Что обеспечивает связанная вода

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

Свободная и связанная влага в пищевых продуктах

Вода в пищевых продуктах играет важную роль, так как обусловливает 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.

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

Большинство исследователей склоняются к следующему определению связанной влаги: связанная влага – это вода, которая существует вблизи растворенного вещества и других неводных компонентов, имеет уменьшенную молекулярную подвижность и другие свойства, отличающиеся от свойств всей массы воды в той же системе, и не замерзает при –40°С. Такое определение объясняет физическую сущность связанной воды и обеспечивает возможность сравнительно точной ее количественной оценки, так как вода, незамерзающая при –40°С, может быть измерена с удовлетворительным результатом (например, методом ПМР или калориметрически).

Причины связывания влаги в сложных системах различны. Наиболее прочно связанной является так называемая органически связанная вода. Она представляет собой очень малую часть воды в высоковлажных пищевых продуктах и находится, например, в щелевых областях белка или в составе химических гидратов. Другой весьма прочно связанной водой является близлежащая влага, представляющая собой монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента. Вода, ассоциированная таким образом с ионами и ионными группами, является наиболее прочно связанным типом близлежащей воды. К монослою примыкает мультислойная вода (вода полимолекулярной адсорбции), образующая несколько слоев за близлежащей водой. Хотя мультислой – это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она все же еще достаточно тесно связана с неводным компонентом, и потому ее свойства существенно отличаются от чистой воды. Таким образом, связанная влага состоит из «органической», близлежащей и почти всей воды мультислоя.

Кроме того, небольшие количества воды в некоторых клеточных системах могут иметь уменьшенные подвижность и давление пара из-за нахождения воды в капиллярах. Уменьшение давления пара и активности воды (аw) становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1 µм. Большинство же пищевых продуктов имеют капилляры диаметром от 10 до 100 µм, которые, по-видимому, не могут заметно влиять на уменьшение аw в пищевых продуктах.

В пищевых продуктах имеется также вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани при небольшом количестве органического материала могут физически удерживать большие количества воды.

Хотя структура этой воды в клетках и макромолекулярной матрице точно не установлена, ее поведение в пищевых системах и важность для качества пищи очевидна. Эта вода не выделяется из пищевого продукта даже при большом механическом усилии. С другой стороны, в технологических процессах обработки она ведет себя почти как чистая вода. Ее, например, можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Таки образом, свойства этой воды, как свободной, несколько ограничены, но ее молекулы ведут себя подобно водным молекулам в разбавленных солевых растворах.

Именно эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и изменение ее количества существенно влияет на качество пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере их качества из-за потери этой воды (так называемого синерезиса). Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды в процессе оттаивания.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Связанная вода

Связанная вода образуется путем сорбции парообразной и жидкой воды на поверхности твердых частиц почвы. Различают прочносвязанную и рыхлосвязанную воду. [1]

Связанная вода ( 3 — 3 5 %) входит в состав различных гидрофильных коллоидов молока: белков, фосфатндов. [2]

Связанная вода удерживается на поверхности минеральных частиц с разной степенью прочности. Вокруг зерен могут образоваться пленки связанной воды толщиной в один или несколько мономолекулярных слоев. Наиболее прочно с кристаллической решеткой минералов связаны два ближайших слоя — химически связанная вода и физически прочно связанная вода. Эти прикон-тактные слои сильно прижаты к поверхности минеральных частиц. К связанной воде в значительной мере относится вода, находящаяся в межслоевом ( межпакетном) пространстве глинистых минералов. Особенно это относится к смектитовым разбухающим глинистым минералам типа монтмориллонита. По-видимому, на поверхности решеток глинистых минералов молекулы воды занимают фиксированное положение и образуют относительно упорядоченную структуру типа жидкого кристалла. [3]

Связанная вода продолжает десорбироваться с у — А12О3 даже при температуре выше 1000 С. [4]

Связанная вода в гидрофобной пористой среде располагается в центрах крупных поровых каналов. При вытеснении нефти водой последняя образует непрерывные каналы через капилляры большого и среднего диаметра. В результате толщина нефтяных пленок постепенно уменьшается, а количество заполненных водой поровых каналов увеличивается. [6]

Связанная вода , включенная в пленку, играет важную роль в реакции разрушения пленки в растворах, содер жа-щих хлор-ион, саморастворения пассивной пленки в кислоте и восстановлении окислителей на пассивной поверхности. [7]

Связанная вода образует упорядоченную структуру [34] и не обладает растворяющей способностью. Под влиянием давления молекулы связанной воды перемещаются внутри пор, и их место занимают новые молекулы. [9]

Связанная вода обычно содержит больше солей, чем морская, и характеризуется большим разнообразием природы растворенных ионов и их количества. [10]

Связанная вода обладает значительно меньшей диэлектрической проницаемостью по сравнению с водой свободной. Это обусловлено тем, что молекулы воды, находящиеся под действием ван-дер-вааль-совых молекулярных сил притяжения, ионно-электростатической силы твердой поверхности минералов, диффузных ионов и сил водородных связей, лишены свободы переориентации даже в полях сравнительно невысоких частот. [11]

Связанная вода притянута силами молекулярного взаимодействия к минеральному скелету; она наиболее характерна для глинистых пород — мелкодисперсных систем с огромной удельной поверхностью, в которых развиваются связи особого — водоно-коллоидного — типа. [12]

Связанная вода входит в состав сольватных оболочек ( § 1.2) и удерживается на поверхности минеральных частиц особыми силами взаимодействия. Наиболее широко она представлена в глинистых породах. Связанная вода подразделяется на прочносвязанную, образованную молекулами адсорбционного слоя, прилегающими к минеральным частицам, и рыхлосвязанную, образованную преимущественно теми молекулами воды, которые притянуты ионами диффузного слоя. В отличие от прочносвязанной рыхлосвязанная вода способна передвигаться от одной частицы к другой под действием молекулярных сил. Она может быть также частично отжата под достаточно большими и длительно действующими статическими нагрузками [10], значительно превышающими, однако, те величины нагрузок, с которыми приходится иметь дело в большинстве практических задач гидрогеомеханики. При приложении к породе динамических нагрузок переход части рыхлосвязанной воды в свободное состояние резко интенсифицируется. [13]

Связанная вода входит также в состав других минералов. Так, кристаллы гипса содержат на каждую молекулу сернокислого кальция две молекулы, или 20 3 %, воды ( CaSO4 — 2Н2О); в кристаллах глауберовой соли ( мирабилита) на каждую молекулу сернокислого натрия приходится десять молекул, или 55 %, воды ( Na2SO4 — 10H2O); лимонит ( 2Fe2O3 — 3H2O) содержит 25 2 % воды. Связанная вода входит также в состав опала, слюды, хлорита, талька и глинистых минералов. Она выделяется из минералов при нагревании. [14]

Связанная вода , обладая меньшим запасом энергии ( связывание — явление экзотермическое), обладает некоторыми особыми свойствами по сравнению с обычной водой. Связанная вода обладает большей плотностью и также теряет свои свойства как растворитель. [15]

Источник

Свободная и связанная вода. Физиологическое значение отдельных фракций воды в растении

Подвижность, активность воды непосредственно зависят от ее состояния в клетке. С этой точки зрения в физиологии растений принято различать свободную и связанную воду.

Исследования последних лет позволяют прийти к выводу об от­сутствии резкой границы между различными формами связанной воды, а также между связанной водой и водой свободной.

По существу, вся имеющаяся в клетке вода находится в связи с веществами, входящими в состав клеточной стенки, протоплаз­мы и вакуолярного сока. Различны лишь форма и характер (проч­ность) этой связи, что обусловлено особенностями входящих в со­став клетки химических соединений, а также взаимодействием этих соединений.

К категории связанной воды относят следующие фракции воды:

а) связан­ную-осмотически (удерживаемая осмотически активными веществами, т.е. гидратносвязанная). Частицы осмотически связанной воды являются наиболее активными участниками физиологических процессов. На содержание осмотически связанной воды влияет, соответственно, количество находящихся в клетке раст­воренных веществ;

б) коллоидносвязанную (гидратносвязанная), которая включает интрамицеллярную воду, находящуюся внутри коллоидной системы (в том числе и иммобилизированную воду), и интермицеллярную воду (находится на поверхности коллоидов и между ни­ми). Коллоидносвязанная вода наименее подвижна и составляет наиболее стабильную часть водных запасов клетки, обеспечивающую устойчивость последнего в неблагоприятных условиях существования. Содержание коллоидносвязанной воды зависит от содержания гидрофильных биоколлоидов и степени их гидратации, которая в свою очередь связана с их водоудерживающей силой;

3) гидрофобно-стабилизированную (главным образом в мембранах).

Вода удерживается в клетках за счет осмоса и набухания биоколлоидов.

Физиологи условно понимают под связанной водой ту, которая не замерзает при понижении температуры до—10 °С. Всякое связывание молекул воды (добавление растворенных веществ, гидрофобные взаимодействия и др.) уменьшает их энергию. Именно это лежит в основе снижения водного потенциала клетки по сравнению с чистой водой.

Капиллярно-поглощенная (пространственно-стабилизированная) вода находится в клеточных стенках и сосудах проводящей системы. Это наиболее подвижная форма, которую относят к категории свободной воды. Свободной называют воду, сохранившую все или почти все свойства чистой воды. Свободная вода легко передвигается, вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких температурах.

Клеточные стенки содержат две фракции капиллярно-поглощенной воды: подвижную и малоподвиж­ную. Малоподвижная вода находится в микрокапиллярных пространствах, а так же удерживается водородными связями на микрофи­бриллах целлюлозы. Подвижная фракция составляет значительную часть воды, находится в крупных капиллярных простран­ствах между микрофибриллами целлюлозы и легко перемещается.

Первое место по концентрации воды в клетке (около 98 %) занимает вакуоль. В вакуолярном соке соли, сахара и органиче­ские кислоты находятся в растворе, а белки, таннины и слизи составляют гидрофильную коллоидную фракцию ва­куолей. В вакуолярном клеточном соке преобладает вода, удерживаемая сравнительно низкомолекулярными соединениями (осмотически-связанная) и свободная вода.

Содержание воды в цитоплазме может достигать 95 % от массы цитоплазмы. Основной вид гидрофильных коллоидов в цитоплазме — белки. Вода, находящаяся на расстоянии до 1 нм от поверхности белковой молекулы, связана прочно и не имеет правильной гексагональной структуры (коллоидно-связанная вода). В самой цитоплазме имеется вода свободная, коллоидно- и осмотически-связанная. Кроме того, в протоплазме имеется определенное количество ионов, а следовательно, часть воды осмотически связана.

Пластиды, митохондрии и ядра отделены от ци­топлазмы собственными мембранами. Их объем изменяется под действием осмотических сил. Содержание воды в х л о р о пластах и митохондриях обычно меньше, чем в цитоплазме (в хлоропластах около 50 %), что связано с присутствием в них большого количества липидов и липофильных веществ.

Наименьшее содержание воды характерно для клеточных стенок (30-50 %). Клеточные стенки обладают значительной гигроско­пичностью благодаря в основном высокой ги­дрофильности их пектиновых и целлюлозных компонентов. В связи с этим в оболочке растительной клетки вода главным образом коллоидно-связанная. Пере­движение воды вне проводящих пучков происходит главным образом по клеточным стенкам.

Вода в растениях находится во всех органах и тканях, образуя непрерывную фазу. Высокое содержание воды характерно для вегетативных органов зеленых растений. В ходе индивидуального развития органа обычно наблюдается снижение водоудерживающей способности коллоидов протоплазмы, что приводит к уменьшению содержания воды в тканях. Низкое содержание воды характерно для семян, спор грибов.

Источник

Связанная вода

• Вода связанная — часть подземных вод, физически или химически удерживаемая твердым веществом горных пород.

В отличие от свободной воды (гравитационной) связанная вода неподвижна или малоподвижна. Она разделяется на воду в твердом веществе породы и воду в порах. К связанной воде в твердом веществе принадлежит вода, которая входит в структуру твердого вещества: кристаллизационная, конституционная, цеолитная. Связанная вода в порах (плотносвязанная и адгезионная), покрывает твердые частицы (зерна) породы.

Плотносвязанная вода (так называемая пленочная вода) на поверхности горных пород образует два слоя: один сравнительно тонкий слой (толщиной в несколько молекул — альфа-пленка), прилегающий непосредственно к поверхности частицы, и второй (значительно больший по толщине — бета-пленка) — слой так называемой адсорбционной воды. Существуют эти два вида связанной воды за счет ван-дер-ваальсовых сил (дисперсионные, ориентационные и индукционные взаимодействия молекул), а также специфических водородных и химических связей, возникающих между молекулами твердой поверхности и воды, а также между молекулами самой воды.

Особенно значительное количество связанной воды содержится в тонкодисперсных, глинистых породах, которые характеризуются очень мелкими порами и большой поверхностью частиц. Количество связанной воды в глинах зависит от их минералогии, состава обменных катионов, температуры. Больше всего ее содержится в монтмориллонитовых глинах. С ростом температуры объем связанной воды уменьшается прежде всего за счет разрушения адсорбционной воды и перехода ее в свободную воду. Удаление связанной воды представляет собой основную проблему при глубоком обезвоживании продуктов обогащения полезных ископаемых, подготовке угля к гидрогенизации и тому подобное.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Загрязне́ние — привнесение в какую-либо среду новых не характерных для неё веществ или превышение естественного среднемноголетнего уровня концентрации этих агентов в среде. Загрязнения подразделяются на природные (вызванные естественными причинами) и антропогенные (связанные с деятельностью человека). Непосредственными объектами загрязнения служат атмосфера, вода, почва. Косвенными объектами загрязнения (жертвами загрязнения) оказываются растения, животные, микроорганизмы, человек.

Водяной лёд (от др.-греч. λίθος – камень) — один из самых распространённых минералов на Земле. В минералогии Группа льда входит в класс Простых и сложных окислов, но выделяется по своим уникальным свойствам.

Уникальные свойства позволили воде играть в клетке роль растворителя, терморегулятора, а также поддерживать структуру клеток и осуществлять транспорт веществ и пр.

Концентрационным переохлаждением (КП) называют явление, которое возникает при направленной кристаллизации расплава, содержащего примесь, и заключающееся в том, что в результате перераспределения примеси в расплаве перед фронтом кристаллизации образуется некий слой, в пределах которого расплав оказывается переохлаждённым. Этот участок расплава называется зоной КП.

Источник