Вода в пищевом сырье и продуктах питания находится в свободном и связанном состоянии. Вода является постоянной средой, в которой протекают все биохимические процессы в организме. Только в жидкой водной среде совершаются процессы пищеварения и усвоения пищи в желудочно-кишечном тракте.

Вода активно участвует в реакциях обмена. Она выполняет также важную механическую функцию, облегчая скольжение трущихся поверхностей (суставы, мышцы, связки). Испарение воды через поры кожи является мощным приспособлением, посредством которого в организме поддерживается постоянная температура, из организма выводятся продукты обмена (шлаки), а также частично микробы, вирусы и токсины.

Суточная потребность взрослого человека в воде обычно составляет 2,5–3,0 л, или 40 г/кг массы тела, у грудных детей – в 3–4 раза больше. При физической нагрузке или при высокой наружной температуре воздуха потребность в воде повышается до 3,5–5,0 л и более. Потребление воды человеком должно балансироваться с ее расходом. Потребность организма в воде удовлетворяется различными способами. Так, при употреблении человеком в сутки 2,6 л воды на долю питьевой воды приходится примерно 0,9 л; воды пищевых продуктов – 1,35; воды, образующейся в тканях при окислении различных веществ, – 0,35 л.

Выделение воды происходит разными путями: через почки выделяется в сутки около 1,5 л, через кишечник – 0,15, через кожу – 0,6 и через легкие – 0,35 л. В организме человека вода образуется при окислении различных органических соединений: при окислении 100 г белков – 41 мл, углеводов – 55 и жиров – 107 мл. Недостаток воды в организме приводит к усилению вязкости крови, а избыток – к усиленному вымыванию из организма солей, повышению нагрузки на сердце и почки.

При утрате воды в количестве 6–8 % массы тела человек впадает в полуобморочное состояние; потеря 10 % количества воды приводит к нарушению глотательного рефлекса, галлюцинациям, потери сознания, сердце оказывается не в состоянии проталкивать по кровеносным сосудам сгустившуюся кровь; потеря 12 % приводит к летальному исходу. Голодание переносится человеком до 21–35 дней при употреблении 300–400 мл воды в сутки, а при ее отсутствии – 4–5 дней. Излишняя вода в организме временно удерживается в мышечной ткани и в коже.

Водный обмен тесно связан с белковым, жировым, углеводным и другими видами обмена. Так, при избыточном употреблении воды происходит усиленный распад белков, и образовавшиеся продукты выводятся из организма. Соли натрия вызывают задержку воды в тканях организма, а соли калия и кальция способствуют ее удалению.

Структура и свойства воды в пищевых продуктах

Пищевые продукты сильно различаются по содержанию воды. Так, в зерне и муке ее содержится (в %) 12–15, хлебе печеном – 23– 48, крахмале – 13–20, сахаре – 0,15–0,40, в плодах сушеных – 12– 25, свежих – 75–90, в овощах свежих – 65–95, в говядине – 58–74, рыбе – 62–84, молоке – 87–90, пиве – 86–91. Из приведенных данных следует, что содержание воды в составе некоторых продуктов превышает 50 %.

Продукты с высоким содержанием воды не стойки при хранении, т. к. в них быстро развиваются микроорганизмы. Вода способствует ускорению химических, биохимических и других процессов в пищевых продуктах. Сырые мясо и рыба легко поражаются бактериями, а плоды и овощи – плесневыми грибами.

Продукты с малым содержанием воды лучше сохраняются. Так, зерно с повышенной влажностью при хранении может саморазогреваться, прорастать, плесневеть, тогда как сухое зерно хорошо сохраняется в сухом помещении годами. Также долго сохраняются мука, крупа, сушеные плоды, овощи и другие продукты. Свежие плоды и овощи при потере воды свыше известных пределов увядают, сморщиваются, перезревают, и качество их резко снижается.

Пищевые продукты представляют собой многокомпонентные системы, в которых влага связана с твердым скелетом. Обычное деление воды на связанную и свободную носит условный характер. Почти вся вода пищевых продуктов находится в связанном состоянии, но удерживается тканями с различной силой. Академик П. А. Ребиндер предложил классификацию форм связи воды с материалом. В основу этой классификации он положил природу образования различных форм связи и энергию связи. Связь воды с материалом определяется энергией, которую надо затратить на нарушение этой связи при удалении влаги из материала. По классификации Ребиндера, формы связи влаги с материалом в порядке убывающей энергии делятся на три группы: химическая, физикохимическая и физико-механическая.

Химически связанная вода может быть связана в виде гидроксильных ионов или заключена в кристаллогидраты. Такая вода является самой прочной и может быть удалена из продукта только путем химического взаимодействия или при прокаливании.

Физико-химически связанная вода делится на адсорбционно связанную и осмотически поглощенную.

При адсорбционном связывании первого мономолекулярного слоя воды с коллоидным телом происходит выделение теплоты адсорбции. Кроме того, происходит сжатие объема, при котором объем набухшего тела оказывается меньше суммы объемов материала и поглощенной воды.

Осмотически поглощенная вода связывается коллоидами пищевых продуктов с высокополимерным строением и прочно ими удерживается. При образовании геля часть воды захватывается внутрь скелета геля и находится там, как в полупроницаемом мешочке. Другая часть осмотически поглощенной воды проникает внутрь скелета геля через стенки клеток из окружающей среды в результате осмоса, т. к. внутри клеток геля концентрация растворимой фракции веществ больше, чем в наружной. Осмотически связанная влага поглощается без выделения тепла и без сжатия системы.

Физико-механически связанная вода удерживается в неопределенных соотношениях и обычно свободно выделяется из продуктов высушиванием или даже прессованием.

Физико-механически связанную воду делят на связанную макрокапиллярами и микрокапиллярами.

Различные виды связи воды в пищевых продуктах обусловливают механизм удаления этой воды при их сушке. Так, адсорбционно связанная вода прежде, чем будет удалена из продукта, должна быть превращена в пар. Осмотически связанная вода большей частью перемещается внутри материала в виде жидкости. Капиллярная влага при сушке перемещается в материале как в виде пара, так в виде и жидкости. Кроме связанной формы воды, на поверхности продуктов может содержаться свободная вода.

Пищевые продукты обладают гигроскопичностью. Под гигроскопичностью понимают свойства продуктов поглощать и удерживать водяные пары из окружающей атмосферы. Гигроскопичность зависит от физико-химических свойств продуктов, их строения, наличия в них связывающих воду веществ, а также от температуры, влажности и давления окружающего воздуха. Особенно высокой гигроскопичностью обладают продукты, содержащие много фруктозы (мед, инвертный сахар), сушеные овощи и плоды, чай, поваренная соль.

Для характеристики свойств воды в различных продуктах и материалах широко используют понятие «активность воды». Под активностью воды в продукте с влагосдержанием понимается отношение парциального давления равновесного водяного пара на поверхности продукта к парциальному давлению насыщенного пара свободной воды в окружающей среде, зависящему от температуры.