Voda (1. LF UK, NT)

Voda je:

jediná anorganická sloučenina v biosféře přítomná ve velkém množství,
přítomna ve všech živých organismech,
často hlavní složka,
lidské tělo obsahuje asi 60 % vody, z toho:
- 25 kg intracelulární (buněčné tekutiny),
- 15 kg extracelulární tekutiny (12 kg tkáně, 3 kg plasma).

Funkce

termoregulace,
transportní medium,
stabilizátor biopolymerů,
rozpouštědlo,
reakční medium,
reaktant.

Klasifikace

voda endogenní: oxidace hlavních živin, 300−400 g/den,
voda exogenní: nápoje, potrava, 2000−2800 g (průměrně 2500 g)/den,

nebo

voda pitná,
voda v potravinách.

Voda pitná[upravit | editovat zdroj]

Na pitnou vodu máme jakostní požadavky.

Voda povrchová (~ 80 %)

velmi čistá voda,
čistá voda.

Voda podzemní (~ 20 %)

vhodná pro vodárenské účely,
prostá (< 1 g/l),
minerální (> 1 g/l).

Jakostní požadavky na pitnou vodu jsou:

mikrobiologické,
fyzikální,
chemické,
radiologické.

Požadavky potravinářského průmyslu ohledně pitné vody:

tvrdost, obsah některých kationtů, aniontů.

Kojenecká (vybraný druh pitné vody z podzemních zdrojů),
pitná (druh pitné vody),
sodová (nápoj ze stolní nebo pitné vody a CO2),
perlivá, sycená,
přírodní, pramenitá, lehce mineralizovaná, ….

Jiné požadavky jsou kladeny na vodu užitkovou a vodu provozní.

Voda v potravinách[upravit | editovat zdroj]

Obsah vody v potravinách ovlivňuje jejich:

organoleptické vlastnosti (textura, chuť, ….),
odolnost vůči ataku mikroorganismů,
biochemické a chemické reakce.

Klasifikace potravin podle obsahu vody:

potraviny s vysokým obsahem,
potraviny se středním obsahem,
potraviny s nízkým obsahem.

Změny při skladování a zpracování

spontánní (přirozené),
záměrné (uchovatelnost).

Při skladování mohou nastat ztráty vody procesy sušení, vaření, pečení, rozmrazování, či nárůst množství vody vlhnutím, bobtnáním, vařením.

Struktura[upravit | editovat zdroj]

Vodu jako chemické individuum známe v těchto formách:

nedisociované molekuly H₂O,
hydratované hydroniové ionty (protony) H₃O⁺(H₉O₃⁺),
hydroxylové ionty HO^-,
jejich izotopové varianty (²H, ³H, ¹⁷O, ¹⁸O).

Molekula vody působí jako elektrický stálý (permanentní) dipól.

Interakce molekul vody[upravit | editovat zdroj]

Elektrostatické interakce molekul, asociace vodíkovými vazbami.

Koordinační číslo: led=4, voda (1,5 °C) = 4,4

Asociační struktura: mřížka, poruchy struktury: neelektrolyty, elektrolyty, ionty

Vlastnosti[upravit | editovat zdroj]

Za běžné teploty se vyskytuje ve třech skupenstvích (vzájemné vztahy ukazuje stavový diagram). Voda má unikátní, anomální vlastnosti - nejvyšší hustota při 4 °C.

Vlastnosti vody mají technologické důsledky a je nutné je respektovat při jejím využití.

Interakce v potravinách[upravit | editovat zdroj]

Nevazebné (nekovalentní) interakce

Interakce voda – minerální látky

rozpouštění a vznik pravých roztoků,
hydratace iontů.

Interakce voda – bílkoviny

nativní konformace,
aktivita enzymů,
denaturace,
vznik disperzních soustav (gelů).

Interakce voda – lipidy

vznik biomembrán,
vznik disperzních soustav (emulzí).

Interakce voda – sacharidy

rozpouštění krystalů,
stabilizace anomerů, konformerů,
vznik disperzních soustav (gelů).

Voda se vyskytuje jako voda volná (mobilní) nebo voda vázaná (imobilizovaná).

Kategorie (potraviny s > 90 % vody)

monomolekulární vrstva (voda vicinální),
voda vícevrstvá,
voda kondenzovaná (zachycená a volná).

Aktivita vody[upravit | editovat zdroj]

Vodní aktivita je fyzikálně chemický pojem, který označuje obsah volné vody, jenž není vázaná například v hydratačních obalech iontů, a mikroorganismy tuto vodu mohou využívat - umožňuje růst mikroorganismů. Vodní aktivita nabývá hodnot mezi 0 a 1 a je nepřímo úměrná osmotickému tlaku. Látky s nízkou vodní aktivitou jsou nevhodné pro růst mikroorganismů.

Množství vody v relaci s

růstem mikroorganismů,
biochemickými a chemickými reakcemi,
organoleptickými vlastnostmi.

Kromě množství vody v potravině je tak podstatná její dostupnost (využitelnost).

Aproximace Lewisova zákona pro nízký tlak

a_w = (f / f₀)= p_w / p_w⁰ = ϕ/ 100

kde:

p_w = parciální tlak vodní páry nad potravinou
p_w⁰ = parciální tlak vodní páry čisté vody stejné teploty
ϕ = rovnovážná relativní vlhkost vzduchu

Další faktory: pH, O₂

Závislost na teplotě: Clausius-Clapeyronova rovnice (kde: ΔH = isosterické teplo sorpce)

d(ln a_w)/d(1/T) = - ΔH/R

Vliv a_w na mikroorganismy a významné reakce

Sorpční izotermy Sorpční izotermy jsou udávány obvykle ve formě diagramu ev. tabulky. Výsledkem je křivka rovnovážných obsahů vlhkostí biologického materiálu, potraviny, znázorněná v souřadnicích aw – w. Udávají vztah mezi obsahem vody v potravině a její aktivitou (rovnovážnou relativní vlhkostí okolního vzduchu).

Teplota skelného přechodu (T_g, charakteristická veličina přechodu z elastického, tj. pružného, do sklovitého stavu) - obecně podle teploty, kdy polymer přechází ze stavu skelného do stavu kaučukovitého...