Bromatologia e composição dos alimentos aula 1 - int e água 2014

Texto

(1)Maria Raquel Manhani Fevereiro/2014.

(2) Bromatologia Broma, Bromatos = “dos alimentos”; e Logos = “Ciência”. Ciência que estuda os alimentos. Inclui:  bioquímica de alimentos  química de alimentos  toxicologia de alimentos  microbiologia de alimentos.

(3) Aplicações da Bromatologia  Elaboração de tabelas de valores nutricionais de alimentos processados para inserção em rótulos e embalagens; elaboração de cardápios específicos.  Detecção de fraudes (água em leite, excesso de amido em salsichas, falsificação de mel, etc)  Detecção de substâncias tóxicas (metais pesados, aditivos proibidos, toxinas)  Detecção de microrganismos patogênicos.  Detecção de contaminação por roedores e insetos  Subsídio à tecnologia de alimentos para o desenvolvimento de novos produtos, ou melhoria dos produtos já lançados no mercado (pão sem glúten para consumo de pacientes celíacos)  Estudo e caracterização de alimentos de natureza e procedência desconhecidas, visando a sua implementação no consumo. (acerola como fonte de vitamina C, alimentos funcionais)  Estudo de novos métodos para análise de alimentos, ou até mesmo aperfeiçoamento dos os já existentes..

(4) ÁGUA Componente extremamente essencial, participando com 60 a 65% do organismo humano e da maioria dos animais.    . Solvente universal, indispensável aos processos metabólicos; Manutenção da temperatura corporal; Manutenção da pressão osmótica dos fluidos e do volume das células; Participação como reagente de um grande número de reações metabólicas. Água: adulterante universal dos alimentos, por isso sua determinação é de grande importância..

(5) ÁGUA  Reações químicas (meio ou reagente);  Crescimento de microrganismos;.  Facilitadora da atividade dinâmica de macromoléculas. (enzimas);  Estrutura, aspecto e sabor dos alimentos;. Componente em maior quantidade na maioria dos alimentos..

(6) Água - Estrutura • A água é um composto molecular. • Cada molécula de água é formada por um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio, unidos por. ligações covalentes • Tanto os pares compartilhados (ligações covalentes) como os pares de elétrons isolados distribuem-se de forma a minimizar as repulsões entre os pares.

(7) • O ângulo entre as duas ligações OH é de 104,5º, fazendo com que a molécula de água assuma uma geometria tetraédrica..

(8) A molécula de água apresenta um alto momento dipolar (1,84) – o mais alto entre todas as moléculas triatômicas. Esse alto valor de momento dipolar é devido ao fato de a molécula possuir diferenças de cargas e ser não linear. A estrutura tetraédrica da molécula de água confere-lhe uma baixa densidade molecular e volume, enquanto que a diferença de cargas resulta em um alto valor de constante dielétrica..

(9) PROPRIEDADES FÍSICAS DA ÁGUA. Adaptado de DAMODARAN, PARKIN, FENNEMA (2010).

(10) Pequeno volume da molécula de água  penetração nas estruturas cristalinas e entre as moléculas de grandes dimensões. As características elétricas e o momento dipolar da água permitem a sua participação em ligações covalentes, dipolo-dipolo e íon-dipolo e sua alta constante dielétrica é fator importante na solvatação e separação de íons..

(11) Associação entre as moléculas de água Cada molécula de água pode se ligar a outras quatro moléculas de água. As forças intermoleculares são muito fortes e esse comportamento pode ser atribuído à capacidade que a molécula de água tem para estabelecer ligações de hidrogênio tridimensionais. Ligações de hidrogênio = ligações eletrostáticas dipolo-dipolo com um nível energético baixo (entre 1 e 10 Kcal/mol ou 4,19 e 41,9 KJ/mol), quando comparadas com ligações covalentes, como a ligação O-H na água (118 Kcal/mol).

(12) Água líquida Cada molécula de água pode se ligar a outras quatro moléculas, formando um agregado ao qual moléculas de água poderão se unir Os agregados estão em permanente formação e ruptura e em permanente movimento.

(13) Água no estado de vapor. Ao se aquecer a água, aumenta-se a energia das moléculas, permitindo que elas se afastem mais e aumentem a velocidade de ruptura e formação das ligações de hidrogênio. Quando a quantidade de energia cedida à água for suficiente (calor latente de vaporização), as moléculas na superfície poderão passar em grande número para a fase de vapor..

(14) Água no estado sólido O resfriamento da massa de água diminui gradativamente a energia do sistema e assim também os movimentos moleculares. Estado cristalino: todas as moléculas ocupam posições fixas, formando o retículo cristalino com distâncias entre as moléculas, sendo maior do que no estado líquido..

(15)

(16) Cristais de gelo.

(17) Energia térmica absorvida ou cedida com consequente variação na temperatura do objeto.. Calor Latente Energia térmica absorvida ou cedida com consequente mudança de estado físico do objeto (condensação, vaporização, sublimação, ressublimação, fusão, solidificação).

(18) AUGUSTO; TRIBST (2012).

(19) Água nos alimentos. O conteúdo de água é obtido pela determinação da água total contida no alimento.

(20) Porcentagem de ÁGUA em alguns alimentos Carnes. 50 – 70. Maçãs, laranjas. 85 – 90. Tomates, morangos. 90 – 95. Cenouras, batatas. 80 – 90. Aspargo, lentilha. 90 – 95. Arroz cru, milho cru. 12 – 15. Leite em pó, ovo desidratado. 9 – 12. Pão francês. 30 - 35. Adaptado de Ribeiro e Seravalli, 2004.

(21) Quanto maior o teor de água de um alimento mais perecível ele é ???.

(22) A água pode estar presente no alimento, porém não estar disponível para o crescimento de microrganismos e ocorrência de reações..

(23) ÁGUA Quantidade de água = valor da determinação da água total contida no alimento.. Este valor não fornece informações de como a água está distribuída neste alimento e também não permite saber se toda a água está ligada do mesmo modo ao alimento. Muitas vezes, o teor de água (% de umidade) determinado leva-nos a pensar que irá ocorrer o desenvolvimento de algum microrganismo, porém isso não ocorre, porque grande parte desta água não está disponível aos microrganismos e às reações..

(24) ÁGUA  água ligada: é a água em contato com solutos e. outros constituintes não aquosos, que tem mobilidade reduzida e que não congela a - 40ºC. Assim, a água ligada não se comporta como a água pura. É mais difícil de ser eliminada, não é utilizada como solvente e não permite o desenvolvimento de micro-organismos, além de retardar as reações químicas e enzimáticas..

(25) ÁGUA LIGADA . . . Água Constitucional: representa pequena fração da água presente em alimentos com alto teor de umidade; é a água ligada mais fortemente aos constituintes não aquosos do alimento, através de ligações iônicas. Pode ser imaginada como a primeira camada de água adjacente aos constituintes não aquosos (sólidos) do alimento. Água vicinal: representa a próxima camada adjacente à água constitucional, ocupa os sítios mais próximos da maioria dos grupos hidrofílicos presentes nos constituintes não aquosos. Água de multicamadas: representa a água ligada de forma menos intensa do que a água vicinal, mas que ainda possui uma intensidade de ligação com os solutos que não lhe permite se comportar como água pura..

(26) ÁGUA  água livre: é a água que apresenta as mesmas propriedades da. água pura, que está disponível para o crescimento de microorganismos e para reações químicas e enzimáticas, mas que não flui livremente do alimento quando este é cortado. Capacidade de ligar água: descreve a habilidade de uma matriz de moléculas (macromoléculas) de aprisionar grandes quantidades de água e prevenir, assim, sua exudação. Essa água não flui livremente do alimento, mas é facilmente retirada durante o processo de secagem e convertida em gelo durante o congelamento. É a principal fração da água presente nos alimentos e quaisquer alterações na sua quantidade ou forma de ligação com os sólidos afeta a qualidade do alimento. Cocção da carne  desnaturação de proteínas  perda da capacidade de ligar água  perda de massa e carne mais dura..

(27) ÁGUA Alguns autores:  Água livre  Água de capilar (confinada fisicamente em capilares com. diâmetros < 0,10 m). Essa pequena quantidade de água, presente em alguns sistemas celulares, pode exibir mobilidade reduzida e menor pressão de vapor do que a água pura. A maior parte dos alimentos possui capilares com diâmetros entre 10 e 100 m..  Água ligada.

(28) Interação água - soluto Em presença de íons ou de moléculas com grupos hidrofílicos, há formação de diversos tipos de ligações entre as moléculas de soluto e da água.

(29) Interações da água com sólidos A adição de sólidos à água resulta em alteração das suas propriedades e também do sólido adicionado. Devido às suas características, a água interage fortemente com substâncias hidrofílicas, por meio de ligações iônicas, dipolo-dipolo ou covalentes, o que resulta em alterações na estrutura e mobilidade da água e na estrutura e reatividade das substâncias hidrofílicas.. A estrutura normal da água pura é rompida quando da adição de solutos dissociáveis, como por exemplo, sais inorgânicos (NaCl), que não possuem nem sítios doadores e nem receptores de hidrogênio e que fazem ligações iônicas com a água..

(30) A adição de substâncias hidrofóbicas (apolares – hidrocarbonetos, ácidos graxos, triglicerídeos, proteínas) à água é termodinamicamente desfavorável devido à redução na entropia (aumento da “ordem” do sistema). A redução na entropia é resultado do aumento do número de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água adjacentes aos grupos apolares, provocado pela repulsão entre as moléculas de água e os grupos apolares..

(31) Há dois tipos de estruturas que podem ser formadas quando substâncias hidrofóbicas são adicionadas à água: • Hidratos de clatratos: estruturas cristalinas semelhantes aos cristais de gelo, formados por moléculas de água unidas por ligações de hidrogênio em estruturas semelhantes a uma gaiola, capazes de aprisionar moléculas com grupos hidrofóbicos (moléculas convidadas). As moléculas aprisionadas têm baixa massa molecular e apresentam forma e tamanho adequado para ficarem retidas. Exemplos: dióxido de carbono, dióxido de enxofre, álcool etílico, óxido de etileno, aminas de cadeia curta. • Micelas: a formação de micelas ocorre principalmente com as proteínas (dotadas de grupos polares e apolares). Em meio aquoso, as proteínas organizam-se na forma esférica, sendo que seus grupos polares ficam na superfície da esfera e os grupos hidrofóbicos na parte interna..

(32) https://encryptedtbn2.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcTLm84vRw E86HZ8PNHo7Lxg6DddYJzwlnA5LCG6X2dX0SeH yi_7ukuvUw.

(33) ATIVIDADE DE ÁGUA E A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS aw intensidade das forças que unem a água a outros componentes não-aquosos e, consequentemente, a água disponível para o crescimento de micro-organismos e para que ocorram diferentes reações químicas e bioquímicas..

(34) ATIVIDADE DE ÁGUA E A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS • Diferentes tipos de alimentos com o mesmo conteúdo de água diferem significativamente em sua estabilidade ou vida útil. •. O conteúdo de água por si mesmo não é um indicador real da estabilidade.. •. Diferenças na intensidade com a água se associa com os constituintes não aquosos A água envolvida em associações mais fortes é menos disponível às atividades de degradação (crescimento de micro-organismos e reações químicas de hidrólise).

(35) ATIVIDADE DE ÁGUA E A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS Quando se adiciona um soluto à água pura, as moléculas de água orientam-se na superfície do soluto e inter-relacionam-se com ele. Como consequência, o ponto de Congelamento diminui, o ponto de ebulição diminui e a pressão de vapor se reduz, segundo a lei de Raoult, que diz: “a diminuição relativa da pressão de vapor de um líquido ao interagir com um soluto é igual “a fração molar do solvente”. Matematicamente:. p/p0 = n1/n1 + n2. p = pressão de vapor exercida pelo solvente na solução p0 = pressão de vapor exercida pelo solvente puro n1 = mols do solvente n2 = mols do soluto.

(36) ATIVIDADE DE ÁGUA E A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS Pode-se ser expressa por:. aw = p/p0 Relação entre a pressão de vapor da solução (soluto + água) e a pressão de vapor da água pura a uma dada temperatura.. Escala de aw: 0,0 a 1,0 Nos alimentos, a atividade de água sempre será menor do que 1,0, pois seus constituintes diminuem a mobilidade da água..

(37)

(38) ATIVIDADE DE ÁGUA E A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS No equilíbrio: . aw é igual a pressão de vapor exercida por uma solução ou alimento em uma atmosfera fechada que envolve a solução ou alimento. aw = URE/100. . Equivalência entre a umidade relativa do ar e a aw dos alimentos em contato com esse ar.. A aw de um alimento e a umidade relativa do ambiente no qual se encontra tendem sempre a se equilibrar, e por isso, é comum expressar-se como umidade relativa de equilíbrio (%) (URE).

(39) ATIVIDADE DE ÁGUA E A CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS Alimento em ambiente com umidade relativa (UR) superior à umidade relativa de seu equilíbrio (URE) tende a alcançar o equilíbrio, ou seja, absorve água. Alimento em ambiente cuja UR é inferior a URE correspondente ao conteúdo de água do produto: este cede água (dessorção). Como reduzir a atividade de água dos alimentos? • Remoção de água • Adição de sólidos (sal, açúcar).

(40) Atividade de água fornece informações sobre • Crescimento microbiano • Migração da água • Estabilidade química e bioquímica. • Propriedades físicas • Vida útil O teor de umidade não fornece estas informações.

(41) ISOTERMAS Isotermas de sorção = gráficos do teor de água em função da atividade de água a uma temperatura constante. Aplicações:  . Concentração, secagem, hidratação de alimentos Verificação e alimentícios.. monitoramento. da. estabilidade. de. produtos. Tipos de isotermas . . adsorção: representa o comportamento do alimento quando este é adicionado de água (produtos higroscópicos) dessorção: representa o comportamento do alimento quando se retira água do mesmo (processos de secagem).

(42) ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA A maioria dos alimentos apresenta isotermas com formato sigmoidal. Alimentos como frutas e confeitos (contêm altas concentrações de açúcares e outras moléculas pequenas e solúveis) apresentam isotermas do tipo J. Fatores que determinam o formato das isotermas: • • • • • •. Composição do alimento Estrutura física do alimento Pré-tratamentos realizados no alimento Capacidade de retenção de água do alimento Temperatura Metodologia.

(43) COSTA, J.M.C.; MEDEIROS, M.F.D.; MATA, A.L.M.L. Isotermas de adsorção de pós de beterraba, abóbora e cenoura obtidos pelo processo de secagem em leito de jorro: estudo comparativo. Revista Ciência Agronômica. v. 34, n.1, 2003..

(44) CONCLUSÃO •. O pó de cenoura apresentou uma higroscopicidade ligeiramente mais elevada em toda curva da isoterma de adsorção do que os pós de beterraba e de abóbora..

(45) VIEIRA et al. (2007).

(46) Representação de uma isoterma de adsorção.

(47) ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA. Para o mesmo conteúdo de água (teor de umidade), a aw aumenta à medida em que a temperatura aumenta..

(48) ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA A isoterma de adsorção para um determinado produto não é equivalente à isoterma de dessorção. As curvas não se sobrepõem HISTERESE Histerese: diferença que existe entre as duas curvas. Os alimentos com uma aw determinada, a uma temperatura constante, sempre apresentam maior conteúdo de água durante a dessorção do que na adsorção.

(49) ATIVIDADE DE ÁGUA E ESTABILDIADE DOS ALIMENTOS.

(50) aw > 0,90 • •. formação de soluções diluídas com os componentes do alimento, os quais serão os substratos para os micro-organismos crescerem. Diminuição da velocidade das reações químicas e enzimáticas devido à baixa concentração de reagentes.. aw: 0,40 a 0,80. • •. Aumento da velocidade das reações químicas e enzimáticas devido ao aumento nas concentrações dos reagentes. Em regiões de aw menor ou igual a 0,60, o crescimento de micro-organismos é mínimo.. aw  0,3 •. •. Água de monocamada (não disponível para as reações químicas e enzimáticas e para o crescimento de micro-organismos) Oxidação lipídica tem velocidade máxima nessa faixa de atividade de água (maior proximidade dos reagentes lipídicos); reduz-se com a elevação de atividade e aumenta novamente com o acréscimo de atividade de água (aumento da concentração de O2 dissolvido e maior atividade dos íons metálicos que catalisam a reação de oxidação lipídica)..

(51) Atividade de água.

(52) Atividade de água.

(53) SILVEIRA (s.d.).

(54)

(55)

(56) MEDIDOR DE ATIVIDADE DE ÁGUA.

(57)