Ūdens pārtikā. Brīvs un saistīts mitrums pārtikā
Iekļauts visos pārtikas produktos. Pēc tilpuma, ko tas aizņem daudzu pārtikas produktu kopējā masā, ūdens ir nozīmīgākā sastāvdaļa, un tas ietekmē daudzas to kvalitatīvās īpašības, īpaši tekstūru un struktūru. Lielākais ūdens saturs raksturīgs augļiem un dārzeņiem (72-95%), pienam (87-90%), gaļai (58-74%), zivīm (62-84%). Ievērojami mazāk ūdens ir margarīnā, sviestā (15,7-32,6%), cietē (14-20%), graudos, miltos, graudaugos, makaronos, žāvētos augļos, dārzeņos un sēnēs, riekstos (10-14%), tējā (8,5%). %). Minimālais ūdens daudzums ir piena pulverī (4,0%), konfekšu karamelē (3,6%), galda sālī (3,0%), kulinārijas taukos (0,3%), augu eļļā un cukurā (0,1%).
Dzīvnieku un augu audos ūdens ir vismainīgākā ķīmiskā sastāva sastāvdaļa. Piemēram, kartupeļos, atkarībā no ekonomiskās botāniskās šķirnes, augšanas zonas, augsnes, klimatiskajiem apstākļiem un augšanas sezonas, ūdens daudzums svārstās no 67 līdz 83%.
Produktos, kas izgatavoti no augu un dzīvnieku izejvielām - cukurs, konditorejas izstrādājumi, sieri u.c. - ūdens saturu regulē standarti.
Daudziem pārtikas produktiem ūdens saturs (mitrums) ir svarīgs kvalitātes rādītājs. Samazināts vai paaugstināts ūdens saturs pret produkta noteikto normu izraisa tā kvalitātes pasliktināšanos. Piemēram, mitruma samazināšanās marmelādē un ievārījumā pasliktina to tekstūru un garšu, mitruma zudums svaigos augļos un dārzeņos samazina šūnu turgoru par 5-7%, tāpēc tie kļūst letarģiski, ļengans, krasi pazeminās to kvalitāte un ātri pasliktinās. .
Pārtika ar augstu ūdens saturu nav stabila, jo tajos ātri attīstās mikroorganismi. Ūdens veicina ķīmisko, bioķīmisko un citu procesu paātrināšanos pārtikas produktos. Jēlu gaļu un zivis viegli ietekmē baktērijas, savukārt augļus un dārzeņus viegli ietekmē pelējuma sēnītes.
Labāk saglabājas produkti ar zemu ūdens saturu, milti, graudaugi, makaroni, žāvēti augļi un dārzeņi un citi produkti tiek uzglabāti ilgstoši, pie augsta mitruma šie produkti uzglabāšanas laikā ātri sapelē.
Tomēr dažādi pārtikas produkti ar vienādu mitruma saturu bieži tiek uzglabāti atšķirīgi. Tika konstatēts, ka ir svarīgi, kādi savienojuma veidi ūdens ir saistīti ar pārtikas produktu galvenajām vielām. Lai ņemtu vērā šos faktorus, pagājušā gadsimta 50. gadu sākumā parādījās jauns jēdziens - ūdens aktivitāte, apzīmē ar w . Ūdens aktivitāti a w izsaka kā ūdens tvaika spiediena attiecību pret noteiktu produktu pret ūdens tvaika spiedienu tīrā ūdenī tajā pašā temperatūrā. Ūdens aktivitāte raksturo ūdens stāvokli pārtikas produktos un nosaka tā pieejamību ķīmiskām, fizikālām un bioloģiskām reakcijām. Parasti, jo vairāk ūdens ir saistītā stāvoklī, jo mazāka ir tā aktivitāte. Bet pat saistītajam ūdenim noteiktos apstākļos var būt noteikta aktivitāte.
Pēc ūdens aktivitātes pārtikas produktus iedala trīs grupās:
1. Svaigi ar ūdeni bagāti pārtikas produkti, kuros tā aktivitāte ir 0,95-1,0. Tie ietver svaigus dārzeņus, augļus, sulas, pienu, gaļu, zivis utt.;
2. Pārstrādāti pārtikas produkti ar ūdens aktivitāti 0,90-0,95. Tajos ietilpst maize, vārītas desas, šķiņķis, biezpiens utt.;
3. Pārtikas produkti ar ūdens aktivitāti līdz 0,90. Tajos ietilpst siers, sviests, kūpinātas desas, žāvēti augļi un dārzeņi, graudaugi, milti, ievārījums uc Ūdens aktivitāte šajos produktos bieži ir 0,65-0,85, un mitruma saturs ir 15-30%.
Lai novērstu vairākas fizikāli ķīmiskas, bioķīmiskas reakcijas, kas samazina pārtikas produktu kvalitāti uzglabāšanas laikā, to mikrobioloģisko bojāšanos, efektīvs līdzeklis ir ūdens aktivitātes samazināšana pārtikas produktos. Lai to izdarītu, izmanto žāvēšanu, žāvēšanu, dažādu vielu (sāls, cukurs utt.) pievienošanu, sasaldēšanu. Zema ūdens aktivitāte kavē mikroorganismu attīstību un fizikāli ķīmiskās un bioķīmiskās reakcijas. Katram mikroorganismu veidam ir noteikts zemāks ūdens aktivitātes slieksnis, zem kura to attīstība apstājas.
Papildus tam, ka ūdens aktivitāte ietekmē pārtikas uzglabāšanas laikā notiekošos procesus, tā ir svarīga arī produktu tekstūrai. Maksimālā pieļaujamā ūdens aktivitāte sausos produktos, nezaudējot vēlamās īpašības, ir 0,34-0,50 atkarībā no produkta (piena pulveris, krekeri). Augsta ūdens aktivitāte ir nepieciešama maigas tekstūras izstrādājumiem, kas nedrīkst būt trausli.
Pārtikas produkti ir higroskopiski . Higroskopiskums attiecas uz produktu īpašībām, kas absorbējas no apkārtējās atmosfēras un saglabā ūdens tvaikus. Higroskopiskums ir atkarīgs no produktu fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, to struktūras, ūdeni saistošo vielu klātbūtnes tajos, kā arī no apkārtējā gaisa temperatūras, mitruma un spiediena. .
Pārtikas produktu uzglabāšanas laikā tiek radīts līdzsvara mitruma saturs, kurā produkti nenotiek mitruma uzsūkšanās no vides, un mitrums no produktiem nenokļūst vidē. Šis stāvoklis rodas, ja ūdens tvaiku spiediens virs izstrādājumiem ir vienāds ar ūdens tvaiku daļējo spiedienu apkārtējā telpā vienā un tajā pašā apkārtējā gaisa un produkta temperatūrā.
Produktu līdzsvara mitruma saturs ir dinamisks, jo tas mainās atkarībā no ārējiem apstākļiem - mitruma, gaisa temperatūras un spiediena, kā arī no produkta fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Mainoties ārējiem apstākļiem, mainās līdzsvara mitruma saturs produktos un pēc tam atjaunojas jaunā līmenī.
Izvēloties pārtikas uzglabāšanas apstākļus, ieteicams izveidot tādu relatīvo mitrumu, pie kura produkti nebojātos ar mikroorganismiem un nepazeminātu to kvalitāti izžūšanas, vītuma vai pārāk daudz mitruma dēļ. Tātad, uzglabājot miltus, gaisa relatīvajam mitrumam jābūt 70%, svaigiem kartupeļiem un āboliem - 90-95, zaļajiem dārzeņiem - 100%.
2. ievads
Brīvs un saistīts mitrums pārtikā 3
Ūdens aktivitāte. Sorbcijas izotermas 9
Ūdens aktivitāte un pārtikas stabilitāte 13
Ledus loma pārtikas stabilitātē 17
Pārtikas produktu mitruma noteikšanas metodes 19
20. secinājums
Atsauces 21
Ievads
Ūdens ir svarīga pārtikas sastāvdaļa. Tas ir sastopams dažādos augu un dzīvnieku produktos kā šūnu un ārpusšūnu komponents, kā izkliedējoša vide un šķīdinātājs, kas nosaka to konsistenci un struktūru un ietekmē produkta izskatu, garšu un uzglabāšanas stabilitāti. Fiziski mijiedarbojoties ar olbaltumvielām, polisaharīdiem, lipīdiem un sāļiem, ūdens būtiski ietekmē pārtikas tekstūru.
Ūdens daudzums pārtikas produktos ietekmē to kvalitāti un glabāšanas laiku. Ātri bojājošie produkti ar augstu mitruma saturu netiek ilgstoši saglabāti bez konservēšanas. Produktos esošais ūdens veicina ķīmisko, bioķīmisko un citu procesu paātrināšanos tajos. Pārtika ar zemu ūdens saturu saglabājas labāk.
Daudzu veidu pārtikas produkti satur lielu daudzumu mitruma, kas nelabvēlīgi ietekmē to stabilitāti uzglabāšanas laikā. Tā kā ūdens ir tieši iesaistīts hidrolītiskos procesos, tā noņemšana vai saistīšana, palielinot sāls vai cukura saturu, kavē daudzas reakcijas un kavē mikroorganismu augšanu, tādējādi pagarinot produktu derīguma termiņu. Svarīgi arī atzīmēt, ka mitruma noņemšana žāvējot vai sasaldējot būtiski ietekmē ķīmisko sastāvu un dabiskās īpašības.
Šī darba mērķis ir izpētīt ūdens un ledus īpašības un uzvedību pārtikas produktos.
Lai sasniegtu šo mērķi, tiek atrisināti šādi galvenie uzdevumi:
Pētīt dažādus ūdens komunikācijas veidus pārtikas produktos;
Pārtikas produktu ūdens aktivitātes saistību ar to fizikāli ķīmiskajām, reoloģiskajām un tehnoloģiskajām īpašībām, kā arī kvalitatīvo izmaiņu pārstrādes un uzglabāšanas laikā noskaidrošana.
Brīvs un saistīts mitrums pārtikā
Ūdenim pārtikā, kā jau minēts, ir svarīga loma, jo tas nosaka produkta konsistenci un struktūru, un tā mijiedarbība ar esošajām sastāvdaļām nosaka produkta stabilitāti uzglabāšanas laikā.
Produkta kopējais mitrums norāda uz mitruma daudzumu tajā, bet neraksturo tā iesaistīšanos produkta ķīmiskajās, bioķīmiskajās un mikrobioloģiskajās izmaiņās. Brīvā un saistītā mitruma attiecībai ir liela nozīme tā stabilitātes nodrošināšanā uzglabāšanas laikā. Saistītais mitrums ir saistīts ūdens, kas ķīmisko un fizikālo saišu dēļ cieši saistīts ar dažādām sastāvdaļām – olbaltumvielām, lipīdiem un ogļhidrātiem. Brīvais mitrums ir mitrums, kas nav saistīts ar polimēru un ir pieejams bioķīmiskām, ķīmiskām un mikrobioloģiskām reakcijām. Apskatīsim dažus piemērus.
Ar graudu mitruma saturu 15 - 20% saistītais ūdens ir 10 - 15%. Pie lielāka mitruma parādās brīvs mitrums, kas veicina bioķīmisko procesu uzlabošanos (piemēram, graudu dīgtspēju).
Augļu un dārzeņu mitruma saturs ir 75 - 95%. Pamatā tas ir brīvs ūdens, tomēr aptuveni 5% mitruma aiztur šūnu koloīdi cieši saistītā stāvoklī. Tāpēc dārzeņus un augļus ir viegli kaltēt līdz 10 - 12%, bet kaltēšanai līdz zemākam mitruma saturam ir jāizmanto īpašas metodes.
Lielāko daļu produktā esošā ūdens var pārvērst ledū pie -5°C, un visu - -50°C un zemāk. Tomēr noteikta daļa stingri saistītā mitruma nesasalst pat pie -60°C.
"Ūdens saistīšana" un "hidratācija" ir definīcijas, kas raksturo ūdens spēju saistīties ar hidrofilām vielām ar dažādu stiprības pakāpi. Ūdens saistīšanas vai hidratācijas lielums un stiprums ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā neūdens komponenta raksturs, sāls sastāvs, pH, temperatūra.
Dažos gadījumos termins "saistītais ūdens" tiek lietots, neprecizējot tā nozīmi, taču tiek piedāvāts arī diezgan daudz tā definīciju. Pēc viņu domām, saistītais mitrums:
Raksturo parauga līdzsvara mitruma saturu noteiktā temperatūrā un zemā relatīvā mitruma apstākļos;
Nesasalst zemā temperatūrā (-40°С un zemāk);
Nevar kalpot kā šķīdinātājs pievienotajām vielām;
Dod joslu protonu magnētiskās rezonanses spektros;
Pārvietojas kopā ar makromolekulām, nosakot sedimentācijas ātrumu, viskozitāti, difūziju;
Tas atrodas netālu no izšķīdušās vielas un citām neūdens vielām, un tam ir īpašības, kas būtiski atšķiras no visas sistēmas ūdens masas īpašībām.
Šīs pazīmes sniedz diezgan pilnīgu saistītā ūdens kvalitatīvu aprakstu. Taču tā kvantitatīvais novērtējums pēc vienas vai otras pazīmes ne vienmēr nodrošina rezultātu konverģenci. Tāpēc lielākā daļa pētnieku sliecas noteikt saistīto mitrumu tikai pēc divām no iepriekšminētajām pazīmēm. Pēc šīs definīcijas saistītais mitrums - tas ir ūdens, kas atrodas izšķīdušās vielas un citu neūdens komponentu tuvumā, kam ir samazināta molekulārā mobilitāte un citas īpašības, kas atšķiras no visas ūdens masas tajā pašā sistēmā un nesasalst pie -40°C. Šāda definīcija izskaidro saistītā ūdens fizisko būtību un sniedz iespēju salīdzinoši precīzi kvantitatīvi novērtēt to, jo. ūdeni, kas nesasalst pie -40°C, var izmērīt ar apmierinošu rezultātu (piemēram, ar PMR metodi vai kalorimetriski). Šajā gadījumā faktiskais saistītā mitruma saturs mainās atkarībā no produkta veida.
Mitruma piesaistes iemesli sarežģītās sistēmās ir dažādi. Visspēcīgāk saistītais ir t.s organiski saistīts ūdens. Tas veido ļoti nelielu ūdens daļu augsta mitruma pārtikā, un tas ir atrodams, piemēram, olbaltumvielu spraugu reģionos vai ķīmisko hidrātu sastāvā. Vēl viens ļoti stipri saistīts ūdens ir tuvumā esošais mitrums, kas ir vienslānis ar lielāko daļu neūdens komponenta hidrofilo grupu. Ūdens, kas šādā veidā saistīts ar joniem un jonu grupām, ir visciešāk saistītais tuvumā esošā ūdens veids. blakus monoslānim daudzslāņu ūdens(polimolekulārās adsorbcijas ūdens), veidojot vairākus slāņus aiz blakus esošā ūdens. Lai gan daudzslāņu mitrums ir mazāk cieši saistīts nekā apkārtējais mitrums, tas joprojām ir pietiekami cieši saistīts ar neūdens komponentu, tāpēc tā īpašības būtiski atšķiras no tīra ūdens. Tādējādi saistītais mitrums sastāv no "organiskā", tuvumā esošā un gandrīz visa daudzslāņu ūdens.
Turklāt nelielam ūdens daudzumam dažās šūnu sistēmās var būt samazināta mobilitāte un tvaika spiediens, jo kapilāros atrodas ūdens. Tvaika spiediena un ūdens aktivitātes samazināšanās (a w) kļūst ievērojama, ja kapilāru diametrs ir mazāks par 0,1 µm, savukārt lielākajai daļai pārtikas produktu ir kapilāri ar diametru no 10 līdz 100 µm, kas, šķiet, nevar būt būtiski. ietekmēt a w samazināšanos pārtikas produktos.
Pārtikas produkti satur arī ūdeni, ko satur makromolekulārā matrica. Piemēram, pektīna un cietes želejas, augu un dzīvnieku audi ar nelielu organisko vielu daudzumu var fiziski noturēt lielu daudzumu ūdens.
Lai gan šī ūdens struktūra šūnās un makromolekulārajā matricā nav skaidri noteikta, tā uzvedība pārtikas sistēmās un nozīme pārtikas kvalitātē ir skaidra. Šis ūdens neizdalās no pārtikas produkta pat liela mehāniskā spēka ietekmē. No otras puses, tehnoloģiskajā apstrādē tas uzvedas gandrīz kā tīrs ūdens. To, piemēram, var noņemt, kad žāvē, vai pārvērst ledū, kad tas ir sasaldēts. Tādējādi šī ūdens kā brīvā ūdens īpašības ir nedaudz ierobežotas, bet tā molekulas uzvedas kā ūdens molekulas atšķaidītos sāls šķīdumos.
Tieši šis ūdens veido galveno ūdens daļu šūnās un želejās, un tā daudzuma maiņa būtiski ietekmē pārtikas produktu kvalitāti. Piemēram, želeju uzglabāšana bieži izraisa kvalitātes zudumu šī ūdens zuduma dēļ (tā sauktā sinerēze). Audu konservēšana sasaldējot bieži izraisa nevēlamu ūdens aizturēšanas jaudas samazināšanos atkausēšanas procesa laikā.
1. un 2. tabulā ir aprakstītas dažādu pārtikas produktu mitruma veidu īpašības.
| Īpašības | bezmaksas | Ūdens makromolekulārā matricā |
| vispārīgs apraksts | ūdens, ko var viegli noņemt no produkta. Dominē ūdens-ūdens-ūdeņraža saites. Tā ir īpašības, kas līdzīgas ūdenim vājos sāls šķīdumos. Piemīt brīvas plūsmas īpašība |
ūdens, kas var izņemta no produkta. ūdens- ūdens-ūdeņraža saites dominēt. Ūdens īpašības līdzīgi kā ūdenim atšķaidītos sāls šķīdumos. Brīva plūsma ir sarežģīta |
| želeja vai audu matrica | ||
| Sasalšanas punkts | nedaudz zemāks par tīru ūdeni | |
Spēja būt šķīdinātājs |
liels | |
| Molekulārā mobilitāte salīdzinājumā ar tīru ūdeni | nedaudz mazāk | |
Iztvaikošanas entalpija salīdzinot ar tīru ūdeni |
bez būtiskām izmaiņām | |
|
kopējais mitruma saturs pārtikas produktos ar augstu mitrums (90% H 2 0),% |
96% | |
Izotermas zona |
ūdens III zonā sastāv no esošā ūdens I un II zonā + pievienots vai izņemts ūdens III zonas iekšpusē |
|
ja nav želeju un šūnu struktūras šo ūdens ir bez maksas III zonas apakšējā robeža izplūdis un atkarīgs no produkts un temperatūra |
želeju klātbūtnē vai šūnas strukturē visu ūdeni saistās makromolekulārajā matricā. Nolaist III zonas robeža ir neskaidra un atkarīgs no produkta un temperatūras |
|
kopīgs cēlonis pārtikas bojāšanās produktiem |
augsts vairuma reakciju ātrums, mikroorganismu augšana |
|
| Īpašības | organiski saistīts ūdens | Vienslāņa | Daudzslāņu |
| vispārīgs apraksts | Ūdens kā neūdens komponenta kopējā sastāvdaļa | Ūdens, kas spēcīgi mijiedarbojas ar neūdens komponentu hidrofilajām grupām ūdens-jonu vai ūdens-dipola asociācijas rezultātā; ūdens mikrokapilāros (d< 0,1 \m) | Ūdens, kas atrodas blakus monoslānim un veido vairākus slāņus ap hidrofilo grupu/ūdens komponentu. Dominē ūdens – ūdens un ūdens – šķīdinātāja – ūdeņraža saites |
| Sasalšanas punkts salīdzinājumā ar tīru ūdeni | Nesasalst pie -40 °С | Nesasalst pie -40 °С | Lielākā daļa nesasalst pie -40 "C. Pārējais sasalst ievērojami zemākā temperatūrā |
| Spēja kalpot kā šķīdinātājs | Nav | Nav | Diezgan vāja |
| Molekulārā mobilitāte | Ļoti mazs | Ievērojami mazāk | Mazāk |
| Iztvaikošanas entalpija salīdzinājumā ar tīru ūdeni | ievērojami palielināts | Ievērojami palielinājies | Nedaudz palielināts |
Sorbcijas izotermas zona |
Organiski saistītajam ūdenim ir praktiski nulles aktivitāte, un tādējādi tas pastāv zonas galējā kreisajā galā. | Ūdens izotermas 1. zonā sastāv no neliela organiskā mitruma daudzuma ar atlikušo mitruma monoslāņa daļu. I zonas augšējā robeža nav skaidra un mainās atkarībā no produkta un temperatūras | Ūdens 11. zonā sastāv no ūdens, kas atrodas I zonā, + ūdens, kas pievienots vai izņemts II zonā (daudzslāņu mitrums). II zonas robeža nav skaidra un mainās atkarībā no produkta un temperatūras |
| pārtikas stabilitāte | Pašoksidācija | Optimāla stabilitāte pie w = 0,2-0,3 | Ja ūdens saturs palielinās virs II zonas dibena, palielinās gandrīz visu reakciju ātrums |
Ūdens aktivitāte. Sorbcijas izotermas
Jau sen ir zināms, ka pastāv saistība (lai gan tālu no ideāla) starp pārtikas produktu mitruma saturu un to saglabāšanu (vai bojāšanos). Tāpēc galvenā pārtikas produktu derīguma termiņa pagarināšanas metode vienmēr ir bijusi mitruma satura samazināšana ar koncentrāciju vai dehidratāciju.
Tomēr bieži vien dažādi pārtikas produkti ar vienādu mitruma saturu bojājas atšķirīgi. Jo īpaši ir konstatēts, ka ir svarīgi, cik daudz ūdens ir saistīts ar neūdens komponentiem: ūdens, kas ir spēcīgāk saistīts, mazāk spēj atbalstīt procesus, kas iznīcina (bojā) pārtikas produktus, piemēram, mikrobu augšanu un hidrolītiskās ķīmiskās reakcijas.
Lai ņemtu vērā šos faktorus, tika ieviests termins "ūdens aktivitāte". Šis termins noteikti labāk raksturo mitruma ietekmi uz pārtikas bojāšanos, nevis tikai mitruma saturu. Protams, ir arī citi faktori (piemēram, koncentrācija 0 2 , pH, ūdens mobilitāte, izšķīdušās vielas veids), kas dažos gadījumos var spēcīgāk ietekmēt produkta iznīcināšanu. Tomēr ūdens aktivitāte labi korelē ar daudzu destruktīvu reakciju ātrumu, un to var izmērīt un izmantot, lai novērtētu ūdens stāvokli pārtikā un tā iesaistīšanos ķīmiskajās un bioķīmiskajās pārmaiņās. Ūdens aktivitāte (a w) ir attiecība starp ūdens tvaika spiedienu virs noteiktā produkta un tīra ūdens tvaika spiedienu tajā pašā temperatūrā. Šī attiecība ir iekļauta pamata termodinamiskajā formulā, lai noteiktu mitruma saistīšanas enerģiju ar materiālu (Rehbinder vienādojums):
∆F=L=RTln=-RT-lna w
Pēc ūdens aktivitātes vērtības (3. tabula) izšķir: produktus ar augstu mitruma līmeni (a w = 1,0-0,9); produkti ar vidēju mitruma saturu (a w = 0,9-0,6); produkti ar zemu mitruma saturu (a = 0,6-0,0).
3. tabula. Ūdens aktivitāte (a w) pārtikas produktos
Līknes, kas parāda sakarību starp mitruma saturu (ūdens masa, g H 2 0 /g DM) pārtikas produktā ar ūdens aktivitāti tajā nemainīgā temperatūrā, sauc par sorbcijas izotermām. To sniegtā informācija ir noderīga koncentrācijas un dehidratācijas procesu raksturošanai (jo ūdens izvadīšanas vieglums vai grūtības ir saistīts ar w), kā arī pārtikas produktu stabilitātes novērtēšanai. Uz att. 10.5 parāda mitruma sorbcijas izotermu produktiem ar augstu mitruma saturu (plašā mitruma satura diapazonā).
1. attēls. Mitruma sorbcijas izoterma produktiem ar augstu mitruma līmeni
Taču, ņemot vērā saistītā mitruma klātbūtni, lielāka interese ir sorbcijas izoterma zema mitruma līmeņa apgabalam pārtikas produktos (1. att.)
2. attēls. Mitruma sorbcijas izoterma apgabalam ar zemu mitruma saturu pārtikas produktos.
Lai saprastu sorbcijas izotermas nozīmi, ir lietderīgi ņemt vērā I-III zonu.
Produktā esošā ūdens īpašības ievērojami atšķiras, pārejot no I zonas (zems mitruma saturs) uz III zonu (augsts mitruma saturs). Izotermas I zona atbilst ūdenim, kas ir visspēcīgāk adsorbēts un visvairāk nekustīgs pārtikas produktos. Šis ūdens tiek absorbēts polāro ūdens-jonu un ūdens-dipola mijiedarbības dēļ. Šī ūdens iztvaikošanas entalpija ir daudz augstāka nekā tīram ūdenim, un tas nesasalst pie -40°C. Tas nevar būt šķīdinātājs, un tas nav pietiekamā daudzumā, lai ietekmētu cietās vielas plastiskās īpašības; viņa ir tikai daļa no tā.
I zonas augsta mitruma gals (I un II zonas robeža) atbilst mitruma monoslānim. Kopumā I zona atbilst ārkārtīgi mazai kopējā mitruma daļai augsta mitruma pārtikas produktos.
Ūdens II zonā sastāv no ūdens I zonā un pievienotā ūdens (rezorbcija), lai iegūtu ūdeni, kas atrodas II zonā. Šis mitrums veido daudzslāņu un mijiedarbojas ar blakus esošajām molekulām, izmantojot ūdens-ūdens-ūdeņraža saites. Daudzslāņu ūdens iztvaikošanas entalpija ir nedaudz augstāka nekā tīram ūdenim. Lielākā daļa šī ūdens nesasalst pie -40°C, tāpat kā pārtikas produktam pievienotais ūdens, kura mitruma saturs atbilst I un II zonas robežai. Šis ūdens ir iesaistīts šķīdināšanas procesā, darbojas kā plastifikators un veicina cietās matricas uzbriest. Ūdens II un I zonā parasti veido mazāk nekā 5% no kopējā mitruma augsta mitruma pārtikā.
Ūdens izotermas III zonā sastāv no ūdens, kas atradās I un II zonā un pievienots, veidojot III zonu. Pārtikas produktā šis ūdens ir vismazāk saistīts un viskustīgākais. Želejos vai šūnu sistēmās tas ir fiziski saistīts, tāpēc tā makroskopiskā plūsma ir apgrūtināta. Visos citos aspektos šim ūdenim ir tādas pašas īpašības kā ūdenim atšķaidītā sāls šķīdumā. Ūdenim, kas pievienots (vai izņemts), veidojot III zonu, ir gandrīz tāda pati iztvaikošanas entalpija kā tīram ūdenim, tas sasalst un ir šķīdinātājs, kas ir svarīgs ķīmiskajām reakcijām un mikrobu augšanai. Tipisks III zonas mitrums (neatkarīgi no tā, vai tas ir brīvs vai saglabāts makromolekulārajā matricā) ir vairāk nekā 95% no visa mitruma materiāliem ar augstu mitruma līmeni. Mitruma stāvoklis, kā tiks parādīts zemāk, ir svarīgs pārtikas stabilitātei.
Noslēgumā jāatzīmē, ka sorbcijas izotermas, kas iegūtas, pievienojot ūdeni (rezorbciju) sausam paraugam, pilnībā nesakrīt ar izotermām, kas iegūtas desorbcijas rezultātā. Šo parādību sauc par histerēzi. Mitruma sorbcijas izotermām daudziem pārtikas produktiem ir histerēze. Histerēzes apjoms, līkņu slīpums, histerēzes cilpas sākuma un beigu punkti var ievērojami atšķirties atkarībā no tādiem faktoriem kā pārtikas produkta raksturs, temperatūra, desorbcijas ātrums un desorbcijas laikā noņemtā ūdens līmenis.
Parasti, pētot produktu higroskopiskumu, ir nepieciešama absorbcijas (rezorbcijas) izoterma, un desorbcija ir noderīga žāvēšanas procesu izpētei.
Ūdens aktivitāte un barības stabilitāte
Ņemot vērā iepriekš minēto, ir skaidrs, ka pārtikas stabilitāte un ūdens aktivitāte ir cieši saistītas.
Pārtikas produktos ar zemu mitruma līmeni var rasties tauku oksidēšanās, neenzīmu brūnināšana, ūdenī šķīstošo vielu (vitamīnu) zudums, fermentu izraisīti bojājumi. Šeit tiek nomākta mikroorganismu darbība. Produktos ar vidēju mitrumu var notikt dažādi procesi, tostarp tādi, kuros iesaistīti mikroorganismi. Procesos, kas notiek pie augsta mitruma, mikroorganismiem ir izšķiroša loma.
Lipīdu oksidēšanās sākas ar zemu a w . Palielinoties, oksidācijas ātrums samazinās aptuveni līdz I un II zonas robežai uz izotermas un pēc tam atkal palielinās līdz II un III zonas robežai. Turpmāks a w palielinājums atkal samazina oksidācijas ātrumu. Šīs izmaiņas izskaidrojamas ar to, ka, pievienojot ūdeni sausam materiālam, vispirms notiek sadursme ar skābekli. Šis ūdens (I zona) saista hidroperoksīdus, saduras ar to sadalīšanās produktiem un tādējādi novērš oksidēšanos. Turklāt pievienotais ūdens hidratē metālu jonus, kas katalizē oksidēšanos, samazinot to efektivitāti.
Novēroto tumšuma maksimumu var izskaidrot ar līdzsvara iestāšanos difūzijas procesā, ko kontrolē viskozitāte, šķīdināšanas pakāpe un masas pārnese. Pie zemas ūdens aktivitātes lēna reaģentu difūzija palēnina reakcijas ātrumu. Palielinoties mitruma saturam, brīvāka difūzija paātrina reakciju, līdz mitruma diapazona augšdaļā reaģentu šķīšana to atkal palēnina. Tāpat lielāka ūdens koncentrācija palēnina reakcijas gaitu tajos atgriezeniskajos posmos, kas rada ūdeni.
Fermentatīvās reakcijas var noritēt pie lielāka mitruma satura nekā vienslāņa mitruma saturs, t.i. kad ir brīvs ūdens. Tas ir nepieciešams pamatnes pārvietošanai. Ņemot to vērā, ir viegli saprast, kāpēc fermentatīvo reakciju ātrums ir atkarīgs no w .
Pie w, kas atbilst viena slāņa mitruma saturam, nav brīva ūdens substrāta transportēšanai. Turklāt vairākās fermentatīvās reakcijās ūdens pats spēlē substrāta lomu.
Lielākajai daļai baktēriju robežvērtība a w = 0,9, bet, piemēram, St. aureusa w = 0,86. Šis celms ražo virkni entrotoksīnu A, B, C, D, E. Lielākā daļa saindēšanās ar pārtiku ir saistītas ar toksīniem A un D. Raugi un pelējums var augt pie zemākām ūdens aktivitātes vērtībām.
Pārtikas uzglabāšanas laikā ūdens aktivitāte ietekmē mikroorganismu dzīvotspēju. Tāpēc ūdens aktivitāte produktā ir svarīga, lai novērstu tā mikrobioloģisko bojāšanos.
Būtībā produktiem ar vidēju mitrumu bojāšanos izraisa raugi un pelējuma sēnītes, mazāk baktērijas. Raugs izraisa sīrupu, konditorejas izstrādājumu, ievārījumu, žāvētu augļu bojāšanos; pelējums - gaļa, ievārījumi, kūkas, cepumi, žāvēti augļi (4. tabula).
4. tabula - Ūdens aktivitāte un mikroorganismu augšana pārtikā
| Platība w | Mikroorganismi, kas tiek inhibēti ar zemāku a w vērtību nekā šis apgabals | Apgabalam raksturīgi pārtikas produkti a w |
| 1,00-0,95 | pseidomonas; Escherichia; | augļi, dārzeņi, gaļa, zivis, |
| Proteus; Šigella, Klebsiella; | piens, mājas desa un maize, | |
| bacilis; Clostridium perfingens; | pārtikas produkti, kas satur cukuru | |
| nedaudz rauga | (-40%) un nātrija hlorīds (~7%) | |
| 0,95-0,91 | salmonellas, Vibrioparahaemolyticus, Cbotulinum, Serratia Lactobacillus, Pediococcus, dažas sēnītes, raugs (Rhodotorula, Pichia) | daži sieri, konservēts šķiņķis, daži augļu sulu koncentrāti, pārtikas produkti, kas satur cukuru (~55%), nātrija hlorīdu (~12%) |
| 0,91-0,87 | daudzi raugi (Candida; Torulopsis, Hansenula) Micrococcus | raudzēta salami tipa desa, sausie sieri, margarīns, irdeni cepumi, cukuru saturoši pārtikas produkti (65%), nātrija hlorīds (15%). |
| 0,87-0,80 | daudzas sēnes (mikotoksigēns penicilijs | lielākā daļa augļu sulu koncentrātu, saldināts iebiezinātais piens, šokolāde, sīrups, milti, rīsi, putoti produkti ar mitruma saturu 15-17%, augļu kūkas, šķiņķis |
| Penicilijas); Stafilokoks | ||
| Aureus; vairums | ||
| Saccharomyces; Debaryomyces | ||
| 0,80-0,75 | lielākā daļa halofīlo baktēriju, mikotoksigēnās aspergillus | ievārījums, marmelāde, saldēti augļi |
| 0,75-0,65 | kserofīlās pelējuma (sēņu) sugas (Asp. chevalieri; Asp. canidus; Wallemiasebi) Saccharomycesbisporus | melase, žāvēti augļi, rieksti |
| 0,65-0,60 | osmofilais raugs (Saccharomyces rouxii); dažas pelējuma sēnes (Asp. echinulatus, Monascusbisporus) | žāvēti augļi, kas satur 15-20% mitrums, karamele, medus |
| nav mikroorganismu | mīkla ar 12% mitruma, garšvielas ar 10% mitruma | |
| 0,5 | ||
| 0,4 | nav mikroorganismu | olu pulveris ar -5% mitruma |
| 0,3 | nav mikroorganismu | cepumi, krekeri, krekeri ar mitrumu -3-5% |
| 0,2 | nav mikroorganismu | piena pulveris ar mitruma saturu -2-3%, sausie dārzeņi ar ~5% mitruma saturu, graudaugu pārslas ar -5% mitruma saturu, krekeri |
Efektīvs veids, kā novērst mikrobioloģisko bojāšanos un vairākas ķīmiskās reakcijas, kas samazina pārtikas produktu kvalitāti uzglabāšanas laikā, ir ūdens aktivitātes samazināšana pārtikas produktos. Lai samazinātu ūdens aktivitāti, tiek izmantotas tādas tehnoloģiskas metodes kā žāvēšana, žāvēšana, dažādu vielu (cukura, sāls u.c.) pievienošana, sasaldēšana. Lai produktā panāktu vienu vai otru ūdens aktivitāti, var pielietot tādas tehnoloģiskās metodes kā:
Adsorbcija - produktu žāvē un pēc tam samitrina līdz noteiktam mitruma līmenim;
Žāvēšana ar osmozi - pārtikas produktus iegremdē šķīdumos, kuru ūdens aktivitāte ir mazāka par pārtikas produktu ūdens aktivitāti.
Bieži vien šim nolūkam izmanto cukura šķīdumus vai sāļus. Šajā gadījumā ir divas pretstraumes: izšķīdinātā viela difundē no šķīduma produktā, un ūdens difundē no produkta šķīdumā. Diemžēl šo procesu būtība ir sarežģīta, un literatūrā nav pietiekamu datu par šo jautājumu.
Lai sasniegtu vēlamo ūdens aktivitāti, produktam, kas apstrādāts ar kādu no iepriekš minētajām metodēm, pievieno dažādas sastāvdaļas un ļauj nonākt līdzsvara stāvoklī, jo. žāvēšanas process vien bieži vien nespēj sasniegt vēlamo konsistenci. Mitrinātāji var palielināt produkta mitrumu, bet samazināt w. Potenciālie pārtikas mitrinātāji ir ciete, pienskābe, cukuri, glicerīns utt.
Ledus loma pārtikas stabilitātē
Sasaldēšana ir visizplatītākais veids, kā saglabāt (konservēt) daudzus pārtikas produktus. Vēlamais efekts tiek sasniegts lielākā mērā, pakļaujot zemai temperatūrai, nevis no ledus veidošanās. Ledus veidošanās pārtikas šūnu struktūrās un želejās rada divas svarīgas sekas:
a) nesasaldēšanas fāzē tiek koncentrēti neūdens komponenti (nesasalšanas fāze pastāv pārtikas produktos visās uzglabāšanas temperatūrās);
b) visa ūdens, kas pārvēršas ledū, tilpums palielinās par 9%.
Sasalšanas laikā ūdens pāriet dažādu, bet diezgan augstas tīrības pakāpes ledus kristālos. Tāpēc visas neūdens sastāvdaļas tiek koncentrētas samazinātā nesasaldēta ūdens daudzumā. Pateicoties šim efektam, nesasaldētā fāze būtiski maina tādas īpašības kā pH, titrējamais skābums, jonu stiprums, viskozitāte, sasalšanas punkts, virsmas spraigums, redokspotenciāls. Arī ūdens struktūra un ūdens un šķīdinātāju mijiedarbība var ievērojami mainīties.
Šīs izmaiņas var palielināt reakcijas ātrumu. Tādējādi sasalšanai ir divas pretējas ietekmes uz reakciju ātrumu: zema temperatūra pati par sevi to samazinās, un komponentu koncentrācija nesasaldētā ūdenī dažreiz to palielinās. Tādējādi vairāki pētījumi ir parādījuši neenzīmu brūnināšanas reakciju ātruma palielināšanos dažādās reakcijās pēc sasalšanas.
Uzglabājot saldētos pārtikas produktos, ir jāņem vērā iespēja palielināt dažādu reakciju ātrumu, jo šis faktors ietekmēs produktu kvalitāti.
Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka reakcijas ātrums ievērojami samazinās (vairāk nekā 2 reizes), ja pārtikas produktus uzglabā pietiekami zemā temperatūrā (-18°C).
Pie negatīvām temperatūrām, kas ir pietiekami tuvu ūdens sasalšanas temperatūrai (0°C), notiek neizšķīdušo olbaltumvielu īpatsvara palielināšanās. Temperatūrā -18°C olbaltumvielu nešķīstība ievērojami samazinās, un tas rada optimālus apstākļus pārtikas uzglabāšanai.
Pārtikas produktu mitruma noteikšanas metodes
Kopējā mitruma satura noteikšana
Žāvēšana līdz nemainīgam svaram.Mitruma saturu aprēķina no parauga masas starpības pirms un pēc žāvēšanas krāsnī 100-105°C temperatūrā. Šī ir standarta metode mitruma noteikšanai iekšā pārtikas produktu tehnoķīmiskā kontrole. Tā kā metodes pamatā ir parauga žāvēšana līdz nemainīgam svaram, analīzei ir nepieciešams daudz laika.
Titrēšana pēc modificētās Kārļa Fišera metodes Metodes pamatā ir oksidācijas-reducēšanas reakcijas izmantošana, iesaistot jodu un sēra dioksīdu, kas norisinās ūdens klātbūtnē. Speciāli atlasītu organisko reaģentu izmantošana ļauj panākt pilnīgu ūdens ekstrakciju no pārtikas produkta, un imidazola kā organiskās bāzes izmantošana veicina gandrīz pilnīgu reakciju. Produkta mitruma saturu aprēķina no titrēšanai izmantotā joda daudzuma. Metodi raksturo augsta rezultātu precizitāte un stabilitāte (tostarp pie ļoti zema mitruma satura) un ātra analīze.
Brīvā un saistītā mitruma noteikšana
Diferenciālā skenējošā kalorimetrija Ja paraugs tiek atdzesēts līdz temperatūrai zem 0°C, tad brīvais mitrums sasalst, saistītais mitrums ne. Kad saldētu paraugu karsē kalorimetrā, var izmērīt siltumu, kas patērēts ledus kušanas laikā. Nesasalstošs ūdens tiek definēts kā atšķirība starp parasto un sasalstošo ūdeni.
Termogravimetriskā metode.Metodes pamatā ir žāvēšanas ātruma noteikšana. Kontrolētos apstākļos robeža starp nemainīga žāvēšanas ātruma laukumu un zonu, kurā šis ātrums samazinās, raksturo saistīto mitrumu.
Dielektriskie mērījumi.Metodes pamatā ir fakts, ka pie 0°C ūdens un ledus dielektriskās konstantes ir aptuveni vienādas. Bet, ja daļa mitruma ir saistīta, tad tā dielektriskajām īpašībām ir ļoti jāatšķiras no ūdens un ledus dielektriskajām īpašībām.
Siltuma jaudas mērīšana.Ūdens siltumietilpība ir lielāka par ledus siltumietilpību, jo Paaugstinoties ūdens temperatūrai, ūdeņraža saites pārtrūkst. Šo īpašību izmanto, lai pētītu ūdens molekulu mobilitāti. Ūdens siltumietilpības vērtība atkarībā no tā satura polimēros sniedz informāciju par saistītā ūdens daudzumu. Ja ūdens ir īpaši piesaistīts zemās koncentrācijās, tad tā ieguldījums siltumietilpībā ir mazs. Augstu mitruma vērtību diapazonā to galvenokārt nosaka brīvais mitrums, kura devums siltumietilpībā ir aptuveni 2 reizes lielāks nekā ledus.
KMR Metode sastāv no ūdens mobilitātes pētīšanas fiksētā matricā. Brīvā un saistītā mitruma klātbūtnē KMR spektrā tiek iegūtas divas līnijas, nevis viena beztaras ūdenim.
Secinājums
Jānorāda ūdens saturs pārtikas produktos. Ūdens satura samazināšana vai palielināšana ietekmē produkta kvalitāti. Tātad burkānu, garšaugu, augļu un maizes noformējums, garša un krāsa pasliktinās, samazinoties mitrumam, bet graudaugiem, cukuram un makaroniem - palielinoties. Daudzi produkti spēj absorbēt ūdens tvaikus, t.i., tie ir higroskopiski (cukurs, sāls, žāvēti augļi, krekeri). Tā kā mitrums ietekmē pārtikas produktu uzturvērtību, kā arī uzglabāšanas termiņus un nosacījumus, tas ir svarīgs rādītājs to kvalitātes novērtēšanā.
Ūdens saturs pārtikas produktos to transportēšanas un uzglabāšanas laikā nepaliek nemainīgs. Atkarībā no pašu izstrādājumu īpašībām, kā arī vides apstākļiem tie zaudē mitrumu vai kļūst samitrināti. Produktiem, kas satur daudz fruktozes (medus, karamele), kā arī žāvēti augļi un dārzeņi, tēja, sāls ir augsta higroskopiskums (spēja absorbēt mitrumu). Šos produktus uzglabā pie relatīvā mitruma, kas nav augstāks par 65-70%.
Ūdens aktivitāte ir viens no vissvarīgākajiem parametriem, kas nosaka katru dienu patērēto produktu kvalitāti un drošību. Ūdens aktivitāte ietekmē pārtikas produktu glabāšanas laiku, drošību, struktūru un smaržu. Tas ir ļoti svarīgi arī farmaceitisko un kosmētikas līdzekļu stabilitātei. Tā kā ūdens aktivitāte ir tik svarīga, tā ir jāmēra precīzi un ātri.
Ūdens daudzums daudzos produktos, kā likums, ir standartizēts ar standartiem, kas norāda tā satura augšējo robežu, jo no tā ir atkarīga ne tikai produktu kvalitāte un uzglabāšanas kvalitāte, bet arī uzturvērtība.
Bibliogrāfija:
1. Ūdens pārtikas produktos / Rediģēja R.B. Dakvorta. - Tulkojums no angļu valodas. - M.: Pārtikas rūpniecība, 1980. gads. - 376 lpp.
2. Ginzburg A.S., Gromovs M.A., Krasovskaya G.I. Pārtikas produktu termofizikālās īpašības: rokasgrāmata. - M.: Agropromizdat, 1990. -287 lpp.
3. Leistner, L. Barjertehnoloģijas: kombinētas apstrādes metodes, kas nodrošina pārtikas produktu stabilitāti, drošību un kvalitāti / L. Leistner, G. Gould. - Tulkojums no angļu valodas. - M .: gaļas rūpniecības VNII. V.M. Gorbatova, 2006. - 236 lpp.
4. Moik I.B. Pārtikas produktu termo un mitruma mērīšana. Ed. I.A.Rogova-M.: Agropromizdat, 1988. - 303 lpp.
5. Pārtikas ķīmija / Nechaev A.P., Traubenberg S.E., Kochetkova A.A. un citi. Ed. A.P. Ņečajevs 3. izdevums, pārstrādāts - Sanktpēterburga: GIORD, 2004. - 640. gadi.
6. Rebinder, P.A. Par ūdens saskarsmes veidiem ar materiālu žūšanas procesā / Grāmatā. Vses. sanāksme par procesu intensitāti un materiālu kvalitātes uzlabošanu žāvēšanas laikā galvenajās nozarēs un lauksaimniecībā. - M.: Profizdat, 1958. -483s.
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
Ūdens ietekme uz ķermeni ir tik liela, ka to ir grūti pārvērtēt. Bez šķidruma sākas vielmaiņas procesu pārkāpums, rodas darbības traucējumi visu orgānu un sistēmu darbā. Kāds tad īsti ir ūdens labums organismam, un kādā līmenī tā līdzsvars jāsaglabā?
Ūdens daudzums organismā un tā priekšrocības
“Ūdens ir maigākais un vājākais radījums pasaulē, bet, pārvarot cieto un stipro, tas ir neuzvarams, un tam nav līdzinieka pasaulē” (ķīniešu traktāts 4.-3.gs.pmē. “Tao de jing”). Visas dzīvības pamats ir ūdens. Ja ūdens nav, dzīvība apstājas, bet, tiklīdz tā kļūst pieejama, pat nelielos daudzumos, dzīvība dabā atdzimst no jauna. Cilvēka organismā arī pietiekams ūdens daudzums veicina visu sistēmu un to funkciju veidošanos, dziedināšanu un atjaunošanos.
Ūdens ietekmi uz cilvēka ķermeni ir grūti pārvērtēt. Ūdens ir nepieciešams, lai tajā izšķīdinātu derīgās vielas un transportētu tās uz dažādiem orgāniem un sistēmām.
Dzeršanai paredzētais ūdens nedrīkst saturēt dažādus kaitīgus ķīmiskus piemaisījumus. Tīrs ūdens organismā uzsūcas pilnīgāk – ķīmiskie procesi notiek vairākas reizes ātrāk, uzlabo vielmaiņu, paātrina reģenerācijas procesus, stimulē sirds un asinsvadu sistēmu. Tas, kā ūdens ietekmē ķermeni, ir atkarīgs no cilvēka veselības stāvokļa un vecuma. Piemēram, dehidratācija noved pie šķidruma asimilācijas procesa samazināšanās (pieaugušajam kritiskais dehidratācijas rādītājs ir 1/3 no kopējā šķidruma tilpuma organismā, bērniem - līdz 1/5). Ar vecumu saistītas izmaiņas arī novērš ūdens iekļūšanu dziļi. Īpaši tas ir pamanāms uz vecāku cilvēku ādas, kas dehidratācijas rezultātā zaudē tonusu, kļūst grumbuļaina un ļengana. Ūdens procentuālais daudzums organismā ir saistīts ne tikai ar vecumu, veselību, dzimumu, dzīvotni, bet arī ar ķermeņa uzbūvi. Zinātniskie pētījumi ir parādījuši, ka ūdens daudzums pieauguša vīrieša organismā ir vidēji 60%, bet sievietes - 65%. Runājot par to, cik daudz ūdens ir jaundzimušā ķermenī, visbiežāk tiek saukts skaitlis 80%.
Cilvēka organismam dienā nepieciešami vismaz 2,5 litri tīra ūdens, pretējā gadījumā tajā veidojas augsta toksisko vielu koncentrācija. Normālos apstākļos ūdens nepieciešamība pieaugušam cilvēkam ir 40 g/kg ķermeņa svara, zīdainim - 120-150 g/kg. Pieauguša cilvēka organisma ikdienas nepieciešamība pie mērenas un normālas temperatūras ir 1750-2200 ml, savukārt ūdens un dzērienu veidā - tikai 800-1000 ml.
Zinot, kā ūdens ietekmē cilvēka ķermeni, dehidratāciju nevajadzētu pieļaut. Ūdens trūkums izraisa vielmaiņas traucējumus, kas bieži vien kļūst par liekā svara vaininiekiem. No otras puses, cilvēkiem ar lieko svaru ir daudz vairāk mitruma nekā cilvēkiem ar normālu ķermeņa svaru vai astēniskiem traucējumiem.
Kādi pārtikas produkti satur ūdeni
Jālieto ne tikai tīrs ūdens, bet arī tējas, kafija, zupas un citi ar ūdeni bagāti ēdieni.
Galvenie produkti, kas satur ūdeni, ir gurķi, arbūzs, citrusaugļi, baltie kāposti, brokoļi, zemenes, tomāti, kātiņu selerijas, redīsi, galviņsalāti, citi augļi un dārzeņi, visi augļi un ogas. Ūdens ir atrodams arī tādos pārtikas produktos kā piens, zivis un gaļa.
Kāpēc organismam nepieciešams ūdens, bērniem stāsta pamatskolā dabas mācību stundās. Visi dzīvības procesi, kā arī vielmaiņas produktu izvadīšana nav iespējama bez pietiekama ūdens daudzuma organismā. Ūdens attīra no toksīniem un toksīniem, palīdz pārvērst pārtiku enerģijā, aizsargā iekšējos orgānus no bojājumiem, mitrina ādu un gļotādas, kā arī uztur nemainīgu ķermeņa temperatūru. Ūdens pēc savas būtības tiek uzskatīts par unikālu šķīdinātāju. Pasaulē nav vielas, kas varētu pretoties ūdenim. Ūdenī izšķīdinātā viela aizņem telpu starp ūdens molekulām, it kā integrējoties kopējā struktūrā. Bet, neskatoties uz to, ka izšķīdinātā viela ir šādā saskarē ar ūdeni, ūdens tam ir tikai šķīdinātājs, kas var nogādāt lielāko daļu vielas vienā vai citā mūsu ķermeņa vidē.
Ūdens ieguvumi sirdij
Ūdens saturu organismā ietekmē dzīvesveids un ēšanas paradumi. Lai saglabātu ūdens līdzsvaru organismā un novērstu pārmērīgu mitruma zudumu, kas ir svarīgs sirdij un asinsvadiem, jums vajadzētu:
- pirms katras ēdienreizes izdzeriet glāzi tīra ūdens;
- 1,5-2 stundas pēc ēšanas izdzert glāzi tīra ūdens;
- ēšanas laikā dzert ūdeni, ja dzīves ritms liek ēst sausu pārtiku, kas var ārkārtīgi negatīvi ietekmēt veselību, īpaši sirds un asinsvadu veselību.
Ūdens sirdij noderēs tikai tad, ja tas būs tīrs. Izmantojiet attīrīšanas filtrus, kuros izmanto sudrabu, jonu apmaiņas sveķus, aktivēto ogli, silīciju utt. Tas ir svarīgi, jo neapstrādāts ūdens satur baktērijas, vīrusus, smagos metālus, pesticīdus un citus kaitīgus elementus. Tās visas var izraisīt daudzas slimības, tostarp sirds un asinsvadu slimības, un izraisīt mirstību no tām. Pareizāk sakot, nevis pats ūdens, bet tajā esošie sāļi. Cietais ūdens satur lielu daudzumu kalcija, magnija, litija, selēna un citu minerālu elementu, mīkstais ūdens tajos ir nabadzīgs, bet satur daudz nātrija.
Nopietni pētījumi, kas veikti ar lielām cilvēku grupām ASV, Apvienotajā Karalistē, Kanādā un citās valstīs, liecina, ka apgabalos ar cietu ūdeni cilvēkiem ir zemāks holesterīna līmenis asinīs un ir mazāka iespēja saslimt ar hipertensiju. Veicot pētījumus par ūdens ieguvumiem sirdij, zinātnieki atklāja, ka mirstība no sirds un asinsvadu slimībām ir aptuveni par 40-45% zemāka sievietēm un 25-30% vīriešiem, kas dzīvo apgabalos ar cietu ūdeni, salīdzinot ar vietām ar mīkstu ūdeni. Tajā pašā laikā ūdens kvalitāte nekādi neietekmē mirstību no citiem cēloņiem. Destilēts ūdens, kurā minerālelementu saturs ir niecīgs, ir ļoti kaitīgs. Jau pēc 4-6 lietošanas mēnešiem sāļu trūkums ietekmē. Pirmkārt, tiek traucēts ūdens-sāls līdzsvars, kuņģa-zarnu trakta, sirds un asinsvadu funkcijas.
2. ievads
Brīvs un saistīts mitrums pārtikā 3
Ūdens aktivitāte. Sorbcijas izotermas 9
Ūdens aktivitāte un pārtikas stabilitāte 13
Ledus loma pārtikas stabilitātē 17
Pārtikas produktu mitruma noteikšanas metodes 19
20. secinājums
Atsauces 21
Ievads
Ūdens ir svarīga pārtikas sastāvdaļa. Tas ir sastopams dažādos augu un dzīvnieku produktos kā šūnu un ārpusšūnu komponents, kā izkliedējoša vide un šķīdinātājs, kas nosaka to konsistenci un struktūru un ietekmē produkta izskatu, garšu un uzglabāšanas stabilitāti. Fiziski mijiedarbojoties ar olbaltumvielām, polisaharīdiem, lipīdiem un sāļiem, ūdens būtiski ietekmē pārtikas tekstūru.
Ūdens daudzums pārtikas produktos ietekmē to kvalitāti un glabāšanas laiku. Ātri bojājošie produkti ar augstu mitruma saturu netiek ilgstoši saglabāti bez konservēšanas. Produktos esošais ūdens veicina ķīmisko, bioķīmisko un citu procesu paātrināšanos tajos. Pārtika ar zemu ūdens saturu saglabājas labāk.
Daudzu veidu pārtikas produkti satur lielu daudzumu mitruma, kas nelabvēlīgi ietekmē to stabilitāti uzglabāšanas laikā. Tā kā ūdens ir tieši iesaistīts hidrolītiskos procesos, tā noņemšana vai saistīšana, palielinot sāls vai cukura saturu, kavē daudzas reakcijas un kavē mikroorganismu augšanu, tādējādi pagarinot produktu derīguma termiņu. Svarīgi arī atzīmēt, ka mitruma noņemšana žāvējot vai sasaldējot būtiski ietekmē ķīmisko sastāvu un dabiskās īpašības.
Šī darba mērķis ir izpētīt ūdens un ledus īpašības un uzvedību pārtikas produktos.
Lai sasniegtu šo mērķi, tiek atrisināti šādi galvenie uzdevumi:
Pētīt dažādus ūdens komunikācijas veidus pārtikas produktos;
Pārtikas produktu ūdens aktivitātes saistību ar to fizikāli ķīmiskajām, reoloģiskajām un tehnoloģiskajām īpašībām, kā arī kvalitatīvo izmaiņu pārstrādes un uzglabāšanas laikā noskaidrošana.
Brīvs un saistīts mitrums pārtikā
Ūdenim pārtikā, kā jau minēts, ir svarīga loma, jo tas nosaka produkta konsistenci un struktūru, un tā mijiedarbība ar esošajām sastāvdaļām nosaka produkta stabilitāti uzglabāšanas laikā.
Produkta kopējais mitrums norāda uz mitruma daudzumu tajā, bet neraksturo tā iesaistīšanos produkta ķīmiskajās, bioķīmiskajās un mikrobioloģiskajās izmaiņās. Brīvā un saistītā mitruma attiecībai ir liela nozīme tā stabilitātes nodrošināšanā uzglabāšanas laikā. Saistītais mitrums ir saistīts ūdens, kas ķīmisko un fizikālo saišu dēļ cieši saistīts ar dažādām sastāvdaļām – olbaltumvielām, lipīdiem un ogļhidrātiem. Brīvais mitrums ir mitrums, kas nav saistīts ar polimēru un ir pieejams bioķīmiskām, ķīmiskām un mikrobioloģiskām reakcijām. Apskatīsim dažus piemērus.
Ar graudu mitruma saturu 15 - 20% saistītais ūdens ir 10 - 15%. Pie lielāka mitruma parādās brīvs mitrums, kas veicina bioķīmisko procesu uzlabošanos (piemēram, graudu dīgtspēju).
Augļu un dārzeņu mitruma saturs ir 75 - 95%. Pamatā tas ir brīvs ūdens, tomēr aptuveni 5% mitruma aiztur šūnu koloīdi cieši saistītā stāvoklī. Tāpēc dārzeņus un augļus ir viegli kaltēt līdz 10 - 12%, bet kaltēšanai līdz zemākam mitruma saturam ir jāizmanto īpašas metodes.
Lielāko daļu produktā esošā ūdens var pārvērst ledū pie -5°C, un visu - -50°C un zemāk. Tomēr noteikta daļa stingri saistītā mitruma nesasalst pat pie -60°C.
"Ūdens saistīšana" un "hidratācija" ir definīcijas, kas raksturo ūdens spēju saistīties ar hidrofilām vielām ar dažādu stiprības pakāpi. Ūdens saistīšanas vai hidratācijas lielums un stiprums ir atkarīgs no tādiem faktoriem kā neūdens komponenta raksturs, sāls sastāvs, pH, temperatūra.
Dažos gadījumos termins "saistītais ūdens" tiek lietots, neprecizējot tā nozīmi, taču tiek piedāvāts arī diezgan daudz tā definīciju. Pēc viņu domām, saistītais mitrums:
Raksturo parauga līdzsvara mitruma saturu noteiktā temperatūrā un zemā relatīvā mitruma apstākļos;
Nesasalst zemā temperatūrā (-40°С un zemāk);
Nevar kalpot kā šķīdinātājs pievienotajām vielām;
Dod joslu protonu magnētiskās rezonanses spektros;
Pārvietojas kopā ar makromolekulām, nosakot sedimentācijas ātrumu, viskozitāti, difūziju;
Tas atrodas netālu no izšķīdušās vielas un citām neūdens vielām, un tam ir īpašības, kas būtiski atšķiras no visas sistēmas ūdens masas īpašībām.
Šīs pazīmes sniedz diezgan pilnīgu saistītā ūdens kvalitatīvu aprakstu. Taču tā kvantitatīvais novērtējums pēc vienas vai otras pazīmes ne vienmēr nodrošina rezultātu konverģenci. Tāpēc lielākā daļa pētnieku sliecas noteikt saistīto mitrumu tikai pēc divām no iepriekšminētajām pazīmēm. Pēc šīs definīcijas saistītais mitrums - tas ir ūdens, kas atrodas izšķīdušās vielas un citu neūdens komponentu tuvumā, kam ir samazināta molekulārā mobilitāte un citas īpašības, kas atšķiras no visas ūdens masas tajā pašā sistēmā un nesasalst pie -40°C. Šāda definīcija izskaidro saistītā ūdens fizisko būtību un sniedz iespēju salīdzinoši precīzi kvantitatīvi novērtēt to, jo. ūdeni, kas nesasalst pie -40°C, var izmērīt ar apmierinošu rezultātu (piemēram, ar PMR metodi vai kalorimetriski). Šajā gadījumā faktiskais saistītā mitruma saturs mainās atkarībā no produkta veida.
Mitruma piesaistes iemesli sarežģītās sistēmās ir dažādi. Visspēcīgāk saistītais ir t.s organiski saistīts ūdens. Tas veido ļoti nelielu ūdens daļu augsta mitruma pārtikā, un tas ir atrodams, piemēram, olbaltumvielu spraugu reģionos vai ķīmisko hidrātu sastāvā. Vēl viens ļoti stipri saistīts ūdens ir tuvumā esošais mitrums, kas ir vienslānis ar lielāko daļu neūdens komponenta hidrofilo grupu. Ūdens, kas šādā veidā saistīts ar joniem un jonu grupām, ir visciešāk saistītais tuvumā esošā ūdens veids. blakus monoslānim daudzslāņu ūdens(polimolekulārās adsorbcijas ūdens), veidojot vairākus slāņus aiz blakus esošā ūdens. Lai gan daudzslāņu mitrums ir mazāk cieši saistīts nekā apkārtējais mitrums, tas joprojām ir pietiekami cieši saistīts ar neūdens komponentu, tāpēc tā īpašības būtiski atšķiras no tīra ūdens. Tādējādi saistītais mitrums sastāv no "organiskā", tuvumā esošā un gandrīz visa daudzslāņu ūdens.
Turklāt nelielam ūdens daudzumam dažās šūnu sistēmās var būt samazināta mobilitāte un tvaika spiediens, jo kapilāros atrodas ūdens. Tvaika spiediena un ūdens aktivitātes samazināšanās (a w) kļūst ievērojama, ja kapilāru diametrs ir mazāks par 0,1 µm, savukārt lielākajai daļai pārtikas produktu ir kapilāri ar diametru no 10 līdz 100 µm, kas, šķiet, nevar būt būtiski. ietekmēt a w samazināšanos pārtikas produktos.
Pārtikas produkti satur arī ūdeni, ko satur makromolekulārā matrica. Piemēram, pektīna un cietes želejas, augu un dzīvnieku audi ar nelielu organisko vielu daudzumu var fiziski noturēt lielu daudzumu ūdens.
Lai gan šī ūdens struktūra šūnās un makromolekulārajā matricā nav skaidri noteikta, tā uzvedība pārtikas sistēmās un nozīme pārtikas kvalitātē ir skaidra. Šis ūdens neizdalās no pārtikas produkta pat liela mehāniskā spēka ietekmē. No otras puses, tehnoloģiskajā apstrādē tas uzvedas gandrīz kā tīrs ūdens. To, piemēram, var noņemt, kad žāvē, vai pārvērst ledū, kad tas ir sasaldēts. Tādējādi šī ūdens kā brīvā ūdens īpašības ir nedaudz ierobežotas, bet tā molekulas uzvedas kā ūdens molekulas atšķaidītos sāls šķīdumos.
Tieši šis ūdens veido galveno ūdens daļu šūnās un želejās, un tā daudzuma maiņa būtiski ietekmē pārtikas produktu kvalitāti. Piemēram, želeju uzglabāšana bieži izraisa kvalitātes zudumu šī ūdens zuduma dēļ (tā sauktā sinerēze). Audu konservēšana sasaldējot bieži izraisa nevēlamu ūdens aizturēšanas jaudas samazināšanos atkausēšanas procesa laikā.
1. un 2. tabulā ir aprakstītas dažādu pārtikas produktu mitruma veidu īpašības.
| Īpašības | bezmaksas | Ūdens makromolekulārā matricā |
| vispārīgs apraksts | ūdens, ko var viegli noņemt no produkta. Dominē ūdens-ūdens-ūdeņraža saites. Tam ir līdzīgas īpašības kā ūdenim vājos sāls šķīdumos. Piemīt brīvas plūsmas īpašība | ūdens, ko var noņemt no produkta. Dominē ūdens-ūdens-ūdeņraža saites. Ūdens īpašības ir līdzīgas ūdenim atšķaidītos sāls šķīdumos. Brīva plūsma ir sarežģīta |
| želeja vai audu matrica | ||
| Sasalšanas punkts | nedaudz zemāks par tīru ūdeni | |
| Spēja būt šķīdinātājam | liels | |
| Molekulārā mobilitāte salīdzinājumā ar tīru ūdeni | nedaudz mazāk | |
| Iztvaikošanas entalpija salīdzinājumā ar tīru ūdeni | bez būtiskām izmaiņām | |
| Saturs, pamatojoties uz kopējo mitruma saturu produktos ar augstu mitruma līmeni (90% H 2 0),% | 96% | |
| Sorbcijas izotermas zona | ūdens III zonā sastāv no ūdens, kas atrodas I un II zonā, + ūdens, kas pievienots vai izņemts III zonā | |
| ja nav želeju un šūnu struktūru, šis ūdens ir brīvs, III zonas apakšējā robeža ir neskaidra un ir atkarīga no produkta un temperatūras | gēlu vai šūnu struktūru klātbūtnē viss ūdens ir saistīts makromolekulārā matricā. III zonas apakšējā robeža nav skaidra un ir atkarīga no produkta un temperatūras | |
| Biežs pārtikas bojāšanās cēlonis | augsts vairuma reakciju ātrums, mikroorganismu augšana | |
Lai atbildētu uz jautājumu, vai ir ūdens pārtikā, var atvērt pavārgrāmatu un aplūkot tajā krāsu tabulu ar uzrakstu: "Produktu uzturvērtība." Tajā, tāpat kā uz zemeslodes, dominē ūdens zilā krāsa virs dzeltenām, brūnām, sarkanām un zaļām olbaltumvielu, tauku, ogļhidrātu un minerālvielu "cietām masām".
Lielākais procents ūdens augu barībā, proti, sēnēs un augļos - gandrīz 90 procenti. Tāpēc žāvēti augļi un dārzeņi ir tik viegli. Ja apēdat kilogramu dārzeņu, tad organisms saņems šķidruma daudzumu, kas līdzvērtīgs litram izdzertā piena.
Visi zinātnieki, uztura speciālisti uzskata par vissvarīgāko pārtiku bērniem. Tas satur visu, kas nepieciešams augošam organismam; olbaltumvielas un cukurs, minerālsāļi, tauki un ūdens. Piens satur 85-90 procentus ūdens, pārējais ir cietas vielas.
Ikviens zina, kā mēs iegūstam pienu. Katrs no mums ir redzējis, kā tiek slaukta govs, kaza vai aita. Bet ir arī piens, kas "aug" kokos. Ir govju augi. Lai gan tos nevar slaukt, tie nodrošina pienu, sviestu, sieru un citus produktus.
Piens, kas "aug" kokos, ir kokosriekstu sula. Kokosriekstu eļļu gatavo no rieksta gaļīgās daļas - "palmīna".
Govs augs, kuram nav ne kāju, ne tesmeņa, ir sojas pupas. Viņu dzimtene ir Ķīna. ko iegūst no vārītām un maltām sojas pupiņām sojas piens. To sabiezina un uzglabā kārbās. Bet vislabāk eļļu iegūt no sojas, jo tikai 10% ūdens.
Mūsu sviests, kas izgatavots no krējuma, satur 14 procentus ūdens. Ūdeni no krējuma noņem, izmantojot separatoru.
Par to var runāt daudz, bet kas par to ūdens saturs gaļas produktos, tad gaļas zupas bļodas izpēte mums būtu sagādājusi lielu vilšanos. Tajā ir 20 karotes ūdens un tikai viena karote barības vielu! Govs gaļā ūdens bija tikpat daudz, cik cilvēka organismā. Bet tas satur 20 procentus olbaltumvielu, - divreiz vairāk nekā vistas gaļā.
"Šķidrā" maize
No mūsu pamata pārtikas produktiem maize satur divas reizes vairāk uzturvielu un divreiz vairāk ūdens nekā kartupeļi. Lielāko daļu ūdens no graudiem atdala kaltēs. Nav brīnums, ka vecais vācu sakāmvārds saka: "Ēd maizi ar sāli, un jums būs sarkani vaigi."
Jāpiemin arī šķidrā maize. Tas ir izgatavots no miežiem. Mākslīgi to diedzējot un pievienojot ūdeni, miežus pārvērš brūnā sīrupā, iesalā. Iesals- nozīmīgākais produkts alus darīšanā, zināms kopš seniem laikiem. Pirms sešiem tūkstošiem gadu senajā Babilonijā varēja dzert 16 dažādas "šķidras" maizes šķirnes. Ir vēl viens, plaši izplatīts "šķidrās" maizes veids - iesala kafija. Tas ir izgatavots arī no diedzētiem miežiem.
Tikpat labi viņi varētu turpināt meklēt pieliekamajā vēl dažas stundas. Galu galā nav neviena pārtikas produkta, kurā nebūtu ūdens! Tātad, pētījums liecina, ka lielākā daļa ūdens, kas nepieciešams mūsu ķermenim cilvēki saņem no pārtikas.
Saistītie raksti
