Вільна і зв'язана вода в тісті

Властивості тіста в значній мірі залежать від вмісту в ньому зв'язаної та вільної води, тобто від наявних у тісті форм зв'язку води з полімерами борош­на. Волога в тісті має різні види зв'язку зі складовими борошна: від самого міцного, обумовленого молекулярними силами, до чисто механічного утри­мання вологи на поверхні частинок борошна. Чіткої межі між окремими вида­ми зв'язку вологи не існує, спостерігається плавний перехід від одного її ви­ду до іншого.

Згідно класифікації П.О. Ребіндера, всі види зв'язку ділять на три групи: хімічний, фізико-хімічний, механічний (рис.5.10). В основі цього поділу лежить величина енергії зв'язку води з матеріалом.

У тісті основними видами зв'язку води, що визначають його консистенцію і хід колоїдних, біохімічних, мікробіологічних процесів, є фізико-хімічний і механічний.

Розрізняють три види фізико-хімічного зв'язку: адсорбційне зв'язану воло­гу, осмотичне зв'язану та структурну вологу.

Адсорбційна зв'язана волога — це шар води товщиною в декілька сот мо­лекул, що адсорбовані на поверхні (полімеру) крохмального зерна. Адсорбція молекул води на поверхні крохмалю супроводжується зміною властивостей во­ди. Адсорбована вода перестає бути розчинником, удвічі зменшується її теп­лоємкість у порівнянні зі звичайною водою. Ця вода вважається зв'язаною. Енергія зв'язку адсорбційне зв'язаної води дуже висока.

Внаслідок сильної взаємодії води і твердих сполук вважають, що зв'язана вода ідентична незамерзаючій воді при зниженні температури до мінус 40-80 °С. (Дані про критичну температуру в літературі різні).

Осмотичне зв'язана волога (волога набухання) вважається вільною во­дою, бо вона має малу енергію зв'язку з матеріалом.

Осмотичне поглинання води полімерами тіста відбувається без виділення тепла. За своїми властивостями вона не відрізняється від звичайної води, за­мерзає при температурі нижче 0 °С. Але ця вода є недоступною для розчинення легкорозчинних сполук тіста внаслідок неможливості їх дифузії всередину замк­нутої клітини, в якій знаходиться вода.

Структурний зв'язок вологи обумовлюється новими структурними утво­реннями під час формування гелю. Цій волозі відповідає дуже малий зв'язок.

Механічно зв'язана вода — це вода, зв'язана макро- і мікрокапілярами скла­дових борошна, їх середній радіус становить більше 10^{-5 см і менше 10-5 см відповідно. Енергія зв'язку цієї води значно менша, ніж зв'язаної осмотичне, її роз­глядають як вільну воду. За своїми властивостями вона ідентична звичайній воді.}

Зв'язок змочування найменш міцний. Волога змочування розподіляється на поверхні частинок борошна при зіткненні останніх з водою і утримується ме­ханічними силами зчеплення, а з часом може проникати в середину частинки борошна. При цьому утворюється новий вид зв'язку — осмотичний або струк­турний.

П.Я. Мазур, досліджуючи вміст різних форм зв'язку вологи в тісті вологістю 43 %, встановив, що енергія зв'язку осмотичне зв'язаної вологи складала 6,5, адсорбційне зв'язаної — 19, механічно зв'язаної — 0,7 кДж/моль.

Виходячи з форм зв'язку води різними складовими борошна, можна зроби­ти висновок, що в разі збільшення в борошні вмісту білків, пентозанів, кліткови­ни підвищується вміст вільної води, а збільшення вмісту ушкоджених зерен крохмалю призводить до підвищення вмісту зв'язаної води. Чим більше води знаходиться у зв'язаному стані, тим менша її активність.

Основними процесами взаємодії вільної води з полімерами борошна є роз­чинення і набухання.

Для здійснення гідролітичних процесів у тісті, утворення оптимальної струк­тури потрібна наявність у ньому певної кількості вільної води, тобто води, здат­ної вступати в хімічні реакції, забезпечити необхідну інтенсивність біохімічних, колоїдних, мікробіологічних процесів. Вода, що знаходиться у вільному стані, є основним пластифікатором структури тіста.

Для визначення кількості води з різними формами зв'язку розроблено низ­ку методів. Всі вони різні за своєю сутністю, і порівнювати отримані різними ме­тодами результати не завжди коректно. Так, визначення кількості зв'язаної води у пшеничному тісті за методом деференційованого термічного аналізу показало, що залежно від сорту борошна масова частка її в тісті становить у межах 28-35 %всієї води. При застосуванні індикаторного методу встановлено, що зв'язана вода складає 47,8-51,8%.

Цим методом визначається сумарна кількість адсорбційне зв'язаної та тієї, що утримується осмотичне, вологи. В УДУХТі Н.І.Берзіною і В.Г.Юрчак методом дифе­ренційованого термічного аналізу встановлено, що в тісті вологістю 42 %, яке замішували 5-6 хв, масова частка зв'язаної (адсорбційної) вологи становить 27, а вільної — 73 % (в тому числі осмотично зв'язаної — 56, а механічно — 17 %).

На види зв'язку вологи в тісті впливають різні технологічні фактори. Так, при збільшенні тривалості замішування з 6 до 20 хв у тісті містилось зв'язаної води на 7 % менше. Це можна пояснити тим, що при більш тривалому замішуванні йде перерозподіл вологи між крохмалем і білками, збільшується осмотичне на­бухання білків, підвищується гідратація клейковини.

Кількість зв'язаної води майже не залежить від вологості тіста, тобто при підвищенні вологості тіста у ньому збільшується вміст вільної води. Цим явищем можна пояснити інтенсифікацію біохімічних і колоїдних процесів у тісті при підви­щенні його вологості.

У процесі дозрівання тіста відбувається подальший перерозподіл вологи між компонентами тіста, в результаті якого в тісті зменшується масова частка вільної води на 3,5-5 %.

На форму зв'язку води (енергію зв'язку) впливає внесення в тісто цукру і жиру. Так, при внесенні в тісто цукру 5 і жиру 3,5 % масова частка зв'язаної води зменши­лась на 13 і 19 % відповідно, масова частка вільної води зросла на 13 і 19 % відповідно. При цьому зросла гідратаційна здатність клейковини (табл. 5.1).

Збільшення вмісту вільної води в тісті з цукром і жиром викликає потребу в зниженні його вологості.

Очевидно, цукор активніше, ніж крохмаль, зв'язує вологу, а жир екранує крохмальні зерна, зменшує їх адсорбційну здатність.

Таким чином, від кількості зв'язаної та вільної вологи залежать структурно-механічні властивості тіста, інтенсивність процесів, що відбуваються при утво­ренні тіста і під час його дозрівання. Співвідношення різних видів зв'язку визна­чається співвідношенням складових борошна і залежить від технологічних фак­торів, зокрема від інтенсивності замішування, вологості тіста, складу рецептури.

Порівняно з тістом із борошна нормальної якості в тісті з високобілкового борошна підвищується вміст осмотично зв'язаної (вільної) води, в тісті з борош-

на з підвищеним вмістом зруйнованих зерен крохмалю — адсорбційне зв'язаної (зв'язаної вологи). Оптимальною буде така кількість вільної води в тісті, яка за­безпечить розчинення легкорозчинних речовин і оптимальне осмотичне набу­хання білків і пентозанів. Визначення ЇЇ числового значення потребує подальших досліджень.