Sorpčná izoterma

Sorpčná izoterma reprezentuje vzťah medzi obsahom vody a aktivitou vody (av).
Priebeh sorpčnej izotermy poskytuje okrem toho poskytuje aj informácie o spôsobe, akým je voda viazaná. Väčšina potravín, predovšetkým sušených, vykazuje sorpčnú izotermu s esovitým priebehom (Obr. 2).

Podľa adsorpčnej teórie Brunauera, Emmeta a Tellera (BET; 1938) voda v prvej oblasti aktivity vody, približne po hodnotu av = 0,20, je pevne adsorbovaná v monomolekulovej vrstve.  V inflexnej oblasti izotermy s av vyššou ako 0,20 a nižšou ako 0,80 je pozorovaná bi- alebo viac molekulová adsorpcia.        V oblasti hodnôt >0,80 je voda kondenzovaná v kapilárach, je prítomná v tekutej fáze a nemá zníženú tenziu pár. Izoterma prudko smeruje k maximálnym hodnotám sorpcie vody.
Abtrakcia (MgA. Ján Valík)
Abtrakcia (MgA. Ján Valík)

Podľa viacerých odborníkov sa však v požívatinách ťažko vytvorí monomolekulová vrstva vody. Prvá oblasť sorpčnej izotermy preto naznačuje obsadenie polárnych polôh makromolekúl proteínov alebo polysacharidov. Tesnú koreláciu medzi sumou polárnych reťazcov a hydroxylových skupín a počtom vodných molekúl adsorbovaných pri hodnote av = 0,92 zistili Bull a Breese (1968). Pri tejto hodnote av sa na molekulu polárnych skupín naviazalo približne 6 molekúl vody.

Labuza (1975) pokladal vodu prítomnú v požívatinách pri hodnote vodnej aktivity < 0,20 za pevne viazanú a pre reakcie nevyužiteľnú (oblasť A). V oblasti B sorpčnej izotermy, približne od hodnoty av = 0,20 až po 0,60 je voda voľne viazaná. V oblasti C je voda prítomná v kapilárach a je relatívne voľná pre reakcie.

I keď pojmy pevne viazaná voda, voľne viazaná voda, resp. pre reakcie relatívne voľná voda nepôsobia exaktne, vzhľadom na široké spektrum možností viazania vody v požívatinách a široké spektrum ovplyvňujúcich faktorov, v celku vystihujú podstatu problematiky.

Sorpčná izoterma
Sorpčná izoterma

Príklad všeobecného tvaru sorpčnej izotermy a základné formy vody v potravinách (Acker, 1969)

Geurts, Walstra a Mulder (1974) označili pevne viazanú vodu ako nevyužiteľnú pre reakcie alebo ako rozpúšťadlo. Väzba vody v tomto prípade sa uskutočňuje chemisorpciou. Predovšetkým ide o viazanie vody a polárnych funkčných skupín prostredníctvom vodíkových väzieb alebo o peptidické väzby uskutočňované prostredníctvom dipól-dipólových interakcií. Väzbová energia pevne viazanej vody je veľká, približne 600-800 kJ/g vody.

Blízko hydrofóbnych povrchov má viazaná voda tendenciu vytvárať štruktúru ľadu, a tým znížiť entropiu sústavy. Tzv. ľadovo-štruktúrnu vodu (z angl. ice-structured water) autori považujú za využiteľnú pre väčšinu reakcií, ale nie ako rozpúšťadlo. Odstránenie tejto vody vyžaduje teplo približne 330 kJ/g vody. Pojem ľadovo-štruktúrna voda je prakticky totožný s pojmom voda voľne viazaná.

Napučiavaciu alebo tzv. kapilárnu vodu, zadržiavanú mechanicky a za určitých podmienok povrchovými silami sieťovej štruktúry proteínu, považujú uvedení autori za voľnú.. Odstránenie kapilárnej vody vyžaduje relatívne malú tepelnú energiu.

Kapilárna voda je využiteľná pre reakcie a je rozpúšťadlom tuhých látok.