Вода в пищевых продуктах. Активность воды
Цель работы:изучить значение воды, ее биологическую роль в жизни человека, формирование понятия активности воды.
Продолжительность выполнения:2 ч.
Вода является главным компонентом организма человека. Тело человека на 2/3 построено из воды. Особенно богаты водой ткани молодого организма. С возрастом количество воды постепенно уменьшается: в теле новорожденного ребенка содержится 70%, в теле зрелого человека 60%, к старости количество воды снижается еще больше. Многие ученые считают одной из причин старения организма – понижение способности коллоидных веществ тела, особенно белков, связывать большое количество воды.
В разных тканях тела содержание воды неодинаково. Она входит в состав костей и зубов – 10-20%, сердца, легких и головного мозга – около 80%, мышц – 76 %, лимфы – около 96%.
Вода распространена в организме между двумя основными пространствами: внутриклеточным (внутриклеточная жидкость) внеклеточным (внеклеточная жидкость) – плазма, лимфа. Вода свободно диффундирует между этими пространствами, тогда как движение растворенных в ней веществ строго регламентируется.
Вода выполняет в организме следующие функции:
- растворяет вещества, поступающие с пищей;
- участвует во всех реакциях окисления, гидролиза сложных органических веществ;
- вымывает отходы из клеток;
- служит смазочным материалом в суставах;
- предохраняет организм от перегрева и охлаждения, равномерно распределяя тепло;
|
|
|
- входит в состав всех органов и тканей организма.
Важная роль воды в биологических системах обусловлена способностью ее молекул образовывать множественные водородные связи. Они объясняют особые химические и физические свойства воды (точка кипения и замерзания, высокая диэлектрическая проницаемость, универсальность как растворителя, способность образовывать ионы Н+ и ОН-).
Организм строго регулирует содержание воды в каждом органе и каждой ткани. Постоянство внутренней среды человеческого тела является одним из главных условий нормальной жизнедеятельности.
При недостатке воды в организме происходит некоторое сгущение крови. Это отрицательно сказывается на снабжении организма кислородом и пищевыми веществами, затрудняется работа почек, ухудшается работа мозга. При избытке воды в организме усиливается работа почек, с большой перегрузкой работает сердце, так как увеличивается объем крови.
Потеря организмом 10% воды вызывает прекращение мочеотделения, а при потере 20% воды человек погибает.
Суточная потребность человека в воде составляет примерно 40 г на каждый килограмм массы его тела (в среднем 2,5 л), у детей грудного возраста значительно выше 120-150 г.
|
|
|
Содержание воды в организме определяется равновесием между ее поступлением и выходом. Основная часть воды поступает с питьем (1,3 л) и пищей (0,85 л), меньшая ее часть
(0,35 л) образуется при обмене веществ (в результате метаболических процессов). При окислении 1 г глюкозы образуется 0,6 г воды, 1 г жира – 1 г воды, 1 г белка – 0,4 г воды. Таким образом, наибольшее количество воды освобождается при окислении жиров.
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 больше 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.
|
|
|
Активность воды. Термин «активность воды» (англ. water
activity – Aw) впервые был введен в 1952 г.
Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах и её причастность к химическим и биологическим изменениям (таким, как гидролитические химические реакции и рост микроорганизмов). Это один из критериев, по которым можно судить об устойчивости пищевого продукта при хранении. Было установлено, что для сохранности пищевых продуктов имеет значение то, в какой мере вода ассоциирована с неводным компонентом. Таким образом, термин «активность воды» введен, чтобы учесть соотношение свободной и связанной влаги в пищевом продукте.
Учитывая важность и большую информационность показателя активности воды, в странах Объединенной Европы его определение, наряду с показателями влажность и концентрация водородных ионов, являются обязательными при экспертизе ряда продуктов, а в США определение активности воды включено в инструкцию по контролю качества пищевых продуктов, а также лекарственных средств и препаратов.
В большинстве случаев, активность воды является функцией влагосодержания, химического состава, структуры, фазового состояния и температуры продукта. Для жидких сред за стандартное состояние принимается чистый растворитель.
|
|
|
Содержание влаги в продукте может быть определено как массовый процент воды по отношению к массе сухого продукта. Продукты, в которых может содержаться влага, могут быть подразделены на две категории: гигроскопичные и негигроскопичные. К гигроскопичным материалам относятся соли, растительные волокна, большинство оксидов металлов, множество полимеров и т.д. Типичными представителями негигроскопичных материалов являются порошки металлов, стеклянные гранулы и т.д. В отношении содержания влаги в продукте определили статическое равновесие как сочетание условий, при котором продукт больше не обменивается влагой с окружающим воздухом. В условиях статического равновесия, содержание влаги гигроскопичного продукта зависит от природы продукта и следующих двух факторов: парциального давления паров воды непосредственно в окружении продукта, температуры продукта. Если содержание влаги в продукте не зависит от этих двух факторов, то продукт негигроскопичен. Гигроскопичные продукты могут поглощать влагу различными путями: сорбция с образованием гидрата, удерживаемого за счет поверхностной энергии, диффузия молекул воды в структуру материала, капиллярная конденсация, образование растворов и т.д. В зависимости от типа абсорбционного процесса, вода может более или менее прочно удерживаться продуктом. Содержащаяся в продукте влага может включать как иммобилизованную часть (например, воду в виде гидратов), так и активную (не связанную химически) часть.
Этот термин, безусловно, лучше характеризует влияние влаги на порчу продукта, чем просто содержание влаги. Естественно, существуют и другие факторы (такие как концентрация О2, 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.
Под показателем активности воды Aw понимают отношение давления водяного пара на поверхности продукта к давлению пара над водой:
Aw = Pw/P0 = РОВ/100,
где Pw – давление водяного пара в системе пищевого продукта;
P0 – давление пара чистой воды (при той же температуре);
РОВ (равновесная относительная влажность) – относительная влажность в состоянии равновесия (при которой продукт не впитывает влагу и не выделяет её в окружающую среду).
Показатель активности характеризует доступность воды для микроорганизмов. Поэтому чем выше показатель активности воды в продукте, тем наиболее вероятна жизнедеятельность тех или иных видов микрофлоры.
По активности воды все продукты делят на следующие:
- продукты с высокой влажностью – Aw >0,9;
- продукты с промежуточной влажностью – 0,6 < Aw < 0,9;
- продукты с низкой влажностью – Aw <0,6.
В продуктах с низкой влажностью может 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 продуктах с высокой влажностью микроорганизмам принадлежит решающая роль. Таким образом, при хранении пищевых продуктов могут происходить следующие изменения:
- максимальное потемнение продукта за счет реакции неферментативного потемнения, A w = 0,6 – 9,75;
- ферментативные реакции могут протекать при более высоком содержании влаги, т.е. когда есть свободная вода. Она необходима для переноса субстрата, так как скорость ферментативной реакции зависит от активности воды;
- ферментативные процессы под действием липаз имеют место даже при A w = 0,1 – 0,2, что, по-видимому, связанно с тем, что липиды в меньшей степени нуждаются в воде как транспортном средстве и подвижность липидов достаточна, чтобы образовать фермент– субстратный комплекс.
- большинство бактерий размножаются при активности воды
Aw = 0,85 – 0,95, плесени – при Aw = 0,6 – 0,8, дрожжи
Aw = 0,8 – 0,9, поэтому низкое значение активности воды тормозит процессы роста микроорганизмов. В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, в меньшей степени бактерии. Таким образом, 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, плесени 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). Одной из самых важных задач при проведении технологических процессов производства продуктов питания является определение барьеров (факторов), которые помогут регулировать активность воды в продуктах. За рубежом с этой целью уже разработаны так называемые барьерные технологии на производство целого ряда продуктов, призванные с помощью определенных барьеров сохранить безопасность и качество продуктов с увеличенным сроком хранения. Контроль над всеми формами ухудшения качества и сведение такого явления к минимуму проводят с помощью показателя «активность воды».
Научно-исследовательские работы по использованию вышеуказанного показателя для оценки качества продуктов проводятся в ТИММ УААН с 2006 г. Специалисты института ведут работы по исследованию влияния активности воды на степень окисления липидов и микробиальную активность в продуктах с промежуточной влажностью из мяса птицы. Цель этой работы – определение порогового значения активности воды и методов влияния на изменение ее величины, с помощью чего можно будет обеспечивать качество и безопасность продуктов как при их производстве, так и при хранении. Например, для определения активности воды в мясе и мясных продуктах применяют различные методы. При использовании гравиметрических методов фиксируют изменение массы пробы или вспомогательного гигроскопического материала за счет сорбции влаги. Гигроскопические методы основаны на изменении геометрических размеров или электрофизических параметров гигроскопического материала (электропроводность, диэлектрическая проницаемость). Перечисленные методы являются косвенными. К прямым относится манометрический метод. Он заключается в непосредственном измерении давления водяного пара с помощью жидкостных, емкостных или других параметров. Этот метод принят за эталонный и чаще всего используется при проведении исследовательских работ.
Контрольные вопросы
1. Какая вода называется структурированной?
2. Опишите основные свойства воды.
3. Что такое активность воды?
4. Какие документы регламентируют требования к воде?
Лабораторная работа № 8
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 2341; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!