Роль воды в кулинарии

Введение в кулинарию
Теги: витамины

Вода в силу особенностей своих физических и химических свойств играет исключительно важную роль в формировании качества продукции общественного питания, ее физико-химических, структурномеханических и органолептических показателей, а также устойчивости в процессе хранения.  Вода в различных количествах является компонентом химического состава практически всех пищевых продуктов как животного, так и растительного происхождения, а продукции общественного питания в особенности. Она содержится в клетке и вне ее, выполняя роль диспергирующей среды и растворителя, участвует, таким образом в формировании структуры и консистенции, внешнего вида и других органолептических свойств натуральных продуктов. В процессе приготовления кулинарной продукции, мучных кондитерских и булочных изделий вода выполняет самые разнообразные функции: технические, технологические и санитарно-гигиенические. Техническая роль воды заключается в том, что вода в жидком и парообразном состоянии или в их сочетании является теплоносителем. Это ее свойство проявляется в двух направлениях. Первое — вода (пар) не контактирует с пищевыми продуктами, выполняя функцию промежуточного теплоносителя в рубашке тепловых аппаратов (например, пищеварочные котлы с косвенным обогревом). Второе — вода (пар) находится в контакте с пищевыми продуктами, являясь средой (варочной, паровоздушной), в которой продукт доводится до состояния кулинарной готовности (наплитная посуда, котлы с косвенным обогревом, паровые камеры, парконвектоматы и др.). Технологическая функция воды широка и многогранна и состоит в том, что она является: • рецептурным компонентом многих полуфабрикатов, кулинарных изделий, блюд, мучных кондитерских и булочных изделий, участвуя в формировании структуры названной продукции; • средой в пищевых дисперсных системах, в которой происходят физические, химические, коллоидные и биохимические реакции (взаимодействия) основных нутриентов, а также структуро- образователем, что в конечном счете предопределяет качество готовой продукции; • растворителем многих пищевых продуктов и их компонентов в процессе производства продукции общественного питания; • веществом с нейтральным вкусом и запахом, что позволяет формировать продукцию (пищевые композиции) с самыми разнообразными вкусовыми, ароматическим и цветовыми оттенками. Санитарно-гигиеническая функция воды проявляется в том, что она: • в процессе гидромеханической обработки удаляет с поверхности продуктов загрязнения и снижает микробиологическую обсемененность сырья и полуфабрикатов; • обладает высоким пастеризующим и стерилизующим эффектом; • при низких минусовых температурах (в состоянии льда) является самым распространенным и эффективным консервантом, что позволяет в течение длительного времени сохранять на высоком уровне качество продукции. Состояние воды (жидкое, твердое, парообразное) оказывает большое влияние на течение химических реакций, рост и развитие микроорганизмов, структуру продукции. Для технологических целей должна использоваться питьевая вода, требования к качеству которой заложены в нормативной документации (ГОСТе). Такой широкий перечень функций, которые выполняет вода, не говоря о ее огромной физиологической роли в организме всех живых существ, свидетельствует о ее уникальных физических и химических свойствах. С точки зрения химии и физики вода представляет собой вещество, в высокой степени способное к реакциям, отличающимся по своим свойствам от других жидкостей, распространенных в природе. Вода и продукты ее диссоциации — ионы водорода (протоны) и ионы гидроксила — являются исключительно важными факторами, определяющими структуру и функциональные свойства таких органических веществ, как белки, липиды, нуклеиновые кислоты, а также структуру и свойства биологических мембран и субклеточных органелл клетки. Физические и химические свойства воды. Специфические свойства воды объясняются своеобразием строения ее молекулы, самой маленькой из трехатомных молекул. В молекуле воды шесть валентных электронов кислорода гибридизированы в четырех орбиталях, которые вытянуты к углам, образуя тетраэдр. У молекулы воды имеется два положительных и два отрицательных заряда по углам тетраэдра. Электронная конфигурация молекулы воды, по существу, лежит в основе ее структурных формирований, особенностей межмолекулярного взаимодействия, осуществляемого посредством водородных связей. Именно они ответственны за пространственное размещение молекул, благодаря чему вода является жидкостью. Как утверждают ученые, в структуре пространственной сетки водородных связей, образуемых молекулами воды, и кроется причина всех ее аномальных свойств. Напомним причину образования водородной связи. Атом водорода, отдавая электрон на образование так называемой ковалентной связи с каким-нибудь элементом с выраженными электроотрицательными свойствами (например, кислороду, азоту, фтору и др.), может вступать в нестойкое соединение с еще одним атомом такого же элемента. Такая особенность водородного атома обусловливается тем, что, отдавая свой единственный электрон на образование связи с сильно электроотрицательным элементом, он остается в виде ядра очень малого размера, почти лишенного электронной оболочки. Поэтому он не испытывает отталкивания от электронной оболочки другого атома, а, наоборот, притягивает ее и может вступить с ней во взаимодействие. Атом водорода, ковалентно связанный с атомом кислорода, азота, фтора взаимодействует с аналогичным электроотрицательным атомом другой молекулы, осуществляет таким образом водородную связь. Энергия водородной связи намного меньше, чем ковалентной, но поскольку таких связей очень много, они обеспечивают высокую устойчивость жидкой воды. В силу того что время полужизни водородных связей очень мало, вода является подвижной жидкостью. Таким образом, молекулу воды можно рассматривать как треугольную пирамиду тетраэдрического типа, по углам которой и размещаются четыре заряда: два положительных и два отрицательных. Эти заряды формируют свое ближайшее окружение, разворачивая молекулы строго определенным образом, так, что между двумя атомами кислорода всегда находится только один атом водорода. Вот такое соединение двух атомов кислорода соседних молекул Н20 при посредничестве одного водородного атома и называется водородной связью. Молекула воды может иметь четыре водородные связи, в двух из них она выступает в качестве донора, а в двух других — акцепторами электронов при взаимодействии, как с ионами, так и с другими молекулами воды. Одновременное присутствие в молекуле воды двух доноров и двух акцепторов делает возможной ассоциацию в трехмерную сеть, стабилизированную водородными связями, что обеспечивает большую силу взаимодействия между молекулами. Каждая молекула воды тетраэдрически координирована с четырьмя молекулами воды посредством водородных связей, образуя структуру, называемую кластером. Несимметричность распределения зарядов превращает молекулу воды в диполь. Вода может существовать в трех агрегатных состояниях: жидком, парообразном и твердом (лед). При температуре от 0 до 100 °С — жидкость, выше 100 °С — пар, а при температуре ниже 0 °С — лед. Установлено, что плотность (г/см3) воды (при 0 °С — 0,9998, 20 °С — 0,9982) достигает максимума (равна 1,0) при 4 °С. Охлаждаясь до этой температуры, вода уменьшается в объеме, а при дальнейшем понижении температуры, от 4 до 0 и ниже, а также при повышении от 4 °С и выше расширяется. Наличие различных солей (например, хлорида натрия) заметно понижает физико химические свойства воды. Она замерзает при температурах значительно ниже нуля. Чем выше концентрация соли, тем при более низкой температуре она замерзает. Этим свойством воды пользуются в технологической практике, когда, например, используют 12... 15 %-ный раствор хлорида натрия с температурой минус 4...минус 6 °С для фиксации разделанных тушек рыбы для уменьшения потерь сока при хранении. Вода, превращаясь в лед, расширяется. Объем льда на 9 % больше объема незамерзшей воды, что оказывает влияние на структуру пищевых продуктов и кулинарной продукции, подвергнутых замораживанию. На плавление 1 кг льда затрачивается довольно большое количество теплоты — 333,7 • 103 Дж при нормальном атмосферном давлении и 0 °С, что позволяет довольно длительное время его использовать для хранения скоропортящихся пищевых продуктов и полуфабрикатов. По отношению к другим жидкостям вода имеет высокую температуру кипения и испарения, высокую удельную теплоемкость и большое поверхностное натяжение. Эти особенности обусловлены тем, что вода способна образовывать трехмерные водородные связи, для разрушения которых требуется значительная энергия. В основе высокой прочности связей между молекулами воды в жидком состоянии лежит электрическая полярность молекул воды, которая объясняется специфическим расположением электронов в атомах кислорода и водорода, из которых состоит вода. На испарение 1 кг воды расходуется 2254 • 103Дж, что в 7 раз больше, чем на плавление льда. Такое свойство воды позволяет ее широко использовать (при варке) как теплопередающую среду в течение длительного времени. При сильном кипении расходуется большое количество энергии на испарение воды (без повышения ее температуры), что неоправданно не только технологически, но и экономически. Еще одним необычным свойством воды является ее очень высокая удельная теплоемкость (величина, показывающая, сколько надо затратить теплоты для нагревания 1 г воды на 1 °С или 1 кг на 1 К), составляющая 4,18 кДж/кг • К и которая превышает теплоемкость растительного масла в 2 раза, так же как и льда. Как установлено, минимальных значений теплоемкость воды достигает около 37 °С, что совпадает с нормальной температурой тела человека (36,6...37 °С), при которых наиболее интенсивно протекают биохимические процессы обмена веществ и организм человека находится в наивыгоднейшем энергетическом состоянии. Эта температура также является оптимальной для действия большинства ферментов в пищевых продуктах и развития микроорганизмов. Поэтому в процессе производства охлажденных кулинарных изделий и блюд температурный интервал от горячего состояния до 8... 10 °С рекомендуется проходить максимально быстро. Необходимо обратить внимание еще на такие свойства воды, как теплопроводность (Дж/м-с-К) и температуропроводность (м2/с), которые у воды по сравнению со льдом меньше в первом случае в 4 раза, а во втором — на порядок. Эти данные объясняют тот факт, что процесс замораживания тканей происходит значительно быстрее, чем их размораживание, если процесс ведется при одинаковой (в обратном порядке) разнице температур. Важнейшей с технологической точки зрения является способность воды растворять многие пищевые продукты и вещества, что обусловлено ее высокой диэлектрической проницаемостью.  Многие кристаллические соли и полярные соединения (сахара, простые спирты, альдегиды, кетоны) легко растворяются в воде, что обусловлено склонностью воды к образованию водородных связей с полярными функциональными группами названных веществ. Например, с гидроксильными группами сахаров и спиртов. Вода, содержащаяся в пищевых продуктах или добавляемая в пищевые системы (например, мясные фарши и др.) находится во взаимодействии с другими веществами (солями, белками и т. д.) этих продуктов и систем, что приводит к изменению не только этих веществ, но и воды. Взаимодействие воды с гидрофильными веществами осуществляется посредством ион-дипольного или диполь-дипольного механизма, что приводит к изменениям не только в структуре воды, но также и в структуре и реакционной способности гидрофильных веществ. С гидрофобными (неполярными) группами веществ вода взаимодействует очень слабо. Молекулы воды вокруг гидрофобных групп становятся более упорядоченными, что приводит к потере энтропии, и, как следствие, отдельные гидрофобные группы в водной среде агрегируются. Этот процесс называется гидрофобным взаимодействием. В пищевых продуктах и кулинарной продукции содержатся ионы и ионные группы, с которыми вода активно взаимодействует, образуя довольно прочные связи. При добавлении в воду диссоциирующих веществ (например, хлорида натрия) исходная структура воды нарушается, и тем сильнее, чем больше сила электрического поля иона. Сильное электрическое поле имеют малые и многовалентные (преимущественно положительные) ионы (Na+, Са++, Mg++, Ва++, ОН и др.), и они являются образователями сетчатой структуры. Большие и моновалентные ионы (главным образом, отрицательно заряженные ионы и большие положительные ионы), такие как К+, NH4+, Cl , I и др., имея слабое электрическое поле, разрушают сетчатые структуры. Таким образом, ионы, обладая различным электрическим полем и, как следствие, различной способностью гидратироваться, изменять структуру воды, могут сильно воздействовать на находящиеся в водной среде вещества (растворенные, суспендированные). Пространственная структура белков, а также стабильность коллоидных растворов в значительной степени зависят от вида и количества присутствующих в системе ионов.

Автор:  Елена Челнокова

Показать все статьи