Лабораторная работа № 1 определение содержания влаги и сухих веществ

Продолжительность работы 4 часа.

Цель работы: освоение методики определения влажности и сухих веществ пищевых продуктов.

Теоретические положения

Содержание воды является важным показателем физиологического состояния растений и важнейшей характеристикой качества сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

С содержанием воды тесно связаны стойкость продукта при хранении и его транспортабельность, а также пригодность к дальнейшей переработке, так как избыток влаги способствует протеканию ферментативных и химических реакций, активизирует деятельность микроорганизмов, в том числе вызывающих порчу продуктов. Кроме того, количество воды в сырье влияет на ход и режимы технологической переработки, на выход готовой продукции, учитывается при выборе способа хранения и типа хранилищ, при подборе режимов сушки и расчете рецептур. Благодаря физическому взаимодействию с белками, углеводами, липидами и солями, вода оказывает значительное влияние на текстуру пищи.

Необычные свойства воды обусловлены ее малыми размерами и высокой полярностью ее молекул, и способностью соединяться в группы друг с другом посредством водородных связей. Молекула воды в целом электроотрицательна, ее отрицательный и положительный заряды пространственно разделены, что приводит к возникновению у нее электрического дипольного момента. Две соседние молекулы воды могут притягиваться друг к другу за счет сил электростатического взаимодействия между частичным положительным и отрицательным зарядами. Такой тип электростатического притяжения называется водородной связью (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Схема водородной связи

Такая связь слабее ковалентных связей, но благодаря своей многочисленности они обеспечивают высокую устойчивость жидкой воды. Время жизни водородной связи составляет 1∙10^-9 сек., поэтому вода не вязкая, а подвижная жидкость. Вода состоит из полярных дипольных молекул V-образной формы.

Благодаря этому молекулы воды имеют электростатическое притяжение как с положительно, так и с отрицательно заряженными веществами, окружают их и гидратируют. За счет полярных свойств молекул, вода является лучшим растворителем, чем другие жидкости. Кристаллические соли, например натрий хлор, хорошо растворимы в воде, но почти не растворимы в неполярных жидкостях.

Количество воды в сырье и продуктах питания оказывает существенное влияние на их пищевую ценность, качество, активность микробиологических и биохимических процессов. Наличие большого количества влаги приводит к увеличению интенсивности дыхания растительного сырья, развитию микрофлоры и вредителей хлебных запасов на поверхности и внутри продуктов.

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).

Обезвоживание путем высушивания или замораживания существенно изменяют нативные свойства продукта. Попытки вернуть воду в первоначальное состояние (регидратация (дефростация) или оттаивание) не всегда приводят к восстановлению первоначальных свойств продуктов.

При тепловой обработке пищевых продуктов значительная часть влаги удаляется в виде пара, что приводит к потери массы изделий и изменение их свойств. Однако вследствие явления термовлагопроводности часть влаги из поверхностных слоёв устремляется во внутренние, тем самым повышая влажность продукта. Известно, что влажность мякиша выпеченных булочек несколько выше влажности теста.

Важной особенность химического состава плодов и овощей является высокое содержание в них воды, от 75% в картофеле до 95% в огурцах. Природные органические вещества, в первую очередь витамины и минеральные элементы, растворяются в этой воде, что способствует лучшей усвояемости продуктов.

Содержание сухих веществ нормируется в молочных и мясных продуктах, в продуктах, увариваемых до определенной концентрации (томат-пюре, томат-паста, повидло, джем, варенье и др.), а также в некоторых овощных консервах.

Для определения влажности используют прямые и косвенные методы. К прямым методам относится отгонка (дистилляция) воды из исследуемого образца с применением высококипящих органических жидкостей с последующим определением объема перегнанной воды и химические, в основе которых лежит взаимодействие воды с каким-нибудь реагентом. К косвенным методам относят термогравиметрические (методы высушивания), физические (определение массовой доли сухих веществ по величине относительной плотности или на рефрактометре), а также электрические, в которых о влажности судят по электропроводности или электрической проницаемости. Наиболее распространенным среди косвенных методов является метод определения массовой доли влаги по сухому остатку, когда количество влаги устанавливается по разнице в массе навески до и после высушивания.

Сухими веществами или сухим остатком называют все то, что остается после удаления влаги из продукта при его сушке. В состав сухих веществ входят как нерастворимые в воде вещества: целлюлоза, пигменты, воски, крахмал, липиды, некоторые азотсодержащие соединения, так и водорастворимые вещества: моно- и дисахариды, декстрины, водорастворимые белки, витамины, минеральные вещества, органические кислоты.

Для пищевых продуктов предусмотрено несколько методов определения влажности и сухих веществ: высушивание в сушильном шкафу; обезвоживание на устройстве «Элекс» или приборе ВЧ (прибор Чижовой) (рисунок 1.2 и 1.3); рефрактометрический; пикнометрический метод определения плотности и определение плотности ареометром и нахождение по этому показателю содержания сухих веществ.

Рисунок 1.2 – Устройство «Элекс»

Рисунок 1.3 – Прибор «Чижовой»