Виды и формы связи воды

Общая массовая доля воды (влажность продукта) указывает на количество воды в нем, но не характеризует её причастность к химическим и биологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении, а также его структуры важную роль играют неоднородные физико-химические свойства воды, виды и формы связи воды с другими компонентами продукта, распределение воды в продукте.

Дипольные молекулы воды могут ориентироваться и связываться как с друг другом, так и с другими молекулами. В соответствии с современной классификацией различают свободную и связанную влагу.

Связанная влага - это вода, прочно связанная с различными компонентами (белками, липидами и углеводами) за счет химических и физических связей.

Свободная влага – это влага, не связанная с полимерами и легко доступная для протекания биохимических, химических реакций и микробиологических превращений. В свободной воде растворены различные вещества, входящие в состав пищи – минеральные вещества, органические кислоты, сахара, ароматические вещества. Свободная вода является непрерывной средой. Это один из важнейших факторов, активности воды, влияющей на возникновение порчи продуктов.

Свободная вода удаляется выпариванием, сушкой. Она способна к замораживанию. При температурах минус 5 – минус 8 С большая часть воды, содержащейся в пищевых продуктах, превращается в лед. Остается вода, имеющая различную энергию связи, и замерзающая в порядке от наименьшей к более сильной связи.

В соответствии с классификацией Ребиндера, связанная вода – это вода, имеющая связь с сухим веществом продукта. Это большая часть влаги продукта, но удерживается она тканями с различной силой.

Если расположить разные виды связанной воды по мере убывания энергии связи, то связанная вода подразделяется на три группы:

· химически связанная;

· физико-химически связанная;

· физико-механически связанная.

Влага химически связанная входит в состав сухих веществ (кристаллогидратов). Например, в молоке это вода, связанная с лактозой. Эта вода обладает наибольшей энергией связи и удаляется с большим трудом при очень высокой температуре.

Физико-химически связанная вода делится на адсорбционно-связанную и осмотически поглощенную.

Адсорбционно-связанная вода удерживается на внешней и внутренней поверхностях мицелл коллоидного тела. Она образуется в результате притяжения диполей воды полярными группами коллоидных частиц (молекул) белка, фосфолипидов и т.д. При адсорбировании диполи воды располагаются слоями вокруг гидрофильных групп молекулы (карбоксильных, аминных, гидроксильных и др.). Образуется так называемая, гидратная оболочка. Ее первый слой связан с коллоидной частицей наиболее прочно. Второй и последующие слои - диффузные, с меньшей энергией связи.

Связанная вода первого слоя – это влага мономолекулярной адсорбции.

Влага остальных слоев – это влага полимолекулярной адсорбции.

Гидратные оболочки, образующиеся вокруг коллоидных частиц, препятствуют их объединению. Влаге мономолекулярной адсорбции присущи важные особенности, отличающие ее от свободной. Она не замерзает при низкой температуре (-40 С), не растворяет соли и сахар, не удаляется из продукта при высушивании, не доступна микроорганизмам, не служит средой, активизирующей химические процессы.

Влага полимолекулярной адсорбции – менее прочно связана с веществом, чем влага мономолекулярной адсорции, тем не менее её свойства отличаются от свойств свободной воды. В целом от содержания влаги моно- и полимолекулярной адсорции зависит способность продукта к сохраняемости. Для высококонцентрированных белковых продуктов (например,сыр), обладающих высокими водосвязывающими свойствами, характерно высокое содержание связанной воды, т.е.удерживаемой связями моно- и полимолекулярной адсорбции. Поэтому эти продукты рекомендуют выбирать как объекты для длительного низкотемпературного хранения.

Особая форма физико-химически связанной воды – осмотически поглощенная влага, т.е. влага, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани могут удерживать внутри скелета геля большие количества воды. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии, но удаляется при высушивании, превращается в лед при замораживании. Она составляет главную часть воды в клетках и тканях. В сыре и твороге присутствие осмотически поглощенной влаги обусловлено особенностями структуры этих продуктов: наличием макро- и микрозерен, прослоек между ними и микропустот.

Наименее прочная форма связи воды – физико-механическая. Эта влага удерживается в капиллярах, микрокапиллярах, порах. Она обладает свойствами свободной воды, кристаллизуется при замораживании в первую очередь.

Количество влаги по видам связи находится в подвижном равновесии и зависит от рН. Общее количество связанной воды в разных продуктах отличается. Например, в молоке находится от 86 до 89% воды, при этом количество связанной воды составляет около 3,5% и из этого количества с белками связано 84%. Такое соотношение относительно постоянно и количество связанной воды в молоке пропорционально концентрации растворенных веществ.