Ρόλος του νερού Πηγή ζωής Καθολικός διαλύτης Μεταφορά θρεπτικών ουσιών και αποβλήτων Αντιδραστήριο, μέσο αντιδράσεων και προϊόν αντιδράσεων Λιπαντικό και πλαστικοποιητής Σταθεροποιητής διατάξεων πολυμερών

Κύριο Συστατικό των Τροφών ντομάτα κοτόπουλο φασόλια καφές ρύζι βούτυρο μέλι τυρί πατάτα γάλα μπύρα λάχανο πορτοκάλι wt% νερό

Ρόλος του Νερού στα Τρόφιμα Καθορίζει τη δομή, την εμφάνιση, τη γεύση –Παρεμποδίζει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των διαφόρων συστατικών –Αυξάνει την υγρασία και το μαλάκωμα των τροφίμων Επηρεάζει την αλλοίωση των τροφίμων –Επιταχύνει την ανάπτυξη μικροοργανισμών –Υδρόλυση συστατικών –Διαλύτης αντιδραστηρίων, προιόντων και καταλυτών Βασικός παράγοντας στις τεχνολογικές διαδικασίες –Αφυδάτωση –Κατάψυξη

Η δομή του νερού Το μόριο νερού Σχηματισμός πλέγματος νερού Δικυκλο-οκταμερή Δεσμοί Η

Η δομή του πάγου Εξαγωνική δομή

Φυσικές ιδιότητες του νερού Ασυνήθιστα υψηλό σημείο πήξεως Ασυνήθιστα υψηλό σημείο ζέσεως Ασυνήθιστα υψηλό τριπλό σημείο Ασυνήθιστα υψηλή επιφανειακή τάση Ασυνήθιστα υψηλό ιξώδες Μεγάλη θερμοχωρητικότητα και θερμική αγωγιμότητα

Αλληλεπιδράσεις νερού και διαλυμένων ουσιών Με ιόντα και ιονικές ομάδες Με ουδέτερα μόρια - Δεσμοί Η Με μή πολικές ουσίες Π.χ. Ενυδάτωση υδατανθράκων Π.χ ενυδάτωση ιόντων

Νερό και τρόφιμα Περιεκτικότητα τροφίμου σε νερό (ποσοστό υγρασίας) Ενεργότητα νερού Μοριακή Κινητικότητα

Ελεύθερο και Δεσμευμένο νερό Δεσμευμένο νερό: Διακρίνεται σε καταψύξιμο και μη καταψύξιμο Μη δεσμευμένο νερό: Διακρίνεται σε παγιδευμένο και ελεύθερο Δεσμευμένο νερό: Διακρίνεται σε ισχυρά δεσμευμένο (απομακρύνεται με λυοφιλίωση) και ασθενώς δεσμευμένο (απομακρύνεται με φυγοκέντριση) Μη δεσμευμένο: Απομακρύνεται με διήθηση

Ενεργότητα νερού

Ενεργότητα νερού και αλλοιώσεις τροφίμων

Ενεργότητα νερού σε τρόφιμα

Ενεργότητα νερού a w και σταθερότητα των τροφίμων Σε τιμές ενεργότητας μικρότερες από 0.7 παρεμποδίζεται η μικροβιακή αλλοίωση, οι άλλες όμως αντιδράσεις αλλοίωσης δεν παρεμποδίζονται, παρά μόνο σε τιμές μικρότερες από 0.3, πράγμα το οποίο πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την αφυδάτωση τροφίμων. Σε τιμές a w = είναι το άριστο σημείο σταθερότητας αφυδατωμένων τροφίμων ενώ σε ανώτερες ή κατώτερες αυτές οι αντιδράσεις αλλοίωσης μπορεί να προχωρούν με μεγαλύτερες ταχύτητες. Επίσης φαίνεται ότι οι αντιδράσεις Maillard, και της μικροβιακής ανάπτυξης παρουσιάζουν μέγιστους ρυθμούς σε ενδιάμεσες έως υψηλές τιμές a w Επίσης φαίνεται ότι οι αντιδράσεις Maillard, και της μικροβιακής ανάπτυξης παρουσιάζουν μέγιστους ρυθμούς σε ενδιάμεσες έως υψηλές τιμές a w

Ενεργότητα νερού a w και σταθερότητα των τροφίμων Πολλοί μικροοργανισμοί συμπεριλαμβανομένων και των παθογόνων βακτηρίων αναπτύσσονται ταχύτατα σε a w = Η ανάπτυξη των περισσοτέρων βακτηρίων περιορίζεται σε a w > 0.90, μερικοί όμως σπουδαίοι για τη συντήρηση των τροφίμων μικροοργανισμοί μπορούν να αναπτυχθούν και σε χαμηλότερες τιμές a w, γενικά όμως το κατώτερο όριο ανάπτυξης των μικροοργανισμών που απαντώνται συχνότερα στα τρόφιμα είναι Οι ελάχιστες τιμές a w ανάπτυξης των μικροοργανισμών βέβαια επηρεάζονται από τις συνθήκες περιβάλλοντος (pH, θερμοκρασία, θρεπτικά συστατικά, Ο 2 ) και αυξάνονται όσο δυσμενέστεροι είναι οι συνθήκες αυτές.

Ενεργότητα νερού a w και σταθερότητα των τροφίμων Εκτός από την επίδραση που έχει η a w επί των μικροοργανισμών, όπως αναφέρθηκε, επηρεάζει και άλλες δράσεις που σχετίζονται με τη σταθερότητα των τροφίμων, όπως ενζυμικές και χημικές δράσεις.

Παράγοντες που επιδρούν στην ενζυμική δραστικότητα Ενζυμική δράση Συγκεντρώσεις ενζύμου - υποστρώματος Θερμοκρασία –25-40 ο C pH –συνήθως κοντά στο 7 Ενεργότητα νερού a w –Ελάττωση της ταχύτητας σε a w < 0.8 Ιονική ισχύς Ακτινοβολία Ενζυμική δραστικότητα Παράγοντας

Συντήρηση τροφίμων

Η παρουσία του νερού στα τρόφιμα Το νερό που αποτελεί κανονικό συστατικό όλων σχεδόν των τροφίμων εμφανίζεται σε αυτά σε τρεις μορφές: α. Το απορροφημένο νερό που κατακρατείται φυσικά σαν μια στοιβάδα στην επιφάνεια των συστατικών των τροφίμων. β. Το δεσμευμένο νερό που είναι χημικά ενωμένο με την μορφή κρυστάλλων ή με τη μορφή υδριδίων. γ. Το ελεύθερο νερό που είναι ένα ξεχωριστό συστατικό των τροφίμων και μπορεί δύσκολα να απομακρυνθεί με εξάτμιση ή ξήρανση σε 100 ο C. Μέθοδοι προσδιορισμού της υγρασίας α. Το νερό διαχωρίζεται από τα υπόλοιπα συστατικά του με έμμεση ή άμεση μέθοδο. β. Προσδιορίζεται μια φυσική ιδιότητα που μεταβάλλεται με την περιεκτικότητα του νερού π.χ. δείκτης διάθλαση, ειδικό βάρος, διηλεκτρική σταθερά. γ. Το περιεχόμενο νερό παίρνει μέρος σε μια χημική αντίδραση π.χ. απελευθέρωση Ι 2 από το αντιδραστήριο Karl Fischer (για τρόφιμα με μικρή περιεκτικότητα σε νερό π.χ. ζάχαρη).

Μέθοδοι προσδιορισμού της υγρασίας α. Το νερό διαχωρίζεται από τα υπόλοιπα συστατικά του με έμμεση ή άμεση μέθοδο. β. Προσδιορίζεται μια φυσική ιδιότητα που μεταβάλλεται με την περιεκτικότητα του νερού π.χ. δείκτης διάθλαση, ειδικό βάρος, διηλεκτρική σταθερά. γ. Το περιεχόμενο νερό παίρνει μέρος σε μια χημική αντίδραση π.χ. απελευθέρωση Ι 2 από το αντιδραστήριο Karl Fischer (για τρόφιμα με μικρή περιεκτικότητα σε νερό π.χ. ζάχαρη).

Προσδιορισμός υγρασίας με ξήρανση Ζυγίζεται μια μικρή ποσότητα δείγματος σε προζυγισμένη κάψα από λευκόχρυσο ή πορσελάνη ή γυαλί και θερμαίνεται σε πυριαντήριο σε ο C για ξήρανση. Μετά το δείγμα ψύχεται σε ξηραντήρα και ζυγίζεται ενώ η διαδικασία (ξήρανση-ζύγιση) επαναλαμβάνεται σε ισόχρονα διαστήματα (μια ώρα ή λιγότερο) μέχρις ότου αποκτήσει σταθερό βάρος. Η ελάττωση του βάρους θεωρείται ότι αποτελεί την απώλεια σε νερό και έτσι υπολογίζεται η % περιεκτικότητα της ουσίας σε νερό. Μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι οι τιμές της υγρασίας, αφού με την θέρμανση παρασύρονται και άλλες πτητικές ουσίες όπως π.χ. αιθέρια έλαια. Η ελάττωση του βάρους εκφράζεται σαν "νερό και πτητικές ουσίες %".

Προκατεργασία Η μέθοδος ξήρανσης που εφαρμόζεται εξαρτάται από τη φύση του τροφίμου. Για υγρές ουσίες το μεγαλύτερο ποσό νερού πρέπει να απομακρύνεται από το δείγμα με θέρμανση σε υδρόλουτρο πριν την ξήρανσή του σε πυριαντήριο. Το υπόλειμμα που παραμένει μετά την ξήρανση καλείται "στερεό υπόλειμμα". Τρόφιμα με σιροπιώδη, ζελατινώδη ή ανάλογης φύσης μορφή δίνουν σιροπιώδες υπόλειμμα γι αυτό πρέπει πριν την ξήρανσή τους να αναμιγνύονται με μέσα που θα αυξήσουν την επιφάνειά τους όπως είναι η ελαφρόπετρα, η χαλαζιακή άμμος κ.λ.π. Υγροσκοπικές ουσίες γενικά ξηραίνονται σε φιαλίδια ζύγισης με πώμα. Για τρόφιμα με συστατικά που διασπώνται σε θερμοκρασία 100 ο C (π.χ. σάκχαρα) η ξήρανση γίνεται σε 70 ο C με σύγχρονη εφαρμογή κενού ή χωρίς θέρμανση σε ξηραντήρα κενού πάνω από θειϊκό οξύ.

Προσδιορισμός της υγρασίας με απόσταξη Σε ορισμένα τρόφιμα όπως τα αλλαντικά τα λάδια τα αρτύματα (π.χ. κανέλλα, γαρύφαλλο) κ.λ.π. που αποσυνθέτονται γρήγορα ή περιέχουν πτητικές ουσίες, χρησιμοποιούνται μέθοδοι που βασίζονται στον άμεσο προσδιορισμό. Το νερό αποστάζεται παρουσία υγρών που έχουν ειδικό βάρος μικρότερο της μονάδος και σημείο βρασμού υψηλότερου των 100 ο C ενώ δεν αναμιγνύονται με το νερό. Τέτοια υγρά είναι το τολουόλιο το επτάνιο το ξυλόλιο κ.α. Ο προσδιορισμός γίνεται στην ειδική συσκευή.

Χημική μέθοδος προσδιορισμού υγρασίας H πιο σπουδαία μέθοδος είναι ογκομετρική και βασίζεται στην αντίδραση αναγωγής του J 2 από SO 2. 2Η 2 Ο + J 2 + SO 2  H 2 SO 4 + 2HJ 2Η 2 Ο + J 2 + SO 2  H 2 SO 4 + 2HJ Το τελικό σημείο της ογκομέτρησης είναι ορατό με γυμνό οφθαλμό (από καστανέρυθρο γίνεται άχρωμο) αλλά πολλές φορές χρησιμοποιούνται και φωτόμετρα για την παρατήρηση του τελικού σημείου. Η μέθοδος Karl Fischer χρησιμοποιείται περισσότερο για προσδιορισμούς σε τρόφιμα με ίχνη υγρασίας όπως η ζάχαρη η σοκολάτα, τα ξηραμένα λαχανικά κ.α. Για τα λάδια με υγρασία 0,05-1,00 % εφαρμόζεται η ηλεκτρομετρική μέθοδος Karl Fischer.

Υπολογισμοι V Θ = όγκος νερού σε θερμοκρασία Θ d Θ = πυκνότητα νερού σε θερμοκρασία Θ W = βάρος δείγματος

Αναφορές