Плоды, как и все продукты растительного происхождения, содержат большое количество воды.
Характеризуя свойства воды в растительных организмах, А. С. Гинзбург отмечает, что она является не только составной частью, физико-химически связанной с маршалом, но и активным агентом, принимающим участие в биологических процессах, постоянно протекающих в тканях. В частности, вода как растворитель обеспечивает поступление растворимых веществ в растительную клетку и перемещение их внутри нее.
Наличие у молекулы воды определенной структуры, а также способность ее соединяться с различными веществами протоплазмы обусловливают способность ее образовывать водородные связи, которые наиболее ярко выражаются в соединениях, содержащих гидроксильные группы.
Основными веществами протоплазмы клеток, способными связывать воду с помощью водородных связей, являются белки, в полипептидной цепи которых имеются гидрофильные группы NH2, СО, ΝΗ, ОН, СООН. Энергия этих связей может быть достаточно велика.
Обычно воду, содержащуюся в тех или иных материалах, разделяют на свободную и связанную, подразумевая под термином «свободная» ту воду, которая полностью сохраняет все свойства чистой воды.
Мерой прочности связи воды с материалом может считаться энергия, которую необходимо затратить на преодоление связи и удаление влаги. С увеличением прочности связи возрастает и затрата энергии на ее удаление.
Как известно, одни исследователи в области ботаники и физиологии растений условно считают, что вода в тканях растений может быть в свободном, слабосвязанном и прочносвязанном состоянии. Другие считают, что свободная влага в растительных объектах (и главным образом в плодах) вообще отсутствует.
Действительно, вода, содержащаяся в растительных клетках, представляет собой клеточный сок, т.. е. раствор, содержащий значительное количество различных растворенных в нем веществ, главным образом сахаров, органических кислот и др. В клеточном соке могут находиться (в виде коллоидного раствора) и высокомолекулярные соединения. Даже вода, заполняющая капиллярную систему мякоти, не является полностью «чистой» и всегда содержит то или иное количество растворенных в ней веществ. Это свидетельствует о том, что в плодах находятся растворы различных концентраций, свойства которых в зависимости от концентрации и природы растворенных в них веществ отличаются от свойств чистой воды. Воду, содержащуюся в плодах в таком состоянии, можно охарактеризовать как слабосвязанную. Однако по мере испарения ее во время сушки концентрация раствора постепенно возрастает и увеличивается прочность связи воды с растворенными в ней веществами, возрастает при этом и вязкость раствора. Это приводит к тому, что во время сушки плодов практически весь процесс с самого начала идет по закону убывания скорости испарения влаги.
Все же не вся влага плодов содержится в виде раствора (клеточного сока). Значительное количество влаги находится в более прочном состоянии: входит в состав протоплазмы, где она связана с молекулами высокомолекулярных (белковых) соединений. Протопектин и другие вещества, цементирующие клеточную ткань, также достаточно прочно связывают часть воды в тканях плода. Очевидно, здесь следует говорить о наличии не только водородных, но и адсорбционных связей влаги в моно- и полимолекулярных слоях. В растительной клетке, представляющей собой осмотическую ячейку, проявляется и осмотическая связь влаги, тем большая, чем больше сахаров и других осмотически активных веществ содержится в плодах.
Наличие наиболее прочных форм связи воды с материалом увеличивает длительность сушки и затраты энергии на ее удаление.
В консервном производстве часто применяется тепловая обработка сырья (бланширование), вызывающая коагуляцию протоплазмы и ее плазмолиз, что нарушает осмотические свойства клетки (снижает ее водоудерживающую способность) и высвобождает часть влаги, связанной с протоплазмой. Эта обработка облегчает условия перемещения влаги и растворенных в ней веществ в плодовой ткани. При сушке плодов такая предварительная обработка отсутствует.
Для оценки форм связи влаги с материалом в сушильном производстве пользуются кривыми равновесной влажности (Wр,%) или кривыми десорбции, по которым определяют формы связи воды в плодах.
В Кишиневском политехническом институте имени С. Лазо были проведены исследования и получены кривые десорбции для плодов сливы и вишни (рис. 6).
Кривые по их длине характеризуют различные формы связи влаги с материалом. При относительной влажности воздуха (φ,%) участок кривой в интервале φ 0—10% характеризует адсорбционно связанную влагу в мономолекулярных слоях. Участок в интервале φ 10—35% характеризует адсорбционно связанную влагу в виде полимолекулярных слоев, и при φ 30—35% кривые характеризуют влагу, связанную за счет капиллярных сил и сил осмоса, которая удерживается в неопределенных соотношениях.
Судя по характеру кривых, следует считать, что плоды сливы и вишни содержат воду одинаковых форм связи. Однако равновесная влажность вишни больше, чем сливы, что свидетельствует о различии качественного и количественного состава гидрофильных веществ.
Рис. 6. Кривые десорбции косточковых плодов:
1 — слива; 2 — вишня
Учитывая первоначальную влажность сливы и вишни (в среднем 80 и 85%) и конечную после сушки (по стандарту 25%), можно отметить, что в процессе сушки удаляется соответственно 92 и 94% от всей содержащейся в плодах воды. При этом, судя по кривым равновесной влажности, удаляется сравнительно слабосвязанная влага, наиболее прочно связанная влага в процессе сушки не удаляется.
Расчеты показывают, что при сушке плодов сливы и вишни до влажности 25% энергия связи влаги равна соответственно 70·103 и 80-103 Дж/кг. Пересушивание плодов, при котором начинает удаляться более прочно связанная влага, приводит к значительному увеличению расхода энергии. Так, при пересушивании слив до влажности 16—17% расход энергии увеличивается почти в 1,5 раза.
В общей массе плодов вода имеет наибольшее значение как с количественной, так и с качественной стороны, оказывая большое влияние на многие характеристики не только сырья, но и продуктов его переработки. Большое влияние оказывает содержание воды на стойкость пищевых продуктов при их хранении.
В последнее время наряду с обычным понятием влажность продукта ввели новое понятие — активность воды (aw). Активность воды характеризуют отношением парциального давления паров воды над данным продуктом (р1) к давлению паров воды над чистой водой (р0) при одной и той же температуре, т. е.
Активность воды измеряется в долях единицы и не соответствует содержанию воды в том или ином продукте, но оба эти понятия находятся в тесной связи.
Активность воды в пищевых продуктах зависит от многих факторов: от характера и концентрации водорастворимых компонентов связывающих молекулы воды, структуры вещества, pH среды и ряда других факторов.
Исследователи считают, что рост бактерий в пищевых продуктах прекращается при αW=0,9, а при αW=0,8 потенциальную опасность представляют ксерофильные плесени, галофильные бактерии и осмофильные дрожжи.
Чтобы затормозить развитие плесневых грибов, активность воды должна быть αW=0,6.
Таким образом, при оценке плодового сырья как объекта сушки необходимо учитывать общую влажность, форму связи воды с растворимыми компонентами сырья, активность воды, химический состав и биологическую ценность плодов, размеры и строение плода, реологические свойства и др.
