Минеральные вещества. Макро- и микроэлементы. Вода свободная и связанная

Минеральные (неорганические) вещества включают в себя минеральные элементы и воду. Они не обладают энергетической ценностью, но играют важную роль в обменных процессах.

Минеральные элементы

Минеральные элементы (0,5 ÷ 0,7 % от съедобной части) подразделяются на:

• Микроэлементы (Fe, Zn, Cu, I, F, Co, V, Mo, Sn, Si, Se), которые присутствуют в теле человека ≈ 0,01 %;
• Макроэлементы (C, O, H, N, Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Al), которые присутствуют в теле человека ≈ 4 %.

Минеральные элементы играют важную роль в обменных процессах клеток и тканей, участвуют в построении костной ткани, выполняют пластическую, каталитическую и другие регуляторные функции; являются составной частью ферментов, регулируют водно-солевой баланс, участвуют в поддержании осмотического давления в клетках, участвуют в образовании и формировании белков, предотвращающих «закисление» организма – ацидоз.

Вода

Вода и продукты ее диссоциации – водородные и гидроксильные ионы – являются важными факторами, определяющие структуру и биологические свойства белков, нуклеиновых кислот, липидов, мембран и других клеточных органелл.

Свойства воды в продуктах отличаются от свойств воды обычной (различие заключается в неодинаковых теплофизических величинах).

Вода имеет высокие температуру кипения Ткип, температуру плавления Тпл, энтальпию ∆Н°исп, теплоемкость Ср, натяжение поверхности σ. Из-за этих особенностей вода является хорошим растворителем полярных и нейтральных молекул. Вода диспергирует полярные липиды и мыла с образованием мицелл, в которых гидрофобные группы спрятаны внутрь.

Образование мицелл

Содержание воды в мясе ≈ 26 ÷ 38 %, в овощах и фруктах  ≈ 78 ÷ 96 %, в молоке ≈ 86 ÷ 89 %.

Суточная потребность человека в воде составляет 35 ÷ 40 мл на кг массы тела (в среднем ≈ 2,0 ÷ 2,5 л), из которого около 1 л содержится в пищевых продуктах. Свободная жидкость, содержащаяся в супах и напитках должна составлять около 1,2 л при общей массе дневного рациона около 3 кг. Количество воды, поступающей в организм, зависит также от климатических условий и интенсификации физической работы.

Функции воды

• участие в процессах гидролиза;
• растворяет органические и неорганические вещества;
• осуществляет транспорт веществ, выводит отходы процессов обмена из клеток;
• является дисперсионной средой для крови и др.;
• служит смазочным материалом в суставах и в местах соприкосновения различных частей организма.

Воду в продуктах можно представить как непрерывную фазу, в которой другие составляющие могут быть распределены в виде истинных или коллоидных растворов, а также в виде эмульсий. Различные продукты неодинаково взаимодействуют с находящейся в них влагой. Сахара, соли, кислоты, содержащиеся в растительных и животных тканях, образуют в основном истинные растворы. Коллоидные растворы в продуктах образуются при растворении гидрофильных макромолекул: пектина и белков. Растворимость коллоидов и их водосвязывающая способность зависят от рН среды и являются минимальными в изоэлектрической точке.

Растворы в зависимости от дисперсной фазы

Свободная вода – вода, молекулы которой образуют структуру, приближенная к структуре обычной воды. Свободная вода составляет около 95 % от всей воды клетки; в ней растворены многочисленные пищевые вещества (сахара, органические кислоты, аминокислоты), она является подвижнее, чем связанная.

Связанная вода – вода, прочно соединенная с коллоидами, образующие гетерогенную систему. Связанная вода образует вокруг частиц с размерами 10^-1 ÷ 10^-6 мм, тонкую оболочку, которая прочно соединена с ними. Плотность связанной воды выше, чем свободной, а удельная теплоемкость ниже (такая вода может частично не замерзать при -75 °С). На долю связанной воды приходится около 4 ÷ 5 % всей воды клетки. В большинстве случаев связанная вода трудно удаляется при замораживании и сушке. В мясе ее содержание составляет ≈ 13 ÷ 16 %, в овощах и плодах – ≈ 8 ÷ 11 %, в молоке – ≈ 3 ÷ 3,5 %.

Показатель активности воды

Мерой прочности связи влаги в пищевых продуктах является активность воды (aw), равная отношению равновесного давления водяных паров над продуктом к равновесному давлению водяных паров над чистой водой при одинаковых условиях. Данный показатель служит количественной оценкой качественного изменения связи воды в продукте по отношению к чистой (дистиллированной) воде.

Для чистой воды аw = 1, с растворением в воде различных веществ аw < 1.

Микроорганизмы могут расти на продуктах при аw = 0,99 ÷ 0,63. Для каждого вида микроорганизмов аw определено и постоянно (не зависит от природы растворенных веществ). Для роста дрожжей аw = 0,91 ÷ 0,88, для роста бактерий аw = 0,99 ÷ 0,93. Консервирование методом сушки основано именно на том, что при удалении определенного количества влаги различные микроорганизмы и бактерии не могут развиваться на продуктах.

Источники:

1. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е.. Пищевая химия, 2-е издание, переработанное и исправленное. – СПб.: ГИОРД, 2003.- 640 с.: ил;
2. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пищи с точки зрения химика: Справ. издание. – М.: Высшая школа. 1991. – 288 с.: ил;
3. Шаулина Л.П.  Контроль качества и безопасности пищевых продуктов и продовольственного сырья : учеб. пособие / Л. П. Шаулина, Л. Н. Корсун. – Иркутск : Изд-во ИГУ, 2011 – 111 с.