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ÁGUA EM ALIMENTOS Prof Janaína Kohl Barbiero de Souza janafarma@hotmail.com ANÁLISE DE ALIMENTOS Período em que alimento permanece com qualidade aceitável pelo consumidor, seguro (microbiologicamente) e sem alterações sensoriais, químicas e físicas. Determinada por um conjunto de propriedades dos alimentos como a formulação, processamento, embalagem e condições de armazenamento. (STEELE, 2004) O que é vida de prateleira? O que é vida de prateleira? ➢ Num estudo de vida de prateleira, os parâmetros considerados críticos podem ser: 1. O crescimento bacteriano; 2. O aumento ou diminuição de pontuação numa escala de avaliação organoléptica; 3. Perda de nutrientes; 4. Alteração de sabor causada por oxidação ou hidrólise de gorduras; 5. Ganho ou perda de umidade, com alteração de textura; 6. Aumento na concentração de estanho e chumbo no caso de produtos enlatados. Quais são os fatores que influenciam na vida de prateleira dos alimentos? Intrínsecos Extrínsecos • Matéria prima • Nutrientes • Atividade de água • pH e acidez • As estruturas biológicas dos alimentos • Temperatura • Oxigênio • Sistema de embalagem • Estocagem, distribuição e disposição do produto • Umidade Relativa Alimentos com curta vida de prateleira (dias a semanas) (Geralmente precisam ser mantidos congelados ou refrigerados entre 0°C e 8°C para garantir a qualidade do produto) O uso de embalagens à vácuo e com atmosfera modificada, pode estender um pouco mais a vida de prateleira desses produtos, e geralmente são combinadas ao uso de refrigeração Alimentos com média vida de prateleira (Até 3 semanas) Podem ser estocados em condições ambientes, alguns precisam ser refrigerados. Alimentos com vida de prateleira longa (até um ano) Estáveis em condições ambientes, por possuírem tratamento térmico bem definido, ou ainda ser produto de alta acidez ou de baixa atividade de água, como os desidratados. http://bp0.blogger.com/_yqrzyI9P7jI/R1Gf0zIisiI/AAAAAAAAAKA/zPYJyMX_Uwk/s1600-R/Corn+Flakes.jpg ÁGUA COMPONENTE FUNDAMENTAL DA MAIORIA DOS ALIMENTOS. PRINCIPAL SOLVENTE 2 3 4 ÁGUA EM ALIMENTOS ÁGUA LIVRE: água livre nos alimentos → aproveitada pelos micro-organismos. Serve como agente dispersante para substâncias coloidais e como solvente para compostos cristalinos. ÁGUA DE HIDRATAÇÃO OU LIGADA: Ligada quimicamente com outras substâncias do alimento e não é totalmente eliminada na maioria dos métodos de determinação de umidade. Dividida em: - Água constitucional (ligada mais fortemente ao substrato) - Água vicinal (próxima camada de água ligada ao substrato) - Água de multicamadas (água ligada com menor intensidade) Capacidade de ligação da água -> termo utilizado para a capacidade de grandes moléculas de reter água Água ligada Livre Multicamada Constitucional Substrato Combinada Teor de umidade ? Atividade de água ? 6 Definição Aw: Aw = P Po = relação entre a pressão parcial de vapor da água contida na solução/alimento (P) e a pressão parcial de vapor da água pura (P0), a uma dada temperatura água Valores variam de 0 - 1 7 Aw indica a quantidade de água disponível no alimento 8 Teor de Umidade = água total 9 11 Te o r d e u m id ad e ( % p e so ú m id o ) Região 1 Região 2 Região 3 ISOTERMA DE SORÇÃO Água fortemente ligada ao substrato. Camada de BET Temos água fracamente ligada ao substrato. Pequenas alterações no teor de água implicam em grandes modificações de Aw. Temos a água capilar. Grandes alterações no teor de água não alteram muito o Aw 12 Valor da Monocamada de BET (Brunauer- Emmett-Teller): ▪ Limite entre a região I e II ▪ Quantidade de água necessária para formação da monocamada ▪ Esse valor representa o teor de umidade no qual o alimento apresenta estabilidade Ex: gelatina (11%), amido (11%), lactose amorfa (6%) e leite integral seco em spray dryer (3%). 13 ISOTERMA DE SORÇÃO Fornecem informações úteis para processos concentração, secagem e hidratação dos alimentos 14 15 ISOTERMA DE SORÇÃO Desidratação HidrataçãoTe o ru m id ad e O isoterma de um alimento quando hidratado (adsorção) não se sobrepõem com o isoterma de desidratação (desorção). Fenômeno conhecido como HISTERESE, i.e. Diferença entre as duas curvas 16 Tipo III - Antiglomerantes Tipo I – Açúcares cristalinos (tipo J) Tipo II – Maioria dos alimentos (tipo sigmóide) Te o r d e u m id ad e Atividade da água Como será o isoterma de sorção dos seguintes alimentos? 18 TIPOS DE CURVAS:ISOTER MA DE SORÇÃO 19 PERECIBILIDADE: termo utilizado para designar a facilidade com que um alimento se deteriora. Alimentos com mesmo teor de água diferem significativamente na perecibilidade. Estabilidade e segurança do alimento se correlaciona melhor com Aw que com o teor de umidade. Aw: Correlação com as curvas de crescimento microbiano e com reações de deterioração (químicas e físicas) 20 Valores de atividade de água dos alimentos em função da velocidade das reações. mo não se multiplicam em água pura Todos mo tem Aw- máxima, ótima, mínima Aw e Crescimento microbiano < 0,60 : alimento microbiologicamente estável 0,0 – 0,2 : água fortemente ligada 0,7 – 1,0 : maioria da água está livre 21 ESTABILIDADE QUÍMICA E BIOQUÍMICA: ▪ Escurecimento não enzimático (ex. Reação de Maillard) ▪ Reações Enzimáticos ▪ Oxidação Lipídica ▪ Degradação de Nutrientes 22 Mecanismo Requerimento de oxigênio Requerimento de NH2 pH ótimo Produto final Maillard Não Sim >7,0 Melanoidinas Caramelização Não Não 3,0 a 9,0 Caramelo (melanoidinas) Oxidação de ácido ascórbico Sim Não 3,0<pH<5,0 Melanoidinas Fonte: Araújo, J. M.A., Química de Alimentos – Teoria e Pratica (2003). ESCURECIMENTO NÃO-ENZIMÁTICO Podem ser divididos em 3 mecanismos: ALTERAÇÃO QUÍMICAS DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA Aw ESCURECIMENTO NÃO ENZIMÁTICO Reação de Maillard Açúcares redutores Ex.: glicose, frutose, lactose, maltose + H2N-R Amino grupos; ex: resíduos de lisina, arginina, cisteína Base de Schiff imina Composto de Amadori a partir de hexose: HMF (Hidroximetilfurfural) a partir de pentose: FURFURAL (furaldeído) AGEs (produtos de glicação avançada) Ex.: carboximetilisina, furosina polimerização MELANOIDINAS Pigmento escuro insolúvel INTERMEDIÁRIOS DAS REAÇÕES: AROMA E SABOR 23 1 fase 2 fase 3 fase ALTERAÇÃO QUÍMICAS DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA Aw ESCURECIMENTO NÃO ENZIMÁTICO REAÇÕES ASSOCIADAS AO AQUECIMENTO E ARMAZENAMENTO ↑ gradativo da velocidade da reação em função da mobilidade até Aw 0,6 ↓ gradativo da velocidade da reação em função da diluição dos reativos para Aw > 0,6 24 ALTERAÇÃO QUÍMICAS DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA Aw REAÇÕES ENZIMÁTICAS 25 ALTERAÇÃO QUÍMICAS DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA Aw REAÇÕES ENZIMÁTICAS Baixa Aw = Baixa mobilidade dos substratos e inabilidade de se difundir até o sítio ativo da enzima 26 CARAMELIZAÇÃO Durante o aquecimento de carboidratos, particularmente açúcares e xaropes de açúcares, → reações → escurecimento → caramelização. Degradação de açúcares na ausência de aminoácidos e proteínas. Os açúcares no estado sólido são relativamente estáveis ao aquecimento moderado, mas em temperaturas maiores que 120 ºC são pirolisados para diversos produtos de degradação de alto peso molecular e escuros, denominados caramelos. ALTERAÇÃO QUÍMICAS DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA Aw OXIDAÇÃO LIPÍDICA: água indisponível para reações e microorganismos 27 Aw<0,3 ALTERAÇÃO QUÍMICAS DE ALIMENTOS EM FUNÇÃO DA Aw OXIDAÇÃO LIPÍDICA entre os Aw < 0,2 = ↑ rancidez (devido a aproximação reagentes), Aw 0,2 a 0,5 = Baixas taxas de rancidez Aw > 0,5 = rancidez aumenta com aumento da mobilidade, o aumento de oxigênio no final e maior atividade de íons metálicos (catalisadores) 28 Aw: veloc.: oxigênio dissolvido e atividade de íons metálicos29 Resumindo ..... Quais reações podem ocorrer dependendo da Aw? 30 33 QUAL O PAPEL DA ÁGUA SOBRE AS PROPRIEDADES FÍSICAS DO ALIMENTO? 34 Em pó muito frágil frágil crocante quebradiço emborachado couro pegajoso elástico macio úmido A textura é um dos atributos sensoriais demaior importância em alimentos e está diretamente relacionada com o seu estado físico A Aw também afeta a estabilidade estrutural do alimentos, alterando os estados físicos -sensorial 35 O estudos das fases de transição dos alimentos → compreensão das propriedades texturais de alimentos e explicar as alterações que ocorrem durante o processamento e a armazenagem, tais como a pegajosidade, o empelotamento, o amolecimento e o endurecimento 36 37 A mudança de fase mais comum é a Transição Vítrea → Região de Não equilíbrio entre os estados amorfos (estado vítreo e gomoso) → Materiais amorfos são compostos susceptíveis às mudanças de temperatura e pressão do ambiente → Tg (temperatura de transiçãovítrea) Diagrama de estado Estado vítreo → imobilização das moléculas não permite a cristalização (maior viscosidade) Alimentos duros e quebradiços (ex. biscoitos crocantes) Estado gomoso → maior mobilidade das moléculas. Estado menos viscoso (damasco desidratado, biscoitos e recheios) 38 Diagrama de estado 39 40 UR. Elevada Absorção da umidade do ambiente Textura Granulosa ↑ Aw Deterioração microbiana geralmente de origem fúngica UR. reduzida Desidratação superficial Prejuízo nas características sensoriais do alimento Precisa embalar/armazenar apropriamente Equilíbrio UR = Aw x 100 ↑água - ↑ plastificante MUDANÇAS DE TEXTURA: ▪ ↑ Atividade de água: redução da viscosidade, ↑ mobilidade molecular Transformações como pegajosidade, colapso (perda de estrutura, escoamento sob a força da gravidade) e cristalização durante o processamento e a armazenagem. 41 0,37 7,6% 24⁰C Temperatura de transição vítrea, Tg, como uma função da atividade de água, aw, e isoterma de sorção a 24ºC leite em pó desnatado 42 Conceitos importantes Mobilidade Molecular→ movimento das moléculas Plastificação→ habilidade da umidade e outros aditivos aumentarem o movimento dos polímeros (ex. caseinatos) na matrix do alimento. 43 ESTADO FÍSICO x TEMPERATURA x CONCENTRAÇÃO DE ÁGUA Informações valiosas: - formulação, - processamento, - embalagem - estocagem (objetivo: evitar a mudança de fase, vítreo-gomoso, mantendo o alimento na forma desejada para o consumo pelo maior tempo possível). 44
