Вільна та зв язана вода

Вільна і зв’язана вода. Роль активності води.

За формою зв’язку з рослинними і тваринними об’єктами вода може бути вільною і зв’язаною. Вільна вода має фізичну (механічну) форму зв’язку з матеріалом і віддаляється при висушуванні, віджиманні пресуванні. Пов’язана вода з’єднана з органічними речовинами хімічним шляхом і при висушуванні не видаляється. «Скріплення» води і «гідратація» — терміни, що характеризують здатність води до асоціації з різним ступенем міцності з гідрофільними речовинами. Кількість і сила зв’язування води залежать від ряду факторів: природи неводного компонента, складу солі, рН, температури.

З точки зору стійкості продукту при зберіганні грає роль співвідношення вільної та зв’язаної вологи. Пов’язана вода за своїми властивостями відрізняється від вільної. Вона не замерзає при низьких температурах (нижче — 60 о С), розчиняє солі, цукру і т.д.

Особлива форма зв’язаної води — хімічно зв’язана вода. Ця вода кристаллогидратов, або кристаллизационная вода. Так, наприклад в молоці кристаллизационная вода пов’язана з кристалами молочного цукру (С₁₂Н₂₂О₁₁· Н₂О).

Роль активності води. З світової практики відомо, що існує взаємозв’язок (між влагосодержанием харчових продуктів і їх збереженням (або псуванням). Однак часто різні харчові продукти з одним і тим же змістом вологи псуються по-різному, що можна пояснити різним співвідношенням «вільної» і «пов’язаної» вологи.

Щоб врахувати ці фактори, був введений термін «активність води».

Роль активності води: вона означає готовність вологи, що міститься в продукті вступати в різні реакції. Активність води для простого розчину може бути визначена за допомогою закону Рація: Активність води (a_w) = Р / Р?. це відношення тиск парів води над даним продуктом до тиску парів над чистою водою при одній і тій же температурі.

За величиною активності води виділяють: продукти з високою вологістю (a_w= 0,9-1,0) (фрукти, овочі, молоко і рідкі молочні продукти, варені ковбаси); продукти з проміжною вологістю (a_w= 0,6-0,9) (сири, хлібобулочні вироби, в’ялені м’ясні вироби); продукти з низькою вологістю (a_w= 0,0-0,6) (молоко сухе, борошно, злакові й круп’яні).

Залежність між вмістом вологи (маса води, г Н₂О / г СВ) в харчовому продукті та активністю води в ньому при постійній температурі, називається ізотермою сорбції. Очевидно, що в продуктах з високим вмістом вологи «активність води» вище, ніж в продуктах з низьким вмістом вологи.

Встановлено, що в продуктах з низькою вологістю при зберіганні можуть відбуватися окислення жирів, неферментативне потемніння, втрата водорозчинних речовин (вітамінів), псування, викликана ферментами. Роль мікроорганізмів тут мінімальна. У продуктах з проміжною вологістю можуть протікати різні процеси, в тому числі значно зростає роль мікроорганізмів псування. У процесах, що протікають при високій вологості, мікроорганізмам належить вирішальна роль.

При цьому тремтіння і цвілі менш чутливі до низького вмісту вологи. Для них сприятлива середа, якщо в ній активність води вище 0,6. Для бактерій і цвілі граничне значення активності води не повинно бути нижче 0,9. В цілому процеси псування значно сповільнюються при значеннях а_w= 0,2-0,4.

Для зниження активності води використовують такі технологічні прийоми, як сушка, в’ялення, додавання різних речовин (цукор, сіль і ін.), Заморожування.

Источник

22 Функції вільної і зв’язаної води в мікробній клітині

Вода буває в двох станах: вільна і зв’язана. Вільна – розчинник, джерело іонів Н+, ОН-, учасник ферментолізу, транспорту речовин. Друга– існує в 4-ох видах – хімічно-, адсорбційно-, осмотично- і механічно зв’язана вода.

Вміст води в клітинах мікроорганізмів впливає на їх життєздатність, їх стан, тому втрата вільної води переводить клітину до анабіозу, а зв’язаної – до загибелі клітин (абіозу).

Функції вільної води:

приймає участь в біохімічних реакціях, які проходять в клітині;

розчинення органічних і мінеральних сполук;

дисперсне середовище в клітині.

Вода буває внутрішня і зовнішня. За допомогою води відбувається надходження всіх речовин в клітині так і виділення продуктів обміну.

Втрата вільної води — висихання клітини, зміни в обміні речовин , не веде до загибелі.

Функції зв’язаної води: Втрата призводить до загибелі клітини.

вона не є розчинником

не замерзає при температурі (-70С)

є структурним елементом в клітині.

25 Вплив біологічних факторів на м/о. Типи взаємовідносин між мікроорганізмами

Взаємовідносини різних організмів, які живуть в екосистемі, бувають найрізноманітнішими. Мікроорганізми в різних угрупованнях пов’язані між собою енергетичними ланцюгами і відчувають взаємний вплив. Взаємовідносини між організмами в цих угрупованнях складні й динамічні через постійні зміни екологічних умов і мінливість самих мікроорганізмів. Вивчення цих взаємовідношень має надзвичайно важливе значення для розуміння кругообігу речовин у природі, утворення ґрунтів, еволюції видів прокаріотів. Упродовж еволюції в живій природі виникли різноманітні взаємовідносини як між мікроорганізмами, так і між мікро- та макроорганізмами. Симбіоз — взаємно корисне співіснування організмів різних видів. Прикладом є співжиття молочнокислих бактерій і дріжджів. Бактерії утворюють молочну кислоту, яка підкислює середовище, створюючи сприятливі умови для росту дріжджів. Останні синтезують ростові речовини, необхідні для розвитку бактерій. Інші приклади симбіозу — лишайник (симбіоз водорості й гриба), бульбочкові бактерії та бобові рослини. Мутуалізм — різновидність симбіозу, при якому також існує взаємосприятливий вплив обох партнерів, наприклад взаємовідносини між мікрофлорою рубця жуйних і організмом тварини. Бактерії розкладають клітковину в рубці до сполук, які засвоюються організмом хазяїна, а останній забезпечує бактерії поживними речовинами і захищає їх від несприятливих умов. Коменсалізм — форма симбіозу, при якій має вигоду тільки один партнер, не завдаючи ані шкоди, ані користі іншому. Прикладом цього може бути симбіоз організму людини з нормальною мікрофлорою її тіла (сапрофітна мікрофлора шкіри, травного каналу тощо). Метабіоз — взаємовідносини між мікробами, при яких продукти метаболізму одного виду прокаріотів використовуються як пожива або енергетичний матеріал іншим видом мікробів. Наприклад, амоніфікатори розкладають білки з утворення NH3, який використовується нітрифікуючими бактеріями. Синергізм. При цій формі взаємовідносин у симбіонтів взаємно посилюються фізіологічні функції і виникають нові властивості. Це явище можна спостерігати при співжитті оцтовокислих бакте- рій і дріжджів. Бактерії перетворюють цукри на кислоти, які використовуються дріжджами, а останні забезпечують бактерії вітамінами. Антагонізм — форма взаємовідносин, коли один вид мікробів несприятливо діє на інший. Явище антагонізму — одна із форм боротьби за існування мікроорганізмів. Ще в 1887 р. Л.Пастер вперше спостерігав це явище і висловив думку про можливість його використання з лікувальною метою. При антагонізмі відбувається боротьба за поживні речовини, кисень тощо. Високі антагоністичні властивості демонструють представники різних видів прокаріотів, зокрема актиноміцети. Встановлено, що антагонізм існує навіть між штамами того самого виду мікробів, а також серед вірусів (інтерференція).

Источник

Активність води

Вільна і зв’язана волога в харчових продуктах.

У забезпеченні стійкості продукту при зберіганні важливу роль відіграє співвідношення вільної та зв’язаної вологи.

Вільна волога – це волога, не зв’язана полімером і доступна для протікання біохімічних, хімічних і мікробіологічних реакцій. Зв’язана волога – це асоційована вода, міцно пов’язана з різними компонентами – білками, ліпідами і вуглеводами за рахунок хімічних і фізичних зв’язків. Для зв’язаної води характерні наступні властивості: 1. існує поблизу розчиненої речовини та інших наведених речовин і має властивості, відмінні від властивостей вільної води ; 2. не може служити розчинником для доданих речовин; 1. не замерзає при низьких температурах (-40°С і нижче). « Зв’язування води» і « гідратація » – це здатність води до асоціації з різним ступенем міцності з гідрофільними речовинами. Розмір і сила зв’язування води або гідратації залежить від таких факторів, як природа неводного компонента, його сольовий склад, рН, температура. Найбільш міцно зв’язаною є так звана органічно зв’язана вода. Вона являє собою дуже малу частину води в високовологих харчових продуктах і знаходиться, наприклад, в щілинних областях білка або у складі хімічних гідратів. Іншою дуже міцно зв’язаною водою є прилегла волога, що представляє собою моношар при більшості гідрофільних груп неводного компонента. До моношару примикає багатошарова вода (вода полімолекулярної адсорбції), що утворює декілька шарів за близько прилеглою водою. Багатошарова вода – це менш міцно пов’язана волога. У харчових продуктах є також вода, яка утримується макромолекулярною матрицею. Наприклад, гелі пектину і крохмалю, рослинні і тваринні тканини при невеликій кількості органічного матеріалу можуть фізично утримувати великі кількості води. Ця вода не виділяється з харчового продукту навіть при великому механічному зусиллі. З іншого боку, в технологічних процесах обробки вона веде себе майже як чиста вода. Її, наприклад, можна видалити при висушуванні або перетворити на лід при заморожуванні.

З світової практики відомо, що існує взаємозв’язок (між вмістом вологи харчових продуктів та їх збереженням (або псуванням). Однак часто різні харчові продукти з одним і тим же вмістом вологи псуються по-різному, що можна пояснити різним співвідношенням «вільної» і « зв’язаної » вологи. Щоб врахувати ці фактори, було введено термін «активність води». Цей показник добре корелюється зі швидкістю багатьох руйнівних реакцій. Активність води (a_w) – це відношення тиску парів води над даним продуктом до тиску парів над чистою водою при тій же температурі. За величиною активності води виділяють: продукти з високою вологістю (a_w= 0,9 – 1,0) (фрукти, овочі, молоко і рідкі молочні продукти, варені ковбаси); продукти з проміжною вологістю (a_w= 0,6 – 0,9) (сири, хлібобулочні вироби, в’ялені м’ясні вироби); продукти з низькою вологістю (a_w= 0,0 – 0,6) (молоко сухе, борошно, злакові й круп’яні).

Залежність між вмістом вологи (маса води, г Н₂О/гСВ) в харчовому продукті і активністю води в ньому при постійній температурі, називається ізотермою сорбції. Очевидно, що в продуктах з високим вмістом вологи «активність води» вище, ніж в продуктах з низьким вмістом вологи.

Рис. 2. Ізотерма сорбції вологи для продуктів з високою вологістю

Встановлено, що в продуктах з низькою вологістю при зберіганні можуть відбуватися окислення жирів, неферментативне потемніння, втрата водорозчинних речовин (вітамінів), псування, викликане ферментами. Роль мікроорганізмів тут мінімальна. У продуктах з проміжною вологістю можуть протікати різні процеси, в тому числі значно зростає роль мікроорганізмів псування. У процесах, що протікають при високій вологості, мікроорганізмам належить вирішальна роль. При цьому дріжджі та цвілі менш чутливі до низького вмісту вологи. Для них сприятливе середовище, якщо в ньому активність води вище 0,6. Для бактерій і цвілі граничне значення активності води не повинно бути нижче 0,9. В цілому процеси псування значно сповільнюються при значеннях а_w= 0,2 – 0,4. Для зниження активності води використовують такі технологічні прийоми, як сушіння, в’ялення, додавання різних речовин (цукор, сіль тощо), заморожування.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Вільна та зв язана вода

3.3 Форма зв’язку води в харчових продуктах: вільна і зв’язана

Загальна вологість продукту вказує на кількість вологи в ньому, але не характеризує її причетність до хімічних, біохімічних і мікробіологічних змін в продукті. У забезпеченні його стійкості під час зберігання важливу роль відіграє співвідношення вільної і зв’язаної вологи.

З в’язана волога – це асоційована вода, міцно зв’язана з різними компонентами – білками, ліпідами і вуглеводами за рахунок хімічних і фізичних зв’язків. Така вода існує поблизу розчиненої речовини й інших неводних компонентів, має зменшену молекулярну рухливість та інші властивості, що відрізняються від усієї маси води в тій же системі, і не замерзає за температури -40 º С.

Вільна волога – це волога, яка не зв’язана полімером і доступна для перебігу біохімічних, хімічних і мікробіологічних реакцій.

Наприклад, за вологості зерна 15. 20% зв’язана вода складає 10. 15%. За більшої вологості з’являється вільна волога, що сприяє посиленню біохімічних процесів (наприклад, проростанню зерна).

Плоди і овочі мають вологість 75. 95%. В основному, це вільна вода, проте приблизно 5% вологи утримується клітинними колоїдами в міцно зв’язаному стані. Тому овочі і плоди легко висушити до 10. 12%, але висушування до нижчої вологості вимагає застосування спеціальних методів.

Більша частина води в продукті може бути перетворена на лід за температури -5°С, а вся – за температури -50 º С і нижче. Проте певна частка міцно зв’язаної вологи не замерзає навіть за температури -60 º С.

Зрозуміло, що на видалення вільної і зв’язаної вологи затрати енергії будуть різні.

Вільна вода слабко зв’язана з сухими речовинами, легко видаляється з продукту під час висушування (t

100 º С), віджимання, пресування, замерзає за 0 º С. Різновидом вільної води є гігроскопічна , поглинена продуктами з повітря. Продукти, що мають здатність поглинати або віддавати вологу, називаються гігроскопічними (цукор, цукристі кондитерські вироби, крупа, борошно, крохмаль, сушені плоди й овочі).

Зв’язана вода міцно утримується сухими речовинами і погано видаляється навіть випаровуванням (t > 300 º С). Зв’язана вода знаходиться в мікрокапілярах, адсорбується внутрішньоклітинними системами і утримується колоїдами білків і вуглеводів. До зв’язаної води відноситься також кристалізаційна вода. Наприклад, вода, що входить до складу кристалів лимонної кислоти і глюкози (С 6 Н 12 О 6 ·Н 2 О). Таку воду можна видалити з продукту в результаті термічного розкладання деяких речовин за підвищених температур. Зв’язана вода має інший показник заломлення, має нижчу температуру замерзання, густину, не засвоюється мікроорганізмами і позитивно впливає на збереження продукту.

Вода зв’язана може переходити у воду вільну і навпаки. Наприклад, під час розмерзання м’яса, риби, свіжих плодів і овочів частина зв’язаної води переходить у вільну, що призводить до псування продуктів під дією мікроорганізмів. Під час замішування тіста, варіння макаронних виробів вільна вода поглинається білками і перетворюється на зв’язану колоїдними системами воду.

Поділ на зв’язану і незв’язану воду є умовним, так як майже вся вода, що міститься в харчовому продукті знаходиться у зв’язаній формі, але утримується тканинами з різною силою. Так, за класифікацією П.А. Ребіндера (для колоїдних капілярно-пористих тіл), в основу якої покладена природа та енергія хімічного зв’язку форми зв’язку вологи з сухими речовинами поділяються на три групи: хімічна, фізико-хімічна і фізико-механічна.

1. Хімічна форма зв’язку – молекули води входять до складу речовин в точному кількісному співвідношенні. Для видалення її потрібно інтенсивну обробку теплом, що призводить до руйнування структури матеріалу(зв’язана вода).

2. Фізико-хімічна форма зв’язку – адсорбційна й осмотична. Адсорбційно-зв’язана вода утримується силами Ван-дер-Ваальса поверхневих молекул колоїдних речовин (білків і вуглеводів) на межі поділу тверде тіло-вода. Наприклад, в зернових культурах за їх вологості менше 14% вода знаходиться в зв’язаному стані. З підвищенням вологості 14,5-15,5% з’являється вільна вода. Подальше поглинання води зумовлюється силами осмосу і дифузії. Така вода називається осмотично поглиненою або структурною. Вона не так міцно зв’язана, характеризує стадію набрякання (вільна вода).

3. Фізико-механічна форма зв’язку характерна для води, що заповнює капіляри, великі пори і порожнини в тілах. Капілярами вода утримується з більшою силою (зв’язана вода). Волога, що утримується силами зчеплення, зв’язана з матеріалом найслабкіше і може бути видалена механічним шляхом (вільна вода).

Источник