Теоретичні основи визначення масової частки вологи та сухих речовин

Масова частка вологи є одним із вирішальних факторів, які впливають на якість сировини, напівфабрикатів та готової продукції. Кількість вологи в першу чергу визначає: харчову цінність продукції, термін її зберігання, техніко-економічні показники роботи підприємства, хід технологічного процесу.

Вологість є важливим показником якості продукту і є нормованою практично для всіх харчових продуктів.

Вологістю називають вміст вологи в матеріалі, який виражено у відсотках до маси матеріалу. За різницею між масою матеріалу і масою води визначають вміст сухих речовин.

Міцність зв'язку вологи з матеріалом характеризується енергією, яку потрібно витратити для її видалення. За формами зв'язку вологи в матеріалах виділяють вільну та зв'язану вологу.

Вільною вважається вода змочування, яка здебільшого знаходиться на поверхні продукту, її кількість коливається в межах 0,5 – 2,5%. Вміст вологи в продукті виражається сумарним вмістом в ньому води всіх видів зв'язку з матеріалом, крім хімічно зв'язаної вологи, яка при звичайному висушуванні не виділяється з продукту.

Вільна волога утримується в матеріалі механічно, за рахунок дисперсної просторової сітки матеріалу. Вона може бути видалена з матеріалу при утворенні різниці тиску. Під час висушування вільна волога видаляється досить легко.

Зв'язана вода досить міцно втримується сухими речовинами продукту і практично не видаляється при висушуванні.

Класифікація форм зв’язку води з сухими речовинами:

1. Хімічна форма зв’язку, за якої молекули води входять до складу сухих речовин у точно визначеному співвідношенні. Це найбільш міцна форма зв’язку. Волога поєднана з матеріалом хімічно у вигляді гідратів або кристалогідратів. Для видалення цієї води необхідно особливо інтенсивне оброблення теплом (прокалювання) або хімічна обробка, що спричиняють руйнування структури матеріалу.

2. Фізико-хімічна форма зв’язку – розрізняють адсорбційну і осмотичну. Така волога зв'язана з сухими речовинами не в чітко визначених співвідношеннях, може легко мігрувати та брати участь в хімічних реакціях. Видалити її можна при сушінні.

Адсорбційно зв’язана вода утримується силами Ван-дер-Ваальса поверхнею молекул колоїдно-диспергованих речовин (тобто молекулами білків і вуглеводів) на межі поділу тверде тіло – вода. Це волога, яка поглинається поверхнею тіла і утримується завдяки зменшенню тиску насиченої пари на поверхнях капілярів. Адсорбційна волога представляє собою водяну плівку, товщина якої дорівнює розмірам однієї молекули води. Ця вода з великою силою утримується поверхневою енергією речовини, що адсорбує вологу.

Процес сполучення за допомогою адсорбційних сил молекул води з молекулами речовини називається гідратацією, а сама вода – гідратаційною.

Адсорбційно зв’язану воду містять і мікрогетерогенні системи, до яких належать порошки крохмалю, розмір часточок яких 6 – 150 мкм, борошна – 50 – 800 мкм тощо. Її кількість залежить від розміру часточок і питомої поверхні (поверхні 1 г речовини). Чим менші часточки і більша питома поверхня, тим більшу кількість адсорбційно зв’язаної води вони можуть містити. При нагріванні така адсорбційно зв'язана вода легко переходить у пару.

Подальше поглинання води обумовлюється силами осмосу і дифузії. Така вода називається осмотично поглинутою або структурною. Вона менш міцно пов’язана з сухими речовинами, ніж адсорбційна, і характеризує стадію набухання. Осмотична –це волога, яка проникає завдяки осмосу всередину високомолекулярних міцел (клітковина, крохмаль, білки і т.д.).

Осмотично поглинена вода при висушуванні продуктів видаляється раніше ніж адсорбційна вода.

3. Фізико-механічні форми зв’язку характерні для води, що заповнює капіляри, крупні пори і пустоти в тілах. Ця вода утримується капілярами з великою силою. Вважається, що вона найлегше видаляється про висушуванні.

Вода, що зв'язана фізико-механічними зв'язками поділяється на вологу макрокапілярів і вологу мікрокапілярів.

Воду в капілярах можна вважати вільною. Вона переміщується по капілярах у вигляді рідини або пари. Утримується капілярна вода в проміжках структурно-капілярної системи продуктів за рахунок капілярних сил. При механічному пошкодженні цієї системи у продуктах частково втрачається їх клітинний сік. Наприклад, при нарізанні м’яса, риби, овочів, тощо.

Капілярна й осмотично зв’язана вода у свіжих плодах і овочах складає до 95 %, у м’язах тварин і риб знаходиться 45 – 55% осмотично зв’язаної води, 40 – 45% – капілярної і 6,7 – 7,5 % – адсорбційної.

Різні стани води у харчових продуктах пов'язані між собою, між ними не спостерігається чіткої межі. При переробці й зберіганні продуктів вода може переходити із однієї форми в іншу.

Слід вважати, що при визначенні масової частки вологи продукту визначається волога зв'язана фізико-хімічно і фізико-механічно.