หน้าแรก     สารบัญ     พิมพ์     ออก กลับ  5/8  ต่อไป 
เคมีอาหาร : รหัสวิชา 03-621-309
หน่วยที่ 2 น้ำ - สมบัติของน้ำที่มีผลต่อการแปรรูปของอาหาร - สมบัติของน้ำต่อการทำแห้ง - สมบัติของน้ำต่อการแช่แข็ง

รูปที่ 2.4 ความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นในอาหาร (สินธนา, 2535)
รูปที่ 2.5 อัตราการระเหยของน้ำเวลาในการอบแห้ง (สินธนา, 2535)
รูปที่ 2.6 ผลึกแลททิสของผลึกน้ำแข็ง (Fennema, 1985)
(ก) โมเลกุลของน้ำเกิดพันธะซึ่งกันและกันกลายเป็นผลึกทำให้เกิดช่องว่างรูปหกเหลี่ยม
(ข) ผลึกของน้ำรูปสามมิติ

สมบัติของน้ำที่มีผลต่อการแปรรูปของอาหาร

สมบัติของน้ำต่อการทำแห้ง

น้ำในสถานะก๊าซจะอยู่ในรูปของไอน้ำ ดังนั้นถ้าตั้งภาชนะที่บรรจุน้ำไว้ โดยไม่ปิดฝา เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง ระดับน้ำในภาชนะนั้นจะลดลง และตั้งทิ้งไว้นานๆ ระดับน้ำในภาชนะนั้นจะค่อยๆ ลดลงเรื่อยๆ เนื่องจากน้ำจะระเหยไปหมด การที่น้ำระเหยได้นั้นเนื่องจากโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลจะต้องมีพลังงานจลน์เพียงพอ เพื่อที่มันจะสามารถระเหยออกสู่บรรยากาศได้ การระเหยของน้ำเกี่ยวข้องกับการทำลาย พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำเมื่ออยู่ในสถานะของเหลว อัตราการระเหยน้ำขึ้นกับอุณหภูมิ และความชื้นของอากาศ ถ้าหากปิดฝาภาชนะไว้ไอของน้ำจะสะสมอยู่เหนือผิวน้ำ เมื่อโมเลกุลของไอน้ำเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ มันจะมีโอกาสสัมผัสกับผิวน้ำ และกลับรวมกับน้ำได้อีกจนถึงจุดสมดุลโดยที่จำนวนโมเลกุลน้ำที่ระเหยจากของเหลวกลายเป็นไอจะสมดุลกับจำนวนโมเลกุลของน้ำที่กลับกลายเป็นของเหลว ที่จุดสมดุลความดันที่เกิดจากโมเลกุลของไอน้ำที่มีต่อน้ำที่อยู่ข้างใต้มัน คือความดันไอของน้ำ ดังนั้นจึงได้นำหลักการดังกล่าวมาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมการทำแห้งอาหารชนิดต่างๆ
การทำแห้งเป็นการระเหยน้ำออกจากเนื้อเยื่อของอาหาร จนกระทั่งปริมาณลดลงอยู่ในระดับที่ไม่สามารถทำให้เกิดการเน่าเสียได้ มักนิยมใช้ความร้อนในการทำแห้ง ซึ่งถ้าไม่มีการควบคุมที่ดีจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและโครงสร้างของอาหาร เช่น การที่ผิวหน้าของอาหารแห้งแข็ง การเสียโครงสร้างของโปรตีน และการเกิดสีน้ำตาล การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของสารประกอบบางชนิด และการเน่าเสียเนื่องจากจุลินทรีย์ เป็นต้น
คลิกเพื่อดูภาพขยายใหญ่ รูปที่ 2.4 ความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นในอาหาร (สินธนา, 2535)
ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกิดขึ้นในระหว่างการทำแห้งที่มีผลต่อคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่สำคัญนั้นมี 2 ประการ คือ การถ่ายเทความร้อน และการเคลื่อนไหวย้ายของน้ำในอาหาร
1. การถ่ายเทความร้อน จะเกิดขึ้น ณ จุดที่อุณหภูมิมีความแตกต่างกันเท่านั้น ซึ่งอาจเป็นแบบการนำความร้อน การพาความร้อน หรือการแผ่รังสีความร้อนอย่างใดอย่างหนึ่ง หรือร่วมกันได้ ถ้าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างอาหาร และตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้น การระเหยของน้ำออกจากอาหารก็จะรวดเร็วขึ้น
2. การเคลื่อนไหวของน้ำในอาหาร เมื่ออาหารได้รับความร้อน น้ำบริเวณผิวนอกของอาหารจะระเหยออกไปก่อน ทำให้ความร้อนเข้มข้นสารละลายของเซลล์บริเวณของผิวนอกของอาหารเพิ่มสูงขึ้น จึงเกิดการเคลื่อนย้ายของน้ำออกจากเซลล์ที่อยู่ข้างในไปยังเซลล์ที่อยู่บริเวณผิวนอก เพื่อเป็นการปรับค่าแรงดันออสโมติกระหว่างเซลล์ของเนื้ออาหารให้สมดุลกันเมื่อน้ำเคลื่อนที่ออกมาภายนอกก็จะระเหยกลายเป็นไอ จึงทำให้การเคลื่อนย้ายของน้ำในอาหารเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง และจะหยุดลงก็ต่อเมื่อน้ำในเซลล์ผิวนอกไม่สามารถระเหยออกไปได้อีกแล้ว
คลิกเพื่อดูภาพขยายใหญ่ รูปที่ 2.5 อัตราการระเหยของน้ำเวลาในการอบแห้ง (สินธนา, 2535)
ในระหว่างการระเหยน้ำนั้น พบว่าน้ำจะระเหยออกจากอาหารอย่างรวดเร็วในช่วงต้น โดยมีอัตราการระเหยค่อนข้างคงที่สม่ำเสมอ (Constant rate Period) แต่เมื่อเวลาผ่านไประยะหนึ่ง ที่จุดความชื้นบริเวณผิวหน้าของอาหารมีค่าเป็นศูนย์ อัตราการระเหยของน้ำจะลดลงเป็นอย่างมาก (Falling Rate Period) แสดงในรูปที่ 2.4 และ ณ จุดนี้ถ้ายังคงใช้อุณหภูมิสูงในการทำแห้งหรือปล่อยให้อาหารสัมผัสความร้อนต่อไป ก็จะเป็นสาเหตุทำให้เกิดการเปลี่ยนสีและเกิดการไหม้ได้ง่าย
โดยทั่วไปมักใช้อุณหภูมิช่วงต้นในช่วงที่อัตราการระเหยค่อนข้างคงที่สม่ำเสมอ ในการควบคุมการระเหยน้ำ ทั้งนี้เพราะน้ำอิสระที่มีในอาหารจะระเหยได้ง่าย และเมื่อการระเหยน้ำออกจากอาหารเริ่มเข้าสู่ช่วงอัตราการทำแห้งลดลง จึงจะเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นแสดงในรูปที่ 2.5 เพื่อเป็นการช่วยให้น้ำที่ถูกตรึงในอาหารระเหยได้ การควบคุมอุณหภูมิ และระยะเวลาในแต่ละคาบของการทำแห้งของอาหารแต่ละชนิดให้เหมาะสม จะช่วยให้คุณภาพของผลิตภัณฑ์ เช่น สี ลักษณะเนื้อสัมผัส กลิ่น การคืนตัว และความชื้น เป็นต้น มีลักษณะดีขึ้นได้เป็นอย่างมาก

สมบัติของน้ำต่อการแช่แข็ง

เมื่อน้ำมีอุณหภูมิลดลง โมเลกุลของน้ำซึ่งอยู่ในรูปของเหลวจะเคลื่อนไหวได้ช้าลง และปริมาณของน้ำจะลดลงเล็กน้อย พันธะไฮโดรเจนภายในกลุ่มของโมเลกุลของน้ำคงอยู่ต่อไป จนกระทั่งอุณหภูมิลดลงจนถึง 4 องศาเซลเซียส โมเลกุลของน้ำจะเริ่มรวมตัวกันโดยการเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างกันมากขึ้น และมีการจัดตัวที่แน่นอน ปรากฏการณ์นี้จะเกิดอย่างต่อเนื่องในช่วงที่อุณหภูมิลดลงจาก 4 องศาเซลเซียส ไปเป็น 0 องศาเซลเซียส และปริมาตรของน้ำจะเพิ่มขึ้น ถ้ามีการดึงความร้อนออกจากน้ำอีกหลังจากอุณหภูมิลดลงจนถึง 0 องศาเซลเซียส จะมีการเกิดผลึก และขณะที่น้ำแข็งตัวกลายเป็นผลึกน้ำแข็ง การขยายตัวจะหยุดลงทันที ผลึกน้ำแข็งนี้ คือน้ำแข็ง ซึ่งมีการจัดเรียงตัวของโมเลกุลของน้ำภายในเป็นผลึกแลททิส มีลักษณะเป็นรูปหกเหลี่ยม (Hexagonal Shape) แสดงในรูปที่ 2.6 การจัดตัวของโมเลกุลของน้ำแบบนี้ ทำให้เกิดช่องว่างอยู่ทั่วไปภายในน้ำแข็ง ผลที่ได้น้ำแข็งจะมีปริมาตรมากกว่าน้ำ 1/11 เท่า โดยทั่วไปน้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ และสามารถลอยในน้ำได้
คลิกเพื่อดูภาพขยายใหญ่ รูปที่ 2.6 ผลึกแลททิสของผลึกน้ำแข็ง (Fennema, 1985)
(ก) โมเลกุลของน้ำเกิดพันธะซึ่งกันและกันกลายเป็นผลึกทำให้เกิดช่องว่างรูปหกเหลี่ยม
(ข) ผลึกของน้ำรูปสามมิติ
การตกผลึกของน้ำในอาหาร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ ได้แก่ การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอาหาร และความเข้มข้นของสารละลายที่มีในอาหาร เป็นต้น
1. การเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอาหาร น้ำบริสุทธิ์เมื่อเปลี่ยนสถานะเป็นน้ำแข็ง จะมีการขยายตัวเพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 9 ในอาหารนั้น เมื่อน้ำแข็งตัวผลึกน้ำแข็งที่เกิดขึ้นค่อนข้างบริสุทธิ์แม้ว่าจะมาจากสารละลายเชิงซ้อนก็ตาม ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิของอาหารลดต่ำลงถึงจุดเยือกแข็ง น้ำจะมีการขยายตัว ในขณะที่ตัวถูกละลายในอาหารกลับหดตัว จึงทำให้มีการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของอาหารไม่สม่ำเสมอ บางส่วนจะขยายตัว บางส่วนจะหดตัว ซึ่งอาจเป็นสาเหตุทำให้ลักษณะเนื้อสัมผัสของอาหารเสียได้ง่าย
2. การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารละลายที่มีในอาหาร น้ำที่เป็นส่วนประกอบของสารละลายที่มีในอาหารนั้น จะตกผลึกเมื่ออุณหภูมิลดต่ำลงกว่าจุดเยือกแข็ง ดังนั้นความเข้มข้นของสารละลายในอาหารจึงเพิ่มมากยิ่งขึ้น เป็นเหตุให้ค่าพีเอช ปริมาณกรดความหนืด และจุดเยือกแข็งของอาหารนั้นเปลี่ยนแปลงไป ตลอดจนปริมาณของก๊าซออกซิเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลง เพราะถูกขับออกจากสารละลาย และเมื่อความเข้มข้นของสารละลายในอาหารเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ในที่สุดสารละลายนั้นจะถึงจุดอิ่มตัว และเกิดการตกผลึกของตัวถูกละลายขึ้น (Eutectic Point) ซึ่งเป็นจุดสมดุลของการแช่แข็งอาหารอื่นๆ