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UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP CURSO DE NUTRIÇÃO APOSTILA DE BROMATOLOGIA – TEORIA Profa. Rosa Maria Cerdeira Barros 2013 Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 2 CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO À BROMATOLOGIA 27/08/2012 1- CONSIDERAÇÕES INICIAIS EM BROMATOLOGIA 1 - Definição: A palavra Bromatologia deriva do grego: Broma, Bromatos significa “alimentos,dos alimentos” e Logos significa Ciência. Portanto, por extensão dos termos BROMATOS e LOGOS, pode-se definir Bromatologia como a ciência que estuda os alimentos. A Bromatologia estuda os alimentos, sua composição química, sua ação no organismo, seu valor alimentício e calórico, suas propriedades físicas, químicas, toxicológicas e também adulterantes, contaminantes, fraudes, etc. A bromatologia relaciona- se com tudo aquilo que, de alguma forma, é alimento para os seres humanos, tem a ver com o alimento desde a produção, coleta, transporte da matéria-prima, até a venda como alimento natural ou industrializado, verifica se o alimento se enquadra nas especificações legais, detecta a presença de adulterantes, aditivos que são prejudiciais à saúde, se a esterilização é adequada, se existiram contaminação com tipo e tamanho de embalagens, rótulos, desenho e tipo de letras e tintas utilizadas. Enfim, tem a ver com todos os diferentes aspectos que envolvem um alimento, com isso permitindo o juízo sobre a qualidade do mesmo. Química bromatológica estuda a composição química dos alimentos, bem como suas características de aptidão para o seu consumo. Importante conhecer técnicas e métodos adequados que permitam conhecer a composição centesimal dos alimentos, ou seja, determinar o percentual de umidade, proteínas, lipídeos, fibras, carboidratos, que permitam o cálculo do volume calórico do alimento. 2- GENERALIDADES SOBRE ALIMENTOS Definiremos, a seguir, alguns termos que julgamos pertinentes: ALIMENTOS: “toda a substância ou mistura de substância, que ingerida pelo homem fornece ao organismo os elementos normais à formação, manutenção e desenvolvimento”. Outra definição seria aquela que diz que alimento “é toda a substância ou energia que, introduzida no organismo, o nutre. Devendo ser direta ou indiretamente não tóxica”. ALIMENTOS SIMPLES: São aquelas substâncias que por ação de enzimas dos sucos digestivos são transformadas em metabólitos (açúcares, lipídios, proteínas). METABÓLITOS: são os alimentos diretos, ou seja, são substâncias metabolizadas depois de sua absorção (água, sais, monossacarídeos, aminoácidos, ácidos graxos). ALIMENTOS COMPOSTOS: São substâncias de composição química variada e complexa, de origem animal ou vegetal, ou formada por uma mistura de alimentos simples (leite, carne, frutas, etc). ALIMENTOS APTOS PARA O CONSUMO: São aqueles que respondendo às exigências das leis vigentes, não contém substâncias não autorizadas que constituam adulteração, vendendo-se com a denominação e rótulos legais. Também são chamados de alimentos GENUÍNOS. Alimentos NATURAIS são aqueles alimentos que estão aptos para o consumo, exigindo-se apenas a remoção da parte não comestível (“in natura”). A diferença entre alimentos genuínos e naturais radica em que sempre os alimentos genuínos devem estar Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 3 dentro das regulamentações da lei; no entanto, nem sempre o alimento natural pode ser genuíno, como por exemplo, uma fruta que está com grau de maturação acima da maturação fisiológica permitida. ALIMENTOS NÃO APTOS PARA O CONSUMO: São aqueles que por diferentes causas não estão dentro das especificações da lei. Podem ser: a) ALIMENTOS CONTAMINADOS: são aqueles alimentos que contém agentes vivos (vírus, bactérias, parasitas, etc.) ou substâncias químicas minerais ou orgânicas (defensivos, metais pesados, etc.) estranhas à sua composição normal, que pode ser ou não tóxica, e ainda, componentes naturais tóxicos (sais como nitratos, etc.), sempre que se encontrem em proporções maiores que as permitidas. b) ALIMENTOS ALTERADOS: são os alimentos que por causas naturais, de natureza física, química ou biológica, derivada do tratamento tecnológico não adequado, sofrem deteriorações em suas características organolépticas, em sua composição intrínseca ou em seu valor nutritivo. Como exemplo de alimentos alterados podemos citar o odor característico da carne início do estágio de decomposição, o borbulhar do mel (fermentação), ou latas de conservas estufadas (enchimento excessivo ou desenvolvimento de microorganismos) c) ALIMENTOS FALSIFICADOS: São aqueles alimentos que tem aparência e as características gerais de um produto legítimo e se denominam como este, sem sê-lo ou que não procedem de seus verdadeiros fabricantes, ou seja, são alimentos fabricados clandestinamente e comercializados como genuínos (legítimos). Pode acontecer que o alimento falsificado esteja em melhores condições de qualidade que o legítimo, mas por ser fabricado em locais não autorizados ou por não proceder de seus verdadeiros fabricantes, é considerado falsificado e, portanto, não apto ao consumo. d) ALIMENTOS ADULTERADOS: São aqueles que têm sido privados, parcial ou totalmente, de seus elementos úteis ou característicos, porque foram ou não substituídos por outros inertes ou estranhos. Também a adição de qualquer natureza, que tenha por objetivo dissimular ou ocultar alterações, deficiências de qualidade da matéria-prima ou defeitos na elaboração, que venham a constituir adulteração do alimento. A adulteração pode ser por acréscimo de substâncias estranhas ao alimento (por exemplo, água no leite ou vísceras em conservas de carnes, amido no doce de leite, melado no mel), por retirada de princípios ativos ou partes do alimento (retirada da nata do leite ou cafeína do café) ou por ambas as simultaneamente. 3- IMPORTÂNCIA DA ANÁLISE DE ALIMENTOS Indústrias – controle de qualidade, controle de processos em águas, alimentos, matérias- primas, produto acabado, embalagens, vida-de-prateleira, etc; Universidades e Institutos de pesquisa - desenvolvimento de metodologia, controle de processos em pesquisas, prestação de serviços, etc. Órgãos Governamentais – registro de alimentos, fiscalização na venda e distribuição, etc 4- CLASSIFICAÇÁO DA ANÁLISE DE ALIMENTOS Existem três tipos de aplicações em análise de alimentos: Controle de qualidade de rotina: é utilizado tanto para checar a matéria prima que chega, Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 4 como o produto acabado que sai de uma indústria, além de controlar os diversos estágios do processamento. Nestes casos, de análises de rotina, costuma-se, sempre que possível, utilizar métodos instrumentais que são bem mais rápidos que os convencionais. Fiscalização: é utilizado para verificar o cumprimento da legislação, através de métodos analíticos que sejam precisos e exatos e, de preferência, oficiais. Pesquisa: é utilizada para desenvolver ou adaptar métodos analíticos exatos, precisos, sensíveis, rápidos, eficientes, simples e de baixo custo na determinação de um dado componente do alimento 5- ÓRGÃOS LIGADOS À REGULAMENTAÇÃO DOS ALIMENTOS No Brasil, o Ministério da Saúde é o responsável pelo registro e regulamentação de alimentos de origem vegetal, alimentose bebidas dietéticas, aditivos e embalagens de alimentos. O Ministério da Agricultura é o responsável pelos produtos de origem animal, bebidas e vinagres. O Brasil faz parte do Codex Alimentarius Commission (1962), uma iniciativa conjunta da FA/OMS para desenvolver padrões internacionais e normas para a manipulação de alimentos com validade internacional e metodologias para a análise de alimentos, que são publicadas no Codex Alimmentarius. Os padrões são desenvolvidos tendo como objetivo a saúde dos consumidores e facilitar as relações internacionais no que se refere ao comércio. 6- ESCOLHA DO MÉTODO ANALÍTICO Em alimentos, a escolha do melhor método de análise é um passo muito importante, pois o alimento é, geralmente, uma amostra muito complexa, em que os vários componentes da matriz podem estar interferindo entre si. Por isso, em muitos casos, um determinado método pode ser apropriado para um tipo de alimento e não fornecer bons resultados para outro. Portanto a escolha do método vai depender do produto a ser analisado. A escolha do método analítico vai depender de uma série de fatores: Quantidade relativa do componente analisado: os componentes podem ser classificados em relação ao peso total da amostra: maiores (mais que 1%) menores (0,01 – 1%) micros (menos de 0,01%) e traços (ppm e ppb) No caso dos componentes maiores, são perfeitamente aplicáveis os métodos analíticos clássicos ou convencionais, como os métodos gravimétricos e volumétricos. Para os componentes menores e micros, geralmente é necessário o emprego de técnicas mais sofisticadas e altamente sensíveis, como os métodos instrumentais. Exatidão requerida: os métodos clássicos por gravimetria e volumetria podem alcançar uma exatidão de até 99,9%, quando o composto analisado se encontra em mais de 10% na amostra. Para componentes presentes em quantidades menores que 10% a exatidão cai bastante, e então a escolha do método apropriado deve recair em métodos mais sofisticados e exatos como os métodos instrumentais. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 5 Composição química da amostra: a presença de substâncias interferentes é muito constante nos alimentos. A escolha do melhor método analítico vai depender da composição química do alimento, isto é, dos possíveis interferentes em potencial. As análises que envolvem a determinação de um componente predominante em um material de composição relativamente simples geralmente não oferecem grandes dificuldades. Por outro lado, na análise de materiais de composição extremamente complexa, o processo analítico se complica com a necessidade de efetuar a separação dos interferentes potenciais antes da medida final. Na maioria das determinações em alimentos, as amostras são complexas, necessitando de uma extração ou separação prévia do componente a ser analisado. Recursos disponíveis: muitas vezes não é possível utilizar o melhor método de análise em função de seu alto custo, que pode ser limitante em relação ao tipo de equipamento ou até mesmo ao tipo de reagente ou pessoal especializado. 7- ESQUEMA GERAL PARA ANÁLISE QUANTITATIVA Qualquer análise quantitativa depende sempre da medida de certa quantidade física: massa, radiação emitida, potencial de um eletrodo etc., cuja magnitude deve estar relacionada à massa do componente de interesse presente na amostra tomada para análise. Porém esta medida vai ser geralmente, apenas a última de uma série de etapas operacionais que compreende toda a análise. O fluxograma abaixo dá um exemplo de um processo funcional de uma análise quantitativa. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 6 a) Amostragem A amostragem é o conjunto de operações com os quais se obtém, do material em estudo, uma porção relativamente pequena, de tamanho apropriado para o trabalho no laboratório, mas que ao mesmo tempo represente corretamente todo o conjunto da amostra. A maior ou menor dificuldade da amostragem vai depender da homogeneidade da amostra. Exemplo: amostra heterogênea: caminhão de laranjas; amostra homogênea: lote de suco de laranja processado. Em geral, os resultados da análise quantitativa são expressos em termos relativos. Eles dão, então, as quantidades dos componentes por unidade de peso ou volume da amostra. Portanto, é necessário que a quantidade de amostra seja conhecida (peso ou volume) nas operações subseqüentes. b) Sistema de processamento da amostra A preparação da amostra está relacionada com o tratamento que ela necessita antes de ser analisada, como: a moagem de sólidos, a filtração de partículas sólidas em líquidos, a eliminação de gases etc. c) Reações químicas ou mudanças físicas Fazem parte da preparação do extrato para análise. Os processos analíticos compreendem o manuseio da amostra para obtenção de uma solução apropriada para a realização da análise. O tipo de tratamento a usar depende da natureza do material e do método analítico escolhido. Geralmente, o componente de interesse é extraído com água ou com solvente orgânico, e às vezes é necessário um ataque com ácido. Os reagentes químicos introduzidos na preparação do extrato não poderão interferir nos passos seguintes da análise ou, se o fizerem, deverão ser de fácil remoção. d) Separações Consiste na eliminação de substâncias interferentes. Raramente as propriedades físicas utilizadas na medida quantitativa de um componente são especificas para urna única espécie, pois elas podem ser compartilhadas por várias outras espécies. Quando isso acontece, é necessário eliminar estes interferentes antes da medida final. Há duas maneiras para eliminar uma substância interferente: a sua transformação em uma espécie inócua (por oxidação, redução ou complexação); ou o seu isolamento físico corno uma fase separada (extração com solventes e cromatografia). e) Análise e medidas Todo processo analítico é delineado e desenvolvido de modo a resultar na medida de certa quantidade, a partir da qual é avaliada a quantidade relativa do componente na amostra. A escolha do método de análise vai depender da amostra e de como será utilizado o resultado. Depende também da velocidade de que se necessita a informação, da precisão e da exatidão necessárias e também da geração de material a ser descartado. Análises de controle de qualidade demandam métodos rápidos que em alguns casos podem ser feitos com kits comerciais. Em pesquisas científicas, métodos mais sofisticados e mais sensíveis, utilizando instrumental mais sofisticado e caro, podem ser necessários. No caso de análises de fiscalização, onde podem estar envolvidas contendas jurídicas, ou no caso de análises para fins de informações nutricionais para rotulagem, ou ainda para laudos de exportação de alimentos são necessários métodos oficiais, que em geral não são muito rápidos. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 7 Os Métodos Oficiais para análise de alimentos são compilados por diversas associações científicas internacionais. Estes métodos foram desenvolvidos, padronizados e tem seus resultados comparados por estudos colaborativos de diversos laboratórios associados e são continuamente criticados e revistos. A Association of Official Analytical Chemists (AOAC) publica o compêndio “Official Methods of Analysis”of AOAC International que é utilizado internacionalmente pelos governos e por suas organizações de pesquisa. Estes métodos são muitas vezes os utilizados pelo Food and Drug Administration (FDA) e UnitedStates Department of Agriculture (USDA), para informações nutricionais para fins de rotulagem ou para checar resíduos de contaminantes. A American Association of Cereal Chemists (AACC) publica métodos aprovados para cereais e produtos de cereais. No Brasil em geral são acatadas as técnicas preconizadas pelos dois organismos já citados e o Instituto Adolfo Lutz publica um livro de métodos que normalmente segue os métodos da AOAC. Uma vez escolhido o método adequado, todo processo analítico é delineado e desenvolvido de modo a resultar na medida de certa quantidade, a partir da qual é avaliada a quantidade relativa do componente na amostra. As medidas das quantidades dos componentes são dadas por unidade de peso ou volume da amostra. Portanto é necessário que a quantidade de amostra seja conhecida (peso ou volume) nas operações subsequentes. f) Processamento de dados e avaliação estatística O resultado da análise é expresso em forma apropriada e, na medida do possível, com alguma indicação referente ao seu grau de incerteza (médias e desvios, coeficientes de variação). A confiabilidade dos resultados em um método analítico vai depender de vários fatores, como: - especificidade; - exatidão; - precisão; - sensibilidade. Especificidade: está relacionada com a propriedade do método analítico de medir o composto de interesse independentemente da presença de substâncias interferentes. Quando o método é específico, o interferente não será computador com o composto de interesse ou poderá ser descontado. Neste último caso é importante saber como o efeito da substância interferente está sendo adicionado à medida de interesse. Exatidão: mede quão próximo o resultado de um dado método analítico se encontra do resultado real previamente definido. A exatidão de um método pode ser medida de duas maneiras. No primeiro caso, determina-se a porcentagem de recuperação do composto de interesse que foi adicionado à amostra numa quantidade previamente conhecida. Outra maneira de verificar a exatidão de um método é comparar os seus resultados com aqueles obtidos por outros métodos analíticos já definidos como exatos. O problema de determinar a exatidão é que na maior parte das vezes não estamos certo de qual é o valor real de uma determinação. Para alguns tipos de material podem-se comprar amostras certificadas e checar as análises. Outra maneira é comparar nossos resultados com o de outros laboratórios, que se assume que são exatos, para a mesma amostra e o mesmo método. Outra maneira é fazer testes de recuperação onde quantidades conhecidas do composto a ser analisado são adicionadas à amostra a ser analisada e verificada a sua recuperação. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 8 Precisão: de um método é determinada pela variação entre vários resultados obtida na medida de um determinado componente da amostra. Isto é, é o desvio padrão entre as várias medidas e a média. Média, em estatística é definida como a soma das x medidas dividida por n: n xnxxxx x ....4321 Onde: x = média; x1, x2, x3,..xn = medidas analíticas; n = número de medidas O desvio padrão pode ser medido de dois modos: Onde: = média da população = desvio padrão Para n > 10 medidas Onde: x = média da amostra S = desvio padrão Para n < 10 medidas Outra maneira de medir precisão é através da determinação do coeficiente de variação, que é definido por: % CV = (/)*100 ou % CV = (S/x)*100 Quanto menor for este número mais alto será a precisão do método, por exemplo, se for igual a 0,5%, isto significa que o CV é somente 0,5 maior que a média. Como regra aceitável o CV deve ser menor que 5%. sssss sssss Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 9 Sensibilidade: é a menor quantidade do componente que se consegue medir sem erro. Em análise instrumental, a razão entre o sinal e o ruído deve ser de (2:1). A sensibilidade pode ser aumentada de duas maneiras: aumentando a resposta da medida - por exemplo, numa medida calorimétrica, podemos usar reagentes calorimétricos que forneçam maior absorção da radiação; aumentando o poder de leitura do equipamento, em análise instrumental. F.1 Expressão dos resultados As análises de alimentos se relacionam as unidades arbitrárias sob várias bases. A composição pode ser expressa em: Peso do produto fresco Peso do produto livre de umidade Alimento como foi adquirido Alimento como parte comestível, livre de refugos como pele, semente e caroços que são descartados na preparação Percentagem em peso Percentagem em volume Composição de líquidos e bebidas (g/ 100ml) Constituintes em pequenas quantidades ( ppm, mg/ kg, mg/ L, μg / 100g, , μg / 100ml para vitaminas) Conteúdo mineral em termos de cinzas ou em termos de produto fresco Quando vários constituintes similares estão presentes na constituição do alimento, o resultado pode ser expresso em termos daquele que predomina. a) Acidez livre total é expressa em ácido total titulável como ácido cítrico, ácido málico, ácido tartárico, ácido láctico ou ácido acético, dependendo de qual é o ácido predominante. Sabe-se que bebidas e alimentos não alcoólicos (produtos cítricos) são ricos em ácido cítrico, produtos de maçã são ricos em ácido málico, vinhos de uvas Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 10 (ácido tartárico), vinhos de frutas silvestres (ácido cítrico) e outros em ácido acético que se volatiliza como vapor. b) Nitrogênio total orgânico Supõe-se que todo o nitrogênio presente nos alimento seja proveniente apenas das proteínas, embora ele faça parte de outras substâncias em menor quantidade. Usualmente, as proteínas apresentam cerca de 16% de N, de modo que as proteínas quase sempre equivalem ao teor de N multiplicado por 6,25. c) Substâncias fenólicas totais Em licores destilados e vinhos encontramos mg de ácido tânico/ 100ml Em chás, mg de ácido galactânico / 100ml Em temperos, mg de ácido quercitânico/ 100g Os métodos não são específicos para distinguir entre os compostos fenólicos. d) Açúcares redutores Todas as substâncias capazes de reduzir tartarato de cobre alcalino ( ou em alguns casos, soluções de ferricianeto), supõe-se que sejam açúcares redutores e são expressos como glicose ou como açúcar invertido. A sacarose e o amido são mais difíceis de interpretar porque dependem de métodos mais específicos de análise. Vários métodos se baseiam na separação e determinação de componentes particulares e na análise do tipo e quantidade de grupos funcionais presentes. Existem métodos usados na estimativa da pureza e identidade de compostos isolados como óleos e gorduras. A insaturação de ácidos graxos é expressa em índice de iodo, gramas de iodeto absorvidas por 100g de óleo ou gordura. O índice de saponificação se refere às carboxilas esterificadas presentes nos ácidos graxos, miligramas de KOH necessárias para saponificar 1 grama de óleo ou gordura. A acidez total volátil traduz o número de mililitros de NaOH 0,1N necessários para neutralizar ácido destilado, em presença de ácido sulfúrico adicionado a 5g de óleo ou gordura. Se usarmos um método de extração, muitas vezes estaremos separando compostos que possuem solubilidades similares em solventes particulares e esses compostossão todos agrupados sob o nome daquele mais abundante. No caso das gorduras, no extrato etéreo encontramos outras substâncias como: ácidos graxos, esteróis, lecitina, pigmentos de plantas, ceras. Para podermos comparar resultados de pesquisas ou análises efetuadas em diferentes lugares ou países há necessidade de uma unificação de termos, o que pode ser encontrado no “Official and Tentative Methods of Analysis” (1904). Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 11 CAPÍTULO 2 – AMOSTRAGEM PARA ANÁLISE DE ALIMENTOS Os resultados de uma análise quantitativa somente poderão ter o valor que dela se espera na medida em que a porção do material submetida ao processo analítico representar, com suficiente exatidão, a composição média do material em estudo. A quantidade de material tornada para a execução da análise é relativamente pequena em comparação com a totalidade do material em estudo, Portanto é importante considerar os seguintes fatores para tirar uma amostragem: Finalidade da inspeção: aceitação ou rejeição; avaliação da qualidade média e determinação da uniformidade; Natureza do lote: tamanho, divisão em sub-lotes e se está a granel ou embalado; Natureza do material em teste: sua homogeneidade; tamanho unitário, história prévia e custo; Natureza dos procedimentos de teste: significância; procedimentos destrutivos ou não destrutivos e tempo e custo das análises. “Amostra” é definida como “uma porção limitada do material tomada do conjunto - o universo, na terminologia estatística - selecionada de maneira a possuir as características essenciais do conjunto”. Amostragem é a série sucessiva de etapas operacionais especificadas para assegurar que a amostra seja obtida com a necessária condição de representatividade. A amostra é obtida através de incrementos recolhidos segundo critérios adequados. A reunião dos incrementos forma a amostra bruta. A amostra de laboratório é o resultado da redução da amostra bruta mediante operações conduzidas de maneira a garantir a continuidade da condição de representatividade da amostra. A amostra para a análise é uma porção menor da amostra de laboratório, suficientemente homogeneizada para poder ser pesada e submetida à análise. Em resumo, o processo da amostragem compreende três etapas principais: a) coleta da amostra bruta: b) preparação da amostra de laboratório; c) preparação da amostra para análise. A) ASPECTOS FUNDAMENTAIS PARA A AMOSTRAGEM: a) a amostra deve ser representativa da totalidade do alimento; b) a amostra não deve causar prejuízo econômico significativo; c) a parte da amostra a ser analisada numa análise de contraprova deve ser representativa da totalidade da amostra. Erros de amostragem acontecem por: Falta de homogeneidade da amostra; Falta de casualização na amostragem por limitação instrumental ou por problemas do operador; Por mudanças na composição do alimento durante ou após a amostragem, como ganho ou perda de água ou voláteis, inclusão física de gases, reações com a embalagem, estocagem não apropriada da amostra, por deterioração de frutas ou vegetais frescos, pela respiração ou pela atividade enzimática que aumenta com a injúria mecânica. Dificuldade em obter amostras exatas pela variação na composição, sem possibilidade de controle. São exemplos dessa situação, quando ocorre a separação de cristais de Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 12 açúcar em xaropes concentrados ou melaços ou, quando ocorre separação de cremor de tártaro no suco de uvas. B) COLETA DA AMOSTRA BRUTA: Idealmente, a amostra bruta deve ser uma réplica, em tamanho reduzido, do universo considerado, tanto no que diz respeito à composição como à distribuição do tamanho da partícula. amostras fluidas (liquidas ou pastosas) homogêneas, podem ser coletadas em frascos com o mesmo volume, do alto, do meio e do fundo do recipiente, após agitação e homogeneização. amostras sólidas, cujos constituintes diferem em textura, densidade e tamanho de partículas, devem ser moídas e misturadas. quantidades: o material a ser analisado poderá estar a granel ou embalado (caixas, latas, etc.) No caso de embalagens únicas ou pequenas lotes, todo o material pode ser tomado como amostra bruta; Para lotes maiores, a amostragem deve compreender de 10 a 20 % do nº de embalagens contidas no lote, ou 5 a 10% do peso total do alimento a ser analisado; Lotes muito grandes: toma-se a raiz quadrada do nº de unidades do lote. Uma fórmula geral para coleta da amostra bruta é dada por: ncN . Onde: n = população (número de sacos, caixas, latas, etc..) c = fator ligado ao grau de precisão e homogeneidade da amostra (c < 1 para população homogênea e c > 1 para população heterogênea) N = número de unidades (sacos, caixas, latas, etc..) coletadas como amostra bruta C) REDUÇÃO DA AMOSTRA BRUTA (PREPARAÇÃO DA AMOSTRA DO LABORATÓRIO): A amostra bruta é frequentemente grande demais para ser convenientemente trabalhada no laboratório e, portanto, deve ser reduzida. A redução vai depender do tipo de produto a ser analisado e da análise. a) Alimentos Secos (em pó ou granulares): A redução poderá ser manual ou através de equipamentos. - Manual: quarteamento; Amostras sólidas (em pó ou granuladas) depois de passadas por tamis de 144 furos / cm 2 , devem sofrer quarteamento que consiste em espalhar, com espátula, o material sobre uma folha grande de papel de filtro e dividi-lo em 4 partes iguais. Das quatro partes, duas opostas são devolvidas ao pacote e as duas restantes são novamente espalhadas no papel de filtro e outra vez divididas em quatro. Continuar com a operação de quarteamento até conseguir quantidade suficiente para análise em triplicata. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 13 - Quarteamento com equipamentos: amostrador tipo Riffle; amostrador tipo Boerner Amostrador tipo Riffle: Joga-se a amostra com uma pá e ela se dividirá em canaletas alternadas, sendo coletadas em duas caixas, em porções iguais. O material de cada uma das caixas é reservado e o da outra é descartado. Esse processo pode ser repetido até chegar a uma quantidade adequada de amostra. Amostrador tipo Boerner: A amostra é colocada em um funio e cai pelas laterais de um cone. Na base do cone existem três aberturas, e por aí a amostra cai em um outro cone com 36 canais separados que, alternadamente, despejam a amostra em duas caixas, em quantidades iguais. O material de uma das caixas é reservado e o da outra é descartado. Nesse caso, também, o processo pode ser repetido quantas vezes forem necessárias até obter o tamanho ideal de amostra. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 14 b) Alimentos líquidos: misturar bem o líquido no recipiente por agitação, por inversão e por repetida troca de recipientes. Retirar porções de líquido de diferentes partes do recipiente, do fundo, do meio e de cima, misturando as porções no final. c) Alimentos Semi-sólidos (úmidos) (queijos duros e chocolates): As amostras devem ser raladas e depois pode ser utilizado o quarteamento, como no caso de amostras em pó ou granulares. d) Alimentos Úmidos (carnes, peixes e vegetais): A amostra deve ser picada ou moída e misturada; e depois, se necessário, passar pelo quarteamento, para somente depois ser tomada a alíquota suficiente para a análise. A estocagemdeve ser sob refrigeração. e) Alimentos Semiviscosos ou Pastosos (pudins, molhos, etc.) e Alimentos líquidos contendo sólidos (compotas de frutas, vegetais em salmoura e produtos enlatados em geral): As amostras devem ser picadas em liquidificador ou bag mixer, misturadas e as alíquotas retiradas para análise. Deve-se tomar cuidado com molhos de saladas (emulsões), que podem separar em duas fases no liquidificador. f) Alimentos com emulsão (manteiga e margarina): As amostras devem ser cuidadosamente aquecidas a 35 ºC em frasco com tampa e depois agitado para homogeneização. A partir daí são retiradas alíquotas necessárias para análise. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 15 g) Frutas: As frutas grandes devem ser cortadas ao meio, no sentido longitudinal e transversal, de modo a repartir em quatro partes. Duas partes opostas devem ser descartadas e as outras duas devem ser juntadas e homogeneizadas em liquidificador. As frutas pequenas podem ser simplesmente homogeneizadas inteiras no liquidificador. D) PREPARO DA AMOSTRA PARA ANÁLISE A redução da amostra bruta, descrita no item anterior, é uma etapa de preparo da amostra para análise. Porém existem outros fatores importantes a serem considerados, como contaminações e mudanças na composição da amostra durante o preparo para a análise. O tipo de preparo da amostra vai depender da natureza da mesma e do método analítico envolvido. Para extração de um componente da amostra, muitas vezes é necessária uma preparação prévia da mesma, a fim de se conseguir uma extração eficiente do componente em estudo. Por exemplo: para determinação de proteína bruta e metais, é necessária uma desintegração prévia da amostra com ácidos. Para determinação de umidade, proteína bruta e matéria mineral, alimentos secos devem ser moídos até passar numa peneira de 20 mesh. Para ensaios que envolvem extração de amostras úmidas, elas devem ser moídas até passar numa peneira de 40 mesh. O preparo da amostra por desintegração pode ser feito de três maneiras: a) Desintegração mecânica: para amostras secas, utiliza-se moagem em moinho tipo Wiley (martelo) ou similar. Para amostras úmidas, usa-se moedores do tipo para carnes ou liquidificadores. b) Desintegração enzimática: E útil em amostras vegetal, com o uso de celulases. Protease e amilases são úteis para solubilizar componentes de alto peso molecular (proteínas e polissacarídeos) em vários alimentos. c) Desintegração química: Vários agentes químicos (uréia, piridina, detergentes sintéticos, etc.) também podem ser usados na dispersão ou solubilização dos componentes dos alimentos. E) PRESERVAÇÃO DA AMOSTRA: O ideal seria analisar as amostras frescas o mais rápido possível. Mas nem sempre isto é possível e, portanto, devem existir maneiras de preservá-las. a) Inativação Enzimática: Serve para preservar o estado original dos componentes de um material vivo. Esse tipo de tratamento depende do tamanho, consistência e composição dos alimentos, enzimas presentes e as determinações analíticas que se pretende b) Diminuição das Mudanças Lipídicas: Os métodos tradicionais de preparo de amostras podem afetar a composição dos extratos lipídicos. Portanto, deve-se resfriar a amostra rapidamente antes da extração ou congelar, se for estocar. c) Controle de Ataque Oxidativo: A fim de reduzir as alterações oxidativas, recomenda-se a preservação a baixa temperatura (N líquido), para a maioria dos alimentos. d) Controle do ataque microbiológico: Para reduzir ou eliminar o ataque microbiano, pode-se utilizar vários métodos: congelamento, secagem, uso de conservadores, ou a combinação de qualquer um dos três. A escolha da melhor maneira de preservação vai depender de: natureza do alimento, tipo de contaminação possível, período e condições de estocagem e tipo de análise. F) FATORES A SEREM CONSIDERADOS NA AMOSTRAGEM: Uma característica marcante nos alimentos é que eles têm uma variação muito grande na composição. Por exemplo: Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 16 a) Alimentos frescos de origem vegetal, tem composição mais variada que os alimentos frescos de origem animal; b) Frutas e vegetais da mesma variedade podem ter composições diferentes ou a composição pode variar mesmo após a colheita. c) As modificações pós-colheita são maiores nas frutas e vegetais que possuem maior teor de umidade do que em cereais, por ex.: Os fatores que influenciam na composição de alimentos de: ORIGEM VEGETAL ORIGEM ANIMAL - Constituição genética: variedade - Conteúdo de gordura - Estado de maturação - Idade do animal - Condição de crescimento: solo, clima, irrigação, fertilização, temperatura e insolação - Parte do animal - Estocagem: tempo e condições - Alimentação do animal - Parte do alimento: casca ou polpa - Raça Os fatores que influenciam na pós-colheita: - perda ou absorção de umidade; - perda dos constituintes voláteis; - decomposição química e enzimática (vitaminas, clorofila); - oxidação causada pela aeração durante a homogeneização; - remoção de materiais estranhos; - ataque por microorganismos, com deterioração das amostras; - contaminação com traços de metais por erosão mecânica nos moedores. G – ARMAZENAMENTO DAS AMOSTRAS: As condições da amostra devem refletir as que existem no momento da amostragem. Então se existem insetos numa amostra de cereais ela deve ser fumigada para que eles não se proliferem após a amostragem. As amostras devem ser acondicionadas e identificadas, constando na identificação o lote, o local da coleta e as iniciais do amostrador. Neste acondicionamento deve-se levar em conta a suscetibilidade da amostra ao ar, à luz, a diferenças muito grandes de temperatura, etc. O armazenamento deve ser feito pelo menor tempo possível em condições que protejam a amostra, geralmente refrigeradas ou congeladas. Amostras sensíveis à luz ou ao ar devem ser estocadas sob atmosfera de nitrogênio ou outro gás inerte e ao abrigo da luz. Em alguns casos pode ser necessária a adição de conservadores. Devemos ter em mente qual o motivo da realização da amostragem (inspeção devido a suspeita ou avaliação da qualidade do material), qual a natureza do material a ser amostrado (se está embalado ou a granel), e o tipo de análises recomendadas. O estado físico da amostra (líquido, sólido ou semi-sólido) determinará o tipo de embalagem para conservá-la. O acondicionamento é feito conforme o tipo de análise que deverá ser feita. Para testes microbiológicos o recipiente precisará ser esterilizado para que não haja contaminação da amostra. Produtos industrializados ficarão nas suas embalagens originais. Para gorduras, frituras, produtos úmidos, recomendam-se embalagens de vidro ou louça. Para substâncias líquidas, recomendam-se frascos de vidro ou de polietileno. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 17 Para análise de resíduos metálicos não se deve usar vidro e sim, embalagens de polietileno. Para análise de pesticidas, a embalagem mais apropriada é de vidro ou papel, conforme o caso. As embalagens devem ser lacradas para evitar alterações intencionais, com lacre ou com vedação hermética. Devem ser colocadas em invólucros, sacos de papel resistente ou de plástico, com lacre posterior. Quando forem tomadas várias unidades da mesma partida, os vários recipientes devem ser lacrados conjuntamente. Quando se usar saco plástico, a costura inferior do saco deve serpresa ao lacre. Para evitar confusão, é necessário que seja colocado um rótulo com as características da amostra diretamente no papel do invólucro. Se não for possível, colocar os rótulos ou etiquetas fixadas ou amarradas ao invólucro. Ficar atento quando as amostras são as próprias embalagens com seus rótulos originais para não confundir com o rótulo da amostragem. O agente responsável pela coleta da amostra deve remetê-la ao laboratório de análise, com o termo da coleta contendo todas as informações necessárias para o analista, tais como: Data da colheita Motivo da apreensão Origem da mercadoria Data de produção ou aquisição Tipo e duração da armazenagem Nome e endereço do fabricante ou detentor Quantidade da mercadoria em estoque após a coleta O número dos lacres das amostras recolhidas O tipo de exames necessários ou breve descrição dos motivos que levaram à coleta Descrição sucinta do local onde a amostra foi colhida Para alimentos perecíveis que necessitem refrigeração, mencionar a temperatura em que se encontrava no momento da coleta. Quando o produto não for homogêneo, as amostras deverão ser tomadas em vários pontos, sendo que o volume deve representar o volume total da mercadoria a ser analisada. Para produtos pré-embalados ou acondicionados a amostra deverá ser o menor recipiente exposto à venda ao consumidor. Para partidas grandes deverão ser retiradas porções de vários recipientes individuais, essas porções deverão ser misturadas e a amostra será retirada da mistura. Para grandes estoques de alimentos homogêneos armazenados em sacos, barris, engradados, grandes recipientes de uma forma geral, toma-se: - uma amostra média de um recipiente se o número de recipientes n for ≤ 5, - 10% de recipientes com um mínimo de 5 para n ≤ 100 - 5% de recipientes com um mínimo de 10 para n ≤ 200 - 3% de recipientes com um mínimo de 25 para n ≤ 1000 - 1% de recipientes com um mínimo de 50 para n ≤ 2000 Para carga de caminhão ou de pilha grande de mercadoria toma-se 5 amostras de vários pontos da carga. Se as unidades forem de tamanhos diferentes, tomam-se amostras dos diferentes tamanhos em número proporcional em relação ao todo. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 18 Componentes granulados como os cereais apresentam uma tendência à separação em que as partículas menores ou as mais pesadas vão para o fundo do recipiente. Para evitar erros, a amostra média deve ser proveniente de várias camadas. Caixas devem ser esvaziadas e o conteúdo deve ser reunido em um monte. A amostra vai ser retirada do total. Para produtos ensacados, retirar amostras do alto, do centro e do fundo do saco. Quando tivermos grandes lotes de produtos ensacados, o número de sacos para retirada de amostras deve seguir a regra descrita acima para grandes estoques de alimentos homogêneos. Para líquidos contidos em barris, deve-se rolar o barril como forma de homogeneizar o produto. Latas devem ser agitadas antes da coleta da amostra. Todas as informações pertinentes em relação à amostragem devem ser enviadas ao laboratório para informar o analista. Referências Bibliográficas: 1. Bobbio, Florinda O. e Bobbio, Paulo A..; Introdução à Química de Alimentos, 2ª edição, 1995. 2. Métodos físico-químicos para análise de alimentos, IV edição, Brasília, Ministério da Saúde, Agência Nacional de Vigilância Sanitária, 2005, 1018 p. 3. Cecchi, H.M.; Fundamentos teóricos e práticos em análise de alimentos; 2º edição; Campinas, São Paulo;Editora da Unicamp; 2003. 4. Fennema, O.R., Food Chemistry, third edition, 1996 5. Joslyn, Maynard A.; Methods in Food Analysis, second edition, Academic Press, N. York, 1970 6. Pomeranz, Yeshajhu e Meloan, Clifton E.; Food Analysis Theory and Practice, Chapman and Hall, 1994. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 19 CAPÍTULO 3 – DETERMINAÇÃO DE UMIDADE E SÓLIDOS TOTAIS 1) INTRODUÇÃO A determinação de umidade é uma das medidas mais importantes e mais amplamente utilizadas na análise de alimentos. Além da sua importância econômica direta (quanto maior o conteúdo de água de um alimento menor a quantidade de matéria seca), a umidade tem um papel fundamental na estabilidade e qualidade dos alimentos, e pode afetar os seguintes itens: Estocagem: alimentos estocados com alta umidade irão deteriorar mais rapidamente que os que possuem baixa umidade. Por exemplo, grãos com umidade excessiva estão sujeitos a rápida deterioração devido ao crescimento de fungos que desenvolvem toxinas como a aflotoxina. Embalagem: alguns tipos de deterioração podem ocorrer em determinadas embalagens se o alimento apresentar uma umidade excessiva. Por exemplo, a velocidade do escurecimento em vegetais e frutas desidratadas ou a absorção de oxigênio (oxidação) em ovo em pó podem aumentar com o aumento da umidade, em embalagens permeáveis à luz e ao oxigênio. Processamento: a quantidade de água é importante no processamento de vários produtos, como, por exemplo, a umidade do trigo na fabricação de pão e produtos de padaria. O conteúdo de umidade varia muito nos alimentos. A tabela abaixo mostra os principais conteúdo de umidade de diversos alimentos. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 20 Alimento Conteúdo de umidade (%) Frutas Melão Laranja Maçãs Uvas 92,6 86,0 84,4 81,6 Vegetais Pepino Batatas brancas “snap beans, verde 95,1 79,8 90,1 Carne, aves domésticas e peixe Carne moída Frango frito 68,3 59,5 Produtos lácteos Leite integral Iogurte Queijo cottage Queijo cheddar 87,4 89,0 78,3 37,0 Ovos Ovo de galinha 73,7 Óleos e gorduras Margarina Manteiga Óleos 15,5 15,5 0 2) ESCOLHA DO MÉTODO Apesar de a literatura estar repleta de métodos de determinação de umidade, não existe nenhum método que seja ao mesmo tempo exato, preciso e prático, Métodos exatos, precisos, rápidos e simples de determinação de umidade, aplicáveis a todo tipo de alimentos, continuam a ser pesquisados. Na prática, opta-se pelo método que determine um valor maior da umidade, proveniente da decomposição de compostos orgânicos e a volatização de componentes voláteis, do que aqueles em que a água é negligenciada ou removida incompletamente. Dessa forma, a praticidade e a reprodutividade acabam se tornando os fatores mais importantes na escolha do método de determinação de umidade, excetuando-se os casos em que há necessidade de se conhecer o seu conteúdo exato. A água pode estar no alimento em três formas diferentes: Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 21 Água livre: está presente nos espaços intergranulares e entre os poros do material. Esta água mantém suas propriedades físicas e serve como agente dispersante para substâncias coloidais e como solvente para compostos cristalinos. Água adsorvida: está presente na superfície das macromoléculas como amido, pectina, celulose e proteína por forças de Van der Waals e pontes de hidrogênio. Água de hidratação ou ligada: está ligada quimicamente com outras substâncias do alimento e não é eliminada na maioria dos métodos de determinação de umidade. A água que vai ser efetivamente medida vai depender do método analítico empregado, esomente a água livre é medida com certeza em todos os métodos. Por isso, o resultado da medida da umidade deve vir sempre acompanhada do método utilizado e das condições empregadas, como tempo e temperatura. A determinação de umidade pode ser feita através de: - Métodos de secagem (estufas, lâmpada IV, microondas, dessecador, liofilizador) - Método de destilação com líquido imiscível - Métodos químicos (Karl-Fisher) - Métodos físicos (IV, CG, RMN, DSC, elétricos, índice de refração, etc..) Estes métodos variam em relação à sua precisão e exatidão, sendo fundamental considerar a técnica empregada quando na comparação dos dados obtidos. Dessa forma, deve-se sempre expressar os resultados especificando-se o método utilizado. Observação: No caso de alimentos líquidos ou com alto conteúdo de água, ao invés de “conteúdo de umidade”, usa-se o termo “resíduo seco” ou “sólidos totais”. Os sólidos totais são obtidos pela diferença entre o peso total da amostra e o conteúdo de umidade. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 22 3) MÉTODOS EMPREGADOS 3.1 Métodos por secagem São os métodos mais amplamente utilizados, sendo recomendados para a maioria dos alimentos, dada a sua simplicidade, relativa rapidez e a possibilidade da análise simultânea de várias amostras. Os alimentos são submetidos ao aquecimento sob condições específicas, determinadas empiricamente, e a perda de peso sofrida é considerada equivalente ao seu conteúdo de umidade. A . Secagem em estufas É o método mais utilizado em alimentos e está baseado na remoção da água por aquecimento, onde o ar quente é absorvido por uma camada muito fina do alimento e é então conduzido para o interior por condução. Como a condutividade térmica dos alimentos é geralmente baixa, costuma levar muito tempo para o calor atingir as porções mais internas do alimento. Por isso, este método costuma levar muitas horas, 6-18 horas a 100-102º C, ou até peso constante. A evaporação por um tempo determinado pode resultar numa remoção incompleta da água, se ela estiver fortemente presa por forças de hidratação, ou se o seu movimento for impedido por baixa difusividade ou formação de crosta na superfície. Por outro lado, na evaporação até peso constante, pode ocorrer uma superestimação da umidade por perda de substâncias voláteis ou por reações de decomposição. Além disso, o métdo de secagem em estufa possui uma série de limitações de uso. É simples porque necessita apenas de uma estufa e cadinhos para colocar as amostras. Porém, a exatidão do método é influenciada por vários fatores: temperatura de secagem; umidade relativa e movimentação do ar dentro da estufa; vácuo na estufa; tamanho das partículas e espessura da amostra; construção da estufa; número e posição das amostras na estufa; formação de crosta seca na superfície da amostra; material e tipo de cadinhos; Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 23 pesagem da amostra quente. A temperatura de secagem deve ser um pouco acima de 100º C, para evaporar a água à pressão atmosférica na estufa simples. Porém, na estufa à vácuo, esta temperatura pode ser bastante reduzida (70º C), preservando a amostra e evitando a formação de crostas na superfície, que dificultaria a evaporação da água. As partículas dos alimentos devem ser moídas com espessuras menores possíveis para facilitar a evaporação da água. Estudos demonstram que a velocidade de evaporação foi maior em cadinhos de alumínio do que de vidro e porcelana, maior em cadinhos rasos do que fundo e maior em estufas com ventilação forçada do que em estufas simples. A pesagem da amostra deve ser feita somente após esfriá-la completamente no dessecador, pois a pesagem a quente levaria a um resultado falso. A .1 Estufas Podem ser simples, de convecção e à vácuo. As estufas de convecção são amplamente utilizadas, sendo que as que possuem circulação de ar forçada apresentam a vantagem de uma distribuição mais homogênea do calor e, consequentemente, menor variação dos resultados em função da posição das amostras nas prateleiras. Além disso, elas atingem mais rapidamente a temperatura desejada e acomodam um número maior de amostras. Já as estufas à vácuo permitem o uso de temperaturas menores e a passagem de uma corrente de ar seco pelo seu interior diminui o tempo da determinação, sendo recomendadas para os alimentos mais susceptíveis à decomposição, tais como os alimentos ricos em açúcar. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 24 A .2 Recipientes Os mais utilizados são de porcelana, alumínio e vidro. A .3 Preparo da amostra Amostras líquidas: devem ser evaporadas em banho-maria até a consistência pastosa para então serem colocadas na estufa. Ex.: polpa de frutas. Amostras açucaradas: formam uma crosta dura na superfície, que impede a saída da água do interior. Neste caso, costuma-se adicionar areia, asbesto, ou pedra pome em pó misturada na amostra, para aumentar a superfície de evaporação. Ex: geléias Peso da amostra: varia entre 2 a 5 g dependendo da quantidade de água do produto, e ela deve ser bem espalhada no recipiente formando uma camada fina. A .4 Condições de secagem Temperatura: varia entre 70 a 155º C, dependendo se for utilizado vácuo ou pressão atmosférica. Tempo: depende da quantidade de água do produto, mas leva em média de 6 a 7 horas. Costuma-se deixar até peso constante. A .5 Limitações do método Produtos com alto conteúdo de açúcar e carnes com alto teor de gordura devem ser secos em estufa à vácuo numa temperatura não excedendo a 70º C. Alguns açúcares, como a levulose, decompõem ao redor de 70º C, liberando água. Não serve para amostras com alto teor de substâncias voláteis, como condimentos, pois ocorrerá a volatilização destas substâncias, com perda de peso na amostra, que será computada como perda de água. Pode haver variação de até 3º C nas diferentes partes da estufa. Alguns produtos são muito higroscópicos e devem ser tampados no dessecador ao saírem da estuda e pesados rapidamente após chegarem à temperatura ambiente. A reação de caramelização em açúcares liberando água, durante a secagem, é acelerada a altas temperaturas. Portanto produtos nestas condições devem ser secados em estufas a vácuo a 60º. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 25 Alimentos contendo açúcares redutores e proteínas podem sofrer escurecimento por reação de Maillard, com formação de compostos voláteis como CO2 e compostos carbonílicos, e produtos intermediários como furaldeído e hidroximetilfurfural. Estes compostos voláteis serão medidos erroneamente como água evaporada na estufa. Estufas com exaustão forçada são utilizadas para acelerar a secagem e peso constante e são recomendadas para queijos, produtos marinhos e carnes. B. Secagem por radiação infravermelha Este outro tipo de secagem é mais efetivo e envolve a penetração do calor dentro da amostra, o que encurta o tempo de secagem em até 1/3 do total. O método consiste de uma lâmpada de radiação infravermelha com 250-500 watts, cujo filamento desenvolve uma temperatura entre 2.000 a 2.500 ºK (700º C). A distância entre a lâmpada e a amostra é crítica e deve ser cerca de 10 cm para não haver decomposição da amostra. A espessura da amostra deve ficar entre 10 e 15 mm. O tempo de secagem varia com a amostra (20 minutos para produtos cárneos, 10 minutos para grãos). O pesoda amostra deve variar entre 2,5 e 10 g dependendo do conteúdo de água. Equipamentos por secagem infravermelha possuem uma balança que dá a leitura direta do conteúdo de umidade por diferença de peso. Possui a desvantagem de ser também um método lento por poder secar uma amostra de cada vez. E, como conseqüência, a repetibilidade pode não ser muito boa, pois pode haver variação de energia elétrica durante as medidas. C. Secagem em fornos de microondas É um método novo e muito rápido, porém não é um método padrão. A energia de microondas é uma radiação eletromagnética com freqüência variando entre 3 Mhz e 30.000 Ghz. Os dois maiores mecanismos que ocorrem no aquecimento por microondas de um material dielétrico são rotação dipolar e polarização iônica. Quando uma amostra úmida é exposta à radiação de microondas, moléculas com cargas elétricas dipolares, tal como a da Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 26 água, giram na tentativa de alinhar seus dipolos com a rápida mudança do campo elétrico. A fricção resultante cria calor, que é transferido para as moléculas vizinhas. Portanto, microondas podem aquecer o material mais rapidamente e vão aquecer seletivamente as áreas com maior umidade, atingindo o ponto de ebulição da água. Deste modo, o calor é distribuído uniformemente tanto na superfície como internamente do alimento, facilitando a evaporação da água e evitando a formação de crosta na superfície, como é característico na secagem em estufa. A amostra é misturada com cloreto de sódio e óxido de ferro, onde o primeiro evita que a amostra seja espirrada fora do cadinho e o segundo absorve fortemente a radiação de microondas acelerando a secagem. É um método bastante simples e rápido. Nos Estados Unidos já existem fornos de microondas analíticos, construídos com balanças, escala digital e microcomputadores para calcular a umidade. Eles podem secar de 2 a 30 g de amostra com uma energia que varia de 175 a 1.400 watts por um tempo entre 2,5 e 90 minutos. A umidade da amostra pode variar entre 10 e 90%. Para evitar os mesmos problemas de superaquecimento que ocorrem na estufa comum, podemos fazer um monitoramento e calibração da energia usada no microondas. A comparação deste método com o método padrão por secagem em estufa apresentou uma diferença média de 1,15%. A grande vantagem da secagem por microondas é que o poder da energia radiante e o tempo de secagem podem ser calibrados para os diferentes tipos e quantidades de amostras, enquanto isto não é possível por secagem em estufa. A AOAC aprova o uso de microondas para a determinação de umidade em carnes e produtos cárneos (método 985.14), queijos (método 977.11) e produtos processados de tomate (método 985.26). C.1 Tipos de amostras Alimentos com alta umidade – frutas e vegetais – a aplicação do método é limitado porque normalmente ocorre um superaquecimento com caramelização da amostra, devido à alta concentração de açúcares solúveis. Amostras de cerca de 20 g apresentam melhores resultados, porque amostras pequenas têm pouca uniformidade e amostras maiores podem ter superestimação por decomposição de compostos orgânicos, principalmente os açúcares. Sementes e plantas secas: são amostras de baixa umidade, com uma proporção de água ligada relativamente alta e pequeno fluxo de água na secagem, por isso é sempre necessário moer os grãos. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 27 Carnes: como as frutas, possuem também alta umidade, porém, a falta de parede celular melhora a permeabilidade do vapor. Mas a presença da gordura diminui a propriedade dielétrica da amostra, diminuindo a absorção das energias de microondas. Laticínios e alimentos processados: são amostras geralmente uniformes, porém alta concentração de sal ou de água ligada pode causar dificuldades. D. Secagem em dessecadores Os dessecadores são utilizados com vácuo e compostos químicos absorventes de água como o ácido sulfúrico. Porém, à temperatura ambiente, a secagem é muito lenta e em alguns casos pode levar até meses. O uso de vácuo e temperatura ao redor de 50º C é bem satisfatório. 3.2 Métodos por destilação com solvente imiscível É um método que já existe a mais de 70 anos, mas que não é muito utilizado, principalmente como método de rotina, por sua grande demora. Porém ele tem as vantagens de proteger a amostra contra oxidação pelo ar e diminuir as chances de decomposição causada pelas altas temperaturas na secagem direta. É mais utilizado para grãos e condimentos que possuem muita matéria volátil, que é recolhida separada da água no solvente orgânico. Para determinação do conteúdo de água de um alimento usa-se normalmente destilação com xileno (p.e. 137-140º C) ou tolueno (p.e. 110,6º C), e portanto a água é separada a uma temperatura inferior a 100º C. Dessa forma, há diminuição das reações químicas no alimento quando comparado com os métodos de secagem a altas temperaturas, além de a atmosfera inerte diminuir o perigo da oxidação. Os efeitos adversos do calor sobre o alimento podem ser ainda mais reduzidos pelo uso de solventes com ponto de ebulição menor que o da água, tais como benzeno (p.e. 80,1º C), porém há um aumento do tempo de destilação. A água que é destilada a partir do alimento é coletada em um tubo graduado, onde se separa do solvente e pode ser medida. De preferência usa-se solvente menos denso que a água (xileno, tolueno), de forma a permitir a remoção do tubo coletor para ajuste de temperatura e a leitura de apenas um menisco. O uso de tetracloreto de carbono (p.e. 121º C), que é mais denso que a água, é indicado quando se quer evitar a carbonização da amostra, que flutua no solvente minimizando o contato com o calor no fundo do balão, e por este não ser inflamável. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 28 A principal desvantagem da destilação com solvente imiscível é que este método não é adaptável à análise de rotina por não permitir a análise simultânea de várias amostras. Além disso, também poderão ocorrer evaporação incompleta da água, destilação de componentes solúveis em água, e reações de decomposição com formação de água, levando à subestimação ou superestimação do conteúdo de umidade do alimento. O método está também sujeito a erros pela baixa precisão dos tubos coletores, dificuldades na leitura dos meniscos, aderência de gotas de água à vidraria e recuperação incompleta da água pela formação de emulsão, sendo que estes dois últimos podem ser prevenidos pela limpeza adequada do aparelho e pela adição de pequenas quantidades de álcool amílico ou isobutírico, respectivamente. Por outro lado, o método apresenta a vantagem de permitir a análise de alimentos que contêm quantidades significantes de substâncias voláteis a 100º C que não a água, e que, consequentemente, não poderiam ser analisados através dos métodos de secagem. O método é recomendado para certos tipos de queijos e para alimentos ricos em óleos voláteis (como as especiarias), os quais são destilados porém se misturam com o solvente e não interferem na determinação. No caso de especiarias, este é o único método aprovado pela AOAC para a determinação de umidade (método 986.21). Procedimento: Uma quantidade de amostra que dê uma quantidade de água entre 2 e 5 mL é pesada. A amostra é colocada em um frasco com o solvente de ponto de ebulição maior que a água, cobrindo a amostra. O frasco é conectado ao condensador e aquecido. A destilação chega ao fim quando aparecer, no frasco graduado decoleta, os dois níveis, o de água e o de solvente, que começa a aparecem acima da água. A água que fica retida nas paredes do vidro é deslocada com um fio de cobre em espiral, lavando o fio com tolueno dentro do frasco coletor. A destilação continua por mais 5 minutos e é deixada esfriar para a tomada da leitura do volume de água no frasco coletor, que é graduado em mL, com uma precisão de até 0,01 mL. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 29 Observações do método: a) solventes recomendados: tolueno (PE = 111º C), tetracloroetileno (PE = 121º C), xileno (PE = 137 a 140º C). b) o equipamento deve ser todo lavado com solução de ácido sulfúrico-dicromato, enxaguado com água destilada e depois com álcool e seco após cada uso. c) o frasco coletor deve ser calibrado com destilações sucessivas de quantidades conhecidas de água. d) a escolha dos vários tipos de frascos coletores existentes vai depender do volume de água esperado na destilação; grau de calibração requerida; facilidade de escoamento e outros fatores. 3.3 Métodos químicos O único método químico que é comumente utilizado para alimentos é aquele que emprega o reagente de Karl Fisher, e é por isso conhecido como Método de Karl Fisher. Este reagente, descoberto em 1936, é composto de iodo, dióxido de enxofre, piridina e um solvente que pode ser metanol. Este método é baseado na titulação amperométrica da água, utilizando eletrodo duplo de platina, com um reagente contendo dióxido de enxofre e iodo numa mistura de metanol e piridina anidros. O I2 iodo é reduzido para I na presença de água. Quando toda água da amostra for consumida, a reação cessa. Na titulação visual, a solução da amostra permanece amarelo canário enquanto houver água presente, mudando para amarelo escuro e no ponto final amarelo-marrom, caracterísitico do iodo em excesso. A titulação visual é, entretanto, menos precisa que o Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 30 procedimento que emprega a medida eletrométrica do ponto final, principalmente, para amostras coloridas. A reação envolve a redução do iodo por SO2 na presença de água (Bunsen, 1853): 2H2O + SO2 + I2 H2SO4 + 2HI Karl Fischer (1935) modificou o procedimento e estabeleceu as condições para quantificar a reação. metanol e piridina são usados em um sistema de 4 componentes para dissolver o iodo e o dióxido de enxofre. A reação básica acontece em 2 passos (Mitchell, 1951): C5H5N.I2 + C5H5N SO2 + . C5H5N + H2O 2C5H5N.HI + C5H5N.SO3 E C5H5N.SO3 + CH3.OH C5H5N(H)SO4.CH3 Para cada mol de água 1 mol de iodo, 1 mol de dióxido de enxofre, 3 moles de piridina e 1 mol de metanol são necessários. Normalmente um excesso de dióxido de enxofre, piridina e metanol é usado de modo que a força efetiva do reagente é estabelecida pela concentração de iodo. O reagente mais utilizado é uma solução metanólica contendo os três reagentes nas seguintes proporções: 1 I2: 3 SO2: 10 C5H5N. As principais dificuldades e fontes de erro no método de Karl Fischer são: a) incompleta extração da água - por esta razão o tamanho da partícula é muito importante na preparação de grãos de cereais e alguns alimentos. b) umidade do ar - a umidade do ar não deve ser permitida entrar na câmara de reação. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 31 c) aderência de umidade nas paredes - todos os utensílios e vidrarias devem ser cuidadosamente secos. d) Interferências de certos constituintes dos alimentos - - ácido ascórbico é oxidado pelo reagente de Karl Fischer à ácido dehidroascórbico superestimando o conteúdo de umidade; - compostos carbonilas reagem com o metanol e formam acetatos e liberam água, superestimando o conteúdo de água; - ácidos graxos insaturados ragem com o iodo, de modo que o conteúdo de água será superestimado. Teoricamente, o método de Karl Fisher pode ser utilizado para determinação de umidade em gases, líquidos e sólidos. As amostras fluidas são coletadas por pipetas automáticas ou seringas. Fluidos viscosos ou pastas são homogeneizadas com solventes. Sólidos podem ser homogeneizados com solvente ou titulados como suspensão. Este método geralmente é aplicado em amostras que não dão bons resultados pelo método de secagem à vácuo. Os produtos que são analisados por este método são normalmente produtos com baixo teor de umidade como frutas e vegetais desidratados, balas, chocolates, café torrado, óleos e gorduras. É também utilizado em produtos ricos em açúcares, como mel, e produtos ricos em ambos, açúcares redutores e proteínas, como os cereais. O método pode ser aplicado também em produtos de níveis de umidade intermediários como produtos de padaria, misturas para bolos ricas em gordura e também em produtos com altos níveis de óleos voláteis. Este método é simples e apresenta alta precisão e exatidão para alimentos que permitam uma extração eficiente de água e que não possuam interferentes (ácido ascórbico, aldeídos, cetonas, mercaptanas, diacilperóxidos, tioácidos, hidrazinas e certos compostos inorgânicos tais como óxidos metálicos, hidróxidos, carbonatos, bicarbonatos, cromatos, dicromatos, boratos e sulfetos). Deve-se sempre otimizar o pré-tratamento e as condições de determinação para tipo de alimento. Observações do método: Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 32 a) além do metanol, piridina, dioxano e dimetil formamida podem ser empregados como solventes da amostra. b) Titulação direta usualmente fornece a água total, isto é, água livre mais água de hidratação. Quando um líquido miscível com água é disponível, a água livre pode ser determinada por extração com este líquido e titulação do extrato. c) O método não pode ser aplicado sem modificações em materiais contendo substâncias que reagem com o iodo, como, por exemplo, ácido ascórbico. d) Em vez de utilizar vários pesos de água para calibrar o reagente, pode-se usar tartarato de sódio diidratado moído (1-1,5 g) dispersado em 50 mL de metanol pretitulado. e) Alguns vegetais desidratados, como condimentos, contêm aldeídos e cetonas ativos, que reagem com o metanol de Karl Fisher, produzindo água. Existe uma proposta de substituição do metanol por metilcelusolve no reagente de Karl Fisher, e formamida como solvente da amostra. 3.4 Métodos físicos Entre os métodos físicos utilizados para a determinação de umidade temos: - espectroscopia na região do infravermelho; - cromatografia gasosa; - ressonância magnética nuclear; - índice de refração; - densidade; - condutividade elétrica; - constante dielétrica. A) Absorção de radiação no infravermelho A espectroscopia na região de infravermelho para a determinação de umidade se baseia na medida da absorção nos comprimentos de onda característicos da vibração molecular da água e possui alta sensibilidade (ppm). Já a espectroscopia de reflectância na região do infravermelho próximo tem sido mais amplamente utilizada pois permite a determinação concomitante de água, proteína e óleo, após calibração contra os métodos clássicos. B) Cromatografia gasosa Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 33 É um método rápido, de alta reprodutividade e concordância com os métodos de referência, sempre que é possível uma extração eficiente da água do alimento e que os extratos se apresentem livres de substâncias que coincidam com os picos do solvente ou daágua no cromatograma. O método pode ser utilizado para alimentos com conteúdo de umidade bastante variado, entre 8 e 65%, como cereais, produtos de cereais, frutas e produtos derivados de frutas, porém é necessário verificar a correlação com o método padrão de secagem em estufa, para tipo de amostra. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 34 C) Ressonância magnética nuclear O uso desta técnica para a determinação de umidade apresenta a vantagem de se tratar de um método rápido (cerca de 1 minuto), não destrutivo, exato, e, para muitos alimentos, mais preciso que as técnicas de secagem. No entanto, o equipamento sofisticado e a necessidade de pessoal treinado tornam o método mais adequado para estudos mais detalhados de distribuição e comportamento de água no alimento do que para análises de rotina. D) Índice de refração É um método bastante simples e rápido, feito no refratômetro, e está baseado na medida do ângulo de refração da amostra. Porém é um método menos preciso que os outros. E) Densidade É também um método simples, rápido e barato, mas pouco preciso. É mais utilizado para amostras com alto teor de açúcar, e a quantidade de água é obtida através da medida da densidade da amostra. F) Condutividade elétrica É baseado no princípio de que a quantidade de corrente elétrica que passa num alimento será proporcional à quantidade de água no alimento. O método é muito rápido (1 minuto), mas pouco preciso. G) Constante dielétrica Amido, proteínas e componentes similares têm uma constante dielétrica de cerca de 10, enquanto a constante dielétrica da água é de 80. Portanto uma pequena mudança na quantidade de água produz uma grande mudança na constante dielétrica do alimento. O método é rápido e muito utilizado em farinhas, porém é também pouco preciso. As três primeiras técnicas citadas (A,B e C) necessitam de equipamentos caros e sofisticados e não são comumente utilizadas. As características dos 4 últimos métodos (D,E,F e G) são que eles são simples, rápidos e baratos, mas também pouco precisos. Além disso, nos dois últimos (F,G), que são métodos elétricos, as medidas podem ser afetadas pelas texturas dos alimentos, tipo de embalagem, teor de metais, temperatura e distribuição de água Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 35 no alimento. São bastante utilizados para avaliação de matéria prima e durante o processamento. Porém deve-se ter em mente dois cuidados na sua utilização: correção para temperatura e calibração necessária para cada tipo de alimento. Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 36 CINZA E CONTEÚDO MINERAL 1) INTRODUÇÃO Cinza de um alimento é o resíduo inorgânico que permanece após a queima da matéria orgânica, que é transformada em CO2, H2O e NO2. A cinza é constituída principalmente de: grandes quantidades de: K, Na, Ca e Mg; pequenas quantidades de: Al, Fe, Cu, Mn e Zn; traços: Ar, I, F e outros elementos A cinza obtida não é necessariamente da mesma composição que a matéria mineral presente originalmente no alimento, pois pode haver perda por volatilização ou alguma interação entre os constituintes da amostra. Os elementos minerais se apresentam na cinza sob a forma de óxidos, sulfatos, fosfatos, silicatos e cloretos, dependendo das condições de incineração e da composição do alimento. Algumas mudanças podem ocorrer como oxalatos de cálcio que podem ser transformados em carbonatos, ou até em óxidos. Alguns minerais podem ser perdidos por volatilização: Composto Temperatura de volatilização (º C) Carbonato de potássio 900 Carbonato de sódio 900 Hg 100 – 550 Cd > 450 Zn e Pb 300 – 1000 A composição da cinza vai depender da natureza do alimento e do método de determinação utilizado: Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 37 Mineral Alimentos Ca Alta concentração: produtos lácteos, cereais, nozes, alguns peixes e certos vegetais Baixa concentração: em todos alimentos, exceto em açúcar, amido e óleo P Alta concentração: produtos lácteos, grãos, nozes, carne, peixe, aves, ovos e legumes Fe Alta concentração: grãos, farinhas, produtos farináceos, cereais assados e cozidos, nozes, carne, aves, frutos do mar, peixes, ovos e legumes Baixa concentração: produtos lácteos, frutas e vegetais Na Sal é a principal fonte, e em quantidade média em produtos lácteos, frutas, cereais, nozes, carne, peixe, aves, ovos e vegetais Mg Nozes, cereais e legumes Mn Cereais, vegetais e algumas frutas e carnes Cu Frutos do mar, cereais e vegetais S Alimentos ricos em proteínas e alguns vegetais Co Vegetais e frutas Zn Frutos do mar e em pequena quantidade na maioria dos alimentos Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 38 O conteúdo de cinzas totais varia da seguinte forma nos principais alimentos: Alimentos % cinzas Cereais 0,3 – 3,3 % Produtos lácteos 0,7 – 6,0 % Peixes e produtos marinhos 1,2 – 3,9 % Frutas frescas 0,3 – 2,1 % Vegetais frescos 0,4 – 2,1 % Carnes e produtos cárneos 0,5 – 6,7 % Aves 1,0 – 1,2 % Nozes 1,7 – 3,6 % Óleos e gorduras 0,0 (óleos e gorduras vegetais) – 2,5 % (manteiga e margarina) Leguminosas 2,2 – 4,0 % Açúcares e xaropes 0,0 – 1,2 % 2) IMPORTÂNCIA A determinação dos constituintes minerais nos alimentos pode ser dividida em duas classes: a) Determinação da cinza (total, solúvel e insolúvel); b) Determinação dos componentes individuais da cinza Cinza total: A determinação de cinza total é utilizada como indicativo de várias propriedades: 1) largamente aceito como índice de refinação para açúcares e farinhas. Nos açúcares, uma cinza muito alta dificultará a cristalização e descolorização. Na farinha, a quantidade de cinza influirá na extração. 2) Níveis adequados de cinza total são um indicativo das propriedades funcionais de alguns produtos alimentícios, por exemplo, a gelatina. Em geléias de frutas e doces em massa, a cinza é determinada para estimar o conteúdo de frutas; 3) É um parâmetro útil para verificação do valor nutricional de alguns alimentos e rações. Alto nível de cinza insolúveis em ácido indica a presença de areia. Componentes individuais da cinza: Os componentes minerais presentes nos sistemas biológicos podem ser divididos naqueles que são: Universidade Paulista - UNIP - Curso de Nutrição – BROMATOLOGIA - Prof. Rosa Maria C. Barros 39 a) indispensáveis para o metabolismo normal e geralmente constituem os elementos da dieta essencial: b) aqueles que não têm nenhuma função conhecida ou até podem ser prejudiciais à saúde. Estes últimos podem aparecer no solo, provenientes da pulverização das plantas com agrotóxicos ou como resíduos de processos industriais. Alguns resíduos metálicos podem ter efeitos tóxicos como Pb e Hg. A oxidação do ácido ascórbico e a estabilidade de sucos de fruta são afetados por Cu. Alguns componentes minerais podem aumentar e outros impedir a fermentação de produtos fermentados. Além destas duas classes de determinação de cinzas, outros três tipos são também importantes para a caracterização da pureza e adulteração de amostras: Cinza solúvel e insolúvel em água: o método é bastante utilizado para a determinação da quantidade de frutas em geléias e conservas. Uma menor quantidade de cinzas na fração solúvel
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