§ 2.2. Вода в пищевых продуктах и ее определение

Вода сама по себе не имеет питательной ценности, но она непременная составная часть всего живого. В растениях содержится до 90% влаги, в теле взрослого человека около 65%. Определенное содержание воды – одно из необходимых условий существования живого организма. При изменении количества потребляемой воды и ее солевого состава нарушаются процессы пищеварения и кроветворения. Без воды невозможна регуляция теплообмена организма с окружающей средой и поддержание постоянной температуры тела. Очень важен минеральный состав вод. Человек употребляет для питья воду, содержащую 0,02–2 г минеральных веществ на 1 л. Питьевая вода должна отвечать гигиеническим критериям, установленным ГОСТ. Так, питьевая вода должна иметь общую жесткость не более 7 мг·экв/л; допускается содержание свинца не более 0,1 мг/л; цинка – 5 мг/л; мышьяка – 0,05 мг/л. Систематический контроль за качеством питьевой воды осуществляется ЦГЭ. В рамках курса «Анализ продуктов питания» представляют интерес не методы анализа воды, а методы ее определения в продуктах питания.

Вода является основным составным компонентом многих пищевых продуктов. Так, мясо содержит 60–80% воды, овощи – 80–90%, мука – 12–14, кофе-зерна (обжаренный) – 5, масло, маргарин – 16–18, сыр – 37, молоко – 87–89%, напитки 90 и выше.

Вода в пищевых продуктах обуславливает консистенцию и структуру продукта, а ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении. Общая влажность продукта указывает на количество влаги в нем, но не характеризует ее причастность к химическим, биохимическим и микробиологическим изменениям в продукте. В обеспечении его устойчивости при хранении важную роль играет соотношение свободной и связанной влаги.

Связанная влага – это ассоциированная вода, прочно связанная с различными компонентами – белками, липидами и углеводами за счет химических и физических связей.

Свободная влага – это влага, не связанная полимером и доступная для протекания биохимических, химических и микробиологических реакций.

Например, при влажности зерна 15–20% связанная вода составляет 10–15%. При большей влажности появляется свободная влага, способствующая усилению биохимических процессов (например, прорастанию зерна).

Плоды и овощи имеют влажность 75–95%. В основном, это свободная вода, однако примерно 5% влаги удерживается клеточными коллоидами в прочно связанном состоянии. Поэтому овощи и плоды легко высушить до 10–12%, но сушка до более низкой влажности требует применения специальных методов.

Большая часть воды в продукте может быть превращена в лед при –5°С, а вся – при –50ºС и ниже. Однако определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при температуре –60ºС.

«Связывание воды» и «гидратация» – определения, характеризующие способность воды к ассоциации с различной степенью прочности гидрофильными веществами. Размер и сила связывания воды или гидратации зависит от таких факторов, как природа неводного компонента, состав соли, рН, температура.

Существует целый ряд определений «связанной воды» (не замерзает при низкой температуре; не может служить растворителем для добавленных веществ; дает полосу в спектрах протонного магнитного резонанса и др.). Количественная оценка по этим признакам не всегда сходится. Большинство исследователей склоняются к следующему определению. Связанная влага – это вода, которая существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от всей массы воды в той же системе, и не замерзает при –40ºС. Такое определение объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечивает возможность сравнительно точной ее количественно оценки, т.к. вода, незамерзающая при –40ºС, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрическим). При этом действительное содержание связанной влаги изменяется в зависимости от вида продукта.

Причины связывания влаги в сложных системах различны.

• Органически связанная вода – очень малая часть воды в высоко влажных продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе сложных гидратов.

• Близлежащая влага – монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента – наиболее прочно связанный тип близлежащей воды.

• Вода, находящаяся в капиллярах клеточных систем.

• Вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей (гели пектина и крахмала удерживают большое количество воды).

Вода в продуктах питания и ее содержание являются важнейшими факторами, влияющими на устойчивость продуктов при хранении. В продуктах с низкой влажностью могут 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 процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль (пищевые отравления).

Для достижения требуемой активности воды добавляют различные ингредиенты в продукт. Применяя увлажнители можно увеличить влажность продукта, но снизить активность воды. Потенциальными увлажнителями для пищевых продуктов являются крахмал, молочная кислота, сахара, глицерин и др.