Woda

Podstawowy składnik nie tylko jedzenia, ale przede wszystkim nas samych, czyli woda. Bez niej nie byłoby życia na ziemi. Jak dużo wody jest w naszym organizmie? Ile wody jest w żywności? Jak zbudowana jest cząsteczka wody? Kiedy w wodzie mogą rozpuszczać się inne substancje? Czy twarda woda może utrudniać gotowanie? Dlaczego zamarzająca woda w butelce może ją rozsadzić?

Woda niezbędna do życia

Nasz organizm w przeważającej ilości (ok. 60%) składa się z wody. Organy, które są niezbędne do właściwego funkcjonowania ludzkiej maszynerii, także zbudowane są w dużej mierze z tego płynu.

woda
Zawartość wody w organizmie człowieka i poszczególnych organach (‘brain’ – mózg, ‘kidneys’ – nerki, ‘lungs’ – płuca, ‘blood’ – krew, ‘eyes’ – oczy, ‘heart’ – serce, ‘muscles’ – mięśnie).
Źródło: The Human Body and Water. https://amazingsoak.com/2019/08/30/the-human-body-and-water/ (dostęp 14.12.2020r.).

Noworodek składa się nawet z 80% wody, a ilość ta zmniejsza się wraz z wiekiem.

Zmiana zawartości wody (‘water’) w organizmie człowieka wraz z wiekiem (‘newborn’ – noworodek, ‘toddler’ – maluch, ‘child’ – dziecko, ‘adult man’ – dorosły mężczyzna, ‘adult woman’ – dorosła kobieta, ‘senior’ – senior).
Źródło: The Human Body and Water. https://www.otsuka.co.jp/en/nutraceutical/about/rehydration/water/body-fluid/
(dostęp 14.12.2020r.).

Żywność także w dużej mierze składa się z wody, szczególnie owoce, warzywa i grzyby. Ten płyn stanowi w nich zwykle ponad 90%.

Źródło: https://pl.pinterest.com/pin/227361481175401548/ (dostęp 08.12.2020r.).

Budowa cząsteczki wody

Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Jest polarna, czyli elektrycznie niesymetryczna. A to dlatego, że jeden jej koniec jest naładowany dodatnio (wodór – H), drugi zaś ujemnie (tlen – O). Jak wiadomo, plus z minusem się przyciąga, zatem będą się one do siebie zbliżać i tworzyć wiązanie wodorowe (więcej o wiązaniach przeczytasz tutaj). Nie jest ono bardzo silne, co zresztą można zaobserwować po zachowaniu wody (łatwo się przelewa).

Budowa cząsteczki wody.
Źródło: Structure of Water molecule. https://alevelbiology.co.uk/notes/water-structure-properties/ (dostęp 08.12.2020r.).

Woda jako rozpuszczalnik

Na czym polegają właściwości rozpuszczające wody? Jak już wiesz, woda tworzy wiązania wodorowe. Jednak nie tylko między sobą, ale również z innymi cząsteczkami. Muszą się one charakteryzować polarnością, czyli nierównomiernym rozłożeniem ładunków, tak samo jak woda. Wówczas mogą powstać nowe połączenia między nimi. I tak cząsteczki wody mogą się „integrować” z węglowodanami i białkami otaczając je.

Proces rozpuszczania soli (NaCl) w wodzie.
Źródło: Dissolving Process. https://courses.lumenlearning.com/cheminter/chapter/dissolving-process/ (dostęp 14.12.2020r.).

Woda również dobrze rozpuszcza substancje mineralne. Tu pojawia się pojęcie twardej wody. Zawiera ona różne minerały, w szczególności wapń i magnez. Może być to uciążliwie w codziennym funkcjonowaniu, ponieważ w połączeniu z mydłem powoduje powstawanie osadu. Przy myciu dłoni możesz mieć wrażenie, jakby coś na nich zostawało, cienka warstewka tych wytrąconych związków. Taka woda może również wpływać negatywnie na kolor gotowanych warzyw i ich strukturę (twardnienie). Utrudnia prawidłowe wyrastanie pieczywa poprzez spowalnianie procesu fermentacji. Zaburza tworzenie właściwej struktury glutenu i odpowiednią absorbcję wody przez mąkę.

wyrastanie_chleba
Źródło: Drinic, T. https://unsplash.com/photos/2r9GNiRw1fI (dostęp 14.12.2020r.).

Stany skupienia wody

Wspomniane już wiązania wodorowe odpowiadają za właściwości wody. Zdarzyła Ci kiedyś eksplozja zamrożonej butelki z płynem? Uzasadnienie tego wypadku jest proste: woda w stanie stałym (lód) zajmuje więcej miejsca niż w stanie ciekłym (woda), ponieważ wiązania wodorowe dążą do większego uporządkowania. Cząsteczki wody będą się znajdować w większej odległości między sobą, zatem zaanektują większą przestrzeń. By uniknąć wybuchu w zamrażarce, należy nie dopełniać opakowania pod wieczko. To samo dzieje się z tkankami roślin, które są zamrażane, a następnie rozmrażane. Następuje ich zniszczenie, a w rezultacie wyciek soków (pomyśl sobie np. o rozmrożonych truskawkach).

Źródło: Rajaram, D. https://unsplash.com/photos/X5ChCOu8CQg (dostęp 14.12.2020r.).

Podgrzewanie wody

Z występowaniem wiązań wodorowych wiąże się również tempo nagrzewania wody, które jest stosunkowo wolne. Istotne jest tutaj pojęcie ciepła właściwego (Cp). To ilość energii, jaka jest potrzebna, by podnieś temperaturę określonej masy ciała o 1°C. Im jest ono wyższe, tym więcej energii jest potrzebne do jego ogrzania, ale jednocześnie więcej jej będzie posiadać (po ogrzaniu). I dla przykładu ciepło właściwe wody jest około dziesięciokrotnie większe od żelaza czy miedzi. Co to oznacza w praktyce? Garnek wykonany z żelaza będzie już bardzo gorący, podczas gdy woda – ledwo ciepła. Drugą stroną medalu jest fakt, że dłużej będzie ona utrzymywała temperaturę po odcięciu źródła energii.

Para

Podczas przejścia ze stanu ciekłego w stan lotny, woda absorbuje duże ilości ciepła, które oddaje do otoczenia. Tak się dzieje np. podczas pocenia. Ten proces schładza nasze ciało, ponieważ woda zmienia swój stan skupienia i „zabiera” od nas ciepło oddając je do otaczającego powietrza.

parowanie_pot woda
Źródło: Dumlao, N. https://unsplash.com/photos/sVHDHBzSz6M (dostęp 14.12.2020r.).

To zjawisko wykorzystywali już starożytni do schładzania wina. Umieszczali je w glinianych, porowatych garnkach, przez które stale odparowywała woda, tym samym schładzając znajdujący się w nich trunek. Kucharze wykorzystują tą właściwość wody do powolnego gotowania mięsa w niskiej temperaturze, a cukiernicy w przygotowaniu delikatnych deserów podgrzewanych w kąpieli wodnej. To wyjaśnia dlaczego sernik przygotowywany w taki sposób jest delikatny i aksamitny: parująca woda odprowadza ciepło, zatem gotowanie przebiega w sposób łagodny (ale jednocześnie dłużej).

deser_flan
Źródło: Baum, M. https://unsplash.com/photos/nAexj97qADQ (dostęp 14.12.2020r.).

Para ma również dużo energii, zatem użycie jej do podgrzewania żywności jest dobrym i efektywnym sposobem, szczególnie jeśli porównamy ją do zwykłego powietrza. Zapewne znasz to z życia. Buchająca para poparzy Cię dotkliwie i momentalnie, zaś powietrze nie – możesz włożyć rękę do nagrzanego piekarnika i poczujesz jedynie przyjemne ciepło, a nie uderzający, przenikliwy ból.

woda para wodna
Źródło: Joe. https://unsplash.com/photos/A4Gy_rEdsdA (dostęp 14.12.2020r.).

Jak widzisz, bez wody nie byłoby życia, gotowania, ani jedzenia. Często nie zdajemy sobie z tego sprawy i nie doceniamy jej roli w życiu, jak i w kuchni. Na tym zakończmy rozważania i napijmy się wody na zdrowie! 😉

Podsumowanie:

  • Organizm ludzki w dużej mierze (około 60%) składa się z wody.
  • Głównym składnikiem żywności, a szczególnie owoców, warzyw i grzybów jest woda (zwykle ponad 90%).
  • Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu.
  • Woda rozpuszcza substancje, które tak samo jak ona, są polarne.
  • Twarda woda może negatywnie wpływać na kolor i strukturę gotowanych warzyw. Utrudnia prawidłowe wyrastanie pieczywa i zaburza tworzenie właściwej struktury ciasta.

Literatura:

McGee, H. (2007). On food and cooking: the science and lore of the kitchen. Simon and Schuster.

Water Science School. Water Hardness. https://www.usgs.gov/special-topic/water-science-school/science/hardness-water?qt-science_center_objects=0#qt-science_center_objects

WaterRight® Group (2016). Is hard water ruining your home-cooked meals? https://www.water-rightgroup.com/resources/hard-water-cooking-baking/