Вода. Вода имеет чрезвычайно большое значение для всех живых организмов. В организме человека и животных в среднем содержится 75-80% воды.
Процесс старения организма сопровождается снижением количества воды, по крайней мере Гидратационные, что приводит к сморщиванию организмов. Без воды не могут проходить химические реакции, происходить обмен веществ и поддерживаться определенный физическое состояние тканей организма.
Пищевые вещества усваиваются организмом только при наличии воды. Живые организмы теряют воду, когда дышат через поры кожи, с различными выделениями, потеря 20% воды может вызвать смерть живого организма. Потери пополняются питьем и питанием. Количество воды в пищевых продуктах различно: в плодах и овощах 70-90%, в муке и крупах - 12-15, в рыбе - 20-64, в - сахаре 1-4%.
Вода является важной средой, в котором проходят все жизненные процессы. Она, как хороший растворитель, участвует во многих химических и биохимических реакциях (окисления, гидролиза, диффузии и др..). Вода также участвует в регулировании температуры тела, а в связи с тем, что в присутствии воды набухают коллоиды, она имеет большое значение при построении тканевых структур. Потребность взрослого человека в воде составляет 2,5-3,0 л в сутки, при больших физических нагрузках или при высокой температуре окружающей среды потребность в воде увеличивается до 3,5-5 л и даже больше. Недостаток воды в организме приводит к сгущению крови, а избыточность воды - к вымыванию солей из организма, увеличение нагрузки на сердце и почки. Потеря до 10 л воды вызывает потерю сознания, сердце не может прокачать по кровеносным сосудам загустевшую кровь. Несмотря на то, что свойствам и структуре воды посвящено достаточно много исследований, и нет единого мнения по вопросам структуры воды, не выяснено до конца закономерности и взаимодействия с другими веществами.
Пищевые продукты представляют собой многокомпонентные системы. Почти вся вода, входящая в состав продуктов, находится в связанном состоянии, но удерживается сухими веществами с разной силой. Связь воды с материалом определяется энергией, которую нужно потратить на нарушение этой связи при выделении влаги из материала. По этой классификации формы связи воды с материалом делятся на три группы: химическую, физико-химическую и физико-механическую.
Химически связанная вода может входить в состав пищевых продуктов в виде ионов, или кристаллогидратов.
Кристаллизационная вода - это вода, которая содержится определенными веществами, когда они выделяются из водного раствора в форме кристаллов.
Вода, которая связывается с материалом в виде ионов, содержится наиболее прочно, так как входит в структуру вещества. Такая связь воды возникает в процессе гидролиза сложных веществ, выделить такую воду можно только при нарушении структуры вещества.
Физико-химически связанная вода делится на адсорбционную и осмотическую.
Адсорбционно связанная вода удерживается силовым полем на наружной и внутренней поверхности мицелл коллоидного тела. Коллоидные материалы характеризуются большой дисперсностью, вследствие чего они имеют большую внутреннюю поверхность и свободную поверхностную энергию, благодаря которой возникает адсорбционный связь влаги. При этом имеет место сжатие объема, когда объем набухли тела становится меньше суммы объемов материала и воды.
Осмотическая вода связывается коллоидами пищевых продуктов, имеют сложное строение и большую молекулярную массу. При образовании геля часть воды увлекается внутренним объемом скелета геля, а вторая часть попадает туда в результате осмоса, так как в клетках геля концентрация растворенного фракции веществ больше, чем снаружи.
Физико-механически связанная вода представлена водой в микро-и макрокапилярах, а также межклеточной влагой. Капиллярную воду можно считать свободной, но она по своим свойствам отличается от свободной воды, потому что в ней растворены различные вещества.
Количество воды и формы ее связи с сухим материалом продукта существенно влияют на качество и сохраняемость продовольственных товаров.
Важным показателем качества продовольственных товаров является влажность. Для большинства продовольственных товаров влажность регламентируется действующими стандартами. Снижение или увеличение влажности продукта против установленной нормы приводит к ухудшению качества продукта. Продукты с высокой влажностью имеют больше физико-механически связанной воды и высокую ее активность. В таких продуктах хорошо развиваются микроорганизмы. Для большинства бактерий нижняя граница Аω меньше 0,9, для плесени - 0,75. Активность воды имеет определенное влияние на интенсивность химических и биохимических процессов. Если активность воды высокая, то биологические процессы имеют преимущество над небиологическими, и наоборот. Разновидности порчи пищевых продуктов также зависят в определенной степени от активности воды.
При активности 0-0,2 идет окисление жиров, при 0,3 - интенсивность окисления маленькая, а при 0,5-0,7 снова увеличивается. Процессы неферментативного потемнения продуктов имеют место при активности воды 0,5, а ферментативные наступают при активности воды 0,7 и выше.
Минеральные элементы. Минеральные элементы являются составной частью любого живого организма.
Содержание элементов в живом организме пропорционален их содержания в окружающей среде с поправкой на растворимость соединений. Главная масса приходится на те элементы, которые образуют в условиях биосферы химически активные соединения - газы, соли и др.. Элементы, которые в условиях биосферы не имеют легкорастворимых соединений, встречающихся в организме в небольших количествах. Так, например, алюминий, кремний, титан благодаря малой растворимости их соединений встречаются в организме в 3000-4000 раз в меньшем количестве, чем в земной коре, а медь и цинк почти одинаково распределены в земной коре и в организме. Йод же, наоборот, накапливается живыми существами.
Роль минеральных элементов в жизни человека, животных и растений очень велика - все физиологические процессы проходят с участием этих элементов. Минеральные элементы участвуют в пластических процессах, формировании и построении тканей, в поддержании осмотического давления крови, обмене веществ и т.п.. Многие ферментативных процессов, которые проходят в разных тканях организма, были бы невозможны без участия минеральных элементов. Так, для превращение пировиноградной кислоты в уксусную или глюкозы во фруктозу обязательное участие ионов магния, а ионы кальция, наоборот, тормозить этот процесс.
Минеральный состав организма с возрастом меняется: чем старше организм, тем больше в нем содержится минеральных веществ.
Минеральные элементы распределены в тканях организма неравномерно. В твердых тканях больше содержится двухвалентных элементов (кальций, магний, фосфор), в мягких - одновалентных (калий, натрий).
Минеральные элементы и соединения, растворенные в плазме крови, межклеточной и других жидкостях организма, помогают создавать определенный осмотическое давление, зависит от суммарного количества недиссоциированных молекул и ионов. Осмотическое давление крови, лимфы, межклеточной жидкости организма зависит главным образом от растворенного в них хлористого натрия.
Для нормальной жизни организма в нем должна поддерживаться определенная кислотно-щелочное равновесие.
Во время сложного превращения в организме человека продуктов, богатых кальцием, магнием, натрием, калием, в основном образуются щелочные соединения. Источником таких элементов являются плоды, овощи, бобовые, молоко.
Такие продукты, как мясо, рыба, яйца, хлеб, при преобразовании в организме дают кислотные соединения.
Поэтому характер питания может влиять на реакцию среды в тканях. Чаще кислотно-щелочное равновесие сдвигается в сторону кислотности, а это может привести к снижению защитных функций организма. Поэтому в пищевом рационе человека необходимо достаточное количество овощей, молока, бобовых.
Зависимости от количественного содержания минеральных элементов в живых организмах и пищевых продуктах их делят на макро-, микро-и ультрамикроэлементы. К макроэлементов относятся такие элементы, которые входят в пищевые продукты в количестве большем, чем 1 мг%. Это натрий, калий, кальций, магний, фосфор, хлор.
Микроэлементы входят в пищевые продукты количестве не более 1 мг%. К ним относятся йод, фтор, медь, цинк, бром, алюминий, кобальт, никель.
Содержание ультрамикроэлементов выражается микрограммов на 100 г продукта. Это олово, свинец, ртуть, уран, радий.
Количество минеральных элементов устанавливают сжиганием пищевых продуктов до праха. Зольность является важным показателем качества многих продуктов, а для некоторых (мука, крахмал) - признаком для установления сорта.
В пищевых продуктах может определяться два вида золы - "общая зола" и "чистая зола".
"Общая зола" - это сумма минеральных элементов и их окислов, входящих в структуру веществ, из которых состоят пищевые продукты, а также попадают в продукты при производстве или перевозки.
"Чистая зола" - это сумма минеральных элементов и их окислов без примесей. Для получения "чистой золы" "общую золу" обрабатывают 10% раствором соляной кислоты. При такой обработке "чистая зола" растворяется, а побочные неорганические примеси остаются.