Изучение форм связи влаги в растительном сырье и в продуктах на их основе

Учреждение  образования  «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Министерство  образования Республики Беларусь 
 

Факультет ТОВ______________________________________________________

Кафедра физико-химических методов сертификации продукции_____________

Специальность 1-54 01 03 «Физико-химические методы и приборы контроля качества продукции»                 ________________________________________

Специализация 1-54 01 03 02 "Сертификация продовольственных товаров»___ 
 
 
 
 
 

по дисциплине «Химия пищевых производств»                                              ____   

Тема  «Изучение форм связи влаги в растительном сырье и в продуктах на их основе»                              
 
 
 

Исполнитель

Студент IV курса группы 14 ____________________              Лихтарович Е. С. 
 

Руководитель

Кандидат  технических наук     _____________________           ____Шачек Т. М.        
 

Курсовая работа защищена с оценкой  _____________ 

Руководитель __________________       _________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск 2010

     Реферат

    Курсовая  работа содержит 38 страниц, 3 таблиц, 6 рисунков, 13 литератур-ных источников.

    ВОДА, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОДЫ С МАТЕРИАЛОМ, ФОРМЫ СВЯЗИ ВЛАГИ, АКТИВНОСТЬ ВОДЫ, БЕЗОПАСНОСТЬ, КАЧЕСТВО, МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, РАСТИТЕЛЬНОЕ СЫРЬЕ. 

    Целью данной курсовой работы является изучение форм связи влаги, кото-рые нашли  отражение в показателе активности воды, в растительном сырье и про-дуктах на его основе и влияние воды на их безопасность и качество.

    В курсовой работе описано взаимодействие воды с материалом продукта, приведена подробная классификация форм связи влаги, отражена взаимосвязь между активностью воды и качеством и безопасностью продуктов и их сохранностью. Описаны факторы, влияющие на активность воды, и методы ее измерения.

    Объектом  исследования являлись капуста цветная  и яблоки в процессе хранения, яблочные чипсы разных сроков хранения – проводилось измерение  их активность воды. Полученные результаты показывают увеличение активности воды объектов исследования в процессе их хранения, что свидетельствует об ухудшении их качества, активацию или более интенсивном протекании реакций и процессов, влияющих как на качество, так и на безопасность пищевого продукта.

    Активность  воды можно использовать как один из показателей контроля качества растительного сырья и продуктов на их основе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 

      Введение………………………………………………………………………....5

      1 Вода в растительном сырье и пищевых продуктах из него, ее роль в формирова-нии их качества и безопасности……………...………………………….6

          1.1 Взаимодействие влаги с твердыми материалами….....…...………….6

          1.2 Формы связи  влаги в продуктах на растительной  основе……...........9

          1.3 Показатель «активность  воды» и его роль в формировании  качества и безопасности продуктов………………………………………………….………...13

      2 Факторы, влияющие на значение активности воды………..……………...18    2.1 Свойства воды как растворителя……….....…………...…………….19

             2.2 Общая характеристика влияния растворенного вещества на активность воды……………………………………………………………………...20

             2.3 Описание влияние вещества химической природы на значение активности воды………………………………………………………………………22

             2.4 Осмотическая обработка………………………………………….......23

      3 Нормирование показателя активности  воды в пищевых продуктах…...…24

      4 Методы определения активности  воды в пищевых продуктах………...…25

      5 Экспериментальная часть…………………………………………………...33 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    Одной из важнейших современных проблем является производство и доставка безопасных пищевых продуктов. Безопасность пищевых продуктов определяется отсутствием физических, химических и биологических загрязнителей в них и обеспечивается соблюдением технологических режимов обработки, требований санитарии и гигиены, эффективной системой контроля производства продукции. И в каждой стране законодательством установлены требования безопасности не только к готовой продукции, но и к ее производству, хранению, упаковке и транспортировке [1].

    Вода  – составная часть пищевых продуктов. Технологические свойства, интегральный показатель качества и сроки хранения пищевых продуктов во многом определяются свойствами содержащейся в них воды [2]. Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит значительный вклад в текстуру пищи.

    Существует взаимосвязь (хотя и далеко не совершенная) между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Ещё в 1940 г. микробиологи при работе с пищевыми продуктами установили, что жизнедеятельность микроорганизмов зависит, прежде всего, от количества воды, присутствующей в продукте. Полученные ими результаты показали, что водой, присутствующей в продукте, можно регулировать в нем количество микроорганизмов. Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. Это связано с тем, в какой форме вода находится в этих продуктах. Вода, сильнее связанная, меньше способна поддержать процессы, разрушающие пищевые продукты [3].

    Форма связи воды, для оценки которой используют показатель водной активности, оказывает влияние на интенсивность, происходящих в продукте реакций окисления липидов, меланоидинообразования, ферментативных, микробиологических и других процессов [2]. Естественно, существуют и другие факторы (такие как концентрация кислорода, рН, подвижность воды, тип растворенного вещества), которые в ряде случаев могут сильнее влиять на разрушение продукта. Тем не менее, водная активность хорошо коррелирует со скоростью многих разрушительных реакций, она может быть измерена и использована для оценки состояния воды в пищевых продуктах и ее причастности к химическим и биохимическим изменениям [3].

    Для многих продуктов активность воды является важным свойством. Она предсказывает устойчивость по отношению к многочисленным факторам. Контроль значения активности воды дает информацию о том, какие процессы, приводящие к порче продукта, протекают в большей степени. Следовательно, зная какие факторы влияют на этот показатель, можно избежать или замедлить протекание реакций, которые ухудшают качество продукта и делают его небезопасным для употребления.  
 

1 Вода в растительном сырье и пищевых продуктах из него, ее роль в формировании их качества и безопасности

     Во  всех биологических материалах растительного  происхождения содержится вода (чаще говорят "влага") в количестве от нескольких процентов до 90% и более. Она обусловливает консистенцию и структуру пищевого продукта, а также определяет устойчивость его при хранении. Влага, входящая в состав продукта, связана с его сухим веществом, причем формы связи этой влаги и ее энергия различны, что, помимо общего количества влаги,  имеет большое значение для пищевых продуктов, так как оно отображает общую картину взаимодействия влаги с компонентами продуктов. Являясь их составной частью, вода существенно влияет на такие важные показатели, как органолептические и реологические свойства, микробиологическую порчу, рост патогенных микроорганизмов и снижение качества в результате физических, химических и биохимических реакций [4].

     Воду  часто добавляют на одном из ранних этапов обработки. А затем удаляют  в процессе сушки. Это предполагает своего рода временную функцию, выполняемую водой в некоторой промежуточной точке схемы обработки продукта. Когда выступает в качестве нутриента, она несет с собой гораздо больше, чем просто молекулы Н О, обычно ассоциируемые с водой. В зависимости от состояния вода может быть связанной и свободной. Форма связи определяет энергию связи и состав связанных с ней нутриентов [5].

     Рассмотрим  ниже более подробно взаимодействие влаги с твердыми материалами, что  описывает и те явления, которые происходят в продуктах растительного происхождения. Рассмотрим также формы связи влаги, многие из которых присущи растительному сырью и продуктам на его основе. 

 1.1 Взаимодействие влаги с твердыми материалами

     Характеристика состояния влаги в материале и соответствующих параметров влагопереноса дается на основе анализа явлений, развивающихся на поверхности раздела фаз (жидкость — твердое тело), — поверхностных явлений. В результате этих явлений происходит достаточно прочное – адсорбционное — связывание воды; нарушение этой связи в процессе сушки требует значительных энергетических затрат.

     Различают физическую и химическую адсорбцию. Если адсорбируемая молекула (адсорбат) и решетка адсорбента рассматриваются как независимые системы, т. е. если в процессе адсорбции сохраняется индивидуальность адсорбированной молекулы и атомов, образующих, поверхность адсорбента, протекает физическая адсорбция. Если же при адсорбции молекулы адсорбента отдают или получают от поверхности адсорбента электрон, то они (как указывает Я. де Бур), расщепляются на атомы или радикалы, которые взаимодействуют и связываются с атомами поверхности каждый в отдельности, — имеет место химическая адсорбция.

     При химической адсорбции прочность - связей значительно выше, чем при физической, и обычно в процессе сушки эти связи не нарушаются. Физическая адсорбция происходит неодинаково по толщине слоя воды: более прочно связывается первый мономолекулярный слой воды; прочность связи полимолекулярной адсорбции снижается по мере удаления влаги от поверхности адсорбента.

     Мономолекулярная адсорбция протекает с очень большой скоростью. По данным де Бура, для покрытия 1 см² поверхности адсорбента достаточно около 10¹⁵ молекул воды, что примерно увязывается с представлениями Брунауэра о площади, занимаемой одной молекулой воды (порядка 11· см²).

     Например, при взаимодействии твердого тела с воздухом небольшой влажности (φ=10%) число молекул, ударяющихся об участок поверхности тела площадью 1 см² в 1 с, составит 8,5-10²⁰, что на 5-6 порядков больше указанного выше количества молекул. Однако следует учесть, что проникновение молекул воды внутрь капилляров пористого тела, имеющего развитую внутреннюю поверхность, происходит весьма медленно.

     По представлениям Брунауэра (что принципиально соответствует взглядам Ленгмюра), обычно поверхность адсорбента энергетически неоднородна — различные участки поверхности обладают различными адсорбционными потенциалами; поэтому образование уплотненного мономолекулярного слоя вначале происходит на участках с большими значениями потенциала. Затем при увеличении давления пара (или иначе влагосодержания воздуха) участки мономолекулярного слоя растут наряду с адсорбцией на участках с меньшими значениями потенциала, что приводит к образованию единого мономолекулярного адсорбционного связанного слоя жидкости.

     Ленгмюр получил с некоторыми допущениями уравнения адсорбции мономолекулярного слоя. Наибольшее применение получили результаты исследований, проведенных Брунауэром, Эмметом и Теллером в 1938 г. (метод БЭТ), которые сделали следующие предположения:

 а) адсорбированные молекулы не оказывают влияния одна на другую;       

     б) энергия адсорбции молекул каждого слоя одинакова. С этими допущениями авторы получили уравнения полимолекулярной адсорбции, которые хорошо подтверждаются экспериментальными данными.

     И. М. Куприянов рекомендует установить для каждого продукта количество связанной влаги методом замораживания.

     В молекулярно-кинетической теории строения тел уравнением состояния жидкости (точнее, уравнением состояния жидкой фазы вещества) является уравнение Ван-дер-Ваальса, представленное в виде:

                                     =RT(V–b)                                      (1)

      где V — объем, в котором происходит движение молекул тела (газа, жидкости); R — универсальная газовая постоянная; T — температура, К; V – b — объем, доступный для свободного движения молекул, который меньше объема V на величину b вследствие взаимодействия — отталкивания молекул.

     Для молекул, находящихся в так называемом поверхностном слое толщиной порядка радиуса сферы притяжения молекул (например, в слое, прилегающем к стенке сосуда, в котором рассматривают состояние газа), Ван-дер-Ваальсом введена поправка на уменьшение давления за счет сил притяжения, направленных внутрь газа (жидкости):