APA1.1.Structură şi proprietăţi 1.1.1. Caracterul polar al moleculei de apă 1.1.2. Legăturile de hidrogen din apă 1.1.3. Interacţii H2O – compuşi chimici 1.1.4. Interacţii H2O - H2O1.2. Apa în organismul uman 1.3. Forme de apă din alimente1.4. Conţinutul în apă al substraturilor alimentare1.5.Apa şi stabilitatea alimentelor1.6. Apa solidă(gheaţa) şi rolul său în produsele congelate1.7. Apa în industria alimentară 1.8. Determinarea umidităţii produselor alimentare

1.1.STRUCTURĂ ŞI PROPRIETAŢI Apa este formată din doi atomi de

hidrogen şi unul de oxigen

Fiecare din cei doi atomi de hidrogen se pun în comun cu atomul de oxigen o pereche de electroni, prin suprapunerea orbitalilor 1s ai atomilor de hidrogen cu doi orbitali hibrizi sp3 ai atomului de oxigen

..

..

H O H

electroni neparticipanti

::H HO

..

..

2e-8e-

2e-

HH

electroni de legatura

electroni neparticipanti

electroni

de legatura

electroni neparticipanti

O

..

..

O

H H

Caracterul polar al moleculei de apă Molecula de apă prezintă un caracter

polar datorită distribuţiei asimetrice a electronilor de legătură dintre atomul de oxigen şi cel de hidrogen.

Oxigenul dobȃndeşte o sarcină parţial negativă 2δ-.Atomii de hidrogen dobȃndesc o sarcină parţial pozitivă 2δ+.

Molecula de apă deşi nu are încărcătură electrică netă, este un dipol electric.

+ O

H H104,50

&+&+

2&_

Legăturile de hidrogen din apă

Între moleculele polare de apă există interacţiuni nepolare de tip dipol-dipol care stau la baza formării legăturilor de hidrogen.

Aceste legături sunt determinate de atracţia electrostatică pe care atomul de oxigen(sarcină parţial negativă) dintr-o moleculă de apă o exercită asupra atomilor de H(sarcină parţial pozitivă) din molecula de apă învecinată.

Interacţiile H2O-compuşi chimici

Solubilizarea compuşilor ionici în apă Interacţiunile ion-dipol permit

solubilizarea compuşilor ionici în apă

de ex. pentru NaCl, dipolii apei înconjoară ionii de Na+ şi Cl-, cu formarea ionilor hidrataţi).

O

OH

H

HO

H

H H

HO

H

H H

HO

HH

O

O

HO

H

H

+

+++

++

+

-

-

-

---+

-

OH

H O

H

O HH

HH

H

O

O HH

O

HH

H H

O

OHH

++

-

-

-

-

++

-

-

-

+-

-O

HHOHH

H H

O

Solubilizarea compuşilor neionici polari

Legăturile de hidrogen permit solubilizarea sunstanţelor neionice dar polare(amine, alcooli, cetone, aldehide) pe baza interacţiunilor de tip dipol-dipol.

HO

H HO

HH-O-R

O=C-RHO

HH-N-H

R

Organizarea compuşilor nepolari în mediu apos

Compuşii nepolari se organizează în mediul apos datorită interacţiunilor hidrofobe.

Fundamentul interacţiunilor hidrofobe este reprezentat de creşterea de entropie care rezultă din sporirea libertăţii de mişcare a moleculelor de apă.

Interacţiunile hidrofobe au la bază afinitatea moleculelor de apă pentru ele însele şi pentru structuri similare hidrofile.

Compuşii amfipatici formeaza în apă micele, rezultate prin asocierea mai multor molecule amfipatice orientate cu partea hidrofilă la exterior şi partea hidrofobă la interior.

+

++

+

+

+++

Micela de sapun ionizata si hidratata

Interacţiile H2O- H2O

Ionizarea apei Apa disociază în ionul de hidroniu şi

ionul hidroxil ca urmare a tendinţei de a forma legături de hidrogen.

Prin convenţie ionul de hidroniu este notat cu simbolul H+, deşi atȃt ionul de hidrogen cȃt şi cel de hidroxil există în soluţie numai în formă hidratată

Apa este un electrolit slab care disociază puţin pentru a forma ionii H+ şi HO- :

H20 ↔ H+ + HO-

Dar K=1,8x10-16 moli/l iar

[H2O]=1000/18=55,5 moli/l

[H+] [HO-] =1x10-14 (moli/l)=Pw

În apa pură, la echilibru, concentrația ionilor de hidrogen este egală cu cea a ionilor de hidroxil:

[H+]2=1x10-14(moli/l)2

[H+]=[HO-]=1x10-7 moli/l

K= ][]][[

2OHOHH

H20 ↔ H+ + HO-

Asociațiile moleculare de apă

În stare de agregare gazoasă (vapori), molecula de apă se prezintă sub formă monometrică

În stare de agregare solidă (gheață) moleculele de apă sunt legate prin legături de hidrogen, în jurul fiecarei molecule de apă fiind alte patru molecule de apă vecine.

În apa lichidă există un echilibru dinamic între moleculele de apă prezente ca unități monomerice şi conglomeratele formate din molecule de apă angajate în una pȃnă la patru legături de hidrogen(asociațiile de două pȃnă la şapte molecule de apă sunt extrem de labile şi coexistă ca atare un timp scurt).

Coeziunea internă ridicată a apei lichide are la bază formarea asociațiilor moleculare în care fiecare moleculă de apă se uneşte prin legături de hidrogen cu alte molecule de apă vecine între care se stabilesc interacțiuni dipol-dipol.

H

HOH

O

OHH

HO

HHO

H

Masă moleculară 18Punct topire (1 at) 0,0000CPunct fierbere(1 at) 1000CTemperatura critică 374,150CPresiunea critică 218,6 atCăldura de topire la 0 0C 6,012 KJ(1,436kcal/mol)Căldura de vaporizare la 100 0C 40,63 KJ(9,705kcal/mol)Căldura de sublimare 50,91 KJ(12,16 kcal/mol)

200C 00C 00C(gheaţă)

-200C(gheaţă)

Densitate 0,9982 0,9998 0,9168 0,9193Vâscozitate(Pa ·s·10-3) 1,002 1,787 - -Tensiune de suprafaţă faţă deaer(N/m)

72,75 75,6 6,104 1,034

Tensiune de vapori(Pa) 2,337 6,104 2,1009 1,9544Capacitate termică masică(J/kg·K)

4,181 4,217 22,4x102

24,33 x102

Conductivitatetermică(J/m·s·K)

5,983x102

5,644x102

1,1x10-4

1,1x10-4

Difuzivitate termică 1,4x10-5

1,3 x10-5

91,00 98,00

Constanta dielectrică statică 80.36 80 - 3,2

Principalele constante fizico-chimice ale apei

Existența acestor asociații moleculare determină valoarea mare a unor constante fizico-chimice ale apei(căldura specifică, punctul de fierbere, căldura de evaporare, conductivitatea termică, tensiunea superficială)care, toate împreună fac din apă un bun reglator termic, capabil să asigure o temperatură cȃţ mai constantă organismului animal.

Proprietățile fizico-chimice ale apei(căldura specifică de fierbere, căldura specifică de vaporizare,conductivitatea termică,vȃcozitatea) ce caracterizează schimbarea stării de agregare, transferul de căldură sau transferul de materie stau la baza procesării substraturilor alimentare prin sterilizare, concentrare, deshidratare, congelare.

Alte constante fizico-chimice(constanta dielectrică, momentul de dipol, tensiunea superficială) caracterizează comportarea de solvent universal al apei.

Apa solvatează numeroase specii chimice care difuzează şi ulterior reacționează între ele.

La rȃndul său apa poate difuza şi aprticipa la reacții diverse, în principal hidroliză. Aducerea în fază apoasă a diferiților compuşi chimici, sub formă de soluție sau suspensie coloidală, implică considerarea proprietăților coligative ce depind de numărul moleculelor prezente. Astfel se explică scăderea presiunii de vapori, creşterea punctului de fierbere, scăderea punctului de congelare, scăderea tensiunii superficiale, creşterea vȃscozității, stabilirea gradientului osmotic la transversarea membranelor semipermeabile.

1.2. APA ÎN ORGANISMUL UMAN

Apa este mediul biogen prin excelenţă. Organismul uman poate fi considerat ca un sistem eterogen dispers, mediul de dispersie fiind apa.

Apa din organism are o dublă origine: exogenă, provenind din apa ingerată şi din

hrană; endogenă, provenind din oxidarea la nivelul

celular a glucidelor, lipidelor, protidelor; Conţinutul în apă variază în funcţie de vârstă:

nou născut 70%; adult 60% ; bătrâni 50%;

Necesarul de apă exogenă (2300ml/zi) este funcţie de : tipul alimentaţiei; activitatea fizică desfăşurată; caracteristicile mediului înconjurător (temperatură şi

umiditate relativă);

În organismul uman apa este repartizată astfel: compartimentul extracelular care cuprinde “apa liberă”

existentă în circulaţia intravasculară (sânge, limfă) precum şi “apa lacunară” din spaţiile interstiţiale;

compartimentul intracelular cuprinde apa de constituţie sau “apa legată" care participă la alcătuirea structurii celulare şi a mediului celular, la imbibiţia sistemelor coloidale şi la hidratarea diferiţilor ioni sau biomolecule

Între diferitele forme de apă din organism şi substanţele pe care le transportă există un schimb continuu, pe baza legilor generale ale difuziei şi osmozei, ceea ce asigură aprovizionarea celulelor şi ţesuturilor cu substanţele necesare vieţii şi îndepărtarea deşeurilor metabolice.

Rolul apei în organism:

component structural al celulei vii; solvent biologic şi un mediu de dispersie care

permite solubilizarea substanţelor şi realizarea reacţiilor metabolice;

mediu de vehiculare a diferitelor substanţe din organism(asigură transportul nutrienţilor şi eliminarea produşilor de dezasimilaţie);

reactiv chimic care intervine în procesele de hidroliză, hidratare, unele procese redox;

termoreglator, întrucât prin circulaţia sa temperatura corpului se uniformizează iar prin transpiraţia şi evaporarea apei organismul îşi menţine temperatura constantă;

Eliminarea apei din organism se poate realiza pe cale:

renală- prin urină, 1000-1300ml/24h; cutanată- prin transpiraţie, 600 ml/24h; pulmonară- prin evaporare, 300

ml/24h; digestivă - prin materiile fecale, 100-

200 ml/24h;

1.3. FORME DE APĂ DIN ALIMENTE

Apa libera se afla sub forma de suc celular sau micropicaturi si se prezinta ca o solutie reala.

se extrage din produs prin presare sau uscare. apa higroscopica este tot o apa libera retinuta prin

sorbtie in microcapilare sau pe suprafata produsului. toate procesele enzimatice, unele reactii neenzimatice,

dezvoltarea microorganismelor, nu pot avea loc decat in prezenta apei libere.

intre apa din produs si apa din atmosfera are loc un schimb permanent pana se atinge umiditatea de echilibru.

datorită diferiţilor compuşi dizolvaţi(zaharuri, acizi, săruri minerale, aminoacizi) apa liberă are temperatura de îngheţare sub 0C

Apa din produsele alimentare se gaseste legata sub diferite forme, in functie de natura modului de legare deosebindu-se: apa legata fizic, fizico-chimic si chimic.

a) – apa legata fizic este specifica materialelor poroase si este retinuta prin forte mecanice de catre materialele higroscopice prin forte de suprafata si de capilaritate. Apa retinuta in microcapilare (raza < 10-5 cm) se

numeste apa higroscopica iar cea din macrocapilare (raza > 10-5 cm) se numeste si umiditate libera sau superficiala.

Apa capilara reprezinta 70% din continutul total de umiditate al produselor alimentare si datorita legaturii slabe cu produsul se indeparteaza foarte usor prin evaporare

.

b) – apa legata fizico-chimic este o forma mai stabile de legare a apei, fiind prezenta in majoritatea alimentelor, fara sa fie in stransa corelatie cantitativa cu materialul. Acest tip de legatura se realizeaza prin legatura adsorbtiva si prin legatura osmotica sau structurala. Legatura adsorbtiva este specifica fenomenelor de suprafata,

are o intensitate medie si destul de greu reversibila. Legatura osmotica se realizeaza atunci cand invelisul celulelor

ajunge in contact direct cu apa, de exemplu prin imersie. Este o legatura de intensitate mai slaba si reversibila.

c) – apa legata chimic se caracterizeaza prin legaturi ionice sau moleculare fiind determinata in cantitati strict stoichiometrice. Retinerea apei se face sub forma de apa de cristalizare sau constitutie. Apa de constitutie face parte integranta din insasi molecula substantelor chimice. Legarea chimica a apei in mediile biologice este cea mai

puternica si nu poate fi eliminate prin procedee clasice de deshidratare, ci numai prin calcinare.

În ţesutul muscular provenit de la diferite specii de animale există următoarele tipuri de apă:

Apa de constituţie este imobilă, reprezintă 0,1% din apa totală şi este apa localizată fie în interiorul moleculelor proteice globulare, fie între lanţurile polipeptidice ale proteinelor fibrilare

Apa vicinală reprezintă 5-10% din apa totală a sistemului şi constă dintr-un strat rigid monomolecular de apă, în jurul moleculelor proteice, fixat prin forţe Van der Waals intense (între moleculele de apă şi grupările hidrofile NH3+ şi COO- şi eventual HO- ale aminoacizilor constituienţi ai lanţului proteic;

Apă pseudoliberă (pseudolichidă) reprezintă 10% din apa totală a sistemului şi cuprinde straturile succesive de molecule de apă ce urmează primului strat monomolecular; se leagă de proteină prin intermediul forţelor inductive cu originea în grupările ionice ale proteinelor şi care se transmit celor mai îndepărtate straturi prin legături ion-dipol.

Apa liberă cuprinde apa din: capilară ce reprezintă 65% din apa totală a sistemului (apa care există

între filamentele subţiri şi groase din alcătuirea sarcomerului, filamente care intră în constituţia miofibrilelor);

fibrele musculare ce alcătuiesc fasciculele de fibre şi dintre fasciculele de fibre. Această apă este reţinută prin capilaritate şi mai mult imobilizată mecanic.

1.4. CONTINUTUL ÎN APĂ AL SUBSTRATURILOR ALIMENTARE

Apa este un component de bază al produselor alimentare Continutul de apa este diferit functie de substratul alimentar variind

intre 0,05% la zahar, 0,1% la uleiul de floarea soarelui , 88% laptele dulce de consum si 85-95% fructe si legume.

Continutul de apa admisibil pentru diferite produse este stabilit prin standarde sau face obiectul intelegerilor contractuale.

Normarea prin standarde se face la produsele alimentare industrializate la care aducerea umiditatii la valori optime este posibila si necesara (cereale, preparate din carne, branzeturi, zahar si produse zaharoase, produse deshidratate etc.).

Controlul cantitatii de apa continuta si al calitatii acesteia permite evaluarea anumitor caracteristici de calitate ale substraturilor alimentare, a gradului de prospetime (la carne, oua, peste, fructe, legume s.a.), identificarea falsificarilor (lapte,vin, rachiuri, sucuri naturale, carnea tocata etc.), fabricarea de sortimente diferite in cadrul aceluiasi tip de produs (branzeturi, rachiuri etc.), prevenirea degradarilor sau alterarilor (cereale, gris, zahar, tutun, ceaiul negru), identificarea metodelor optime de ambalare, pastrare si depozitare pentru diferite tipuri de produse, imbunatatirea calitatii lor prin diverse metode de scadere a continutului de apa.

Produsele care au un continut mare de apa sunt usor perisabile, ofera conditii favorabile dezvoltarii unor microorganisme patogene si de aceea pastrarea lor un timp indelungat necesita conditii speciale la temperature scazute. Din aceasta categorie fac parte carnea si pestele, care sunt usor atacate de bacteriile de putrefactie, fructele si legumele care sunt atcate de mucegaiuri.

O scadere a continutului de apa din unele produse sub valoarea normala, determina o scadere a valorii produselor respective(fructele si legumele_)

Apa din fructe şi legume proaspete (în special apa liberă), determină starea de frăgezime şi prospeţime, ceea ce impune asigurarea unor condiţii de microclimat (temperatură, umiditate relativă) specifice pe durata depozitării.

Umiditatea din fructe variază între 74-93%, în funcţie de fruct; Umiditatea din legume poate ajunge la 90-95% atât pentru

frunzoase(varză, spanac, lăptucă, ştevie, lobodă) cât şi pentru verdeţurile condimentate(pătrunjel, mărar, leuştean, cimbru, cimbrişor). Legumele inflorescenţe (conopida, brocoli), legumele tulpini (sparanghel, gulii), legumele rădăcini(morcovi, napi, ridichi, păstârnac), legumele tuberculi(cartofi), legumele bulbi (ceapă, usturoi), legumele păstăi(mazăre, fasole), legumele capsule(bame), legumele fructe bace(roşii vinete, ardei), legumele fructe melonide(castraveţi, dovlecei, pepeni) au umiditatea 95%.

Continutul mare de apa permite conservarea acestora prin congelare, ceea ce asigura mentinerea pe o perioada mare de timp a insusirilor si valorii nutritive, altfel ele fiind usor perisabile. De asemeni din fructele si legumele suculente se extrag sucurile naturale.

Fructele si legumele al caror continut in apa scade se zbarcesc, se ofilesc si pierd din proprietatile lor gustative.

Cerealele destinate obţinerii făinurilor au umiditate cuprinsă între 13-14%.

La carne, continutul de apa variaza invers proportional cu cel de grasime, in functie de starea de ingrasare: - bovine 60-70%, porcine 50,6-73%, gaini 65,5-70,9%. Pentru carnea destinata prelucrarii industriale, prezinta importanta caracteristicile tehnologice, capacitatea de hidratare, capacitatea de retinere a apei, raportul apa/proteina, care determina randamentele de prelucrare si proprietatile organoleptice ale produselor fabricate. Carnea tocata retine apa si poate fi astfel falsificata prin adaosuri de apa peste cantitatea prevazuta in norme.

In cazul pestelui proaspat, tesutul muscular este in general bogat in apa si mai sarac in lipide decat cel al animalelor cu sange cald. Continutul de apa este variabil (intre 58,6-82,1%), in cazul pestilor grasi fiind mai redus.

La oua cantitatea de apa continuta variaza in functie de specia de pasare de la care provine, intre 70-73%. Compozitia chimica a albusului: apa 85,4%, protide 13%, lipide, saruri minerale iar cea a galbenusului: apa 52%, protide 17%, lipide 30%, saruri minerale 1% etc.

Pe masura ce aceste alimente se invechesc pierd din continutul de apa.

Carnea conţine între 40-75% apă în funcţie de specie, vârstă, stare de îngrăşare:

63-80% la carnea de peşte; 60-70% la carnea de vită; 67-70% la carnea de oaie; 77-78% la carnea de viţel; 52-55% la carnea de porc;

Oul întreg conţine 74% H2O repartizată inegal între albuş (88%) şi gălbenuş (49%)

Laptele conţine 81-88% H2O, funcţie de specie.

Ptr. lapte compozitia chimica difera de a altor produse alimentare atat sub raport apa/substanta uscata cat si din punct de vedere calitativ, continand protide, lactoza, lipide, saruri minerale, vitamine, enzime, anticorpi etc.

Apa constituie mediul de dispersie a substantelor din compozitia laptelui. Cantitatea de apa variaza in functie de specia de animale d la care provine, intre 81-88%.

Prin adaos suplimentar de apa laptele poate fi falsificat. Branzeturile se pot clasifica in branzeturi cu pasta moale (cele

proaspete), branzeturi fermentate cu pasta moale, cu pasta semitare si branzeturi cu pasta tare. Pasta moale a acestor branzeturi se datoreaza continutului ridicat de apa, peste 55%, iar cele cu pasta semitare au continut mai redus de apa , intre 40-50% si cele cu pasta tare au sub 45% apa.

Mierea din tara noastra este printre cele cu continutul de apa cel mai scazut din lume, si anume de 20%. Mierea care are continut ridicat de apa (peste 25%) nu se poate pastra mult timp deoarece se altereaza (fermenteaza, se acreste etc.).

Zaharul are printre caracteristicile fizico-chimice selectionate drept criterii de apreciere a calitatii cantitatea de zaharoza intre 99,75-99,6%, continutul in substante reducatoare maxim 0,25%, continutul in apa 0,05-0,1% etc.

Un continut mai mare de substante reducatoare influenteaza stabilitatea zaharului in timpul pastrarii datorita cresterii higroscopicitatii, iar cresterea continutului de apa determina aglomerarea cristalelor si chiar unele procese hidrolitice.

Zaharul trebuie pastrat in incaperi curate, uscate, la temperature de maxim +20oC si umiditate relative a aerului de maxim 75%.

La fabricarea berii, apa este considerata tot materie prima datorita proportiei mari din produsul finit (88-94%) cat si datorita influentei compozitiei acesteia asupra insusirilor senzoriale ale produsului finit. Se cunosc tipuri de bere obtinuta prin folosirea de ape cu duritate mica (Pilsen) iar altele cu ape dure avand si continut ridicat de cloruri (Dortmund) sau de sulfat de calciu (berea amara). Alte beri se fabrica cu ape avand continut ridicat de carbonat de calciu si redus de sulfati (berea bruna tip Munchen si Dublin).

Tehnicile moderne de tratare a apelor aplicate in prezent in vederea modificarii continutului de saruri, a aciditatii si a compozitiei, permit obtinerea de ape cu compozitia dorita, independent de insusirile apelor brute.

Prin determinarea continutului de apa se poate recunoaste falsificarea vinurilor prin adaos de apa. Adaosurile de peste 10% apa se pot recunoaste prin faptul ca micsoreaza taria alcoolica influentand si aciditatea vinului. Vinul devine apos, fara consistenta si nu produce o senzatie placuta, de caldura, in partea posterioara a cavitatii bucale si in stomac, dupa ce a fost inghitit. Prin adaosuri mai mici de 10% nu se poate depista falsificarea prin degustare. Aceste adaosuri sunt interzuse de lege si sanctionate ca atare.

Bauturile spirtoase au continut redus de apa. Ele pot fi falsificate prin adaos de apa.

Foile de tutun in momentul recoltarii poseda un continut de umiditate de peste 80%. In vederea prevenirii degradarii este necesara dospirea si uscarea lor pana la o umiditate de sub 20%.

Dospirea este un proces de respiratie si transpiratie cu pierderi de pana la 16% din substanta uscata a foilor, la temperatura de 32oC timp de 48 de ore si o umiditate relativa a aerului de 75-85%. Uscarea se poate face la soare, la umbra cu ajutorul curentilor de aer, la foc direct sau indirect, in instalatii cu aer conditionat, etc.

pentru ceaiului negru umiditatea produsului este o caracteristica importanta pentru aprecierea calitatii, val max. 9%

Calitatea cerealelor boabe depinde de diversi factori printre care si continutul de apa.

Boabele de cereale se afla in stare hemibiotica (desprinse de planta mama ele continua procesul de respiratie).

Pastrarea lor presupune o conditionare prealabila, respectiv purificarea si uscarea pana la un continut de apa optim de 14% (sub aceasta limita procesele fiziologice se desfasoara extreme de lent).

Uscarea boabelor de cereale se poate face pe cala naturala sau pe cale artificiala. Umiditatea relative a aerului in spatial de depozitare trebuie sa fie la nivel minim (65-75%) iar temperatura coborata.

Prin prelucrare tehnologică conţinutul în apă al unui produs poate creşte prin încorporarea: apei din materiile prime şi ingredientele utilizate; apei adăugate;

Umiditatea produselor prelucrate termic variază. Prin prelucrare termică se pierde o parte din apă, în funcţie de intensitatea tratamentului termic, astfel că în produsul finit se determină apa reţinută:

masa H2O evaporată din produs (g)% H2O =

masa iniţială a produsului(g)

masa iniţială produs(g)-masa finală produs (g)

% H2O = masa iniţială a produsului(g)

1.5.1. UMIDITATEA SI STABILITATEA PRODUSELOR ALIMENTARE

Continutul de apa, natura si proportia celorlalte substante componente care determina starea apei, libera sau legata, se evidentiaza prin intermediul umiditatii relative de echilibru(Ure).

Umiditatea relativa de echilibru este o caracteristica a produsului si reprezinta raportul procentual dintre capacitatea de transfer a vaporilor de apa din produs si capacitatea de transfer vaporilor de apa la saturatie, la aceeasi temperatura.

Mentinerea produsului la valori normale ale continutului de apa este posibila numai cand exista o identitate perfecta intre Ure si umiditatea relativa a aerului din spatiul inconjurator, iar stabilitatea maxima se asigura cand acestea corespund si temperaturii optime de pastrare a produselor.

Modificarea temperaturii influenteaza umiditatea relativa a aerului in spatii inchise care, la randul ei, determina modificarea capacitatii dde transfer a vaporilor de apa la suprafata produsului si implicit a Ure. Deci variatia temperaturii, determina variatia umiditatii relative de echilibru, aceasta putand atinge valori care sa fie favorabile proceselor de alterare, mai ales microbiana.

Umiditatea aerului poate provoca o serie de transformari importante pentru produsele alimentare: modificari fizice cum ar fi intarirea produsului

determinata de uscarea acestuia sau acesta nu mai e crocant datorita absorbtiei umiditatii din aer;

modificari microbiologice, cand umiditatea trece de limita critica;

modificari enzimatice cu degradari de culoare, gust, aroma;

modificari chimice: autooxidarea si schimbarea culorii; modificari fizico-chimice, in special cristalizarea.

1.5.2 ACTIVITATEA APEI ŞI STABILITATEA ALIMENTELOR

Activitatea apei (aw) reprezintă raportul dintre presiunea parţială a vaporilor de apă de la suprafaţa alimentului (p) şi presiunea de vapori a apei pure (po), la temperatura dată T:

a

1000

echilibrularelativaUmiditateaPP

w

Tabel 2Activitatea apei pentru diverse alimente

Alimentaw

FructeLegume

Sucuri de fructeOuă

Carne

0,97

BrânzeturiPâine

Cârnaţi uscaţi

0,93-0,96

Dulceţuri 0,82-0,94

Fructe uscate 0,72-0,80

1-oxidarea lipidelor; 2-imbrunarea enzimatica; 3-reactii de hidroliza;

5-activitatea enzime; 6-crestere mucegaiuri; 7-crestere drojdii; 8- crestere bacterii

oxidarea lipidelor este limitată pentru valori ale activităţii apei cuprinseîntre (0,1-0,4) şi (0,75-0,85)

îmbrumarea neenzimatică atinge un maximum pentru valori ale activităţiiapei cuprinse între (0,5-0,7);

diversele reacţii enzimatice se intensifică pe măsură ce creşte activitateaapei;

micro-organismele se dezvoltă pentru valori crescute ale activităţii apeicuprinse între (0,6-0,99) diferenţiat în funcţie de specie şi gen:

Umiditatea reprezinta un factor cu implicatii profunde asupra calitatii produselor alimentare determinand un numar mare de reactii care in multe cazuri se interfereaza reciproc

Astfel autooxidarea si imbrunarea pot avea loc

simultan in majoritatea alimentelor

Pentru fiecare produs exista un continut optim de umiditate la care viteza de oxidare si cea de imbrunare sunt minime, asigurand o pastrare maxima a calitatii (de exemplu pentru laptele praf 3,3%, pentru fulgii de cartofi 6-7%).

Tabel 3Activitatea minimă a apei

pentru care se dezvoltă micro-organisme

aw

Micro-organisme

0,6 Drojdii osmofile

0,65 Mucegaiuri xerofile

0,75 Bacterii halofile

0,80 Mucegaiuri toxicogene

0,88 Drojdii

0,91 Bacterii

Cunoaşterea acestor date permite stabilirea gradului de deshidratare optim pentru evitarea

proceselor degradative ce afectează calitatea alimentului alegerea tipului de ambalaj corespunzător şi respectării

duratei de depozitare la o temperatură dată precum ptr substratul alimentar

1.5.3.Izotermele de sorbtie si stabilitatea de depozitare

Majoritatea produselor alimentare au proprietatea de a adsorbi si de a ceda apa cu usurinta pentru a ajunge in echilibru cu mediul exterior, proprietate definita prin higroscopicitatea produsului, a carei valoare este foarte importanta pentru determinarea stabilitatii produsului respective.

Masurarea higroscopicitatii se realizeaza prin determinarea capacitatii de adsorbtie a apei care reprezinta cantitatea de apa retinuta de un gram (sau un kilogram) de produs, in conditii de mediu date, pentru a ajunge la echilibru hidric cu mediul.

Fenomenul invers, de cedare a apei in conditii de uscare a produsului, se masoara prin capacitatea de cedare sau de desorbtie a apei.

Comportamentul produselor alimentare fata de aceste fenomene, de sorbtie si desorbtie, se reprezinta prin izoterme de sorbtie si desorbtie care, reprezinta cantitatea de apa insusita sau cedata de un produs in contact cu vaporii de apa din mediul exterior, in conditii de temperatura si umiditate relativa, pana la realizarea echilibrului hidric cu mediul.

Izotermele de sorbtie pot fi exprimate in diferite feluri: activitatea apei in functie de continutul de apa; umiditatea relativa de echilibru raportata la continutul de apa; procentul de apa in functie de substantele solubile.

Aceste curbe arata la ce continut de umiditate al produsului se poate stabili un echilibru cu umezeala relativa a aerului, respectiv ce valoare a activitatii apei corespunde starii de echilibru, la un anumit continut de apa al produselor.

Trasarea lor permite sa se aprecieze stabilitatea produselor alimentare, in functie de variatia conditiilor de mediu, in special a umiditatii, in timp.

Este necesar sa cunoastem criteriile de acceptabilitate ale produsului de catre consumatori si sensibilitatea la umiditate pentru fiecare produs. Aceste criterii variaza in functie de natura produsului: in cazul biscuitilor degradarea aromei apare mult mai devreme decat degradarile de textura si de natura microbiologica.

S-au introdus notiunile de continut admis de umiditate, limita la care un produs isi mai pastreaza acceptabilitatea de catre consumatori, si de umiditate critica, care este continutul maxim de umiditate care asigura stabilitatea produsului un timp determinat, in conditii de depozitare stabilite.

Cunoscand izoterma de sorbtie a produsului, umiditatea critica, permeabilitatea ambalajului, umiditatea relativa si temperatura de depozitare, se poate calcula stabilitatea la pastrare a unui produs:

Tk = (∆RH / q ) ( G / 100F) tg α 2,303 log[(Wa – Wf)/(Wa)]Unde: ∆RH – diferenta de umezeala admisa, in conditiile de

testare; q – permeabilitatea ambalajului la vaporii de apa in g/m2; G – greutatea produsului ambalat; F – suprafata ambalajului; tg α – tangenta curbei de sorbtie; Wa – continutul de apa al produsului, in echilibru cu

umezeala relative de echilibru (% fata de substanta uscata);

Wf – continutul initial de apa al produsului (% fata de substanta uscata);

Wk – continutul critic de apa al produsului (% fata de substanta uscata).

Folosind izotermele de sorbtie se poate calcula permeabilitatea la vapori de apa care se impune unui ambalaj pentru a asigura o anumita conservabilitate in timp, in conditii de depozitare distincte. In acest fel se pot selecta ambalajele cele mai corespunzatoare si mai putin costisitoare.

Deasemeni, izotermele de sorbtie permit anticiparea transferului de umiditate intr-un produs obtinut din mai multe componente, in vederea stabilirii conservabilitatii produsului finit.

1.6. APA SOLIDĂ(GHEAŢA) DIN PRODUSELE ALIMENTARE CONGELATE

Prin congelare cea mai mare parte a apei conţinută în produs se transformă în gheaţă, ceea ce implică o creştere cu 10% a volumul produsului

Constituienţii se vor concentra în faza necongelată, ceea ce determină modificarea pH-ului, acidităţii titrabile, puterii ionice, vâscozităţii, punctului de congelare, tensiunii de suprafaţă şi interfaciale, potenţialui redox.

1.7. APA ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

Industria alimentară utilizează: apa ca materie primă; apa pentru spălarea ambalajelor, utilajelor şi

instalaţiilor; apa pentru producerea aburului şi ca agent de

răcire;

Apa folosită la prepararea alimentelor este apă potabilă ce trebuie să îndeplinească condiţiile conform normelor standard .

Duritatea este un important parametru calitativ al apei Duritatea totală=Duritatea temporară+Duritatea

permanentă Duritatea temporară este dată de carbonaţii acizi de

calciu şi magneziu care prin fierbere elimină CO2 şi formează carbonaţi de calciu şi magneziu.

Duritatea permanentă este dată de săruri puţin solubile:CaSO4, CaSO3, MgSiO3 şi săruri ceva mai solubile CaCl2, MgSO4. După duritate (1grad duritate =10mgCaO/l) apele pot fi:

moi< 70d medii< 7-140d dure< 14-21,30d foarte dure> 21,30d

1.8. DETERMINAREA UMIDITĂŢII PRODUSELOR ALIMENTARE

Determinarea umidităţii oferă informaţii utile privind:

aprecierea valorii alimentare (conţinut ridicat în apă, valoare alimentară scăzută);

aprecierea procesului de conservare (conţinut scăzut în apă, conservare bună);

verificarea măsurii în care s-a respectat reţeta oficială de fabricaţie (în cazul în care este permis adaosul unei anumite cantităţi de apă precum şi decelarea adaosurilor nepermise);

Determinarea cu acurateţe a umidităţiii este dificil de realizat deoarece îndepărtarea tuturor formelor de apă prezente în alimente antrenează şi alte substanţe volatile.

De aceea pentru fiecare substrat alimentar există o metodă standard recomandată în caz de litigiu.

Metodele utilizate pentru determinarea umidităţii variază în funcţie de tipul substratului alimentar, de viteza de execuţie urmărită şi de acurateţea rezultatelor dorită.

Metodele de determinare a continutului de apa din produsele alimentare sunt de doua tipuri, in functie de natura compusului rezultat in urma determinarii:

metode directe, care pot fi: metode bazate pe distilare (antrenare cu solventi

organici); metode electrometrice.

metode indirecte, cum sunt: metoda lenta, a uscarii in etuva la 103+2oC; metoda rapida, a uscarii in etuva la 130-150oC; metoda uscarii in flacara sau la alta sursa directa de

incalzire; metoda cu termobalanta.

Metodele directe se bazeaza pe separarea, retinerea si masurarea apei din proba de analizat prin citire direct pe o scara gradate, a continutului de apa si exprimarea procentuala prin raportare la masa initiala a probei.

Aceste metode sunt rapide , insa au un grad de precizie mai mic decat metodele indirecte.

Metoda antrenarii cu solventi organiciPrincipiul metodei:

consta in separarea apei din proba printr-un proces de distilare azeotropa, folosind un lichid nemiscibil cu apa si mai usor decat aceasta (benzene, toluene, xilen), ce permit separarea apei la partea inferioara a colectorului. Distilarea se face cu ajutorul aparatului Dean – Stark.

se foloseste pentru produsele cu continut mai ridicat de apa (legume, fructe, branzeturi, carne si preparate din carne etc.).

prin distilarea probei cu solvenţi organici :

V= volumul de apă colectată în tubul gradat, ml;

m= masa probei luată pentru determinare, g;

V% H2O=——

100 m

Metoda umidometrica – face parte dintre metodele electrometrice, si se foloseste pentru determinarea umiditatii cerealelor.

Se face cu umidometrul electronic

Metodele indirecte se bazeaza pe determinarea continutului de substanta uscata din proba de analizat, urmata de stabilirea prin calcul, indirect, a umiditatii probei

Dintre aceste metode, metoda uscarii in etuva este considerata cea mai precisa si este utilizata la majoritatea produsele alimentare.

Metoda lenta, a uscarii in etuva la 103+2oCPrincipiul metodei:

consta in determinarea pierderii de masa prin incalzire in etuva la temperatura de 103+2C, pana la masa constanta (diferenta dintre doua cantariri consecutive, Max de 2x10-4 g)

aceasta metoda este cea mai exacta, este standardizata in toate tarile, este obligatoriu de aplicat in caz de litigii insa este laborioasa, necesitand timp indelungat de lucru.

Metoda rapida, a uscarii in etuva la 130-150oCPrincipiul metodei:

consta in determinarea pierderii de masa prin incalzire in etuva la temperatura de 130-150oC, timp de 1 ora, a unui amestec format din proba de analizat, nisip si alcool etilic.

metoda este rapida, precizia ei depinzand de respectarea stricta a conditiilor de lucru: temperatura constanta, marimea probei, timpul de uscare care au fost stabilite pentru fiecare tip de produs, astfel incat rezultatul sa corespunda continutului real de apa din produs.

in functie de natura produsului analizat se poate recurge la uscarea probei in etuva fara amestecarea acesteia cu nisip calcinat sau adios de alcool.

Metoda cu termobalantaPrincipiul metodei:

se bazeaza pe pierderea de masa a probei prin evaporarea apei prin incalzire la 130-150C in conditiile unei circulatii intense a aerului, timp de 30 min.

metodele indirecte se bazează pe cântărirea produsului analizat după uscare (etuvă, IR, microunde) până la greutate constantă

m= tara fiolă+nisip+baghetă+produs înainte de uscare;

m1= tara fiolă+nisip+baghetă+produs după uscare;

m2=cantitatea de produs luat în lucru= (tara fiolă+nisip+produs înainte de uscare) – (tara fiolă+nisip+ baghetă);

m-m1

%H2O = ———

m2

Bibliografie C. Banu, Tratat de chimia alimentelor, Ed. Agir, 2002,11-25. J.C. Cheftel, H. Cheftel, Introduction a la biochimie et a la technologie des

aliments, Ed. Technique et Documentation, Lavoisier,1992, 3-32 E. Ivas, L.C. Trincă,- Biochimie structurală, Editura U.Ş.A.M.V. Iaşi, 2001 Al. Lehninger,- Biochimie, vol.1, Editura Tehnică, Bucureşti, 1992 G. Mihai, Controlul sanitar veterinar al alimentelor, Ed Ceres,1997,11-17. C. Savu, G. Mihai, Controlul sanitar veterinar al alimentelor, Ed

Ceres,1997,11-17. L.C. Trincă, E. Ivas, - Chimia alimentelor, Manual de lucrări practice,

Editura Tehnopress, Iaşi, 2004,5-9. L.C. Trincă, E. Ivas, - Chimie şi Biochimie, Editura Tehnopress, Iaşi,

2003,29-31. V. Tămaş, M. Şerban, M. Cotruţ,- Biochimie Medicală Veterinară, Editura

Didactică şi Pedagogică, Bucureşti,1981, 28-32