Лекция № 4
Удаляется из материала испарением или механическими способами (отжимание, центрифугирование и т.д.), при сушке в первую очередь вместе с поверхностной влагой и макрокапиллярной влагой.
Любой вид технологической обработки вызывает разрушение оболочек и полупроницаемых мембран и, следовательно, нарушение осмотического давления и вода выходит из клетки. Нарушить осмотическое давление можно путём добавления водорастворимых веществ (соль, сахар) в продукт. В этом случае концентрация вещества выше на поверхности, чем внутри клетки и, следовательно, водорастворимые вещества проникают в клетку, а вода выходит. Это явление называется лизисом или плазмолизом.
Адсорбционная влага при сушке удаляется в последнюю очередь.
С достижением гидратационной массовой доли влаги процесс присоединения влаги к коллоидному телу не прекращается, но поглощение обуславливается уже другими силами (осмосом).
Адсорбционно-связанная вода - это вода, связывание которой происходит за счет большой поверхности и свободной поверхностной энергии коллоидных тел, характеризующихся высокой дисперсностью частиц.
Процесс гидратации - это процесс присоединения адсорбционной влаги. При адсорбции воды выделяется теплота - теплота гидратации, в которую переходит потенциальная энергия поверхностных слоев. Влага, поглощаемая материалом с выделением теплоты и контракцией системы, называется гидратационной массовой долей влаги.
Гидратационная массовая доля влаги–это влага, которая поглощена материалом с выделением теплоты и контракции системы ∆V.
∆V –это разница между объёмом влажного тела и объёмом твёрдого тела и поглощённой жидкости.
∆V = (Vж + Vтв. т) – Vвл. т
Адсорбционно-связанная вода не является растворителем Адсорбционная влага не растворяет обычно хорошо растворимые вещества (соль, сахар), плотность ρ ≠ 1, замерзает при низких температурах.
По исследованиям академика А.В. Лыкова для удаления адсорбционной влаги из материала ее нужно превратить в пар, который перемещается от средины продукта к его поверхности. По экспериментальным данным 1 г сухой массы белков животного происхождения связывает от 0,15 до 0,41 г воды.
Осмотически поглощенная вода связывается коллоидами пищевых продуктов с высокополимерным строением и также прочно ими удерживается. При поглощении телом жидкости и образовании осмотически связанной влаги не происходит выделение тепла или контракции системы. Такой процесс называется набуханием. По теории С.М. Липатова в пищевых продуктах концентрация растворимых фракций органических веществ внутри клетки выше, чем на поверхности, и следовательно, вода через полупроницаемую оболочку проникает с поверхности во внутрь клетки за счёт сил осмоса. В результате клетка набухает, и выход воды из клетки всегда затруднён.
Механически связанная влага (капиллярная влага) - это влага, заполняющая капилляры и открытые поры тела, а также влага смачивания.Жидкость может заполнять любые микрокапилляры не только при непосредственном соприкосновении с ним, но и путем сорбции из влажного воздуха. Капиллярную влагу можно рассматривать иногда как свободную, она перемещается в капиллярах продукта в виде жидкости и пара.
Все капилляры делятся на 2 группы:
1) макрокапилляры R > 10-7м;
2) микрокапилляры R < 10-7м;
Физико-механически связанная вода удерживается в неопределенных соотношениях и обычно свободно выделяется из продуктов высушиванием или прессованием. Микрокапилляры обладают свойством конденсировать влагу из насыщенного влагой воздуха, свойства не отличаются от свойств свободной влаги, но удалить её из материала труднее, чем свободную. Энергия связи воды обратно пропорциональна радиусу капилляра. При сушке некоторых материалов, например, рыбы, диаметр капилляров уменьшается, то есть энергия связи увеличивается и удаление микрокапиллярной влаги замедляется.
Любое внешнее воздействие на продукт вызовет изменение соотношения разных форм связи влаги в материале. При этом происходит и изменение консистенции продукта (замороженные овощи, фрукты: после оттаивания изменяется форма, консистенция и, следовательно, связь влаги с продуктом изменяется). В ходе посмертных изменений и при порче продукта, консистенция продукта также изменяется и увеличивается количество структурно свободной влаги в продукте.
Классификация влажных материалов (по Лыкову А.В.)
Твердые тела, содержащие влагу:
1. кристаллические (сахар, лимонная кислота, поваренная соль и т.д.);
2. коллоидно-дисперсные системы:
o коллоидные тела;
o капиллярно-пористые тела;
o коллоидные капиллярно-пористые тела.
Коллоидные тела – эластичные гели, которые при удалении влаги значительно изменяют свои свойства (сжимаются), но сохраняют свои эластичные свойства. [ изделия на основе желатина (мармелад), агар-агара (пастила. зефир, студни, заливное,); кисель, прессованное мучное тесто]. Отличаются большой адсорбционной способностью (так как обладают огромной внутренней поверхностью). Адсорбируют на своей поверхности ионы электролитов, молекулы растворителя и т.д. Вследствие адсорбции ионов коллоидная частица имеет определенной заряд. Коллоидная частица с адсорбционным слоем и зарядом называется мисцеллой. Жидкость может находится на поверхности мисцеллы. а также проникать внутрь её. Эластичные гели поглощают наиболее близкие по полярности жидкости, при этом они увеличивают свои размеры (набухают).
Капиллярно-пористые тела – хрупкие гели, материалы. которые при удалении влаги становятся хрупкими. мало сжимаются и могут превратится в порошок (древесный уголь, керамика).
Коллоидные капиллярно-пористые тела – материалы, обладающие свойствами двух первых тел. Стенки их капилляров эластичны и при поглощении влаги изменяются (мука, крахмал, зерно, хлеб, сухари, изюм, курага, сухофрукты). Эластичные стенки капилляров деформируются при усушке, поэтому изделия могут изменять свой объем (усадка) и форму (крошение). После сушки коллоидные капиллярно-пористые тела могут становиться хрупкими как. например, сухари.