Woda wolna i związana

Anna 4 komentarze

W materiale żywnościowym woda jest utrzymywana przez różne mechanizmy fizycznie i chemicznie. Podział wody zawartej w żywności na wodę wolną i związaną jest wygodnym uproszczeniem.

Fennema przedstawił najwłaściwszą definicję wody związanej

woda związana to ta, która jest zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych lub zawieszonych, ma zmniejszoną aktywność, odmienne właściwości od pozostałej masy wody zawartej w danym materiale i nie zamarza do temp. -40°C

Definicja ta ma dwie zalety

- umożliwia wyodrębnienie wody związanej jako frakcji całkowitej ilości wody w danym materiale,

- umożliwia ilościowe oznaczenie, gdyż wodę nie zamarźnietą w temp. - 40°C można zmierzyć z zadowalającą dokładnością metodą NMR lub kalorymetrycznie.

Najczęściej wyróżnia się następujące wody w żywności:

- woda strukturalna (krystaliczna, związana chemicznie) ( < 0,03%) - jest integralną częścią składników niewodnych, ulokowanych w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek lub związana w postaci wodzianów,

- woda związana w postaci monowarstwy (0,1-0,9%) - silnie oddziałuje z grupami polarnymi i zjonizowanymi składników niewodnych.

- woda związana w dalszych kilku warstwach (1-5%) - o strukturze uporządkowanej wokół hydrofilowych grup składników niewodnych, stabilizowana wiązaniami wodorowymi, utworzonymi między tymi grupami a woda oraz miedzy cząsteczkami samej wody,

- woda nie związana (wolna) (5-96%) - o właściwościach zbliżonych do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli, powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych, ruchliwa,

- woda uwięziona (5-96%) - o właściwościach wody wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, przez co jej przepływ jest utrudniony.

Stopień związania wpływa na ruchliwość cząsteczek wody, im silniejsze związanie tym mniejsza szybkość z jaką cząsteczki zamieniają się miejscami. Cząsteczki wody związanej nigdy nie są całkowicie nieruchome. Sposób związania może się zmieniać wraz z zawartością wody. W sensie praktycznym, wiązanie oznacza zdolność żywności do trwałego utrzymywania wody w czasie obróbki i przechowywania.

Rodzaje wody w żywności

W żywności woda występuje w trzech przyjętych umownie formach: jako woda wolna, swobodna oraz hydratacyjna.

Woda wolna jest rozpuszczalnikiem dla zawartych w produkcie substancji organicznych  i związków mineralnych oraz bierze bezpośredni udział w przemianach fizykochemicznych. Wydziela się łatwo z produktu pod wpływem czynników zewnętrznych, między innymi wskutek sublimacji z powierzchni produktów zamrożonych oraz jako wyciek podczas ich rozmrażania.

Woda swobodna związana z siatką przestrzenną struktury tkankowej przez mostki wodorowe oraz siły elektrostatyczne stanowi większość wody wchodzącej w skład produktów. Podobnie jak woda wolna ma ona charakter rozpuszczalnika i uczestniczy w przemianach fizykochemicznych.

Woda hydratacyjna jest związana adsorpcyjnie z jonami i grupami polarnymi białek oraz sacharydów. Nie podlega ona oddziaływaniom zewnętrznym, m. in. nie uczestniczy w przemianie fazowej podczas zamrażania. Udział wody hydratacyjnej jest stosunkowo stały i wynosi 4-10% ogólnej ilości wody zawartej w żywności.

Proporcje wody wolnej i swobodnej zmieniają się w dużym zakresie pod wpływem różnych czynników w czasie przetwarzania i przechowywania żywności. Niezależnie jednak od zakresu z zmian zawartości, woda jest jednym z głównych czynników wpływających na intensywność procesów mikrobiologicznych, enzymatycznych, chemicznych i fizycznych, kształtujących cechy jakościowe i trwałość produktów żywnościowych. Szybkość przebiegu tych procesów zależy od właściwości produktów oraz od warunków jego przechowywania. Ważną rolę spełnia również obecność wody w produkcie, a szczególnie istotna jest jej dostępność dla rozwoju drobnoustrojów oraz pozostałych przemian. Miarą dostępności wody w środowisku jest aktywność wody a_w.

W produkcie woda występuje jako tzw. woda wolna i woda związana.  Woda wolna - to rozpuszczalnik substancji organicznych i mineralnych. Woda związana - to woda związana z produktem różnymi siłami (chemicznie, fizykochemicznie - osmotycznie i adsorpcyjnie)

*Forma wody w produktach spożywczych*

-woda wolna występująca w pustych przestrzeniach,porach,

-woda związana

                -związana fizyko-chem( somatycznie w kapilarach)

                -związana chemicznie

-woda krystalizacyjna

-związana przez grupy polarne zw. koloidalnych.

[1] Praca zbiorowa pod redakcją Zdzisława E. Sikorskiego, Chemia żywności. Skład, przemiany i właściwości żywności, wydanie trzecie zmienione, Wyd. Naukowo-Techniczne Warszawa 1994, 2000, s. 78
[2] Praca zbiorowa pod redakcją Zdzisława E. Sikorskiego, Chemiczne i funkcjonalne właściwości składników żywności, Wyd. Naukowo-Techniczne Warszawa 1994, s. 60-61