Влажность определяется как массовая доля воды пересчете сухое вещество и обычно выражается в процентах. Содержание влаги в пищевых продуктах колеблется широких пределах (%):
|
Фрукты, овощи |
70–95 |
Кекс |
20 28 |
|
Пиво, соки |
87–90 |
Мука |
14,5–15 |
|
Яйца |
70–80 |
Мед |
10–20 |
|
Молоко коровье |
85–89 |
Масло |
16–18 |
|
Мясо |
60–75 |
Печенье |
6–9 |
|
Сыр |
37–40 |
Карамель |
7–8 |
|
Хлеб |
35–50 |
Шоколад |
5–7 |
|
Джем |
28–35 |
Сухое молоко |
4–7 |
С удалением влаги существенно изменяются природные свойства продукта. На устойчивость продукта при хранении влияет соотношение свободной и связанной влаги.
Общая влажность слагается из количества связанной и свободной влаги. Свободная влага достаточно легко удаляется из продукта в процессе сушки, сгущения, замораживания, она способна вступать в различные взаимодействия. Так, например, при высоком содержании влаги во фруктах и овощах 70–95%, большая часть влаги легко удаляется, это свободная вода, однако 5–10% влаги достаточно прочно связана и ее удаление затруднительно. В семенах растений, например пшеницы, при влажности 14% при высушивании около 10% воды достаточно прочно удерживается, и удаление ее затруднительно. Считается, что в процессе высушивания клеточные мембраны становятся слабопроницаемыми для воды при низкой влажности. Низкая проницаемость клеточных мембран семян растений, вероятно, определяет и сохранение в них количества воды, заметно превышающего его равновесное значение при относительной влажности среды.
Связанная вода замерзает при температуре ниже нуля, не растворяет солей и сахаров, не удаляется при сушке, выпаривании, замораживании, недоступна микроорганизмам, в ней не протекают биохимические процессы. Эту воду называют неудаляемой. Различают, по крайней мере, три категории связывания. Самое прочное связывание – это «органически связанная» вода. Обычно, это малая часть воды, которая находится или в составе химических гидратов или, например, входит в состав глобулы белка и ее удаление ведет фактически к деструкции макромолекулы.
Следующая степень связывания – это близлежащая влага, которая образует монослой вокруг неводного компонента. Это вода, которая сильно взаимодействует с гидрофильными группами неводного компонента и вода в микрокапиллярах. Она обладает свойствами переохлажденной воды, не замерзает при –400С, имеет существенно меньшую молекулярную подвижность по сравнению с чистой водой.
Далее к монослою примыкает мультислой. Это менее прочно связанная влага, но она еще достаточно тесно связана с неводным компонентом. Представляет собой несколько слоев, связанных с гидрофильными группами неводного компонента. По свойствам занимает промежуточное положение между монослоем близлежащей воды и свободной водой. Обладает свойствами переохлажденной воды, но менее четко выраженными.
И наконец, в пищевых продуктах имеется еще одна категория воды, которая по Fennema отнесена к свободной влаге. Это вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей, например, гели пектина, агар-агара и крахмала. Водопоглощающая способность пектина может составлять от 60 до 150 г воды на 1 г пектина. Структура этой воды пока не ясна. Она достаточно легко удаляется из продукта при высушивании и превращается в лед при охлаждении, хотя точка замерзания несколько ниже по сравнению с чистой водой, но эта вода не выделяется из пищевого продукта при механическом усилии. Свободное истечение ее затруднено макромолекулярной матрицей. Именно эта вода существенно влияет на качество пищевых продуктов, в частности, при хранении гелей происходит снижение их качества из-за потери этой воды (синерезиса).
Любой материал может быть высушен только до равновесной влажности. При этом удаляемая влага обусловливает влажность материала выше его равновесной влажности, а неудаляемая – ниже его равновесной влажности.
Влажность продукта чаще всего определяется по потере массы при сушке. Высушивание может быть осуществлено в сушильном шкафу. В зависимости от природы продукта высушивание можно проводить одним из следующих способов:
§высушивание до постоянной массы при температуре 105 оС;
§ускоренная сушка при 130 оС в течение 0,5–1,5 ч;
§вакуум-сушка при 60 оС с пропусканием сухого воздуха над образцом;
§лиофильная сушка под вакуумом при низких температурах с последующим удалением остатков влаги высушиванием в вакуум эксикаторе над осушителем.
Процесс высушивания можно ускорить с помощью инфракрасного или микроволнового излучения. Недостатком метода высушивания является некоторая его неточность, так как в процессе высушивания удаляются и другие легколетучие вещества. Возможно также протекание химических реакций с соединениями, термически неустойчивыми или активными к действию кислорода и воды при нагревании. Поэтому высушивание производят неоднократно до постоянной массы высушиваемого материала.
Для определения влажности разработан ряд методов, основанных на физико-химических свойствах воды: определение диэлектрических свойств и теплоемкости, применение ядерно-магнитного резонанса, использование специфических химических реакций (метод Фишера) и др. Один из распространенных способов определения влажности продукта является метод высушивания до постоянной массы
Ход анализа. На дно бюкса с крышкой (вместимостью 10 мл) положить два кружочка марли, высушить в сушильном шкафу при температуре 105оС в течение одного часа, охладить в эксикаторе над осушителем и взвесить на аналитических весах с точностью до 0,001 г.
Внести в бюкс 3–5 г исследуемого продукта, закрыть крышкой и взвесить. Твердые продукты следует предварительно измельчить, а жидкие упарить на водяной бане до сухого остатка. Поместить бюкс с открытой крышкой в сушильный шкаф при температуре 105оС. Спустя час охладить бюкс в эксикаторе и взвесить. Последующие высушивания и взвешивания повторять до постоянного веса бюкса с навеской. Расхождение между параллельными определениями не должно превышать 0,001 г. Взвешивание производить при закрытой крышке бюкса. Массовую долю сухих веществ (СВ, %) вычислить по формуле:
где m1 – масса бюкса с навеской исследуемого продукта до высушивания, г;
m2 – масса бюкса с навеской исследуемого продукта после высушивания, г;
m0 – масса бюкса с марлевыми кружочками, г;
100 – коэффициент пересчета в проценты.
Массовую долю влаги (W, %) рассчитать по формуле
W= 100 – CВ.
|
Необходимые реактивы, посуда, оборудование: §бюксы объемом на 10 мл, пипетки, марля; §аналитические весы, сушильный шкаф, эксикатор с осушителем. |