В каких фруктах содержится меньше всего воды. Вода как источник питания

Вода - один из незаменимых компонентов питания человека. Она оказывает преобладающее влияние на многие показатели качества продуктов.

Состояние и свойства воды в пищевых продуктах многообразны и влияют на качество почти всех их - как свежих, так и подвергнутых той или иной технологической обработке. В пищевых продуктах вода не просто инертный компонент или растворитель для питательных веществ, органических соединений. Пищевые продукты представляют собой, за редким исключением, сложные водополимерные смеси.

Вода - это среда, а в большинстве случаев и участник многочисленных химических реакций, происходящих в организме, который строго регулирует ее содержание в каждом органе и каждой ткани. (Напомним, что весь организм человека в зависимости от возраста на 65-95 процентов состоит из воды). В растворах организма, где обязательно содержится вода, протекают все сложные процессы превращения веществ, все процессы обмена. Водный обмен в организме происходит с большой интенсивностью. Физиологическое выделение воды приводит к ее потере из внутриклеточного и внеклеточного пространств. Вследствие этого уменьшается секреция слюны, что вызывает ощущение сухости во рту и глотке («горло пересохло»), столь характерной для жажды.

Тело человека очень быстро реагирует даже на малейшую потерю воды. Здесь играет роль фактор постоянства внутренней среды человека. При потере воды более 0,5 процента массы тела (350 миллилитров для человека массой в 70 килограммов) уже возникает жажда. При уменьшении ее на 5-6 процентов замедляется кровообращение (кровь густеет), отделение мочи уменьшается, могут наступить судороги мышц и другие негативные явления.

Находящийся в нормальном состоянии организм взрослого человека выделяет в сутки в среднем 2,5 литра воды. При повышенных физических нагрузках и при жаре за счёт усиленного потоотделения потери воды могут быть более значительными (до 10 литров в сутки). Кстати, потоотделение является одним из главных факторов, постоянно поддерживающих нормальную температуру тела.

Сколько же воды нужно человеку?

В результате исследований Института питания АМН установлено, что норма потребления воды составляет 40 миллилитров на килограмм массы тела, а у грудных детей значительно выше - 120-150 миллилитров воды. Вообще же потребление воды определяется многими факторами: условиями внешней среды, характером работы, возрастом, массой тела, состоянием организма, количеством и видом принимаемой пищи и даже привычками и традициями. В среднем взрослый человек, потребляя 2300-2700 миллилитров воды, получает ее примерно таким образом: вода питьевая, соки, чай, напитки - 800-1000 миллилитров; супы, бульоны - 500-600, с твёрдыми продуктами питания - около 700 миллилитров. Вода, образующаяся в самом организме, составляет примерно 300-400 миллилитров.

Человек должен знать, что адаптация к ощущению жажды отсутствует. Единственным способом устранения этого ощущения является, как правило, потребление воды. Следует знать и то, что пища, содержащая мало воды, способствует усиленному раздражению мочевого пузыря, так как моча приобретает высокую концентрацию солей. Чтобы не опиваться водой в жаркое время года, надо иметь в виду, что пища в это время должна быть не обильной, менее насыщенной разного рода острыми приправами и легкоусвояемой. Как недостаточное, так и избыточное потребление воды вредно для организма.

Выше мы отметили, что в сутки образуется примерно 300-400 миллилитров воды в самом организме. Откуда же? При реакциях окисления продуктов питания. Так, при окислении 100 граммов жира в организме образуется 107 миллилитров воды, 100 граммов белков - 41, а 100 граммов углеводов - 55 миллилитров воды. Поэтому тем, кто страдает ожирением, пить нужно меньше. Чтобы регулировать потребление жидкости, надо хотя бы примерно знать содержание воды в основных продуктах питания. Например: вареное мясо содержит около 40 процентов воды, яичница - 70, а большинство овощей и фруктов - не менее 75-80 процентов.

Нужно знать, как правильно пить воду, как утолять жажду. Между моментом начала питья и моментом устранения дефицита воды в организме существует значительный разрыв во времени - от 10 до 20 минут. Поэтому жажду надо утолять постепенно, пить небольшими глотками и малыми порциями с перерывами.

Хорошая, чистая вода, потребляемая человеком, - это одно из основных условий его здоровья. Ведь при нормальном ее потреблении вся вода нашего организма обновляется каждые 16-20 дней. За 50 лет жизни человек выпивает в среднем 40 тонн воды.

Если в организме не хватает воды, мы тут же это ощущаем: головокружение, жажда, вялость и т.д. Какие продукты содержат воду?

К здоровым привычкам очень легко привыкнуть, если есть большое желание. Не стоит думать, что правильное питание - это овощные салаты, это может быть мясо, запеченное на гриле с травами либо рыба в лимонной заправке, сделанная в духовке. Необходимо всего лишь изменить термическую обработку. Не жарить картофель, а запекать в фольге, не заправлять салаты майонезом из магазина, а сделать его дома, используя яйца, горчицу и оливковое масло.

Вторая здоровая привычка - спорт, причем любой! Занимайтесь тем, что вам по душе: бокс, тренажёрный зал, йога, фитнес и т.д.

Третья привычка - вода! В осенний период нас реже мучает жажда, поэтому мы забываем пить воду. Утро всегда начинайте с теплой воды и лимонного сока, а также включайте в рацион питания продукты, которые содержат воду, так как они помогают пищеварению и выводят токсины.

Сельдерей

Если вы еще не открыли для себя этот продукт, пора экспериментировать на кухне. В сельдерее содержится большое количество воды, именно поэтому он подходит для здорового и диетического питания. К тому же, в холодный период этот продукт способен спасти нас от депрессии, так как обладает успокаивающим свойством.

Хурма

Не стоит удивляться, но хурма - продукт, содержащий воду! Выбирайте сладкие и нетерпкие плоды и употребляйте ее в свежем виде. Например, можно добавлять в овощные салаты. Хурма насыщает организм не только водой, но и витамином А, магнием, витаминами С и РР. Этот продукт выводит из организма шлаки и токсины, укрепляет иммунитет и помогает преодолевать стрессы!

Тыква

Мякоть тыквы содержит более 90% воды, поэтому этот продукт легко утоляет жажду, усваивается организмом и помогает улучшить функцию кишечника. К тому же, ее оценят те, кто сидит на диете, так как калорийность тыквы всего 23 ккал на 100 г продукта.

Капуста белокочанная

В среднем капуста содержит примерно 94% воды. К тому же, сок этого продукта имеет нейтральный кислотно-щелочной баланс, поэтому его полезно употреблять тем, кто страдает пониженной кислотностью желудочного сока.

Употребляйте продукты, которые содержат воду, насыщайте организм полезными витаминами и пусть осень пройдет без заболеваний!

Вода принимает участие во всех процессах жизнедеятельности живого организма. Содержание воды в организме человека составляет в среднем 2/3 массы тела. Суточная потребность человека в воде зависит от физической нагрузки и климатических условий и составляет 1,5-2 л.

Организм человека более чувствителен к недостатку воды, чем к недостатку других пищевых веществ. Без пищи человек может существовать около месяца, тогда как без воды - не более 10 дней.

В пищевых продуктах вода может быть в свободном и в связанном состоянии. Свободная вода находится в виде мельчайших капель на поверхности или в массе продукта. В свежих овощах, плодах, мясе, рыбе свободная вода находится в клеточном соке и между клетками, а в таких продуктах, как сушеные плоды, овощи, сухое молоко, чай - в микрокапиллярах. Свободная вода легко удаляется из продукта при замораживании, высушивании, прессовании, отжатии. Плотность свободной воды около единицы, температура замерзания 0°С, в ней нормально развивается микрофлора. За счет свободной воды происходят усушка, потеря массы и качества продуктов.

Связанной водой называют воду, молекулы которой более или менее прочно соединены с другими веществами продукта. Связанная вода с трудом удаляется из продуктов. Вода свободная и связанная при хранении и переработке пищевых продуктов может переходить из одного состояния в другое и вызывать изменение их свойств. Например, во время хранения хлеба связанная вода частично переходит в свободное состояние, в результате чего происходит его черствение.

Вода содержится во всех пищевых продуктах, но в разных количествах. Минимальное ее количество в сахаре (0,1-0,4%), в растительном масле, в кулинарных жирах (0,2-1,0%), в леденцовой карамели, сухом молоке, чае (0,5-5,0%), в муке, крупе, сушеных плодах и овощах (12-17%). Воды в свежих плодах и овощах 65-95%, молоке - 87-90, мясе - 58-74, рыбе - 62- 84, пиве- 80-89%.

Содержание воды в продуктах существенно влияет на их пищевую ценность, потребительские свойства, условия хранения. Чем больше в продуктах воды, тем ниже их питательная ценность и меньше срок хранения. Пищевые продукты с большим количеством воды нестойки в хранении, так как в них легко развиваются микроорганизмы и активно проходят ферментативные процессы. Такие товары, как молоко и молочные продукты, овощи и фрукты, мясо и рыба, являются скоропортящимися. Продукты сушеные, а также содержащие меньшее количество влаги, например крупа, макароны и пр., хранятся значительно дольше.

В каждом пищевом продукте содержание воды должно быть определенным: увеличение содержания воды в печенье, крупе, муке, чае вызывает плесневение, в варенье, меде - брожение, а его уменьшение в овощах, плодах приводит к их быстрой порче.

Некоторые продукты обладают высокой гигроскопичностью, т.е. легко поглощают пары воды из воздуха. Например, большой гигроскопичностью обладают чай, соль, сахар, сушеные овощи, плоды, сухое молоко.

Определенные требования предъявляются к качеству питьевой воды. Она должна быть бесцветной, прозрачной, без запаха, посторонних привкусов и вредных микроэлементов и иметь соответствующий химический состав. Вода не должна быть заражена вредными микроорганизмами.

Вода природных водоемов содержит в растворенном состоянии различные вещества, преимущественно соли. В воде пресной преобладают соли кальция и магния, которые обусловливают жесткость воды. В жесткой воде плохо развариваются овощи, мясо. Высокая жесткость воды способствует образованию мочевых камней в организме человека.

Вкус, запах и прозрачность воды могут изменять содержащиеся в воде химические вещества: марганец, медь, железо, цинк, хлор и др.

Вода входит в состав всех пищевых продуктов. Наиболее высокое содержание воды характерно для плодов и овощей (72-95%), молока (87-90%), мяса (58-74), рыбы (62- 84%). Значительно меньше воды находится в зерне, муке, крупе, макаронных изделиях, сушеных овощах и плодах, орехах, маргарине, сливочном масле (12-25%). Минимальное количество воды содержится в сахаре (0,14-0,4%), растительном и топленом масле, кулинарных жирах (0,25-1,0%), поваренной соли, чае, карамели без начинки, сухом молоке (0,5-5-%).

Содержание статьи:

Вода в натуральных продуктах

В натуральных продуктах вода является наиболее подвижным компонентом химического состава тканей. Так, содержание воды в свежей сельди колеблется в широком диапазоне- от 51,0 до 78,3%, в тресковых рыбах -от 70,6 до 86,2% в зависимости от возраста, пола, района и времени лова. Количество воды в картофеле может быть в пределах 67-83%, в дынях - 81-93% и зависит от хозяйственно-ботанического сорта овощей, района их выращивания и погоды вегетационного периода.

В продуктах, изготовленных из растительного и животного сырья, - сахаре, кондитерских, колбасных изделиях, сырах и других - содержание воды регламентируется стандартами.

Нормальные функции организма животных и растении осуществляются только при достаточном содержании в тканях воды. Плоды и овощи при потере воды в количестве 5-7% увядают и теряют свежесть.

Утрата воды животными в пределах 15-20% приводит к их гибели. Она участвует во многих биохимических реакциях при жизни организма и в биохимических посмертных изменениях. Вода необходима для химических и коллоидных процессов, протекающих в животных и растительных тканях во время их переработки.

В теле взрослого человека находится 58-67% воды. В среднем в сутки человек потребляет примерно 40 г воды на каждый килограмм массы тела, и такое же количество он теряет в виде различных выделении. Без пищи человек может существовать около месяца, тогда как без воды - не более 10 дней.

Часть необходимого количества воды (около 50%) человек получает с пищей, другую часть - при потреблении напитков и питьевой воды. 350-450 г воды образуется в теле человека в сутки при окислительных процессах (при окислении 1 г жира образуется 1,07 г воды, 1 г крахмала - 0,55 г и 1 г белка - 0,41 г воды).

Свойства продуктов зависят не только от количества содержащейся в них воды, но и от формы связи ее с другими веществами.

Вода, входящая в состав пищевых продуктов, находится в трех формах связи с сухими веществами: физико-механической (влага смачивания, влага в макро- и микрокапиллярах), физико-химической (влага набухания, адсорбционная) и химической (ионная и молекулярная связи). Преобладают первые две формы связи, химическая связь в продуктах встречается редко.

Влага смачивания

Влага смачивания - влага в виде мельчайших капель на поверхности продуктов или на поверхности разреза тканей продуктов. Она удерживается силами поверхностного натяжения.

Макро и микрокапиллярная влага

Макрокапиллярная влага - влага, которая находится в капиллярах радиусом более 10-5 см, микрокапиллярная в капиллярах радиусом менее 10-5 см. Макро- и микрокапиллярная влага представляет собой растворы, содержащие минеральные и органические вещества продукта. Она удерживается силой капиллярности в промежутках структурнокапиллярной системы продуктов.

При резке мяса, рыбы, плодов, овощей под механическим воздействием может происходить частичная потеря структурно-капиллярной влаги в виде мышечного, плодового и овощного сока, обладающего высокой пищевой ценностью.

Наиболее легко удаляется из продукта влага смачивания, она наименее прочно связана с субстратом. Капиллярная влага связана с сухими веществами продукта механически и в неопределенном количестве. Микрокапиллярная влага из продукта удаляется труднее, чем макрокапиллярная.

Влага набухания

Влага набухания, называемая также осмотически удерживаемой влагой, находится в микропространствах, образованных мембранами клеток, фибриллярными молекулами белков и другими волокнистыми структурами. Она удерживайся осмотическими силами.

Осмотически удерживаемая влага находится в соке клеток, обусловливая их тургор, оказывая влияние на пластические свойства животных тканей. Влага набухания связана с сухими веществами продукта непрочно, удаляется во время сушки раньше, чем микрокапилярная влага.

Влагу смачивания, микро-, макрокапиллярную и осмотическую называют свободной водой пищевых продуктов. Свободная вода имеет обычные физико-химические свойства: плотность ее около единицы, температура замерзания около 0°, удаляется при высушивании и замораживании продуктов, является активным растворителем. За счет нее главным образом происходит естественная убыль массы - усушка продуктов при хранении и транспортировании.

Адсорбционно-связанная вода

Адсорбционно-связанная вода находится у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой. Она прочно удерживается молекулярным силовым полем и входит в состав мицелл различных гидрофильных коллоидов, из которых наибольшее значение имеют водорастворимые белки. Поэтому этот вид влаги называют водой связанной, или гидратационной.

Она не растворяет органические вещества и минеральные соли, замерзает при низкой температуре (-71°), обладает пониженной диэлектрической постоянной, не усваивается микроорганизмами.

Семена растений и споры микроорганизмов переносят низкие температуры, так как вода в них гидратационная, не образует кристаллов льда, способных повредить клетки тканей.

К связанной воде с химической формой связи относят кристаллизационною влагу, которая входит в состав молекул в строго определенном количестве, например в состав молочного сахара (С12Н22О11 НгО), глюкозы (С6Н12О6 Н2О). Ее удаляют прокаливанием химических соединений, в результате чего происходит разрушение материала.

Между связанной и свободной водой продуктов не наблюдается резкой границы. Молекулы воды полярны (в молекуле воды несимметрично расположены электрические заряды: кислородный конец ее несет отрицательный заряд, а водородный - положительный), поэтому наиболее прочно связаны те молекулы воды, которые ориентированы в зависимости от знака и величины заряда коллоидной частицы.

Молекулы, расположенные блике к мицелле, прочнее удерживаются электростатическими силами притяжения. Чем дальше удалены молекулы воды от коллоидной частицы, тем слабее связь. Молекулы воды крайнего слоя являются менее связанными с мицеллами и могут обмениваться с молекулами свободной воды.

В растительных и животных тканях преобладает свободная вода. Так в мышцах животных и рыб основная часть воды связана с гидрофильными белками за счет осмотических (45-55%), капиллярных (40-45%») сил, воды смачивания (0,8-2,5%), а на долю связанной воды приходится только 6,5-7,5%- В плодах и овощах находится до 95% свободной воды. Поэтому эти продукты сушат до содержания остаточной влажности 8-20%, так как свободная вода из них легко удаляется.

Вода в пищевых продуктах при переработке и хранении может переходить из свободной в связанную, и наоборот, что вызывает изменение свойств товаров. Например, при выпечке хлеба, варке картофеля, производстве мармелада, пастилы, студней и желе происходит превращение части свободной воды в адсорбционно связанную с коллоидными частицами белков, крахмала и других веществ, а также возрастает количество осмотически удерживаемой влаги.

В соках из плодов, ягод, овощей меняются формы связи воды по сравнению с исходным сырьем. При черствении хлеба и отмокании мармелада, в результате старения студней, при оттаивании замороженного мяса и картофеля наблюдается переход части связанной воды в свободную.

Пищевые продукты при хранении и перевозке

Пищевые продукты при хранении и перевозке в зависимости от условий поглощают извне или отдают водяные пары. При этом их масса увеличивается или уменьшается. Способность продуктов к поглощению и отдаче водяных паров называется гигроскопичностью. Количество воды, которое поглощает или отдает продукт, зависит от влажности, температуры и давления окружающего воздуха, химического состава и физических свойств самого продукта, а также от состояния его поверхности, вида и способа упаковки.

Наиболее высокой гигроскопичностью обладает сухое молоко, яичный порошок, сушеные овощи и плоды, крахмал и др. Поглощенная из воздуха влага, которая называется гигроскопической, в продукте может находиться как в свободном, так и в связанном состоянии.

Условия и сроки хранения ряда продуктов зависят от соотношения в них свободной и связанной воды. Например, зерно, мука, крупа при влажности до 14% хорошо сохраняются, так как почти вся влага в них находится в связанной состоянии. При повышении содержания в них воды накапливается и свободная влага, усиливаются биохимические процессы, поэтому возникают трудности в хранении.

Продукты с высоким содержанием свободной воды (мясо, рыба, молоко и др.) плохо сохраняются, являются скоропортящимися. Для длительного хранения их подвергают консервированию.

Влажность продукта

Влажность продукта - это выраженное в процентах отношение свободной и адсорбционно связанной воды к его первоначальной массе.

Для многих пищевых продуктов содержание воды (влажность) является важным показателем качества. Пониженное или повышенное содержание воды против установленной нормы для продукта вызывает ухудшение его качества. Например, мука, крупа, макаронные изделия с повышенной влажностью при хранении быстро плесневеют, а понижение влаги в мармеладе и джеме ухудшает их консистенцию и вкус.

Потеря влаги свежими плодами и овощами уменьшает тургор клеток, поэтому они становятся вялыми, дряблыми и быстро портятся.

Введение 2

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах 3

Активность воды. Изотермы сорбции 9

Активность воды и стабильность пищевых продуктов 13

Роль льда в обеспечении стабильности пищевых продуктов 17

Методы определения влаги в пищевых продуктах 19

Заключение 20

Список литературы 21

Введение

Вода - важная составляющая пищевых продуктов. Она присутствует и 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.

Количество воды в пищевых продуктах влияет на их качество и сохраняемость. Скоропортящиеся продукты с повышенным содержанием влаги без консервирования длительное время не сохраняются. Вода, содержащаяся в продуктах, способствует ускорению в них химических, биохимических и других процессов. Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются.

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.

Целью данной работы является исследование свойств и особенностей поведения воды и льда в пищевых продуктах.

Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи:

Изучение различных форм связи воды в пищевых продуктов;

Выяснение взаимосвязи активности воды пищевых продуктов с их физико-химическими, реологическими и технологическими свойствами, а также качественными изменениями при обработке и хранении.

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

Вода в пищевых продуктах играет, как уже отмечалось, 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. 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.

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.

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.

«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 (-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.

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 - 40°С. Такое опре­деление объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечива­ет возможность сравнительно точной ее количественной оценки, т.к. вода, незамерзающая при - 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 водымультислоя.

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 (a w) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1µ м. Большинство же пищевых продуктов имеют капил­ляры диаметром от 10 до 100 μм, которые, по-видимому, не могут замет­но влиять на уменьшение a w 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 водых .

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. Таким 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.

В таблицах 1 и 2 описаны свойства различных видов влаги в пи­щевых продуктах.

Свойства	Свободная	Вода в макромолекулярной матрице
Общее описание	вода, которая может быть легко удалена из продукта. Вода-вода –водородные связи преобладают. Имеет свойства, похожие на воду в слабых растворах солей. Обладает свойством свободного истечения	вода, которая может быть удалена из продукта. Вода- вода-водородные связи превалируют. Свойства воды подобны воде в разбавленных солевых растворах. Свободное истечение затруднено
		матрицей геля или ткани
Точка замерзания	несколько ниже по сравнению с чистой водой
Способность быть растворителем	большая
Молекулярная подвижность по сравнению с чистой водой	несколько меньше
Энтальпия парообразования по сравнению с чистой водой	без существенных изменений
	чете на общее содержание влаги в продуктах с высокой влажностью (90% Н 2 0),%	96%
Зона изотермы	вода в зоне III состоит из воды, присутствующей в зонах I и II, + вода, добавленная или удаленная внутри зоны III
	в отсутствие гелей и клеточных структур эта вода является свободной, нижняя граница зоны III нечеткая и зависит от продукта и температуры	в присутствии гелей или клеточных структур вся вода связана в макромолекулярной матрице. Нижняя граница зоны III нечеткая и зависит от продукта и тем­пературы
Обычная причина порчи пищевых продуктов	высокая скорость большинства реакций, рост микроорганизмов

Свойства	Органически связанная вода	Монослой	Мультислой
Общее описание	Вода как общая часть неводного компонента	Вода, которая сильно взаимодействует с гидрофильными группами неводных компонентов путемвода-ион, или вода - диполь ассоциации; вода в микрокапиллярах (d < 0,1 \м)	Вода, которая примыкает к монослою и которая образует несколько слоев вокруг гидрофильных группневодного 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 монослоявлаги. Верхняя граница зоны I неявляется 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 зоны II(мультислойная влага). Граница зоны IIне является четкой и варьирует в зависимости от продукта и температуры
Стабильность пищевых продуктов	Самоокисление	Оптимальная стабильность при a w = 0,2-0,3	Если содержание воды увеличивается выше нижней части зоны II, скоростьпочти всех реакций увеличивается

Активность воды. Изотермы сорбции

Давно известно, что существует взаимосвязь (хотя и далеко не совершенная) между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранно­стью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хра­нения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

Однако 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, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин «активность воды». Этот термин безусловно лучше характеризует влияние влаги на порчу про­дукта, чем просто содержание влаги. Естественно, существуют и другие факторы (такие как концентрация 0 2 , 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 наддан­ным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же темпера­туре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера):

ΔF = L = RTln = -RT-lna w

По величине активности воды (табл. 3) 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 = 0,6-0,0).

Таблица 3 – Активность воды (a w) в пищевых продуктах

Кривые, показывающие связь между содержанием влаги (масса воды, г Н 2 0/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 рис. 10.5 изображена изотерма сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью (в широкой области влагосодержания).

Рисунок 1. Изотерма сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью

Однако, с учетом наличия связанной влаги, больший интерес пред­ставляет изотерма сорбции для области низкого содержания влаги в пи­щевых продуктах (рис. 1)

Рисунок 2.Изотерма сорбции влаги для области низкого содержания влаги в пищевых продуктах.

Для понимания значения изотермы сорбции полезно рассмотреть зоны I-III.

Свойства воды в продукте сильно отличаются по мере перехода от зоны I (низкие влагосодержания) к зоне III (высокая влажность). Зона I изо­термы соответствует воде, наиболее сильно адсорбированной и наибо­лее неподвижной в пищевых продуктах. Эта вода абсорбирована, благо­даря полярным вода-ион и вода-диполь взаимодействиям. Энтальпия па­рообразования этой воды много выше, чем чистой воды, и она не замер­зает при - 40°С. Она неспособна быть растворителем, и не присутствует в значительных количествах, чтобы влиять на пластичные свойства твер­дого вещества; она просто является его частью.

Высоковлажный конец зоны I (граница зон I и II) соответствует мо­нослою влаги. В целом зона I - соответствует чрезвычайно малой части всей влаги в высоковлажном пищевом продукте.

Вода в зоне II состоит из воды зоны I и добавленной воды (ресорбция) для получения воды, заключенной в зону II. Эта влага образует мультислой и взаимодействует с соседними молекулами через вода-вода-водородные связи. Энтальпия парообразования для мультислойной воды несколько больше, чем для чистой воды. Большая часть этой воды не замерзает при - 40°С, как и вода, добавленная к пищевому про­дукту с содержанием влаги, соответствующим границе зон I и II. Эта вода участвует в процессе растворения, действует как пластифицирую­щий агент и способствует набуханию твердой матрицы. Вода в зонах IIи I обычно составляет менее 5% от общей влаги в высоковлажных пищевых продуктах.

Вода в зоне III изотермы состоит из воды, которая была в зоне I и II, и добавленной для образования зоны III. В пищевом продукте эта вода наи­менее связана и наиболее мобильна. В гелях или клеточных системах она является физически связанной, так что ее макроскопическое течение зат­руднено. Во всех других отношениях эта вода имеет те же свойства, что и вода в разбавленном солевом растворе. Вода, добавленная (или удален­ная) для образования зоны III, имеет энтальпию парообразования прак­тически такую же, как чистая вода, она замерзает и является растворите­лем, что важно для протекания химических реакций и роста микроорга­низмов. Обычная влага зоны III (не важно, свободная или удерживаемая в макромолекулярной матрице) составляет более 95% от всей влаги в вы­соковлажных материалах. Состояние влаги, как будет показано ниже, имеет важное значениедля стабильности пищевых продуктов.

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.

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, неферментативное 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 a w . 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 a w 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 a w .

При a w , 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 a w = 0,9, но, например, для St.aureusa w = 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).

Таблица 4 - Активность воды и рост микроорганизмов в пищевых продуктах

Область a w	Микроорганизмы, которыеингибируются при более низкомзначении a w , чем эта область	Пищевые продукты, характерные для этой области a w
1,00-0,95	pseudomonas; Escherichia;	фрукты, овощи, мясо, рыба,
Proteus; Shigella, Klebsiella;	молоко, домашняя колбаса и хлеб,
Bacillus; Clostridium perfingens;	продукты с содержанием сахара
некоторые дрожжи	(-40%) и хлорида натрия (~7%)
0,95-0,91	salmonella, Vibrioparahaemolyticus, Сbotulinum,SerratiaLactobacillus, Pediococcus, некоторые грибы,дрожжи (Rhodotorula, Pichia)	некоторые сыры, консервированная ветчина, некоторые фруктовые концентраты соков, продукты с содержанием сахара (~55%),хлорида натрия (~12%)
0,91-0,87			многиедрожжи (Candida;Torulopsis, Hansenula)Micrococcus	ферментированная колбаса типа салями, сухие сыры, маргарин, рыхлые бисквиты, продукты с содержанием сахара (65%), хлорида натрия (15%).
0,87-0,80			многие грибы(микотоксигенные пенициллы	большинство концентратов фруктовых соков, сладкое сгущенное молоко, шоколад, сироп, мука, рис, взбитые изделия с содержанием влаги 15-17%, фруктовые пирож­ные, ветчина
Penicillia); Staphylococcus
Aureus; большинство
Saccharomyces; Debaryomyces
0,80-0,75	большинство галофильных бактерий, микотоксигенные аспергиллы	джем, мармелад, замороженныефрукты
0,75-0,65	ксерофильные виды плесеней (грибов) (Asp. chevalieri; Asp. canidus; Wallemiasebi) Saccharomycesbisporus	патока, сухие фрукты, орехи
0,65-0,60	осмофильные дрожжи(Saccharomycesrouxii); некоторые плесени (Asp. echinulatus, Monascusbisporus)	сухофрукты, содержащие 15-20% влаги, карамель, мед
нет микроорганизмов			тесто с влажностью 12%, специи с влажностью 10%
	0,5
0,4	нет микроорганизмов	яичный порошок с влажностью -5%
0,3	нет микроорганизмов	печенье, крекеры, сухари с влажностью -3-5%
0,2	нет микроорганизмов	сухое молоко с влажностью -2-3%, сухие овощи с влажностью ~5%, зерновые хлопья с влажностью -5%, крекеры

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 a w . Потенциальными увлажнителями для пищевых продуктов являются крахмал, молочная кислота, сахара, глицерин и др.

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 неферментативного 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 несолюбилизованного белка. При температуре - 18°С инсолюбилизация белка уменьшается существенно, и это создает оптимальные условия для хра­нения продуктов.

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.

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.

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.

Заключение

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

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

3. 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.

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

5. 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.

6. 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.

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

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

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

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