Реферат: Вода в продуктах питания. Фрукты и ягоды, в которых больше всего воды

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

Чтобы ответить на вопрос, есть ли вода в продуктах питания , можно открыть поваренную книгу и рассмотреть в ней цветную таблицу с надписью: «Питательная ценность продуктов». В ней как и на глобусе, преобладает голубой цвет воды над желтым, коричневым, красным и зеленым цветом «твердых масс» белка, жира, углеводов и минеральных веществ.

Самый большой процент воды в растительной пище , а именно в , грибах, и фруктах - почти 90 процентов . Поэтому-то сушеные овощи и фрукты такие легкие. Если съесть килограмм овощей, то организм получит количество жидкости равноценное литру выпитого молока.

Все ученые, специалисты по питанию, считают важнейшим продуктом питания для детей. В нем содержится все, что необходимо растущему организму; белок и сахар, минеральные соли, жир, и вода . В молоке содержится 85-90 процентов воды , остальное твердые вещества.

Все знают, как мы получаем молоко. Каждый из нас видел, как доят корову, козу или овцу. Но есть и такое молоко, которое «растет» на деревьях. Существуют растения-коровы. Хотя их и нельзя доить, они дают молоко, масло, сыр и другие продукты.

Молоко, которое «растет» на деревьях, - это сок кокосового ореха. Из мясистой части ореха приготовляют кокосовое масло - «пальмин» .

Растение-корова, у которого нет ни ног, ни вымени, - это соевые бобы. Родина их - Китай. из сваренных и перемолотых соевых бобов получают соевое молоко . Его сгущают и хранят в консервных банках. Но лучше всего из соевых бобов получать масло, потому что воды в них только 10 процентов .

Наше масло, которое изготовляется из сливок, содержит 14 процентов воды . Воду из сливок удаляют с помощью сепаратора.

О можно многое рассказать, но что касается содержание воды в мясных продуктах , то исследование тарелки мясного супа очень разочаровало бы нас. В ней 20 ложек воды и только одна ложка питательных веществ! В коровьем мясе оказалось столько же воды, сколько в человеческом теле. Но зато в нем 20 процентов белка, - вдвое больше, чем в курином мясе .

«Жидкий» хлеб

Из наших основных продуктов питания хлеб содержит в два раза больше питательных веществ и в два раза меньше воды, чем картофель . Большая часть воды удаляется из зерна в сушилах. Недаром в старой немецкой поговорке говорится: «Ешь хлеб с солью и будешь краснощеким».

Необходимо упомянуть и о «жидком» хлебе . Он изготовляется из ячменя. Искусственно проращивая его и добавляя воду, ячмень превращают в коричневый сироп, солод . Солод - важнейший продукт в пивоварении, известный с глубокой древности. Шесть тысяч лет тому назад в Древнем Вавилоне можно было пить 16 различных сортов «жидкого» хлеба. Существует и другой, широко распространенный вид «жидкого» хлеба - солодовый кофе . Его делают также из проращенного ячменя.

С таким же успехом можно было бы продолжать осмотр кладовой продуктов еще несколько часов. Ведь нет ни одного продукта питания, который не содержал бы воду! Итак, исследование показывает, что большую часть воды, необходимой для нашего организма люди получают с пищей .

Вода является важнейшим компонентом пищевых продуктов. В состав молока она входит в количестве 85-89%, творога – 65-80%, сыра – 40-50%, сухих молочных продуктов – 3-6%.

Учитывая, различное содержание влаги в пищевых продуктах, принята следующая систематизация по этому показателю: первая группа – продукты с высокой влажностью (массовая доля влаги > 40%); вторая группа со средней или промежуточной влажностью (массовая доля влаги – 10-40%); третья группа – продукты низкой влажности, составляющей менее 20 %.

В первой группе большая часть воды находится в свободном состоянии, т.е. не связана с компонентами продуктов. В продуктах второй группы уже большая часть воды связана с компонентами их сухих веществ. В продуктах третьей группы почти вся вода находится в прочной связи с компонентами сухого вещества.

Массовая доля влаги в пищевом продукте оказывает влияние на его калорийность и длительность хранения. Чем больше влаги в продукте, тем ниже его калорийность и меньше срок хранения.

Пищевые продукты представляют собой многокомпонентные системы, в которых влага, связана с твердым скелетом. Обычное деление на связанную и свободную влагу носит условный характер. Почти вся вода пищевых продуктов находится в связанном состоянии, но удерживается компонентами с различной силой. Различают три формы связи воды с компонентами пищевых продуктов: химически связанную, физико-химически связанную и физико-механически связанную влагу.

Химически связанная вода (в виде гидроксильных ионов или заключенная в кристаллогидраты) – наиболее прочно связанная вода. Она может быть удалена из продукта только прокаливанием или путем химического взаимодействия. В молочных продуктах такая вода входит в состав лактозы С 12 Н 22 О 11 Н 2 О.

Физико-химически связанная вода. различают адсорбционную и осмотически связанную воду:

Адсорбционная вода входит в состав гидрофильных коллоидов, прочно удерживается на поверхности раздела коллоидных частиц (рис.3.1.). Перед удалением из продукта она должна быть превращена в пар. Она не растворяет органические вещества, минеральные соли, замерзает при температуре t= 71 О С.

Осмотическая влага находится в микропространствах, образованных мембранами клеток. Во время сушки удаляется раньше, чем абсорбционная влага.

Физико-механически связанную воду делятна капиллярную и микрокапиллярную воду. Эта влага представляет собой растворы, содержащие органические и минеральные вещества продукта. Энергия связи с сухими веществами уже наименьшая. Она быстрее всех удаляется при высушивании и выпаривании.

3.1.3 Активность воды и стабильность пищевых продуктов

П
од показателем активности воды понимают отношение давления водяного пара на поверхности продукта, к давлению пара над водой:

Показатель a w характеризует доступность воды для микроорганизмов. Поэтому чем выше a w в продукте, тем наиболее вероятна жизнедеятельность тех или иных видов микрофлоры.

По активности воды все продукты делят на:

продукты с высокой влажностью - a w >0.9;

продукты с промежуточной влажностью – 0,6

продукты с низкой влажностью - a w <0,6.

В продуктах с низкой влажностью микробиологические процессы не протекают, они сохраняют свои качества длительное время. Однако при хранении в таких продуктах могут наблюдаться потеря витаминов, окисление жиров, не ферментативное потемнение. В продуктах с высокой влажностью хорошо развиваются все виды микроорганизмов, и они очень быстро подвергаются порче. В продуктах с промежуточной влажностью преобладают микробиологические и ферментативные процессы. В них наиболее вероятно развитие дрожжей, плесеней и некоторых видов бактерий. Чтобы снизить развитие микрофлоры в продукте следует снижать активность воды. Одним из путей снижения активности воды в продукте является введение в него гидрофильных добавок (сахара, соли).

Контрольные вопросы

Какова роль воды для человеческого организма?

Каким образом регулируется содержание воды в организме человека?

Какие Вы знаете формы связи влаги с сухим веществом продукта?

Что характеризует показатель активности воды и от чего он зависит?

Назовите свойства свободной и связанной воды.

Рассказывает наш эксперт – врач-диетолог, кандидат медицинских наук Иван Демидов.

Жажда – все!

В человеческом организме, который почти на 90% состоит из воды, эта жидкость имеет первостепенное значение. Ее нехватка может обернуться серьезными проблемами со здоровьем. Но зато, просто добавив воды в свой рацион, можно и похудеть, и улучшить самочувствие.

Особенно сильное обезвоживание наш организм испытывает по утрам. Ведь в ночные часы из него уходит целых 500 мл влаги. И как же большинство из нас восполняет этот дефицит? Утром мы просыпаемся и садимся завтракать. Мы еще расслаблены, но организм уже начал активно трудиться: ему нужно выделять влагу для смачивания пищи слюной, еще какое-то количество воды требуется для смазки пищевода, выработки желудочного сока, а также для защиты желудка от агрессивного действия соляной кислоты.

Не меньше, чем пищеварительному тракту, вода нужна и клеткам мозга. Но откуда ее взять? Не из маленькой же чашки кофе, которой большинство из нас ограничивается по утрам? Организму ничего не остается делать, как забрать необходимую ему воду из клеток (до 66%) и межклеточного пространства (до 26%). Обезвоженный организм может реагировать на такое посягательство повышенной кислотностью, подагрой, камнями в почках.

Заимствование воды из крови (до 8%) чревато и нарушением кровообращения, повышением давления, закупоркой капилляров – причиной инсультов и инфарктов. Хроническая внутренняя жажда также порой может выражаться в виде тошноты, мигреней, боли в суставах, запоров, а еще дефицит H2O старит кожу, приводит к появлению преждевременных морщин, прыщей, целлюлита и даже к набору лишнего веса – дело в том, что организму, испытывающему нехватку влаги, приходится удерживать воду про запас в жировых складках (подобно тому, как верблюд хранит ее в своих горбах).

Пить или не пить?

В сутки нам в среднем требуется от 1,5 до 2,5 л воды (среднее соотношение таково: на каждую 1000 потребляемых килокалорий нужно около 1 л воды). Правда, около 60% необходимой влаги мы получаем с пищей.

Хватает ли нам H2O или нет, может подсказать наш собственный организм: для этого надо обратить внимание на цвет мочи. Если она темная, значит, человек пьет недостаточно и ему нужно увеличить потребление жидкости. Второй тест: ущипнуть себя за руку с внешней стороны ладони. Если кожа разглаживается быстро – все в порядке, если медленно – клеткам нужна влага.

Есть люди, которые стараются на всякий случай перевыполнить план по обеспечению организма H2O. Однако избыток этого вещества ничуть не лучше его нехватки. Слишком большое количество воды приводит к вымыванию из организма минеральных веществ (калия, кальция, натрия), частично размывает микрофлору кишечника, нарушает усвоение питательных веществ и витаминов, увеличивает внутричерепное и артериальное давление, вызывает судороги, отеки и даже сердечные приступы.

Особенно опасно водохлебство для людей с почечной недостаточностью и гипертонией. Им надо ограничивать количество жидкости 1,5 л в день. а с жаждой лучше бороться другими способами: есть больше овощей и фруктов, в жару принимать прохладный душ и пить подкисленный лимоном чай, а также избегать солений и копчений.

Нельзя много пить и во время занятий спортом. Лишняя вода перегружает сердечно-сосудистую систему, которая под влиянием физических нагрузок и без того работает очень интенсивно. Но в то же время нельзя заниматься и «в сухую» – необходимо восполнять потерю жидкости и минералов, выходящих с потом. Поэтому пить нужно, но немного – пару глотков, и лучше не минеральную воду (она сушит рот), а обычную. Минералку хорошо выпить после занятий спортом, чтобы восстановить баланс жидкости и минералов.

Перебирать с водой не следует и людям, желающим сохранить стройную фигуру. Дело в том, что обилие жидкости растягивает желудок, и тот начинает требовать большего количества пищи, из-за чего человек, естественно, толстеет. Поэтому правило такое: пейте ровно столько, сколько вам пьется легко и с удовольствием. И не залпом, а понемногу, но зато как можно чаще.

Что налить в стакан?

Не любая жидкость организму на пользу. Чай, кофе, газировка и алкоголь, конечно, тоже содержат воду, но там находятся еще и обезвоживающие вещества, такие как кофеин, спирт и т. д. Эти компоненты не только выводят содержащуюся в напитке влагу, но и прихватывают с собой запасы воды, хранившиеся в организме. В этом можно наглядно убедиться, если измерить объем мочи, которая выходит после приема таких напитков. Вы увидите, что количество покинувшей организм жидкости будет гораздо больше, чем поступившее в него. Не забудьте еще вычесть затраты на потоотделение, с помощью которого организм охлаждает тело, распаленное горячительными напитками.

Поэтому лучше пить чистую негазированную воду. Можно талую или обычную отфильтрованную, или столовую минеральную (минерализация – 1–2 г/л или меньше). Такую воду разрешено пить постоянно, в любом количестве. Воды с минерализацией от 8 до 12 г/л называются лечебными. Это не напитки, а лекарства, поэтому должны применяться только по назначению врача. К лечебно-столовым относят воды с минерализацией от 2 до 8 г/л. Такие воды применяют и по назначению врача, и в качестве обычного напитка, но не систематически.

Лишний вес, смывайся!

Как обыкновенная вода помогает худеть? Во-первых, в ней – 0 калорий, и при этом, как показали исследования, употребление 2 л воды в день вызывает в организме затраты энергии в объеме примерно 400 кДж. Во-вторых, вода улучшает пищеварение и очищает организм от шлаков, которых в пищеварительном тракте может скапливаться от 2 до 4 кг. Третье: жидкость помогает перерабатываться жирам и белкам, и вообще нормализует обмен веществ.

И, наконец, именно вода помогает нам различать чувства голода и жажды. Оказывается, очень часто мы их путаем. Протестировать аппетит легко: нужно просто выпить стакан жидкости. Обычно минут через 10 после этого желание есть пропадает, ведь организм всего-навсего просил пить.

Обычный питьевой режим – 2–2,5 л воды в день. Но чтобы похудеть, количество жидкости нужно увеличить. На каждый килограмм массы тела должны приходиться 30–40 мл воды. Соответственно, при весе в 80 кг нужно пить около 3–3,2 л в день. Садиться «на воду» лучше летом, когда часть жидкости уходит вместе с потом, и потому меньше перегружаются почки и мочевой пузырь. К тому же если делать это зимой, то избыток жидкости в организме заставит вас сильно мерзнуть. Однако прежде чем пробовать водную диету, необходимо посоветоваться с врачом и узнать, выдержат ли такую нагрузку ваши сердце, почки и желудочно-кишечный тракт.

Кстати

Особенно сильную жажду организм испытывает:

>> Во время физической нагрузки.

>> На жаре или в бане.

>> При авиаперелетах (в салоне самолета очень сухой воздух).

>> При простуде и всех заболеваниях, сопровождающихся высокой температурой.

>> При приеме медикаментов (многие из них приводят к обезвоживанию).

>> При курении и употреблении кофеин­содержащих и спиртных напитков.

Во всех этих ситуациях требуется больше пить, не дожидаясь наступления жажды.

Необходимая организму влага содержится практически во всех продуктах питания, особенно много ее в овощах и фруктах.

Продукты
Свежие фрукты	79–90
Зеленые овощи
Мясо и рыба	65–70
Молоко
Творог	75–85
Картофель
Хлеб

Организм человека на 90% состоит из воды. При её нехватке нарушается обмен веществ и возникает большое количество заболеваний. Зато добавив в свой рацион немного больше воды, человек может похудеть и оздоровить свой организм. Какие продукты содержат большое количество воды?

Роль воды для организма

В день организму нужно не менее полутора литров воды. В идеале здоровый человек должен принимать около 2,5 литров воды. Наиболее нуждается человек в воде в утренние часы. Для того, чтобы во время завтрака выделялась слюна и пищевод мог нормально работать, требуется вода. Нашему мозгу также требуется вода. Но стоит понимать, что маленькая чашка чая или кофе не сможет восполнить недостаток воды. В результате организм забирает воду из клеток, что грозит обезвоживанием.

Когда организм забирает воду из крови, возникают различные проблемы кровеносной системы. Человек может столкнуться с гипертонией, инсультами и инфарктами. Недостаток воды может обернуться проблемами с пищеварением, преждевременными морщинами, целлюлитом и лишним весом.

Выявить недостаток воды можно по цвету мочи. Если она темного цвета, человек имеет или какие-либо проблемы с внутренними органами или страдает обезвоживанием организма. При нормальном количестве воды кожа при механическом воздействии быстро разглаживается и на ней не остается морщин. Люди, которые испытывают обезвоживание, имеют дряблую кожу, могут иметь прыщи и морщины.

Не смотря на все полезные свойства воды, её избыток также негативно может сказаться на состоянии организма. Избыток воды может вымывать все полезные элементы из организма и привести к дисбактериозу кишечника. Могут возникать отеки, судороги и сердечные заболевания. Не стоит пить много воды людям, которые имеют проблемы с почками или гипертонию. Вода содержится во многих продуктах питания. При её недостатке стоит обратить внимание на овощи и фрукты, которые содержат высокий процент воды.

Продукты с содержанием воды

• Огурцы;
• Редис;
• Томат;
• Салат;
• Клубника;
• Цитрусовые;
• Арбуз;
• Капуста;
• Молоко;
• Овощи;
• Рыба;
• Мясо.

Наибольший процент воды содержат овощи и фрукты. В ста граммах огурцов около 96 грамм воды. Редис, салат и томаты обладают таким же высоким процентом воды. Много воды содержится в ягодах, и клубника держит лидерство. Арбуз уступает огурцам по содержанию воды и в ста граммах содержит около 92 грамма воды. Цитрусовые, капуста – около 90 грамм воды в ста граммах. В рыбе и морепродуктах около 62 грамм воды, а мясе – 55. Довольно высокий процент воды в нежирном твороге – 85 грамм.

Употребляя овощи и фрукты, организм получает необходимые питательные вещества и воду. В мясе и рыбе немного меньший процент воды, но эти продукты богаты белками. Молочные продукты могут послужить отличной заменой воды. Небольшое количество воды – около 30 грамм содержится в хлебе. Картофель состоит на 75% из воды.

Вода является основой всего живого. Она необходима для нормальной жизнедеятельности и развития. Большую часть воды человек получает с пищей. Особенно важно поступление воды в организм во время интенсивных физических нагрузок, простудных заболеваний и курения. Некоторые медикаменты также могут вызвать обезвоживание организма.