Роль води у кулінарії

Вода в силу особливостей своїх фізичних та хімічних властивостей відіграє виключно важливу роль у формуванні якості продукції громадського харчування, її фізико-хімічних, структурно-механічних та органолептичних показників, а також стійкості в процесі зберігання. Вода у різних кількостях є компонентом хімічного складу практично всіх харчових продуктів як тваринного, так і рослинного походження, а продукції громадського харчування особливо.

Вона міститься в клітині та поза нею, виконуючи роль диспергуючого середовища та розчинника, бере участь, таким чином, у формуванні структури та консистенції, зовнішнього вигляду та інших органолептичних властивостей натуральних продуктів.

У процесі приготування кулінарної продукції, борошняних кондитерських та булочних виробів вода виконує найрізноманітніші функції: технічні, технологічні та санітарно-гігієнічні.

Технічна роль води полягає в тому, що вода в рідкому і пароподібному стані або їх поєднанні є теплоносієм.

Ця її властивість проявляється у двох напрямках.

Перше - вода (пар) не контактує з харчовими продуктами, виконуючи функцію проміжного теплоносія в сорочці теплових апаратів (наприклад, котли з непрямим обігрівом).

Друге - вода (пар) знаходиться в контакті з харчовими продуктами, будучи середовищем (варильною, пароповітряною), в якій продукт доводиться до стану кулінарної готовності (наплитний посуд, котли з непрямим обігрівом, парові камери, парконвектомати та ін).Технологічна функція води широка і багатогранна і полягає в тому, що вона є: • рецептурним компонентом багатьох напівфабрикатів, кулінарних виробів, страв, борошнянихкондитерських та булочних виробів, беручи участь у формуванні структури названої продукції;

• середовищем у харчових дисперсних системах, у яких відбуваються фізичні, хімічні, колоїдні та біохімічні реакції (взаємодії) основних нутрієнтів, а також структуроутворювачем, що в кінцевому рахунку визначає якість готової продукції;

• розчинником багатьох харчових продуктів та їх компонентів у процесі виробництва продукції громадського харчування;

• речовиною з нейтральним смаком та запахом, що дозволяє формувати продукцію (харчові композиції) з найрізноманітнішими смаковими, ароматичними та кольоровими відтінками.

Санітарно-гігієнічна функція води проявляється в тому, що вона:

• у процесі гідромеханічної обробки видаляє з поверхні продуктів забруднення та знижує мікробіологічну обсімененість сировини та напівфабрикатів;

• має високий пастеризуючий і стерилізуючий ефект;

• при низьких мінусових температурах (у стані льоду) є найпоширенішим та найефективнішим консервантом, що дозволяє протягом тривалого часу зберігати на високому рівні якість продукції.

Стан води (рідкий, твердий, пароподібний) дуже впливає протягом хімічних реакцій, зростання і розвиток мікроорганізмів, структуру продукції.

Для технологічних цілей має використовуватися питна вода, вимоги до якості якої закладені у нормативній документації (ГОСТі).

Такий широкий перелік функцій, які виконує вода, не кажучи про її величезну фізіологічну роль в організмі всіх живих істот, свідчить про її унікальні фізичні та хімічні властивості.

З точки зору хімії та фізики вода являє собою речовину, яка високою мірою здатна дореакцій, що відрізняється за своїми властивостями від інших рідин, поширених у природі.

Вода та продукти її дисоціації — іони водню (протони) та іони гідроксилу — є виключно важливими факторами, що визначають структуру та функціональні властивості таких органічних речовин, як білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти, а також структуру та властивості біологічних мембран та субклітинних органел. клітини.Фізичні та хімічні властивості води.

Специфічні властивості води пояснюються своєрідністю будови її молекули, найменшої із триатомних молекул.

У молекулі води шість валентних електронів кисню гібридизовано у чотирьох орбіталях, які витягнуті до кутів, утворюючи тетраедр.

У молекули води є два позитивні і два негативні заряди по кутах тетраедра.

Електронна конфігурація молекули води, сутнісно, є основою її структурних формувань, особливостей міжмолекулярного взаємодії, здійснюваного у вигляді водневих зв'язків.

Саме вони відповідальні за просторове розміщення молекул, завдяки чому вода є рідиною.

Як стверджують вчені, у структурі просторової сітки водневих зв'язків, утворених молекулами води, і є причина всіх її аномальних властивостей.

Нагадаємо, причину утворення водневого зв'язку.

Атом водню, віддаючи електрон на утворення так званого ковалентного зв'язку з яким-небудь елементом з вираженими електронегативними властивостями (наприклад, кисню, азоту, фтору та ін), може вступати в нестійку сполуку ще з одним атомом такого ж елемента.

Така особливість водневого атома обумовлюється тим, що віддаючи свій єдиний електрон на утворення зв'язку з сильно електронегативнимелементом він залишається у вигляді ядра дуже малого розміру, майже позбавленого електронної оболонки.

Тому він не відчуває відштовхування від електронної оболонки іншого атома, а навпаки, притягує її і може вступити з нею у взаємодію.

Атом водню, ковалентно пов'язаний з атомом кисню, азоту, фтору взаємодіє з аналогічним електронегативним атомом іншої молекули, здійснює таким чином водневий зв'язок.

Енергія водневого зв'язку набагато менша, ніж ковалентної, але оскільки таких зв'язків дуже багато, вони забезпечують високу стійкість рідкої води.

У силу того, що час напівжиття водневих зв'язків дуже мало, вода є рухомою рідиною.

Таким чином, молекулу води можна розглядати як трикутну піраміду тетраедричного типу, по кутах якої і розміщуються чотири заряди: два позитивні і два негативні.

Ці заряди формують своє найближче оточення, розгортаючи молекули строго певним чином, отже, між двома атомами кисню завжди є лише одне атом водню. Ось така сполука двох атомів кисню сусідніх молекул Н20 за посередництва одного водневого атома і називається водневим зв'язком.

Молекула води може мати чотири водневі зв'язки, у двох з них вона виступає як донор, а в двох інших - акцепторами електронів при взаємодії, як з іонами, так і з іншими молекулами води.

Одночасна присутність у молекулі води двох донорів та двох акцепторів уможливлює асоціацію у тривимірну мережу, стабілізовану водневими зв'язками, що забезпечує більшу силу взаємодії між молекулами.

Кожна молекула води тетраедрично координована з чотирма молекулами води за допомогою водневих зв'язків,утворюючи структуру, яка називається кластером.

Несиметричність розподілу зарядів перетворює молекулу води на диполь.

Вода може існувати в трьох агрегатних станах: рідкому, пароподібному та твердому (лід).

При температурі від 0 до 100 ° С - рідина, вище 100 ° С - пара, а при температурі нижче 0 ° С - лід.

Встановлено, що густина (г/см3) води (при 0 °С - 0,9998, 20 °С - 0,9982) досягає максимуму (рівна 1,0) при 4 °С.

Охолоджуючись до цієї температури, вода зменшується в обсязі, а при подальшому зниженні температури від 4 до 0 і нижче, а також при підвищенні від 4 °С і вище розширюється.

Наявність різних солей (наприклад, хлориду натрію) помітно знижує фізико-хімічні властивості води.

Вона замерзає при температурах значно нижче за нуль.

Чим вище концентрація солі, тим за нижчої температури вона замерзає.

Цією властивістю води користуються в технологічній практиці, коли, наприклад, використовують 12. 15% розчин хлориду натрію з температурою мінус 4. мінус 6 °С для фіксації оброблених тушок риби для зменшення втрат соку під час зберігання.

Вода, перетворюючись на кригу, розширюється.

Обсяг льоду на 9% більше обсягу незамерзлої води, що впливає на структуру харчових продуктів та кулінарної продукції, заморожених.

На плавлення 1 кг льоду витрачається досить велика кількість теплоти - 333,7 • 103 Дж при нормальному атмосферному тиску і 0 ° С, що дозволяє досить тривалий час його використовувати для зберігання харчових продуктів, що швидко псуються, і напівфабрикатів.

По відношенню до інших рідин вода має високу температуру кипіння та випаровування, високу питому теплоємність та великий поверхневий натяг.

Ці особливостіобумовлені тим, що вода здатна утворювати тривимірні водневі зв'язки, для руйнування яких потрібна значна енергія.

В основі високої міцності зв'язків між молекулами води в рідкому стані лежить електрична полярність молекул води, яка пояснюється специфічним розташуванням електронів в атомах кисню і водню, з яких складається вода.

На випаровування 1 кг води витрачається 2254 • 103Дж, що у 7 разів більше, ніж на плавлення льоду.

Така властивість води дозволяє її широко використовувати (при варінні) як теплопередавальне середовище протягом тривалого часу.

При сильному кипінні витрачається велика кількість енергії на випаровування води (без підвищення її температури), що невиправдано як технологічно, а й економічно.

Ще однією незвичайною властивістю води є її дуже висока питома теплоємність (величина, що показує, скільки треба витратити теплоти для нагрівання 1 г води на 1 °С або 1 кг на 1 К), що становить 4,18 кДж/кг • К і яка перевищує теплоємність рослинної олії у 2 рази, так само як і льоду.

Як встановлено, мінімальних значень теплоємність води досягає близько 37 ° С, що збігається з нормальною температурою тіла людини (36,6 ... 37 ° С), при яких найбільш інтенсивно протікають біохімічні процеси обміну речовин і організм людини знаходиться у найвигіднішому енергетичному стані.

Ця температура також є оптимальною для дії більшості ферментів у харчових продуктах та розвитку мікроорганізмів.

Тому в процесі виробництва охолоджених кулінарних виробів та страв температурний інтервал від гарячого стану до 8…10 °С рекомендується проходити максимально швидко.

Необхідно звернути увагу ще на такі властивості води, яктеплопровідність (Дж/м-с-К) та температуропровідність (м2/с), які у води порівняно з льодом менші у першому випадку в 4 рази, а у другому — на порядок.

Ці дані пояснюють той факт, що процес заморожування тканин відбувається значно швидше, ніж їхнє розморожування, якщо процес ведеться при однаковій (у зворотному порядку) різниці температур.

Найважливішою з технологічної точки зору є здатність води розчиняти багато харчових продуктів і речовин, що обумовлено її високою діелектричною проникністю.

Багато кристалічні солі та полярні сполуки (цукри, прості спирти, альдегіди, кетони) легко розчиняються у воді, що зумовлено схильністю води до утворення водневих зв'язків з полярними функціональними групами названих речовин.

Наприклад, з гідроксильними групами цукрів та спиртів.

Вода, що міститься в харчових продуктах або додається в харчові системи (наприклад, м'ясні фарші та ін) перебуває у взаємодії з іншими речовинами (солями, білками тощо) цих продуктів і систем, що призводить до зміни не тільки цих речовин, а й води.

Взаємодія води з гідрофільними речовинами здійснюється за допомогою іон-дипольного або диполь-дипольного механізму, що призводить до змін не тільки в структурі води, а й у структурі та реакційної здатності гідрофільних речовин.

З гідрофобними (неполярними) групами речовин вода взаємодіє дуже слабко.

Молекули води навколо гідрофобних груп стають упорядкованішими, що призводить до втрати ентропії, і, як наслідок, окремі гідрофобні групи у водному середовищі агрегуються.

Цей процес називається гідрофобною взаємодією.

У харчових продуктах та кулінарній продукції містяться іони та іоннігрупи, з якими вода активно взаємодіє, утворюючи досить міцні зв'язки.

При додаванні у воду дисоціюючих речовин (наприклад, хлориду натрію) вихідна структура води порушується, і тим більше, що більше сила електричного поля іона.

Сильне електричне поле мають малі та багатовалентні (переважно позитивні) іони (Na+, Са++, Mg++, Ва++, ВІН та ін), і вони є утворювачами сітчастої структури.

Великі та моновалентні іони (головним чином, негативно заряджені іони і великі позитивні іони), такі як К+, NH4+, Cl , I та ін., маючи слабке електричне поле, руйнують сітчасті структури.

Таким чином, іони, володіючи різним електричним полем і, як наслідок, різною здатністю гідратуватися, змінювати структуру води, можуть сильно впливати на речовини, що знаходяться у водному середовищі (розчинені, суспендовані).

Просторова структура білків, а також стабільність колоїдних розчинів значною мірою залежать від виду та кількості присутніх у системі іонів.