Как изменяется объем воды, когда она превращается в лед? 4 страница

Пены в кулинарной практике получают главным образом дисперга- ционным способом, при котором пена образуется в результате интен­сивного совместного диспергирования (взбивания) пенообразующего белкового раствора и воздуха. На объем пены оказывают влияние фор­ма рабочего органа взбивальной машины и интенсивность процесса, которая вначале должна быть невысокой, а затем включаются высокие скорости вращения рабочего органа. Чтобы получить пену с большим объемом, ее белки следует перед взбиванием охладить до температуры 3...5 °С. Хорошо взбитые белки увеличиваются в объеме в 5...8 раз, со­храняют форму, придают блюдам нежную консистенцию.

К взбивной продукции общественного питания относятся некото­рые сладкие блюда (муссы, самбуки, кремы, взбитые сливки, суфле, пудинги, мороженое и т. д.), коктейли молочные, бисквитное тесто, белково-взбивной полуфабрикат, крем безе, заварной крем и др.

Таким образом, белки пищевых продуктов (яиц, молока) и желатин являются универсальными структурообразователями в сложных мно­гокомпонентных системах, каковой является продукция обществен­ного питания, выполняя геле- (студне-) и пенообразующую и эмуль­гирующую роль.

4.5. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ФАКТОРОВ НА СВОЙСТВА БЕЛКОВ

В процессе производства продукции общественного питания бел­ки подвергаются различного рода внешним воздействиям (механиче­ским, термическим), в результате которых происходят их денатурация и деструкция.

Денатурация глобулярных белков

Процесс изменения нативной (природной) конформации белковой молекулы получил название денатурация. Эти изменения касаются физических, биологических и в меньшей степени химических свойств белка. При этом процессе: разрушаются четвертичная (нековалентное агрегирование двух и более полипептидных цепей, имеющих третичную структуру) и третичная (полная трехмерная структура белка — клубок) структруры белка; частично — вторичная структура белковой молекулы (пространственная ориентация полипептидной цепи — спираль) и не изменяется первичная структура (состав и последовательность располо­жения аминокислотных остатков в полипептидной цепи).

Среди факторов, вызывающих денатурацию белков в процессе ку­линарной обработки пищевых продуктов, следует назвать механиче­скую и тепловую обработку. Денатурация белков при механической обработке имеет место, например, при взбивании яиц в процессе по­лучения пенной структуры, приводящее к частичной или полной де­натурации белков, находящихся в структуре пены в виде тонких пле­нок (поверхностная денатурация).

Тепловая денатурация белков является одним из основных физико­химических процессов, протекающих в продуктах животного и расти­тельного происхождения при переработке их в продукцию общественно­го питания и оказывающих влияние на ее качество. Тепловая денатурация белков пищевых продуктов является процессом необратимым.

В настоящее время больше всего изучена денатурация водораство­римых глобулярных белков. При денатурации происходит разрушение «твердой» структуры белка (гидрофобного ядра) и затем ее повторная самоорганизация. При нагревании внутримолекулярные взаимодей­ствия ослабляются за счет разрыва слабых связей (водородных, ван- дерваальсовых), подвижность полипептидной цепи увеличивается, проникающая внутрь пор гидрофобной части глобулы вода (при до­стижении определенной температуры) как бы разрушает глобулу, а по- липептидная цепь разворачивается и самоорганизуется с образовани­ем новой конформации белка (клубка), который таким образом теряет свою нативную структуру и, как следствие, биологические и физиче­ские свойства. Следует отметить, что сложность физической и химиче­ской структуры белков является причиной разнообразия тех свойств, которые могут исчезать или изменяться при денатурации.

К наиболее важным изменениям, происходящим при денатурации большинства белков, которые могут быть измерены количественно, относятся: потеря или уменьшение растворимости и способности к на­буханию; потеря биологической активности; увеличение реактивности групп, входящих в состав молекул белка; изменение формы или величи­ны молекул.

Глубина денатурационных изменений белков зависит от темпера­туры, продолжительности теплового воздействия, рН-среды и влаж­ности, с увеличением которых она возрастает. Необходимым условием для денатурации белка является наличие воды. В более влажных систе­мах этот процесс протекает значительно интенсивнее, тогда как сни­жение содержания воды замедляет денатурационные изменения, или она не происходит, если нагревается абсолютно сухой белок.

Следствием тепловой денатурации белков является изменение их коллоидного состояния, называемого свертыванием.

При нагревании концентрированных золей (белки яйца) при дости­жении определенной температуры (около 80 °С) свернувшиеся белки образуют сплошной гель, удерживающий в своей системе всю воду (1 г белка удерживает около 6 г воды — яйцо, сваренное вкрутую). Плот­ность геля повышается с увеличением температуры и продолжительно­сти нагревания.

Нагревание обводненных гелей (казеин простокваши, миофибрил- лярные белки мышечной ткани, набухшие белки круп и бобовых куль­тур, белки клейковины) вызывает их сжатие и выпрессовывание части удерживаемой ими жидкости с образованием коагеля. Объем коагеля уменьшается, а его механическая прочность возрастает. Указанные из­менения усиливаются с увеличением температуры и продолжительно­сти теплового воздействия.

Тепловая денатурация белков оказывает положительное влияние на качество продукции общественного питания, которое проявляется в следующем.

Денатурированные ферменты теряют свою биологическую актив­ность, что улучшает, например, качество выпеченных изделий из ржа­ного теста вследствие инактивации фермента а-амилазы, которая раз­рушается при 70 °С, тогда как в пшеничном тесте при температуре более 80 °С. При варке яиц белок овомукоид в результате денатурации теряет антиферментные свойства, что способствует лучшему его переварива­нию и усвоению.

Денатурированные белки (температура не более 70 °С) лучше пере­вариваются ферментами пищеварительного тракта, чем нативные. Поскольку температура 70 °С недостаточна для доведения продукции общественного питания до кулинарной готовности, ее увеличивают до 80 °С и более (требования санитарных правил). При таких температу­рах происходит значительное уплотнение белковых гелей, что ухуд­шает условия воздействия на них протеолитических ферментов и, как следствие, их перевариваемость.

Тепловая денатурация и свертывание белков являются одним из основных физико-химических процессов, протекающих при тепловой кулинарной обработке мяса, птицы, рыбы, субпродуктов, яиц, выпеч­ке мучных кулинарных (пирожки, расстегаи, пончики и др.), конди­терских (изделия из бисквитного, заварного и слоеного теста и др.) и булочных изделий, горячих сладких блюд (суфле, пудинги), обуслов­ливающих формирование их качества (текстуры, консистенции, цве­та, внешнего вида, выхода и других показателей).

В процессе производства продукции общественного питания белки нагреваются до температур (80... 130 °С), значительно превышающих их температуры денатурации, и выдерживаются при этих температурах то или иное время. Повышенные температуры и длительное нагрева­ние вызывают дальнейшие химические изменения белковых молекул (частичную деструкцию), проявлением которых является выделение летучих веществ (сероводорода, аммиака и др.).

Сваривание и деструкция коллагена

Из содержащихся в пищевых продуктах фибриллярных белков (кол­лаген, эластин, миозин, актин и др.) наибольшее влияние на качество кулинарных изделий и блюд оказывают изменения в процессе тепло­вой кулинарной обработки белка коллагена, тогда как эластин при ку­линарной обработке изменяется столь незначительно, что не оказыва­ет заметного влияния на структуру и свойства кулинарной продукции.

При нагревании в воде отдельных коллагеновых волокон или их пучков вначале они несколько набухают, а затем деформируются. Упо­рядоченная структура коллагена (вытянутые параллельные цепи) пла­вится, и коллаген переходит в аморфное состояние. В расплавленном состоянии из-за ослабления внутри- и межмолекулярного взаимо­действия цепи за счет разрыва части поперечных связей, стабилизи­рующих структуру коллагенового волокна, принимают произвольную конфигурацию, что приводит к усадке (сокращению) коллагенового волокна. Длина волокон может уменьшиться до 60 % от первоначаль­ной, а их диаметр увеличивается, что приводит к увеличению объема волокна по сравнению с первоначальным.

Поскольку процесс сваривания коллагена идет с поглощением теп­ла (8,4...22,7 Дж/г), которое необходимо для разрушения поперечных связей (водородных и др.), в систему должно постоянно подаваться тепло.

Заметные изменения линейных размеров коллагеновых волокон на­земных животных наблюдаются при достижении 50 °С (коллагена кожи рыб — около 40 °С). При дальнейшем повышении температуры разру­шение структуры волокон значительно усиливается, и при достиже­нии температуры 55...65 °С для коллагенов различного происхождения происходит резкое и мгновенное сокращение длины волокон и уве­личение их объема. Этот процесс называется свариванием коллагена, а температура, при которой происходит резкое и мгновенное уменьше­ние длины и увеличение диаметра волокон — температурой сварива­ния. Температура сваривания коллагенов различного происхождения неодинакова, и даже коллаген одного и того же происхождения в за­висимости от толщины и структуры волокон может иметь температуру сваривания, отличающуюся между собой до 6 °С. Сваривание коллагена сопровождается отщеплением от коллагена значительной части связан­ных с ними углеводов. Наряду с изменением линейных размеров колла­геновых волокон происходит нарушение их фибриллярной структуры, и волокна становятся стекловидными. При сваривании коллагена трой­ные, плотно свитые спирали нативного коллагена переориентируются в беспорядочно свернутые молекулы. Волокна становятся эластичны­ми, более доступными действию ферментов желудочно-кишечного тракта (трипсина), их прочность значительно снижается.

Температура сваривания зависит от содержания воды в коллагено­вом волокне. Чем оно выше, тем ниже температура сваривания. Сухой коллаген не сваривается даже при температуре выше 100 °С. Коллаген может адсорбировать воду до половины своего веса.

Нагревание коллагеновых волокон выше температуры сваривания вызывает дальнейшее разрушение их структуры, обусловленное по­следовательным разрывом поперечных связей между молекулами тро-

поколлагена и внутримолекулярных поперечных связей между цепями тропоколлагена, что приводит в конечном счете к необратимой деза­грегации (деструкции) не только структуры волокон, но и к дезагрега­ции структуры молекулы тропоколлагена. Это процесс резко ускоря­ется при температурах выше 80 °С. В результате описанных изменений из коллагена образуется растворимый в горячей воде (40 °С и выше) продукт, называемый глютином.

Переход коллагена в глютин — это процесс, при котором высоко­организованное квазикристаллическое, нерастворимое в воде колла­геновое волокно превращается из бесконечно ассиметричной сетки взаимосвязанных тропоколлагеновых единиц в водорастворимую си­стему независимых молекул с гораздо более низкой степенью внутрен­ней упорядоченности.

Процесс перехода коллагена в глютин включает следующие стадии:

плавление трехспиральной структуры до аморфного состояния;

гидролиз поперечных (межмолекулярных) связей между тропо­коллагеновыми единицами;

гидролиз внутримолекулярных поперечных связей;

гидролиз пептидных связей главной цепи.

Таким образом, свойства глютина зависят от аминокислотного со­става исходного коллагена, который определяет термодинамические параметры фазового перехода, от числа и распределения внутри- и меж­молекулярных поперечных связей, которые устанавливают начальную степень полимеризации волокнистой сетки, и от порядка, в котором проходят вторая, третья и четвертая стадии. Для образования глютина необязательно наличие всех четырех стадий, а также, по-видимому, не­обязательно, чтобы каждая стадия прошла полностью.

Ускорить процесс перехода коллагена в глютин можно посредством предварительной кислотной обработки (например, маринование мяса), обработкой мяса с повышенным содержанием коллагена проте- олитическими ферментами (например, папаином, бромелином и др.), а также воздействием высоких температур (110 °С и выше). При варке мяса в автоклаве при температуре 120 °С глютина образуется в течение одного и того же времени в 2 раза больше, чем при варке в кипящей воде при обычном давлении. Поскольку при высоких температурах быстрее протекают и нежелательные реакции (распад витаминов, де­струкция мышечных белков, реакция меланоидинообразования и др.), снижающие пищевую и биологическую ценность продукта, автоклавы для приготовления кулинарной продукции не применяются.

Вода

Вода в силу особенностей своих физических и химических свойств играет исключительно важную роль в формировании качества про­дукции общественного питания, ее физико-химических, структурно­механических и органолептических показателей, а также устойчивости в процессе хранения. Вода в различных количествах является компо­нентом химического состава практически всех пищевых продуктов как животного, так и растительного происхождения, а продукции об­щественного питания в особенности. Она содержится в клетке и вне ее, выполняя роль диспергирующей среды и растворителя, участвует, таким образом в формировании структуры и консистенции, внешнего вида и других органолептических свойств натуральных продуктов.

Техническая роль воды заключается в том, что вода в жидком и па­рообразном состоянии или в их сочетании является теплоносителем.

Это ее свойство проявляется в двух направлениях. Первое — вода (пар) пе контактирует с пищевыми продуктами, выполняя функцию проме­жуточного теплоносителя в рубашке тепловых аппаратов (например, пищеварочные котлы с косвенным обогревом). Второе — вода (пар) находится в контакте с пищевыми продуктами, являясь средой (ва­рочной, паровоздушной), в которой продукт доводится до состояния кулинарной готовности (наплитная посуда, котлы с косвенным обо­гревом, паровые камеры, парконвектоматы и др.).

Технологическая функция воды широка и многогранна и состоит в том, что она является:

рецептурным компонентом многих полуфабрикатов, кулинар­ных изделий, блюд, мучных кондитерских и булочных изделий, участвуя в формировании структуры названной продукции;

средой в пищевых дисперсных системах, в которой происходят физические, химические, коллоидные и биохимические реак­ции (взаимодействия) основных нутриентов, а также структуро- образователем, что в конечном счете предопределяет качество готовой продукции;

растворителем многих пищевых продуктов и их компонентов в процессе производства продукции общественного питания;

веществом с нейтральным вкусом и запахом, что позволяет фор­мировать продукцию (пищевые композиции) с самыми разно­образными вкусовыми, ароматическим и цветовыми оттенками.

Санитарно-гигиеническая функция воды проявляется в том, что она:

в процессе гидромеханической обработки удаляет с поверхно­сти продуктов загрязнения и снижает микробиологическую об- семененность сырья и полуфабрикатов;

обладает высоким пастеризующим и стерилизующим эффектом;

при низких минусовых температурах (в состоянии льда) явля­ется самым распространенным и эффективным консервантом, что позволяет в течение длительного времени сохранять на вы­соком уровне качество продукции.

Состояние воды (жидкое, твердое, парообразное) оказывает боль­шое влияние на течение химических реакций, рост и развитие микро­организмов, структуру продукции. Для технологических целей должна использоваться питьевая вода, требования к качеству которой заложе­ны в нормативной документации (ГОСТе). Такой широкий перечень функций, которые выполняет вода, не говоря о ее огромной физиологической роли в организме всех живых существ, свидетельствует о ее уникальных физических и химических свойствах.

С точки зрения химии и физики вода представляет собой вещество, в высокой степени способное к реакциям, отличающимся по своим свойствам от других жидкостей, распространенных в природе. Вода и продукты ее диссоциации — ионы водорода (протоны) и ионы ги­дроксила — являются исключительно важными факторами, опреде­ляющими структуру и функциональные свойства таких органических веществ, как белки, липиды, нуклеиновые кислоты, а также структуру и свойства биологических мембран и субклеточных органелл клетки.

Физические и химические свойства воды.

Химические свойства. Специфические свойства воды объясняются своеобразием строения ее молекулы, самой ма­ленькой из трехатомных молекул.

В молекуле воды шесть валентных электронов кислорода гибри­дизированы в четырех орбиталях, которые вытянуты к углам; образуя тетраэдр. У молекулы воды имеется два положительных и два отрица­тельных заряда по углам тетраэдра. Электронная конфигурация молекулы воды, по существу, лежит в основе ее структурных формирований, особенностей межмолекулярного взаимодействия, осуществляемого посредством водородных связей. Именно они ответственны за пространственное размещение молекул, благодаря чему вода является жидкостью. Напомним причину образования водородной связи. Атом водорода, отдавая электрон на образование так называемой ковалентной связи с каким-нибудь элементом с выраженными электроотрицательными свойствами (например, кислороду, азоту, фтору и др.), может всту­пать в нестойкое соединение с еще одним атомом такого же элемен­та. Такая особенность водородного атома обусловливается тем, что, отдавая свой единственный электрон на образование связи с сильно электроотрицательным элементом, он остается в виде ядра очень ма­лого размера, почти лишенного электронной оболочки. Поэтому он не испытывает отталкивания от электронной оболочки другого атома, а, наоборот, притягивает ее и может вступить с ней во взаимодей­ствие. Атом водорода, ковалентно связанный с атомом кислорода, азота, фтора взаимодействует с аналогичным электроотрицательным атомом другой молекулы, осуществляет таким образом водородную связь. Энергия водородной связи намного меньше, чем ковалентной, но поскольку таких связей очень много, они обеспечивают высокую устойчивость жидкой воды. В силу того что время полужизни водород­ных связей очень мало, вода является подвижной жидкостью.

Физические свойства

Вода может существовать в трех агрегатных состояниях: жидком, парообразном и твердом (лед). При температуре от 0 до 100 °С — жид­кость, выше 100 °С — пар, а при температуре ниже 0 °С — лед. Установ­лено, что плотность (г/см³) воды (при 0 °С — 0,9998, 20 °С — 0,9982) достигает максимума (равна 1,0) при 4 °С. Охлаждаясь до этой тем­пературы, вода уменьшается в объеме, а при дальнейшем понижении температуры, от 4 до 0 и ниже, а также при повышении от 4 °С и выше расширяется. Наличие различных солей (например, хлорида натрия) заметно понижает физико-химические свойства воды. Она замерзает при температурах значительно ниже нуля. Чем выше концентрация соли, тем при более низкой температуре она замерзает. Этим свой­ством воды пользуются в технологической практике, когда, например, используют 12... 15 %-ный раствор хлорида натрия с температурой ми­нус 4...минус 6 °С для фиксации разделанных тушек рыбы для умень­шения потерь сока при хранении.

Вода, превращаясь в лед, расширяется. Объем льда на 9 % больше объема незамерзшей воды, что оказывает влияние на структуру пище­вых продуктов и кулинарной продукции, подвергнутых заморажива­нию. На плавление 1 кг льда затрачивается довольно большое количе­ство теплоты — 333,7 • 10³ Дж при нормальном атмосферном давлении и 0 °С, что позволяет довольно длительное время его использовать для хранения скоропортящихся пищевых продуктов и полуфабрикатов.

По отношению к другим жидкостям вода имеет высокую темпера­туру кипения и испарения, высокую удельную теплоемкость и боль­шое поверхностное натяжение. Эти особенности обусловлены тем, что вода способна образовывать трехмерные водородные связи, для раз­рушения которых требуется значительная энергия.

На испарение 1 кг воды расходуется 2254 • 10³Дж, что в 7 раз боль­ше, чем на плавление льда. Такое свойство воды позволяет ее широко использовать (при варке) как теплопередающую среду в течение дли­тельного времени. При сильном кипении расходуется большое количество энергии на испарение воды (без повышения ее температуры), что неоправданно не только технологически, но и экономически.

Еще одним необычным свойством воды является ее очень высо­кая удельная теплоемкость (величина, показывающая, сколько надо затратить теплоты для нагревания 1 г воды на 1 °С или 1 кг на 1 К), составляющая 4,18кДж/кг- К и которая превышает теплоемкость рас­тительного масла в 2 раза, так же как и льда. Как установлено, мини­мальных значений теплоемкость воды достигает около 37 °С, что со­впадает с нормальной температурой тела человека (36,6...37 °С), при которых наиболее интенсивно протекают биохимические процессы обмена веществ и организм человека находится в наивыгоднейшем энергетическом состоянии. Эта температура также является оптималь­ной для действия большинства ферментов в пищевых продуктах и раз­вития микроорганизмов. Поэтому в процессе производства охлажден­ных кулинарных изделий и блюд температурный интервал от горячего состояния до 8... 10 °С рекомендуется проходить максимально быстро.

Необходимо обратить внимание еще на такие свойства воды, как теплопроводность (Дж/м с К) и температуропроводность (м²/с), кото­рые у воды по сравнению со льдом меньше в первом случае в 4 раза, а во втором — на порядок. Эти данные объясняют тот факт, что про­цесс замораживания тканей происходит значительно быстрее, чем их размораживание, если процесс ведется при одинаковой (в обратном порядке) разнице температур.

Важнейшей с технологической точки зрения является способность воды растворять многие пищевые продукты и вещества, что обуслов­лено ее высокой диэлектрической проницаемостью. Вследствие электрополярной природы вода растворяет многие ве­щества значительно лучше, чем другие жидкости. Многие кристалли­ческие соли и полярные соединения (сахара, простые спирты, альдеги­ды, кетоны) легко растворяются в воде, что обусловлено склонностью воды к образованию водородных связей с полярными функциональ­ными группами названных веществ.

Количество и формы связи воды в продуктах питания.

Вода, содержащаяся в кулинарной продукции в значительных коли­чествах, не только участвует в формировании ее качества (структурно­механических, физико-химических, органолептических свойств), но, взаимодействуя с белками и углеводами, делает эту продукцию не­стойкой при хранении, создавая хорошую питательную среду для раз­вития микроорганизмов.

Показатели, которые формируют качество продукции и ее стабиль­ность в процессе хранения, в значительной степени зависят от того, насколько прочно вода в продукции связана с пищевыми веществами (белками, углеводами, жирами). Вода может находиться в продукции в связанном и свободном состояниях.

Связанная вода — это ассоциированная вода, которая прочно свя­зана с различными компонентами (белками, углеводами, жирами) за счет химических и физических связей.

Свободная вода — это вода, не связанная полимерами и доступная для протекания химических, биохимических и микробиологических процессов. Чем больше в продукции свободной воды, тем менее стой­ка она в хранении.

Согласно принятой классификации, в основу которой положена энер­гия связи воды с материалом, в коллоидных капиллярно-пористых телах (влажных материалах) различают следующие формы связи воды с мате­риалом: химическую, физико-химическую и физико-механическую.

Химически связанная — это вода, наиболее прочно связанная мате­риалом, которая может быть удалена из него при химическом взаи­модействии или при особо интенсивной тепловой обработке (прока­ливание), но при сушке она не удаляется. Она обладает наибольшей энергией связи. Например, в виде гидроксильных ионов за счет глав­ных валентностей. В этом случае молекула воды исчезает как таковая. Она не оказывает влияния на ход течения технологических процессов.

Физико-химически связанная — это вода, которая удерживается в ма­териалах в различных, не строго определенных соотношениях. Этой фор­ме соответствуют следующие виды связи воды: адсорбционно связанная вода и осмотически удерживаемая вода (вода набухания и структурная вода).

Адсорбционно связанная вода — это жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности мицелл — коллоидных ча­стиц с сольватным слоем, а иногда и с двойным слоем ионов, строение которого определяет заряд мицелл. Адсорбционно связанная вода проч­но связана с материалом, ее иногда называют связанной влагой.

Поскольку коллоидные тела (материалы) характеризуются большой дисперсностью частиц (условный диаметр составляет 0,1...0,001 мкм), они обладают значительной свободной энергией, благодаря которой

происходит адсорбционное связывание воды. При поглощении воды коллоидным телом выделяется теплота набухания (гидратация), наи­большее количество которой выделяется при присоединении первого мономолекулярного слоя. Это слой воды наиболее прочно связан с ма­териалом. Вода в этом слое находится в особом уплотненном состоя­нии, она не растворяет обычно растворимые вещества (соль, сахар), она замерзает при более низкой температуре, у нее меньше диэлек­трическая проницаемость, чем у свободной воды. Последующие слои, а их может быть несколько десятков, удерживаются менее прочно, чем мономолекулярный слой, и прочность связи уменьшается с уда­лением слоев от гидрофильного центра. Эти слои образуют сольват­ную оболочку белковых молекул белковых веществ и гидрофильных гидроколлоидов. В последних слоях молекулы воды могут переходить из наружного слоя в гидратный и наоборот, образуя так называемый диффузионный слой, удержать значительную часть которого можно за счет изменения активной кислотности, а также температуры.

Таким образом, процесс гидратации — это процесс присоединения адсорбционной воды.

Осмотически удержанная вода (вода набухания и структурная во­да) — это вода, находящаяся в замкнутых ячейках, как поглощенная осмотически сложно построенной мицеллой, так и иммобилизаци- онная — структурная вода, захваченная при формировании геля (за­стывании). Эта вода является свободной из-за малой энергии связи, но для, например, биополимеров, ее величина может быть суще­ственной и ее следует учитывать.

Поглощение влаги набухания происходит без выделения тепла и сжатия системы. Осмотически связанная вода диффундирует в виде жидкости через стенки клеток благодаря разности концентрации вну­три и вне клеток. Под влиянием диффузионно-осмотических сил вода проникает внутрь клетки по типу избирательной диффузии (осмоса) жидкости через полупроницаемую стенку клетки. Осмотически свя­занная вода по своим свойствам не отличается от обычной воды.

Физико-механическая связанная вода — это вода макро- и микрока­пилляров. Радиус микрокапилляров — менее 10^-5 см, а макрокапил­ляров — больше Ю ⁵ см. Вода заполняет сквозные макрокапилляры только при непосредственном соприкосновении с ними, тогда как ми­крокапилляры заполняются жидкостью не только при непосредствен­ном соприкосновении с ней, но и путем сорбции из влажного воздуха.

Капиллярная вода представляет собой свободную жидкость, кото­рая перемещается в материале как в жидком виде (от центральных ело- ев до зоны испарения), так и в виде пара — от зоны испарения через сухой слой наружу.

В продуктах с высокой влажностью (73.„95 %), например в овощах и плодах, до 95 % от общего количества воды составляет свободная вода и только до 5 % удерживается клеточными коллоидами. В то же вре­мя в мясных полуфабрикатах (влажность 62...75 %) на долю связанной воды (адсорбционно, осмотически, капиллярно) приходится около 80...85 % от общего содержания воды в продукте.

Вода неравномерно распределена в растительных и животных тка­нях. Ее распределение зависит от наличия и гидрофильной природы макромолекулярных сетчатых структур, таких как мембраны, оболоч­ки клеток, органеллы, сосудистые трубки. В клетках паренхимной тка­ни растений большое количество воды (до 98 %) сосредоточено в кле­точных вакуолях, тогда как в оболочке ее значительно меньше (50 % и более).

Влияние замораживания на качество продуктов питания.

В условиях современного общества путь продуктов питания (сырья, полуфабри­катов, готовых изделий и блюд) до потребителя обусловливает на­стоятельную необходимость их кратковременного или длительного хранения, которое может быть обеспечено различными способами консервирования продукции.

Консервирование (за исключением пастеризации и стерилизации) в широком смысле означает обеспечение в продуктах питания недо­ступности воды для ферментов и микроорганизмов, так как их суще­ствование зависит от наличия воды. Этого можно добиться удалением воды сушкой продуктов или ее замораживанием.

. Наиболее распространенным и доступным способом является замораживание. Фазовое превращение воды в твердое состояние (кристаллообразование) явля­ется основным физическим явлением при замораживании.

Замораживание обеспечивает длительное низкотемпературное хра­нение продуктов (кулинарной продукции) за счет предотвращения развития микроорганизмов и существенного снижения скорости фер­ментативных и физико-химических реакций.

При понижении температуры ниже 0 °С молекулы воды начинают кристаллизоваться, связывая четыре других молекулы воды в тетраэ­дрическую конфигурацию. При медленном замораживании с образованием крупных кристал­лов вне клеток происходит изменение первоначального соотношения объемов межклеточного и внутриклеточного пространства за счет перераспределения воды и фазового перехода воды. Быстрое замора­живание тормозит диффузионное перераспределение воды и раство­ренных веществ, что приводит к образованию мелких и равномерно распределенных кристаллов льда в пищевом продукте. Поскольку максимальное кристаллообразование происходит в интервале темпе­ратур от минус 2 до минус 8 °С, для того чтобы предотвратить образова­ние крупных кристаллов, необходимо быстрое понижение температуры в указанном интервале.