Какие качества пищевых продуктов зависят от влажности
Вода входит в состав всех пищевых продуктов. По занимаемому ею объему в общей массе многих пищевых продуктов вода — наиболее значительный компонент, и она оказывает влияние на многие качественные характеристики их, особенно на консистенцию и структуру. Наиболее высокое содержание воды характерно для плодов и овощей (72-95 %), молока (87-90 %), мяса (58-74 %), рыбы (62-84 %). Значительно меньше воды находится в маргарине, сливочном масле (15,7-32,6 %), крахмале (14-20 %), зерне, муке, крупе, макаронных изделиях, сушеных плодах, овощах и грибах, орехах (10-14 %), чае (8,5 %). Минимальное количество воды содержится в сухом молоке (4,0 %), карамели леденцовой (3,6 %), поваренной соли (3,0 %), кулинарных жирах (0,3 %), растительном масле и сахаре (0,1 %).
В животных и растительных тканях вода является наиболее изменяющимся компонентом химического состава. Например, в картофеле в зависимости от хозяйственно-ботанического сорта, района выращивания, почвы, климатических условий и вегетационного периода количество воды колеблется от 67 до 83 %.
В продуктах, изготовленных из растительного и животного сырья, — сахаре, кондитерских изделиях, сырах и др. — содержание воды регламентируется стандартами.
Для многих пищевых продуктов содержание воды (влажность) является важным показателем качества. Пониженное или повышенное содержание воды против установленной нормы для продукта вызывает ухудшение его качества. Например, понижение влаги в мармеладе и джеме ухудшает их консистенцию и вкус, потеря влаги свежими плодами и овощами на 5-7 % уменьшает тургор клеток, поэтому они становятся вялыми, дряблыми, качество их резко снижается и они быстро портятся.
Продукты с высоким содержанием воды нестойки при хранении, так как в них быстро развиваются микроорганизмы. Вода способствует ускорению химических, биохимических и других процессов в пищевых продуктах. Сырые мясо и рыба легко поражаются бактериями, а плоды и овощи — плесневыми грибами.
Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются, долго сохраняются мука, крупа, макаронные изделия, сушеные плоды и овощи и другие продукты, при повышенной влажности эти продукты при хранении быстро плесневеют.
Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги хранятся по-разному. Было установлено, что имеет значение, какими формами связи связана вода с основными веществами пищевых продуктов. Чтобы учесть эти факторы, в начале 50-х годов прошлого столетия появилось новое понятие — активность воды, обозначаемое знаком аw. Активность воды аw выражается отношением давления паров воды над данным продуктом к давлению паров воды над чистой водой при одной и той же температуре. Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах и определяет доступность ее для химических, физических и биологических реакций. Обычно, чем больше воды находится в связанном состоянии, тем меньше ее активность. Но даже связанная вода при некоторых условиях может обладать известной активностью.
По активности воды пищевые продукты делят на три группы:
1. Свежие пищевые продукты, богатые водой, в которых ее активность составляет 0,95-1,0. К ним относятся свежие овощи, фрукты, соки, молоко, мясо, рыба и др.;
2. Переработанные пищевые продукты с активностью воды 0,90-0,95. К ним относятся хлеб, вареные колбасы, ветчина, творог и др.;
3. Пищевые продукты с активностью воды до 0,90. К ним относятся сыр, сливочное масло, копченые колбасы, сухие фрукты и овощи, крупа, мука, варенье и др. Активность воды в этих продуктах чаще 0,65-0,85, а содержание влаги составляет 15-30 %.
Для предупреждения ряда физико-химических, биохимических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, их микробиологической порчи, эффективным средством является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для этого используют сушку, вяление, добавление различных веществ (соль, сахар и др.), замораживание. Низкая активность воды сдерживает развитие микроорганизмов и физико-химические и биохимические реакции. Для каждого вида микроорганизмов существует нижний порог активности воды, ниже которого их развитие прекращается.
Помимо влияния на происходящие при хранении пищевых продуктов процессы, активность воды имеет значение и для текстуры продуктов. Максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах без потери желаемых свойств – это 0,34-0,50, в зависимости от продукта (сухое молоко, крекеры). Большая активность воды необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не должны обладать хрупкостью.
Пищевые продукты обладают гигроскопичностью. Под гигроскопичностью понимают свойства продуктов поглощать из окружающей атмосферы и удерживать водяные пары. Гигроскопичность зависит от физико-химических свойств продуктов, их строения, наличия в них связывающих воду веществ, а также от температуры, влажности и давления окружающего воздуха.
В процессе хранения пищевых продуктов создается равновесное влагосодержание, при котором не происходит поглощения влаги продуктами из окружающей среды, а из продуктов влага не переходит в окружающую среду. Такое состояние наступает тогда, когда давление водяного пара над продуктами будет равно парциальному давлению водяного пара в окружающем пространстве при одинаковой температуре окружающего воздуха и продукта.
Равновесная влажность продуктов носит динамичный характер, так как она меняется в зависимости от внешних условий — влажности, температуры воздуха и давления, а также от физико-химических свойств продукта. При изменении внешних условий равновесная влажность продуктов изменяется, а затем вновь устанавливается на новом уровне.
При выборе условий хранения пищевых продуктов рекомендуется создавать такую относительную влажность воздуха, при которой продукты не подвергаются порче микроорганизмами и не снижают своего качества вследствие усыхания, увядания или слишком большого увлажнения. Так, при хранении муки относительная влажность воздуха должна быть 70 %, свежего картофеля и яблок — 90-95, зеленых овощей — 100 % .
Многие товары при хранении изменяют свою влажность. Увлажнение или усыхание товаров происходит в результате контакта с окружающим воздухом, который всегда содержит водяные пары.
Абсолютная влажность воздуха
— это упругость (или давление) водяного пара (е), содержащегося в воздухе, выраженная в миллибарах (мбар) и характеризующая влагосодержание воздуха. Например 1 м3 воздуха при температуре 0°С может удержать 4 г водяных паров, а при температуре +27°С — 17 г. Обычно в воздухе содержится меньше водяных паров, чем требуется для его полного насыщения.
Поэтому введено определение относительной влажности воздуха (ОВВ, %).
Относительная влажность воздуха (ОВВ, %) представляет собой отношение упругости водяного пара, содержащегося в воздухе, к упругости насыщенного пара при той же температуре (Е). Она характеризует степень насыщенности воздуха водяным паром:
ОВВ(%)= е/Е • 100.
Недостаток насыщенности или дефицит влажности (д) является разностью упругости насыщенного водяного пара при данной температуре и упругости водяного пара, содержащегося в воздухе:
д=Е-е.
Этот недостаток насыщенности, как и упругость водяного пара, выражается в миллибарах.
Максимальная упругость водяного пара зависит от температуры воздуха и очень быстро уменьшается с ее понижением.
Например, при температуре +20°С упругость водяного пара составляет 23 мбар, при +10°С — 11 мбар, при 0°С — 6 мбар, при -10°С — 2,9 мбар, при -20°С — 1,2 мбар и при -30°С — только 0,5 мбар.
Допустим, в 1 м3 воздуха при нормальном давлении и температуре 21°С содержится 15 г водяных паров, а для полного насыщения воздуха водяными парами при этой же температуре и давлении необходимо 20 г водяных паров на 1 м3 воздуха. В этом случае ОВВ составит:
15 г / 20 г • 100=75%.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами и гигрометрами (рис. 6, 9).
Рис. 6. Волосной гигрометр: 1 — винт; 2 — блочок; 3 — грузик; 4 — стрелка; 5 — шкала.
Рис. 9. Гигрограф: 1 — пучок волос; 2 — рамка; 3 — крючок; 4 — угловой рычаг; 5 — цилиндрический противовес; 6 — изогнутая часть рычага; 7 — плечо стрелки; 8 — стрелка.
Психрометр состоит из двух термометров, спиртовой шарик одного из которых обернут батистовой ленточкой, опущенной в стакан с дистиллированной водой. Влажный термометр показывает более низкую температуру, чем сухой, так как на испарение воды затрачивается тепло. Чем суше воздух, тем быстрее происходит испарение влаги, значит больше разница в показаниях сухого и влажного термометров. По разности показаний сухого и влажного термометров (°С) с помощью психрометрической таблицы определяют ОВВ в помещении (рис. 7).
Рис. 7. Психрометр.
Продукты, обладающие большой активной поверхностью и содержащие гидрофильные вещества (крахмал и др.), являются гигроскопическими, то есть способными быстро поглощать влагу.
При низкой относительной влажности воздуха может происходить усыхание некоторых продуктов питания.
Для хранения каждого вида товара необходима определенная относительная влажность.
При одной и той же абсолютной влажности относительная влажность воздуха может расти и убывать в зависимости от температуры. С понижением температуры ОВВ повышается, воздух становится более влажным. С повышением температуры происходит обратное.
В случае избытка водяных паров в воздухе они конденсируются (сгущаются) и выпадают в виде росы и дождя при температуре выше 0°С, в виде инея и снега — при температуре ниже 0°С.
Образование капель воды (отпотевание) можно наблюдать на поверхности товара, если его внести с холода в теплое помещение. Теплый воздух, соприкасаясь с холодной поверхностью товара, охлаждается и становится насыщенным. Отпотевание продукта происходит при резких колебаниях температуры.
Между влажностью воздуха и влажностью продукта имеется взаимосвязь — продукт или теряет влагу, или поглощает ее из воздуха. Через некоторое время устанавливается равновесие между содержанием влаги в продукте и относительной влажностью — упругость водяного пара в воздухе соответствует упругости пара над поверхностью продукта, потому не происходит ни усушки, ни увлажнения.
Испарение воздуха из продуктов увеличивается с повышением температуры, понижением относительной влажности воздуха, усилением его циркуляции.
Высокая относительная влажность воздуха в некоторых регионах страны весьма часто является причиной порчи продуктов питания при хранении.
В тех районах, для которых характерно понижение температуры воздуха летом, рано наступают первые морозы и поздно — последние; в которых зима мягкая, с частыми оттепелями, — к снегованию овощей нужно относиться осторожно и систематически следить за температурой внутри буртов с овощами.
Учитывая особенности климата региона необходимо систематически измерять температуру и относительную влажность воздуха в местах хранения овощей и плодов.
Если относительная влажность воздуха высокая, то помещение в сухую погоду необходимо проветривать, на железных противнях следует разложить негашеную известь.
Если влажность воздуха ниже, чем требуется, то при сырой погоде рекомендуется проветривать помещение, мыть полы, на батареях отопления подвесить керамические стаканчики с водой, которая, испаряясь, увеличит количество водяных паров в воздухе.
Вода входит в состав всех пищевых продуктов. Наиболее высокое содержание воды характерно для плодов и овощей (72—95%), молока (87—90%), мяса (58—74), рыбы (62— 84%). Значительно меньше воды находится в зерне, муке, крупе, макаронных изделиях, сушеных овощах и плодах, орехах, маргарине, сливочном масле (12—25%). Минимальное количество воды содержится в сахаре (0,14—0,4%), растительном и топленом масле, кулинарных жирах (0,25—1,0%), поваренной соли, чае, карамели без начинки, сухом молоке (0,5—5-%).
Вода в натуральных продуктах
В натуральных продуктах вода является наиболее подвижным компонентом химического состава тканей. Так, содержание воды в свежей сельди колеблется в широком диапазоне— от 51,0 до 78,3%, в тресковых рыбах —от 70,6 до 86,2% в зависимости от возраста, пола, района и времени лова. Количество воды в картофеле может быть в пределах 67—83%, в дынях — 81—93% и зависит от хозяйственно-ботанического сорта овощей, района их выращивания и погоды вегетационного периода.
В продуктах, изготовленных из растительного и животного сырья, — сахаре, кондитерских, колбасных изделиях, сырах и других — содержание воды регламентируется стандартами.
Нормальные функции организма животных и растении осуществляются только при достаточном содержании в тканях воды. Плоды и овощи при потере воды в количестве 5-7% увядают и теряют свежесть.
Утрата воды животными в пределах 15—20% приводит к их гибели. Она участвует во многих биохимических реакциях при жизни организма и в биохимических посмертных изменениях. Вода необходима для химических и коллоидных процессов, протекающих в животных и растительных тканях во время их переработки.
В теле взрослого человека находится 58—67% воды. В среднем в сутки человек потребляет примерно 40 г воды на каждый килограмм массы тела, и такое же количество он теряет в виде различных выделении. Без пищи человек может существовать около месяца, тогда как без воды — не более 10 дней.
Часть необходимого количества воды (около 50%) человек получает с пищей, другую часть — при потреблении напитков и питьевой воды. 350—450 г воды образуется в теле человека в сутки при окислительных процессах (при окислении 1 г жира образуется 1,07 г воды, 1 г крахмала — 0,55 г и 1 г белка — 0,41 г воды).
Свойства продуктов зависят не только от количества содержащейся в них воды, но и от формы связи ее с другими веществами.
Вода, входящая в состав пищевых продуктов, находится в трех формах связи с сухими веществами: физико-механической (влага смачивания, влага в макро- и микрокапиллярах), физико-химической (влага набухания, адсорбционная) и химической (ионная и молекулярная связи). Преобладают первые две формы связи, химическая связь в продуктах встречается редко.
Влага смачивания
Влага смачивания — влага в виде мельчайших капель на поверхности продуктов или на поверхности разреза тканей продуктов. Она удерживается силами поверхностного натяжения.
Макро и микрокапиллярная влага
Макрокапиллярная влага — влага, которая находится в капиллярах радиусом более 10-5 см, микрокапиллярная в капиллярах радиусом менее 10-5 см. Макро- и микрокапиллярная влага представляет собой растворы, содержащие минеральные и органические вещества продукта. Она удерживается силой капиллярности в промежутках структурнокапиллярной системы продуктов.
При резке мяса, рыбы, плодов, овощей под механическим воздействием может происходить частичная потеря структурно-капиллярной влаги в виде мышечного, плодового и овощного сока, обладающего высокой пищевой ценностью.
Наиболее легко удаляется из продукта влага смачивания, она наименее прочно связана с субстратом. Капиллярная влага связана с сухими веществами продукта механически и в неопределенном количестве. Микрокапиллярная влага из продукта удаляется труднее, чем макрокапиллярная.
Влага набухания
Влага набухания, называемая также осмотически удерживаемой влагой, находится в микропространствах, образованных мембранами клеток, фибриллярными молекулами белков и другими волокнистыми структурами. Она удерживайся осмотическими силами.
Осмотически удерживаемая влага находится в соке клеток, обусловливая их тургор, оказывая влияние на пластические свойства животных тканей. Влага набухания связана с сухими веществами продукта непрочно, удаляется во время сушки раньше, чем микрокапилярная влага.
Влагу смачивания, микро-, макрокапиллярную и осмотическую называют свободной водой пищевых продуктов. Свободная вода имеет обычные физико-химические свойства: плотность ее около единицы, температура замерзания около 0°, удаляется при высушивании и замораживании продуктов, является активным растворителем. За счет нее главным образом происходит естественная убыль массы — усушка продуктов при хранении и транспортировании.
Адсорбционно-связанная вода
Адсорбционно-связанная вода находится у поверхности раздела коллоидных частиц с окружающей средой. Она прочно удерживается молекулярным силовым полем и входит в состав мицелл различных гидрофильных коллоидов, из которых наибольшее значение имеют водорастворимые белки. Поэтому этот вид влаги называют водой связанной, или гидратационной.
Она не растворяет органические вещества и минеральные соли, замерзает при низкой температуре (—71°), обладает пониженной диэлектрической постоянной, не усваивается микроорганизмами.
Семена растений и споры микроорганизмов переносят низкие температуры, так как вода в них гидратационная, не образует кристаллов льда, способных повредить клетки тканей.
К связанной воде с химической формой связи относят кристаллизационною влагу, которая входит в состав молекул в строго определенном количестве, например в состав молочного сахара (С12Н22О11•НгО), глюкозы (С6Н12О6• Н2О). Ее удаляют прокаливанием химических соединений, в результате чего происходит разрушение материала.
Между связанной и свободной водой продуктов не наблюдается резкой границы. Молекулы воды полярны (в молекуле воды несимметрично расположены электрические заряды: кислородный конец ее несет отрицательный заряд, а водородный — положительный), поэтому наиболее прочно связаны те молекулы воды, которые ориентированы в зависимости от знака и величины заряда коллоидной частицы.
Молекулы, расположенные блике к мицелле, прочнее удерживаются электростатическими силами притяжения. Чем дальше удалены молекулы воды от коллоидной частицы, тем слабее связь. Молекулы воды крайнего слоя являются менее связанными с мицеллами и могут обмениваться с молекулами свободной воды.
В растительных и животных тканях преобладает свободная вода. Так в мышцах животных и рыб основная часть воды связана с гидрофильными белками за счет осмотических (45—55%), капиллярных (40—45%») сил, воды смачивания (0,8—2,5%), а на долю связанной воды приходится только 6,5—7,5%- В плодах и овощах находится до 95% свободной воды. Поэтому эти продукты сушат до содержания остаточной влажности 8—20%, так как свободная вода из них легко удаляется.
Вода в пищевых продуктах при переработке и хранении может переходить из свободной в связанную, и наоборот, что вызывает изменение свойств товаров. Например, при выпечке хлеба, варке картофеля, производстве мармелада, пастилы, студней и желе происходит превращение части свободной воды в адсорбционно связанную с коллоидными частицами белков, крахмала и других веществ, а также возрастает количество осмотически удерживаемой влаги.
В соках из плодов, ягод, овощей меняются формы связи воды по сравнению с исходным сырьем. При черствении хлеба и отмокании мармелада, в результате старения студней, при оттаивании замороженного мяса и картофеля наблюдается переход части связанной воды в свободную.
Пищевые продукты при хранении и перевозке
Пищевые продукты при хранении и перевозке в зависимости от условий поглощают извне или отдают водяные пары. При этом их масса увеличивается или уменьшается. Способность продуктов к поглощению и отдаче водяных паров называется гигроскопичностью. Количество воды, которое поглощает или отдает продукт, зависит от влажности, температуры и давления окружающего воздуха, химического состава и физических свойств самого продукта, а также от состояния его поверхности, вида и способа упаковки.
Наиболее высокой гигроскопичностью обладает сухое молоко, яичный порошок, сушеные овощи и плоды, крахмал и др. Поглощенная из воздуха влага, которая называется гигроскопической, в продукте может находиться как в свободном, так и в связанном состоянии.
Условия и сроки хранения ряда продуктов зависят от соотношения в них свободной и связанной воды. Например, зерно, мука, крупа при влажности до 14% хорошо сохраняются, так как почти вся влага в них находится в связанной состоянии. При повышении содержания в них воды накапливается и свободная влага, усиливаются биохимические процессы, поэтому возникают трудности в хранении.
Продукты с высоким содержанием свободной воды (мясо, рыба, молоко и др.) плохо сохраняются, являются скоропортящимися. Для длительного хранения их подвергают консервированию.
Влажность продукта
Влажность продукта — это выраженное в процентах отношение свободной и адсорбционно связанной воды к его первоначальной массе.
Для многих пищевых продуктов содержание воды (влажность) является важным показателем качества. Пониженное или повышенное содержание воды против установленной нормы для продукта вызывает ухудшение его качества. Например, мука, крупа, макаронные изделия с повышенной влажностью при хранении быстро плесневеют, а понижение влаги в мармеладе и джеме ухудшает их консистенцию и вкус.
Потеря влаги свежими плодами и овощами уменьшает тургор клеток, поэтому они становятся вялыми, дряблыми и быстро портятся.
Смотрите также: