Woda

1. woda wolna i związana :

1) woda wolna (niezwiązana): ok. 5-100%

• rozpuszczalnik substancji organicznych i związków mineralnych. Łatwo wydziela się z produktu, pod wpływem czynników zewnętrznych, o właściwościach zbliżonych do właściwości wody w rozcieńczonych roztworach soli, powiązana siecią wzajemnych wiązań wodorowych

2) woda związana (zlokalizowana w bezpośrednim sąsiedztwie substancji rozpuszczonych):

• woda strukturalna (<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 oddziałuje z grupami polarnymi i zjonizowanymi składników niewodnych

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

2. Funkcje wody

• Uniwersalny rozpuszczalnik

• Zdolność jonizacji (OH i H3O )

• Wpływa na teksturę produktu

• Reakcje chemiczne ( hydroliza białek )

• Hydratacja koloidów niezbędna do wzrostu mikroorganizmów

3. Rozwiązania dotyczące metod analizy wody :

1. forma obecnej wody (wolna czyn związana )

2. natura produktu ( skład i termostabilność )

3. czas analizy

4. dokładność i powtarzalność

5. Dostępny sprzęt i koszty

4. Metody oznaczania wody :

1. suszenie

2. destylacyjne

3. chemiczne

4. spektrometryczne

5. refraktometryczne

1. temperatura i czas

zalety: szybka i możliwość analizy dużej liczby próbek

wady: straty związków organicznych i innych substancji powstających w czasie suszenia

Metody suszenia:

• suszarkowe ( wymuszony obieg powietrza )

• suszenie próżniowe (pod ciśnieniem 50 mm Hg i 100 C

• metoda gorącej płytki

• waga- wilgociomierz - waga w piecu ogrzewanym lampą IR

2) Metoda destylacji azeotropowej zaliczana jest do bezpośrednich metod oznaczania

zawartości wody. Polega ona na wydzieleniu wody z badanej próbki na drodze destylacji

z cieczami niemieszającymi się z wodą, lecz tworzącymi z nią mieszaniny azeotropowe

o temperaturze wrzenia powyżej 100ºC. Oznaczenie przeprowadza się w specjalnych

aparatach ,gdzie skroplony w chłodnicy destylat jest odbierany w kalibrowanej

probówce, stąd objętość warstwy wodnej odczytuje się bezpośrednio na skali probówki

(po rozdzieleniu się destylatu na dwie warstwy).

3)Metody chemiczne ( metoda Karla Fischera i węglikiem wapnia):

Metoda Karla-Fischera - oznaczenie polega na bezpośrednim miareczkowaniu

metanolowego roztworu próbki badanego produktu odczynnikiem Fischera (metanolowy

roztwór jodu, tlenku siarki(IV) i pirydyny) i obliczeniu procentowej zawartości wody

na podstawie objętości odczynnika Fischera zużytego w trakcie miareczkowania. Warunkiem

uzyskania prawidłowego wyniku jest nieobecność w produkcie innych substancji mogących

reagować ze składnikami odczynnika Fischera adsorbującymi jod.

Sumarycznie reakcja przebiega następującą:

H2O + I2 + SO2 + 3 C5H5N + CH3OH → 2 C5H5NHI + C5H5NSO4HCH3

jod pirydyna metanol jodek siarczan metylopirydyniowy

pirydynowy

Tlenek siarki(IV) redukuje jod w roztworze metanolu i pirydyny stechiometrycznie do ilości

wody zawartej w próbce; obecność pirydyny jest konieczna do zobojętnienia nadmiaru kwasu

siarkowego(VI) tworzącego się w początkowym etapie reakcji. Metoda Fischera należy

do bardzo dokładnych metod i nadaje się do oznaczania zawartości wody w produktach

zawierających jej stosunkowo niewiele, np. w suszach.

Stosowane są dwie metody :

• mareczkowanie wolumetryczne

• miareczkowanie kulometryczne

Metoda z węglikiem wapnia - polega na pomiarze ilości wydzielonego acetylenu

w reakcji węgliku wapnia (CaC2) z wodą.

CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + C2H2

Pomiaru dokonuje się najczęściej w biurecie gazometrycznej nad stężonym roztworem

chlorku potasu (KCl).

4) Metoda magnetycznego rezonansu (NMR) jądrowego wykorzystuje zjawisko pochłaniania

energii pola elektromagnetycznego z zakresu fal radiowych przez jądra atomów wodoru wody

znajdującej się w badanym produkcie.

5) Metody refraktometryczne opierają się na pomiarze współczynnika załamania światła

(refrakcji). Współczynnik załamania światła stanowi stosunek prędkości światła w dwóch

środowiskach o różnych właściwościach optycznych i jest równy liczbowo stosunkowi

sinusów kątów, które tworzą promienie padający i załamany z normalną do powierzchni

granicznej tych środowisk

Zastosowane metody elektryczne oparte są na zależności między przewodnością

elektryczną i wartością stałej dielektrycznej produktu a zawartością wody w badanym

produkcie (ze wzrostem wilgotności produktu zwiększa się jego przewodność i wartość stałej

dielektrycznej).

5. Rodzaje wód :

Woda surowa	woda użytkowa
woda powierzchniowa np. rzeka  woda podskórna  woda gruntowa  woda adhezyjna  woda błonkowata  woda głębinowa  woda źródlana  woda słona np. morska  woda słodka np. z jeziora	 woda wodociągowa  woda pitna  woda przemysłowa

6. Pojęcie zawartość wody i zawartość suchej substancji

Zawartość wody w środkach spożywczych waha się od kilku procent do ponad 90% i

podlega zmianom w wyniku obróbki technologicznej produktu bądź w czasie jego

przechowywania (Tabela 1).

Rodzaj produktu	Zawartość wody [%]
Oleje Masło Produkty zbożowe, mąki Pieczywo Mięso i produkty mięsne Ryby (świeże) Owoce i warzywa Mleko Grzyby (świeże) Śladowe ilości	16 10-20 30-50 60-75 70-80 80-96 85-90 90-95

Zawartość wody w produkcie żywnościowym definiowana jest taką ilością wody,

którą można w nim oznaczyć przy pomocy dostępnych i właściwych dla danego produktu

metod analitycznych.

7.Wpływ wody na zrywność :

• Dla tekstury -soczystość, wilgotność , nasączenie

• Rozpuszczalnik dla związków smakowo zapachowych

• Sprzyja ( wpływa na pogorszenie przez ):

• Wspiera rozwój mikroflory

• Rozpuszczanie reaktanów produktów (kataliza)

• Współczynnik aktywności

• Współczynnik dyfuzji

8.Moment dipolowy wody :

• Cząsteczka wody ma duży moment dipolowy

• Powstawaj wiązania wodorowe pomiędzy cząsteczkami wody

9. Aktywność wody :

Aktywność wody (a_w) w żywności jest definiowana jako stosunek ciśnienia pary wodnej nad żywnością do ciśnienia pary wodnej nad czystą wodą w tej samej temperaturze. Wartość tę przyjęto w celu dokładniejszego określenia zapotrzebowania drobnoustrojów na wodę. Czysta chemicznie woda ma aktywność a_w=1. Ze wzrostem stężenia związków rozpuszczalnych aktywność wody spada poniżej wartości 1.

Poziomy aktywności wody :

• Aktywność jest odwrotnie proporcjonalna do stężenia składników i oddziaływań międzycząsteczkowych

• Dla aw <0,2 duże ilość substancji rozpuszczonej i woda silnie związana

• aw- 1 woda dostępna w masie, jako rozpuszczalnik do mrożenia i parowania

10. zawartość wody i sucha substancja :

• przez zawartość wody produkcie rozumie się taką ilość wody , którą moszna w nim oznaczyć jakąkolwiek z dostępnych i dla danego produktu właściwych metod analitycznych Jest to pojęcie względne i umowne.

• Z pojęciem zawartości wody wiąże się pojęcie suchej substancji - przez suchą substancje rozumie się pozostałość po usunięciu z niego wody.

• Zawartość suchej substancji w procentach = 100% - zawartość wody

W analityce wyróżnia się dwa pojęcia suchej substancji:

• Sucha substancja całkowita- którą otrzymuje się przez suszenie produktu w określonych warunkach

• Sucha substancja rozpuszczalna- w wodzie nazywana ekstraktem

11. Rodzaje ekstraktów :

• Ekstrakt ogólny-jest to suma rozpuszczalnych w wodzie i nielotnych do temperatury 100 C składników suchej ,masy.

• Ekstrakt pozorny- stanowi sumę składników ekstraktu ogólnego związki lotne.

• Ekstrakt rzeczywisty- jest to ekstrakt produktu zawierającego związki lotne mierzony po oddestylowaniu tych związków.

• Ekstrakt bezcukrowy- stanowi różnicę miedzy zawartością ekstraktu ogólnego i suma cukrów redukujących oraz sacharozy zawartych w produkcie.

12. Jakość wody :

• Podstawowe wskaźniki jakości wody :

Mętność- wskaźnik jakości wody określany w mętnościomierzu Baylisa przez porównanie badanej wody z odpowiednio przygotowanymi wzorcami, za jednostkę mętności przyjęto taką mętność jako powstaje jeżeli do 1 dm wody destylowanej dodamy 1mg zawiesiny ziemi okrzemkowej lub kaolinu

Barwa- - wskaźnik jakości wody wyrażony w jednostkach barwy tj. stopniach skali platynowo-kobaltowej ( 1 odpowiada barwie, jaka nadaje 1 mg Pt w postaci soli rozpuszczonej w 1dm3 wody) Barwa jest wywoływana obecnością substancji barwnych dostających się do wody wraz ze ściekami, substancjami organicznymi pochodzącymi z gleby , związkami żelaza, koloidami alba zakwitami.

Zapach- wskaźnik jakości wody określany organoleptycznie za pomocą powonienia , na podstawie skali natężenia zapachu , oznacza się na zimno(Z) lub na gorąco (G), podając natężenie zapachu wg 5 stopniowej skali

0-brak zapachu

1-zapach bardzo słaby

2-zpacha słaby

3-zapach wyraźny

4-zapch silny

5-zapach bardzo silny

• Chemiczne wskaźniki jakości wody :

Odczyn wody-  Wartość pH jest miarą odczynu wody, czyli jej kwasowości lub alkaliczności. Skala wartości pH sięga od 0 do 14. Wartość 0 odpowiada skrajnej kwasowości, a wartość 14 skrajnej zasadowości. Wartość 7 oznacza odczyn obojętny. Kiedy kwasowość wzrasta, wartość pH obniża się, a jeśli wzrasta zasadowość, rośnie także wartość pH.

Utlenialność to wielkość wyrażająca ilość tlenu potrzebną do utlenienia substancji organicznych i niektórych związków nieorganicznych (np. soli żelaza (II), siarkowodoru, siarczków, azotanów (III)) zawartych w wodzie jest to umowny wskaźnik określający zużycie manganianu(VII) potasu (nadmanganianu potasu, KMnO₄) przez łatwo utleniające się substancje chemiczne,

Chemiczne Zapotrzebowanie Tlenu (ChZT) - umowne pojęcie oznaczające ilość tlenu (mg/dm³), pobranego z utleniaczy (np. dichromiany (Cr₂O₇^2-), jodany (V) (IO₃^-), manganiany (VII) (MnO₄^-)) na utlenienie związków organicznych i niektórych nieorganicznych.

• Biologiczne :

Miano mikroorganizmów jest to najmniejsza objętość badanego materiału, w którym znajduje się przynajmniej jedna żywa komórka mikroorganizmu wskaźnikowego. Oznaczenie miana służy do określenia stopnia skażenia badanego materiału mikroorganizmami.

13. Twardość wody :

• Twardość wody - jest to cecha wody, będąca funkcją stężenia soli wapnia, magnezu i innych metali, które są zdolne do tworzenia soli na wyższym niż pierwszy stopniu utlenienia.Twardość wody ma bardzo silny wpływ na jej napięcie powierzchniowe. Czym większe napięcie powierzchniowe wody, tym trudniej zwilża ona wszelkie powierzchnie, na skutek czego trudno jest przy jej pomocy prać i zmywać naczynia. Dodatek detergentów powoduje zmniejszenie twardości wody - im woda jest twardsza, tym więcej trzeba ich dodawać, aby uzyskać skuteczny efekt mycia.

• nietrwałą, przemijająca węglanową - która jest generowana przez sole kwasu węglowego - węglany

• trwałą - która jest generowana przez sole innych kwasów, głównie chlorki, ale też siarczany, azotany i inne.

Twardość wody wyraża się w trzech różnych skalach:

• stopniach niemieckich (°n lub °d) - 1 °n = 10,00 mg CaO w 1 litrze wody oraz 1 °n = 17,86 mg CaCO₃ w 1 litrze wody

• stopniach francuskich (°f) - 1 °f = 10,00 mg CaCO₃ w 1 litrze wody

• milivalach na litr (mval/l) - 1 mval = 1 miligramorównoważnik (0,5 milimol) jonów Ca²⁺ oraz 1 mval = 50 mg CaCO₃ w 1 litrze wody.

• Dopuszczalna twardość wody nie powinna przekraczać 500 mg CaCO3/litr.

14. Proces mineralizacji -utlenienie związków organicznych do wody, dwutlenku węgla, amoniak, a składniki mineralne są przeprowadzane bezpośrednio do roztworu (mineralizacja na mokro) lub rozpuszczeniu popiołu w stężonych kwasach(mineralizacja na sucho)

• Na sucho- spopielanie w wysokiej temperaturze

• Na mokro- utlenienie substancji organicznym za pomotać kwasów mineralnych w temperaturze wrzenia 120-330C do uzyskania klarownego roztworu

Popiół- pozostałość po całkowitej mineralizacji próbki badanego produktu spożywczego. Ilość popiołu jest miarą zawartość w żywności składników mineralnych.

W procesie mineralizacji zachodzą straty składników mineralnych w wyniku termicznej dysocjacji.

Charakterystyka popiołu zależy od :

• Zawartości popiołu całkowitego (jest to masa popiołu oznaczanego bezpośrednio po mineralizacji (spaleniu). Popiół surowy jest miernikiem wartości żywieniowej.

• Zawartości popiołu nierozpuszczalnego w 10% HCl ( wykazuje zawartość głównie piasku )

• Zawartości popiołu czystego (nie zawiera piasku) - jest to informacja o zawartości związków spuszczalnych gł. soli sodu, potasu, oraz Cl , SO4

• Odczynu popiołu ( określenie kwasowości popiołu)

• Straty mineralnych

• Zawartość popiołu rozpuszczalnego w wodzie

Zanieczyszczenia Wody :

• mechaniczne np. muł

• koloidalne np. olej

• roztwory np. sól

• biologiczne np. bakterie (miano Coli), wirusy]

na pochodzenie :

• biologiczne i bakteriologiczne,

• fizyczne,

• chemiczne,

• izotopami pierwiastków promieniotwórczych.

Na sposób usuwania :

• zanieczyszczenia zawieszone i pływające; usuwane w procesach fizycznych sedymentacji lub filtracji,

• zanieczyszczenia koloidalne - o cząsteczkach wielkości poniżej 100μm; usuwane w specjalnych procesach, np.ultrafiltracji, koagulacji,

• zanieczyszczenia rozpuszczone - w formie roztworu; usuwane metodami fizykochemicznymi lub metodami chemicznymi

wpływ na zdrowie:

• związki trujące i szkodliwe,

• związki nieszkodliwe - w zależności od stężenia mogą równocześnie wskazywać na zanieczyszczenie wody

• związki pożądane dla zdrowia.

---