Набухання грає велику роль в природі, в життєдіяльності людини, а також у багатьох виробництвах, в тому числі і в технології приготування їжі. Наприклад, проростання зерна завжди передує його набухання. Кулінарна обробка круп, зерен бобових, макаронних виробів, овочів, м'яса і т. П. Для кращого засвоєння цих продуктів зводиться в основному до процесу набухання. Крім того, є початковим етапом самого акту травлення - це певною мірою процес набухання, що супроводжується дією механічних і хімічних чинників, що підсилюють ступінь і швидкість набухання.
Харчові продукти являють собою багатокомпонентні системи і в тих чи інших кількостях містять воду. Властивості продуктів залежать не тільки від кількості міститься в них води, але і від форми зв'язку її з іншими речовинами.
Воду можна умовно розділити на два типи: вільну і пов'язану. Вільна вода - це вода харчових продуктів, що володіє тими ж властивостями, що і чиста вода. Пов'язана вода настільки міцно з'єднана з іншими компонентами харчових продуктів, що проявляє властивості, відмінні від властивостей вільної води.
Вода в харчових продуктах зв'язується з ними, але утримується тканинами з різною силою. Вчені виділяють три основні форми зв'язку води з речовинами і структурними елементами харчових продуктів в порядку спадання енергії:
1. хімічну (іонна і молекулярна зв'язку);
2. фізико-хімічну (осмотична та адсорбційна волога);
3. фізико-механічну (волога змочування, волога в макро- і мікрокапілярах).
У харчових продуктах переважають друга і третя форми зв'язку, на частку хімічного зв'язку доводиться незначна кількість вологи.
Хімічно зв'язкова вода утримується іонними або молекулярними взаімодействіямі.Ета вода міцно пов'язана з матеріалом хімічними зв'язками, вона може бути пов'язана у вигляді гідроксильних іонів або укладена в кристалогідрати і має максимальну енергією зв'язку. Хімічно зв'язана вода втрачає звичайні властивості, тобто не розчиняє хімічні речовини, має більш низьку температуру замерзання і більш високу температуру кипіння, не може використовуватися для обмінних процесів мікроорганізмами і може бути видалена з продукту тільки шляхом хімічної взаємодії або при прожаренні.
Фізико-хімічний зв'язок обумовлена адсорбцією вологи в гідратних оболонках або осмотичним утримуванням в клітинах і ділиться на адсорбційно-пов'язану і осмотически поглинену.
Адсорбционно-зв'язана вода утримується на зовнішній і внутрішній поверхнях мицелл колоїдного тіла. Вона міцно утримується молекулярним силовим полем і входить до складу мицелл різних гідрофільних колоїдів, з яких найбільше значення мають водорозчинні білки. Молекули води, розташовані ближче до міцелі, утримуються електростатичними силами тяжіння дуже міцно. Чим більше віддалені молекули води від колоїдної частинки, чим слабкіша зв'язок. Молекули води крайнього шару мають мінімальною енергією зв'язку з мицеллами. Залежно від енергії зв'язку змінюються і властивості адсорбционно-зв'язаної води. Найбільш міцно пов'язана вода не розчиняє органічні речовини і мінеральні солі, не засвоюється мікроорганізмами і т.д. Менш міцно зв'язана вода має всі властивості вільної води.
Осмотично поглинена вода знаходиться в мікропросторах, утворених мембранами і волокнистими структурами клітин. При утворенні гелів частина води захоплюється всередину скелета гелю, знаходиться там в напівпроникну мішечку і утримується осмотическими силами. Інша частина осмотически поглиненої води проникає всередину клітин з навколишнього середовища через стінки в результаті осмосу, так як всередині клітин концентрація розчинної фракції речовин більше, ніж у зовнішній.
Осмотично поглинена волога пов'язана з сухими речовинами продуктів неміцно і має властивості вільної води.
Фізико-механічний зв'язок обумовлена утриманням вологи в мікро- і макрокапилляров (імобілізованная волога) і прилипанием її до поверхні тіла (волога змочування). Фізико-механічно зв'язана вода утримується в невизначених співвідношеннях.
Харчові продукти в більшості мають макро- і мікрокапілярного будова. Капіляри, середній радіус яких більше 10 -5 см, називають макрокапилляров, а менше 10-5 см - мікрокапіляри. Макро- мікрокапілярного волога являє собою розчини, які містять мінеральні і органічні речовини продукту. Мікрокапілярного волога з продукту видаляється важче, ніж макрокапіллярная. Капілярну вологу можна розглядати як вільну, вона пов'язана з продуктом в невизначеному кількості і переміщається в капілярах у вигляді рідини і пара.
Волога змочування - волога у вигляді дрібних крапель на поверхні розрізу тканин продуктів. Вона утримується силами поверхневого натягу. Волога змочування досить легко видаляється з продукту, вона не міцно пов'язана з субстратом.
За домінуванням форми зв'язку вологи продукти можна розділити на: колоїдні (фізико-хімічно зв'язана волога - золі і гелі, цілі тканини м'яса, риби та ін.); Капілярно-пористі (фізико-механічно зв'язана волога); колоїдні капілярно-пористі (мають якості , властиві першим і другим, наприклад м'ясний фарш, сирно-сиркова маса і ін.).
У рослинних і тваринних тканинах харчових продуктів переважає вільна вода. Так, в м'язах тварин і риб основна частина води пов'язана з гідрофільними білками за рахунок осмотичних (45-55%), капілярних (40-45%) сил, води змочування (0,8-2,5%), а на частку пов'язаної води доводиться тільки 6,5-7,5%. У плодах і овочах знаходиться до 95% вільної води.
Вода в харчових продуктах при переробці та зберіганні може переходити з вільної в пов'язану, і навпаки, що викликає зміна властивостей продуктів. Вільна вода видаляється при висушуванні і заморожуванні продуктів, є активним розчинником, активізує біохімічні процеси, розвиток мікроорганізмів. За рахунок неї головним чином відбувається природне зменшення маси - усушка продуктів при зберіганні і транспортуванні. Вільну воду називають також активною водою.
Вологу при необхідності видаляють з продуктів сушінням або механічними способами (отжатием, центрифугуванням і т.д.). Різні види зв'язку води в харчових продуктах обумовлюють механізм видалення цієї води при їх сушінні. Адсорбционно-зв'язана вода, перш ніж буде вилучено з продукту, повинна бути перетворена в пар. Осмотично зв'язана вода здебільшого переміщується всередині матеріалу у вигляді рідини. Капілярна волога переміщається при сушінні в матеріалі як у вигляді пари, так і у вигляді рідини.
Під час сушіння спочатку видаляється слабо зв'язана вода, яка утримується фізико-механічними і фізико-хімічними зв'язками, тобто волога змочування, капілярна і осмотическая, а потім більш-менш сильно утримувана адсорбційна. Осмотична волога видаляється під час сушки раніше, ніж видаляється мікрокапілярного волога.