как общая часть неводного компонентаВода, которая сильно взаимодействует с гидрофильными группами неводных компонентов путем вода-ион, или вода-диполь ассоциации; вода в микрокапиллярах (d < 0,1 µм)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 водойНе замерзает при –40°СНе замерзает при –40°СБольшая часть не замерзает при
–40°С. Остальная часть замерзает при значительно пониженной температуре
Способность служить растворителемнетнетДостаточно слабая
Молекулярная подвижность по сравнению с чистой водойОчень малаяСущественно меньшеМеньше
Энтальпия парообразования по сравнению с чистой водойСильно увеличенаЗначительно увеличенаНесколько увеличена
Содержание в расчете на общее содержание влаги в продуктах с высокой влажностью (90% Н2О), %<0,030,1–0,91–5
Зона изотермы сорбции (рис.)Органически связанная вода показывает практически нулевую активность и, таким образом, существует в экстремально левом конце зоны IВода в зоне I изотермы состоит из небольшого 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 II состоит из воды, присутствующей в зоне I, + вода, добавленная или удаленная внутри зоны II (мультислойная влага). Граница зоны II не является четкой и варьирует в зависимости от продукта и температуры
Стабильность пищевых продуктовСамоокислениеОптимальная стабильность при аw = 0,2–0,3Если содержание воды увеличивается выше нижней части зоны II, скорость почти всех реакций увеличивается

 

 

Ссылка на основную публикацию