Рассмотрим формы связи влаги в продуктах.

Вода в пищевых продуктах находится в двух видах:

Свободной влагой называется вода, действующая как растворитель (свободная вода соответствует первой фазе механизма взаимодействия воды с коллоидом и представляет собой «межмицеллярную» жидкость, обладающую известными свойствами воды.).

Связанная влага исключена из раствора адсорбционными силами.

(Адсорбция – поглощение жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости)

По П.А. Ребендеру предложена классификация по которой всю связанную влагу в зависимости от величины энергии связи можно разделить на 4 формы:

1) Химически связанная вода – Обладает наиболее высокой энергией связи с материалом. Эта вода связана в виде гидроксильных групп ионной связью в результате химической реакции (гидратации). Выделить такую воду можно только прокаливанием или химическим воздействием на продукты. При этом разрушается структура веществ, входящих в продукт.

2) Адсорбционно связанная вода – жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности «мицелл».

Молекулы в данной форме связи теряют свойства растворителя, не могут легко перемещаться и участвовать в химических реакциях. В продуктах, содержащих воду в таком состоянии, физиологические процессы сведены к минимуму.

Удаление прочно связанной с телом адсорбционной влаги связано с соответствующей затратой энергии.

Для удаления адсорбционной влаги она должна быть превращена в пар, после чего начинается перемещение ее к наружной поверхности тела.

3) Капиллярно связанная вода – представляет собой полимолекулярный слой адсорбируемого пара из стенок капилляра. Находясь в сравнительно свободном состоянии, капиллярно связанная влага вступает не только в физическое, но и в химическое взаимодействие с материалом стенок капилляров.

Размещена в микро - и макрокапиллярах продукта и легко удаляется при высушивании или даже прессованием.

4) Осмотически удерживаемая влага – связывается коллоидами пищевых продуктов с высокополимерным строением и также прочно ими удерживается.

Высокомолекулярные соединения состоят из смеси фракций различной молекулярной массы, которые по-разному взаимодействуют с водой: высокомолекулярные фракции – нерастворимы в воде, низкомолекулярные – растворимы.

При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которых состоят из нерастворимых фракций. Растворимая фракция при этом частично попадает внутрь клеток, а частично находится на их внешней поверхности. Так, как внутри клеток концентрация растворимой фракции больше, чем вне клеток, то вода проникает внутрь скелета, через стенки клеток. Часть влаги попадает внутрь клеток непосредственно при формировании геля. Осмотически связанная влага поглощается без выделения тепла и без сжатия системы.

Гели – дисперсные системы с жидкой дисперсионной средой, в которых частицы дисперсной фазы образуют пространственную структуру (сетку). Они обладают способностью твердых тел: прочностью, способностью сохранять форму.

Для характеристики свойств воды в различных продуктах широко используется понятие «активность воды». Активность воды определяется электрокалориметрическим методом (основанным на автоматической компенсации тепла, расходуемого на испарение влаги при обезвоживании сушкой) для выбора оптимальных условий хранения сырья и пищевых продуктов.

Активность воды - отношение парциального давления водяного пара на поверхности продукта Р к парциальному давлению насыщенного пара над чистой водой Р₀. A_W = Р / Р₀,

где W - содержание влаги в продукте, %.

Это отношение может служить показателем внутреннего равновесия воды в продукте.

I AW < 0,5 - низкая влажность (зерно, сахар, кофе)   II средняя влажность (джемы, конфеты)   III высокая влажность (мясо, рыба, овощи)

Зависимость активности воды от влажности продукта выражается следующей зависимостью:

 

Чем ниже активность воды, тем менее доступна вода для химической реакции и меньше степень порчи продуктов.

Однако наибольшая трудность связана с хранением сырья с низкой влажность, так как это связано с процессами сорбции паров воды и других веществ из окружающей среды и определяется капиллярно-пористой структурой таких продуктов.

Наиболее распространенными процессами являются сорбция и десорбция паров воды и газов.

Влагообмен между сухими веществами и окружающей средой может происходить в двух противоположных направлениях:

1) Процесс десорбции -передача влаги от продуктов воздуха происходит, если парциальное давление у поверхности продукта больше, чем в воздухе.

Десорбция неблагоприятно влияет на качество продуктов. При высыхании наряду с потерей массы продукта происходит ухудшение его качества, а испарение воды из продукта вызывает изменения его в структуре и свойствах. Этот процесс очень характерен для свежих плодов и овощей, а также жидких продуктов. Испарение влаги из плодов и овощей приводит к их увяданию, ослаблению тургора клеток, нарушению обмена веществ порче.

2) Процесс сорбции - у влажнение продукта путем поглощения влаги из окружающего воздуха. Происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности продукта меньше, чем в воздухе.

Так, сорбция влаги приводит к увлажнению соли, сахара, крахмала и т.д., а сорбция газов приводит к изменению запахов этих продуктов.

С другой стороны, используя сорбцию, можно ароматизировать продукты, придавая им более интенсивный и другой приятный запах.

Влагообмен между продуктами и окружающим воздухом прекращается, когда парциальное давление воздуха и над продуктов равны - устанавливается динамическое равновесие.

Влажность продукта, соответствующая такому состоянию, называется равновесной.

На величину равновесной влажности оказывает влияние химический состав и структура сырья, параметры окружающего воздуха, а также явление сорбционного гистерезиса, характеризующегося несовпадением изотерм сорбции и десорбции.

Изотерма десорбции в системе координат располагаются выше, чем изотермы сорбции. Поэтому влажность продукта, характеризуемая по изотерме сорбции, будет всегда меньше, чем по изотерме десорбции, для одной и той же относительной влажности воздуха. Другими словами, если сырье после сушки вновь увлажнить, то для получения той же равновесной влажности необходима более высокая влажность воздуха.

Явление гистерезиса имеет отношение к сохраняемости продукта и оказывает значительное влияние на его устойчивость. Материалы, предназначенные для длительного хранения, можно высушить до меньшей влажности без опасения, что они поглотят дополнительную влагу из окружающей среды. Для капиллярно-пористых систем явление гистерезиса может быть объяснено тем, что при сушке (десорбции) в капилляры попадает воздух, который адсорбируется на стенках капилляров и при последующем увлажнении (сорбции) сначала следует удалить воздух.

Распределение влаги в продукте не всегда бывает равномерным. В результате этого создается участки с повышенной влажностью, где начинают протекать необратимые процессы порчи продуктов.