Формы связи воды в пищевых продуктах

Вода — уникальная жидкость, свойства которой резко отличаются от свойств всех известных веществ на Земле. Изучению свойств воды, ее взаимодействию с другими веществами и поверхностью сухого каркаса посвящено большое число фундаментальных работ отечественных и зарубежных ученых: А. В. Лыкова, П. А. Ребиндера, А. В. Киселева, А. С. Гинзбурга, И. А. Рогова, Г. А. Егорова, Е. Д. Козакова, Р. В. Дакуорта, С. Брунауэра, У. Скотта и др. Показано, что формы и энергия связи воды являются одной из основных характеристик качества продукта.

Классификации форм связи воды в материале большое внимание уделяли отечественные ученые. А. В. Лыков предложил все твердые материалы разделить по физическим свойствам на три группы (капиллярно-пористые, коллоидные, капиллярнопористые коллоидные), что имело большое практическое значение для изучения процесса сушки различных материалов, в том числе и пищевых продуктов.

Классификация форм связи воды в материалах, учитывающая природу образования связи и энергию взаимодействия, предложена П. А. Ребиндером. Все формы связи воды он разделил на три группы: химическая, физико-химическая, физико-механическая. В соответствии с этой классификацией различают следующие виды связанной воды: химически связанная, адсорбционно связанная, вода макро- и микрокапилляров; осмотически связанная и вода, свободно удерживаемая каркасом тела (им- мобилизационная). Данная классификация была существенно дополнена и расширена Е. Д. Козаковым с учетом роли воды в биологических и биохимических процессах.

Таким образом, вода в материале или продукте может находиться в свободном и связанном состоянии. Свободная вода по своим свойствам приближается к обычной воде. Она легко удаляется из материала или продукта при высушивании, отжимании, прессовании, замерзает при температуре около О °С.

Химически связанная вода имеет очень прочную связь и не удаляется при высушивании, она входит в состав молекул. Ее можно удалить только в результате реакций, сопровождающихся выделением воды (меланоидинообразование, карамелизация и др.).

Физико-химически связанная вода подразделяется на воду, связанную моно- и полимолекулярной адсорбцией.

Влажность на уровне мономолекулярной адсорбции (3...6 %) имеют продукты сублимационной сушки — быстрорастворимый кофе и др. Считается, что вода, связанная мономолекулярной адсорбцией, не является растворителем и не участвует в химических реакциях, не замерзает при температурах, близких к абсолютному нулю.

Влажность на уровне полимолекулярной адсорбции (6... 14 %) характерна для многих сухих продуктов (пищевые концентраты, мука, крупы и т. п.). В продуктах с влажностью на уровне полимолекулярной адсорбции невозможен микробиологический рост, но могут происходить ферментативные процессы и реакции меланоидинообразования (потемнение, изменение запаха и др.).

Осмотическая связь воды обусловлена тем, что давление пара над раствором ниже, чем над растворителем (свободной водой). Осмотически удерживаемая вода диффундирует в виде жидкости через полупроницаемые мембраны живых клеток вследствие разности концентраций внутри и вне клетки. К осмотически связанной воде относят и воду набухания, и структурную воду, удерживаемую при формировании гелей.

К физико-механически связанной воде относят воду микро- и макрокапилляров. Капиллярно связанная вода удерживается за счет возникновения адсорбционной связи мономолекулярного слоя у стенок капилляра и снижения давления пара над вогнутым мениском в капилляре по сравнению с давлением пара над плоской поверхностью свободной воды.

Некоторые пищевые продукты и материалы хорошо поглощают из окружающей среды или выделяют пары воды и летучие вещества. Этот процесс называется сорбцией. Частные случаи: адсорбция — поглощение веществ из растворов или газов поверхностью твердого тела; абсорбция — поглощение веществ из смеси газов жидкостью во всем объеме; десорбция — обратный процесс перехода веществ из поверхностного слоя в окружающую среду.