Состояние и свойство воды во влажных материалах. Роль свободной воды в развитии микроорганизмов на сырье и пищевых продуктах

Одним из применяющихся показателей степени связыва­ния воды является изотерма сорбции пищевого продукта. Изотерму можно разделить на три области: область сильного связывания водных молекул с отдельными участками, называемую область мономолекулярного слоя; выс­шая область, в которой вода легко замораживается и имеет давление па­ра, равное давлению пара свободной воды.

Анализируя эту воду, можно обнаружить, что, несмотря на связанное состояние воды, она доступна для химических и биологических реакций.

Вода в количестве, меньшем мономолекулярного слоя, не действует как обычная вода - растворитель. Свыше монослоя растворимые вещества могут растворяться и реагировать в растворе. Скорость реакции увеличивается по мере увеличения количества растворенных веществ, так как при этом вследствие снижения вязкости подвиж­ность растворенных веществ может увеличиться.

По величине a_wвсе пищевые продукты делятся на 3 группы:

• пищевые продукты с высокой влажностью (ПВВ a_w= 1 – 0,9) например, молоко, напитки, мясо, рыба овощи, фрукты, и т.д.

• пищевые продукты с промежуточной влажностью (ППВ a_w= 0,9 – 0,6); к ним относятся сгущенное молоко, джемы, шоколад, конфеты, вяленная говядина и др.

• пищевые продукты с низкой влажностью (ПНВ a_w= 0,6 – 0); к ним относятся: сухое молоко, растворимый кофе, крупы, сахар-песок и др.

На хранимоспособность продуктов большое влияние оказывает a_w. При равных условиях хранения максимальную стойкость к порче различного происхождения проявляют ПНВ, затем ППВ и ПВВ.

Взаимодействие воды с углеводами

В процессе взаимодействия углеводов с водой участвует большое число химических групп. Кроме атомов кислорода, OH-, CH-, CH₂- групп, которые входят в состав простых нейтральных сахаров, следует рассмот­реть карбонильные, N-ацетильные, сульфатные, метильные, метоксильные и другие группы. На основании их возможного взаимодействия с водой можно было бы предположить, что каждая из этих групп взаимодействует с водой в основном так, как для растворов малых молекул. Но, поскольку речь идет об одном важном типе взаимодействия сахара с водой (а именно об образовании водородных связей с водой за счет водорода гидроксильных групп сахара), рассмотрения одного только действия индивидуальных групп недостаточно. Определящим фактором гидратационных свойств явля­ется относительная пространственная ориентация гидроксильных групп.

По-видимому, присутствие ОН-группы у углеродного атома в моноса­харидах сглаживает любые потенциально возможные гидрофобные эффекты СН-группы. Однако в случае дисахаридов существует возможность возник­новения значительных эффектов, связанных с взаимодействием растворен­ных частиц с растворителем или растворенных частиц друг с другом, вследствие наличия гидрофобных областей или поверхностей.

На основании поведения моносахаридов в составе дисахаридов предполагают, что возмож­ность вращения вокруг гликозидных связей наряду с возможностью внутри­молекулярного взаимодействия между двумя моносахаридными остатками яв­ляется дополнительным источником неопределенности при установлении мо­лекулярной конформации. Существование внутримолекулярной водородной связи между двумя остатками обнаружено в кристалле и неводных раство­рителях (диметилсульфоксиде - ДМС) методом ЯМР- и ИК-спектроскопии. Так например, целлобиоза имеет Н-связь между атомами кислорода О3' и О5; мальтоза стабилизируется в кристаллическом состоянии и до некото­рой степени в растворе ДМС Н-связью между атомами кислорода О3' и О2.

Роль воды в полисахаридных гелях.Этот вопрос изучен не на доста­точном уровне, но имеющие данные исследований в этой области дают воз­можность сделать некоторые предположения.

Прежде всего следует отметить, что поскольку конформации спиралей почти не связаны с каким-либо водным окружением, можно было бы счи­тать, что процесс образования бифиллярных (двойных) спиралей протекает в неводных растворителях. Однако эти полисахариды не образуют гелей в неводных средах. Поэтому можно представить, что вода все-таки принимает некоторое участие в образование геля. Возможно, её роль состоит в том, что она определяет конформационные свойства данного полимера. Од­нако все еще остается в силе утверждение, что природа гелей является в первую очередь результатом взаимодействия типа полимер - полимер, а не следствием обширной упорядоченности воды.

Роль воды в гелях, образующихся путем мицеллобразования, изучена лучше. Механизм этого процесса характерен для водных систем. Однако пространственная структура геля обусловлена образованием поперечных связей между полимерными цепями (сетчатая структура), а свойства раст­ворителя проявляются лишь в незначительной степени. Следовательно, можно заключить, что роль воды при образовании геля состоит главным образом в осуществлении каталитической функции .