2. Биологические функции воды.

Биологические функции воды

Транспортная. Вода обеспечивает передвижение веществ в клетке и организме, поглощение веществ и выведение продуктов метаболизма.

Метаболическая. Вода является средой для всех биохимических реакций в клетке. Ее молекулы участвуют во многих химических реакциях, например при образовании или гидролизе полимеров. В процессе фотосинтеза вода является донором электронов и источником атомов водорода. Она же является источником свободного кислорода.

Структурная. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды. У растений вода определяет тургор клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (круглые и кольчатые черви, иглокожие).

Вода участвует в образовании смазывающих жидкостей (синовиальная в суставах позвоночных; плевральная в плевральной полости, перикардиальная в околосердечной сумке) и слизей (которые облегчают передвижение веществ по кишечнику, создают влажную среду на слизистых оболочках дыхательных путей). Она входит в состав слюны, желчи, слез, спермы и др.

Минеральные соли. Молекулы солей в водном растворе диссоциируют на катионы и анионы. Наибольшее значение имеют катионы: К⁺, Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺ и анионы: Cl^-, H₂PO₄^-, HPO₄^2-, HCO₃^-, NO₃^-, SO₄^2-. Существенным является не  только содержание, но и соотношение ионов в клетке.

Разность между количеством катионов и анионов на поверхности и внутри клетки обеспечивает возникновение потенциала действия, что лежит в основе нервного и мышечного возбуждения. С разностью концентрации ионов по разные стороны мембраны связывают активный перенос веществ через мембрану, а также преобразование энергии.

Анионы фосфорной кислоты создают фосфатную буферную систему, поддерживающую pH внутриклеточной среды организма на уровне 6,9.

Угольная кислота и ее анионы создают бикарбонатную буферную систему, которая поддерживает рН внеклеточной среды (плазма крови) на уровне 7,4.

Некоторые ионы участвуют в активации ферментов, создании осмотического давления в клетке, в процессах мышечного сокращения, свертывании крови и др.

Некоторые катионы и анионы могут включаться в комплексы с различными веществами (например, анионы фосфорной кислоты входят в состав фосфолипидов, АТФ, нуклеотидов и др.; ион Fe²⁺ входит в состав гемоглобина и т.д.).

3. Свободная и связанная вода. Роль активности воды.

По форме связи с растительными и животными объектами вода может быть свободной и связанной. Свободная вода имеет физическую (механическую) форму связи с материалом и удаляется при высушивании, отжиме прессовании. Связанная вода соединена с органическими веществами химическим путем и при высушивании не удаляется. «Связывание» воды и «гидратация» - термины, характеризующие способность воды к ассоциации с различной степенью прочности с гидрофильными веществами. Количество и сила связывания воды зависят от ряда факторов: природы неводного компонента, состава соли, рН, температуры.

С точки зрения устойчивости продукта при хранении играет роль соотношение свободной и связанной влаги. Связанная вода по своим свойствам отличается от свободной. Она не замерзает при низких температурах (ниже – 60^оС), не растворяет соли, сахара и т.д.

Особая форма связанной воды - химически связанная вода. Эта вода кристаллогидратов, или кристаллизационная вода. Так, например в молоке кристаллизационная вода связана с кристаллами молочного сахара (С₁₂Н₂₂О₁₁∙Н₂О).

Роль активности воды. Из мировой практики известно, что существует взаимосвязь (между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содер­жанием влаги портятся по-разному, что можно объяснить различным соотношением «свободной» и «связанной» влаги.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин «активность воды».

Роль активности воды: она означает готовность влаги, содержащейся в продукте вступать в различные реакции. Активность воды для простого раствора может быть определена с помощью закона Рация: Активность воды (a_w) = Р/Р˳. это отношение давление паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при одной и той же температуре.

По величине активности воды выделяют: продукты с вы­сокой влажностью (a_w= 0,9–1,0) (фрукты, овощи, молоко и жидкие молочные продукты, варёные колбасы); продукты с промежуточной влажностью (a_w= 0,6-0,9) (сыры, хлебобулочные изделия, вяленые мясные изделия); продукты с низкой влажностью (a_w= 0,0-0,6) (молоко сухое, мука, злаковые и крупяные).

Зависимость между содержанием влаги (масса воды, г Н₂О/г СВ) в пищевом продукте и активностью воды в нем при постоянной температуре, называется изотермой сорбции. Очевидно, что в продуктах с высоким содержанием влаги «активность воды» выше, чем в продуктах с низким содержанием влаги.

Установлено, что в продуктах с низкой влажностью при хранении могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Роль микроорганизмов здесь минимальна. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать разные процессы, в том числе значительно возрастает роль микроорганизмов порчи. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль.

При этом дрожи и плесени менее чувствительны к низкому содержанию влаги. Для них благоприятна среда, если в ней активность воды выше 0,6. Для бактерий и плесеней предельное значение активности воды не должно быть ниже 0,9. В целом процессы порчи значительно замедляются при значениях а_w= 0,2–0,4.

Для снижения активности воды используют такие технологические приемы, как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль и др.), замораживание.