1. Woda jako składnik żywności oraz równowagi kwasowo- zasadowe w żywności

1. Struktura cząsteczki wody

• 2 atomy wodoru, połączone z 1 atomem tlenu wiązaniem kowalencyjnym, kąt pomiędzy wiązaniami około 104^o

• Masa cząsteczkowa mała

• Małe rozmiary w porównaniu z rozmiarami cząsteczek związków organicznych wchodzących w skład produktów spożywczych powodują łatwe wnikanie wody między cząsteczki innych związków, np. sacharydów, aminokwasów, polipeptydów, białek itp.

• Elektrycznie obojętna (liczba protonów równa liczbie elektronów) i polarna, ponieważ podział elektronów tworzących wiązanie kowalencyjne między tlenem i wodorami jest asymetryczny (tlen, jako pierwiastek bardziej elektroujemny bardziej przyciąga elektrony, wobec czego na nim następuje cząstkowy ładunek ujemny, a na wodorach dodatni - cząsteczka ma charakter dipola.

2. Fizykochemiczne właściwości wody:

• Krystalizuje w temperaturze 0 st.C

• Wrzenie w temperaturze 100 st. C pod normalnym ciśnieniem

• Wzrost gęstości przy zmianie temperatury od 0 do +4 st. C

• Duże wartości stałej dielektrycznej (około 80) i napięcia powierzchniowego

• Niskie ciepło topnienia 333 kJ/mol

• Wysokie ciepło parowania 2260 kJ/mol

• Zdolność rozpuszczania wielu substancji i uwadniania polimerów naturalnych

Wpływ wody na:

• Cechy fizyczne

• Konsystencję

• Strukturę

• Inne cechy fizyczne i fizykochemiczne surowców, półproduktów i gotowych produktów spożywczych

• Szybkość przebiegania wielu reakcji chemicznych (np. hydroliza - niezbędna)

3. Rola wody w żywności

Ze względu na ilość, jak i właściwości różniące ją od innych składników woda wpływa na właściwości żywności:

-Fizyczne

-Biologiczne

-Chemiczne

Bez wody niemożliwe jest działanie enzymów i rozwój drobnoustrojów

-Od jej obecności zależy transport i wchłanianie składników pokarmowych, przemiany metaboliczne i wydalanie produktów tej przemiany

-Wpływ na stan równowagi dynamicznej ciśnienia osmotycznego w komórce

4. Struktura wody i lodu

• Gęstość wody = 1g/cm3, natomiast gęstość lodu = 0,92 g/cm3

• Obniżanie temperatury wody powoduje porządkowanie struktury i powstawanie siatki heksagonalnej stabilizowanej przez wiązania wodorowe

5. Zjawisko hydratacji

-Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem jonów. W polu elektrycznym kationów i anionów układają się wodne dipole, odpowiednio do ładunku jonów. Podobnie uwadniane są grupy elektrycznie naładowane, występujące w cząsteczkach organicznych, np. karboksylowe, fosforanowe, amonowe, hydroksylowe

-Im większy jest udział polarnych grup funkcyjnych w cząsteczce, tym większa hydrofilowość (rozpuszczalność), np. grupy karboksylowe, fosforanowe, amonowe, hydroksylowe, karbonylowe, aminowe, wiązania peptydowe itp.

-Cząsteczki, które wyłącznie lub przeważnie składają się z części węglowodorowych, rozpuszczają się w mniejszym stopniu, lub w ogóle (oddziaływania hydrofobowe), np. likopen (pomidory), skwalen (tłuszcz z wątroby rekina głębinowego, oleje roślinne [w mniejszym stopniu])

6. Rodzaje wody w żywności

Podstawowe formy wody występujące w żywych tkankach

• Woda wolna - woda wykazująca prężności pary równe prężności pary czystej wody, stanowi ona większą część wody zawartej w żywności nieprzetworzonej lub przetworzonej

• Związana - obniżona aktywność i dostępność, (obserwuje się przy obniżaniu zawartości wody poniżej 50%)

Rodzaje wody w żywności

• Woda strukturalna (krystaliczna, związana chemicznie) (poniżej 0,03%) jest integralną częścią składników niewodnych, ulokowana w wolnych przestrzeniach makrocząsteczek lub związana w postaci wodzianów

• Woda związana w postaci monowarstwy (0,1 - 0,9%) - silnie oddziaływuje z grupami polarnymi i zjonizowanymi składnikami niewodnymi

• Woda związana w dalszych kilku warstwach (1-5%) o strukturze uporządkowanej wokół hydrofilowych grup składników niewodnych

• Woda niezwiązana (wolna) (5-96%) o właściwościach zbliżonych do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych, ruchliwa

• Woda uwięziona (5-96%) - o właściwościach wody wolnej, ale uwięziona w niewypełnionych przestrzeniach składników strukturalnych lub w żelach, przez co jej przepływ jest utrudniony

7. Definicje aktywności wody

• Stosunek prężności pary wodnej nad badaną próbką do prężności pary nad czystą wodą w tej samej temperaturze, (p/p_o = n₂/(n₁+ n₂), gdzie n₁, n₂ - stężenia molowe; p - prężność pary nad badaną próbką, p_o - prężność pary nad czystą wodą

• Inaczej: odpowiada równowagowej wilgotności względnej, przy której produkt ani nie zyskuje, ani nie traci wilgoci

• Jest miarą zawartości wody wolnej w danym materiale, umożliwia więc określenie intensywności, z jaką woda asocjuje z różnymi niewodnymi składnikami

-Woda związana jest najmniej dostępna

-Od aktywności wody zależy przebieg wielu ważnych reakcji chemicznych i biochemicznych, a także rozwój drobnoustrojów

8. Aktywność wody a trwałość żywności

• Rozwój mikroflory

• Wpływ na konformację białek enzymatycznych, decyduje o aktywności i zdolnościach katalitycznych enzymów

• Dla przebiegu reakcji hydrolizy a_w min. 0,3

• Wartość a_w < 0,8 - nie działają amylazy, fenylooksydazy, peroksydazy

• Niektóre reakcje nieenzymatyczne zachodzą z maksymalną szybkością, przy średnich aktywnościach wody (reakcje Maillarda)

Jak aktywność wody wpływa na przebieg reakcji utleniania?

=Woda może sprzyjać reakcjom utleniania ze względu na rozpuszczalność jonów metali uczestniczących w reakcjach (np. jony Fe)

=Rozpuszczalność białek i ich dostępność dla lipidów

=Może ograniczać procesy utleniania:

-Utrudnianie dyfuzji tlenu do miejsc reakcji

-Obniżanie stężenia jonów metali

-Wiązanie produktów pośrednich autooksydacji lipidów

• Przemiany fizyczne związane z aktywnością wody i mające wpływ na jakość i trwałość żywności:

• Krystalizacja - krystalizacji ulegają przede wszystkim sacharydy (a_w = 0,3 - 0,5)

-Woda uwalniana w procesach krystalizacji powoduje:

-Utracenie kruchości wyrobów piekarniczych

-Zbrylanie produktów suszonych

-Przyspieszenie reakcji chemicznych

• Rozpuszczalność niektórych składników żywności

Zmiany mikrobiologiczne, fizyczne, biochemiczne w żywności można ograniczyć poprzez

• Zmniejszenie zawartości wody lub przeprowadzenie wody wolnej w wodę związaną niedostępną dla przemian obniżających jakość żywności

-Suszenie

-Wędzenie

-Zamrażanie

-Dodawanie substancji obniżających aktywność wody (np. NaCl, sacharoza)

9. Poziomy aktywności wody w żywności

Aktywność wody może przyjąć praktycznie wartości 0,1-1

-Żywność o strukturze tkankowej (warzywa, mięso, ryby itp.) - a_w >0,98

-Koncentraty spożywcze - a_w < 0,6

-Żywność o wilgotności pośredniej - a_w 0,6 - 0,9

10. JAKOŚĆ WODY PITNEJ

• Woda pitna i przeznaczona na cele gospodarcze musi być:

• Bezpieczna pod względem sanitarnym i zdrowotnym

• Wykazywać odpowiednie cechy sensoryczne

W myśl przepisów nie powinna zawierać drobnoustrojów chorobotwórczych, pasożytów ani innych żywych organizmów w ilościach niebezpiecznych dla zdrowia

Nie powinna zawierać

• Zanieczyszczeń chemicznych

• substancji naturalnego pochodzenia w ilościach zagrażających zdrowiu człowieka

• Żadnych substancji w ilościach wpływających na smak, zapach, barwę, mętność

• widocznych zanieczyszczeń stałych

Zalecenia WHO dotyczące wody pitnej obejmują następujące wskaźniki

-Bakteriologiczne

-Substancje chemiczne o zdrowotnym znaczeniu (organiczne i nieorganiczne)

-Ksenobiotyki - wytwarzane na drodze syntezy chemicznej (pestycydy, nawozy sztuczne)

-Składniki radioaktywne

-Substancje chemiczne niemające wpływu na zdrowie w stężeniach normalnie występujących w wodzie

-Substancje i wskaźniki, które nie mają znaczenia zdrowotnego, ale mogą obniżać jakość sensoryczną wody

Jakość wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi określa obecnie Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 29 marca 2007 r.

Rozporządzenie to określa

-Wymagania dotyczące jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, w tym wymagania bakteriologiczne, fizykochemiczne i sensoryczne

-Sposób oceny przydatności wody

-Minimalną częstotliwość badań i miejsca pobierania próbek wody do badań

-Zakres badania

-Program monitoringu jakości wody

-Sposób nadzoru nad materiałami i wyrobami stosowanymi w procesach uzdatniania i dystrybucji wody

-Sposób nadzoru nad laboratoriami wykonującymi badania jakości wody

-Sposób informowania konsumentów o jakości wody

Kontrole nad jakością wody pitnej sprawuje Główny Inspektor Sanitarny i podlegające mu jednostki Sanepidu. Wewnętrzną kontrolę jakości wody sprawują przedsiębiorstwa wodno - kanalizacyjne

Jakość wody podlega kontroli, jeśli

-Pobierana jest z urządzeń i instalacji wodociągowych

-Pobierana jest z indywidualnych ujęć zaopatrujących ponad 50 osób lub dostarczających więcej niż 10 m3 wody na dobę

-Pobierana jest z indywidualnych ujęć, bez względu na ilość dostarczanej wody, jeżeli woda ta służy do działalności handlowej lub publicznej

-Pobierana jest z cystern lub zbiorników

11. Wskaźniki jakości wody objęte monitoringiem

Monitoring kontrolny - służy sprawowaniu bieżącego nadzoru sanitarnego nad jakością wody przez regularne badanie wody i przekazywanie informacji o jej jakości

Fizyczne i sensoryczne parametry objęte monitoringiem kontrolnym

• Barwa

• Mętność

• PH 6,5 - 9,5

• Przewodność

• Zapach

• Smak

Chemiczne parametry objęte monitoringiem kontrolnym

• Jon amonowy

• Azotany (V) i (III)

• Chlor wolny

• Suma chloranów i chlorynów

• Glin

• Mangan i żelazo (woda pochodząca z ujęć podziemnych)

Mikrobiologiczne parametry objęte monitoringiem kontrolnym

• E. Coli

• Enterokoki

• Bakterie z grupy coli

• Clostridium perfringens łącznie ze sporami

12. Parametry chemiczne oceny jakości wody

Wymagania chemiczne, jakim powinna odpowiadać woda, monitoring kontrolny i przeglądowy - wybrane parametry

Związki organiczne

-Akryloamid -Benzen -Benzopiren

-Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (w mikrogramach)

Związki nieorganiczne

-Arsen -Azotany/azotyny (Azotany 50 mg/l, azotyny 0,50 mg/l)

-Chrom (RAKOTWÓRCZY, nie należy używać suplementów diety zawierających chrom!!!)

-Cyjanki -Kadm -Miedź -Nikiel -Ołów -Rtęć

13.Rola kwasów w produktach spożywczych, w szczególności rola słabych kwasów

-regulowanie wzrostu i rozmnażania się drobnoustrojów

-zmiana aktywności enzymów w produktach spożywczych

-klarowanie roztworów i zapobieganie tworzeniu się osadów

-wpływ na własności koloidalne pektyn, gum roślinnych i białek

- polepszanie struktury galaret i dżemów

-wpływ na hydrolizę wielocukrów

-stabilizacja kwasu askorbinowego

-wpływ na smak produktów

Najważniejszą funkcją kwasów spożywczych jest obniżanie wartości pH produktów- szczególnie kwasy słabe, ze względu na dużą pojemność buforową produktów żywnościowych.

---