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ACESSE AQUI O SEU LIVRO NA VERSÃO DIGITAL! PROFESSORA Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges Bromatologia https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/15277 FICHA CATALOGRÁFICA C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO DE MARINGÁ. NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA. HENDGES, Ana Paula Palaro Klein. Bromatologia. Ana Paula Palaro Klein Hendges. Maringá - PR: Unicesumar, 2022. 224 P. ISBN: 978-85-459-2193-6 “Graduação - EaD”. 1. Bromatologia 2. Segurança em Laboratório 3. Análises. EaD. I. Título. CDD - 22 ed. 664.07 Impresso por: Bibliotecário: João Vivaldo de Souza CRB- 9-1679 Pró Reitoria de Ensino EAD Unicesumar Diretoria de Design Educacional NEAD - Núcleo de Educação a Distância Av. Guedner, 1610, Bloco 4 - Jd. Aclimação - Cep 87050-900 | Maringá - Paraná www.unicesumar.edu.br | 0800 600 6360 PRODUÇÃO DE MATERIAIS DIREÇÃO UNICESUMAR NEAD - NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA Reitor Wilson de Matos Silva Vice-Reitor Wilson de Matos Silva Filho Pró-Reitor de Administração Wilson de Matos Silva Filho Pró-Reitor Executivo de EAD William Victor Kendrick de Matos Silva Pró-Reitor de Ensino de EAD Janes Fidélis Tomelin Presidente da Mantenedora Cláudio Ferdinandi Diretoria Executiva Chrystiano Mincoff, James Prestes, Tiago Stachon Diretoria de Graduação e Pós-graduação Kátia Coelho Diretoria de Cursos Híbridos Fabricio Ricardo Lazilha Diretoria de Permanência Leonardo Spaine Diretoria de Design Educacional Paula Renata dos Santos Ferreira Head de Graduação Marcia de Souza Head de Metodologias Ativas Thuinie Medeiros Vilela Daros Head de Recursos Digitais e Multimídia Fernanda Sutkus de Oliveira Mello Gerência de Planejamento Jislaine Cristina da Silva Gerência de Design Educacional Guilherme Gomes Leal Clauman Gerência de Tecnologia Educacional Marcio Alexandre Wecker Gerência de Produção Digital e Recursos Educacionais Digitais Diogo Ribeiro Garcia Supervisora de Produção Digital Daniele Correia Supervisora de Design Educacional e Curadoria Indiara Beltrame Coordenador de Conteúdo Sidney Edson Mella Junior Designer Educacional Leticia Matheucci Curadoria Ana Carolina Caputi Goncalves de Azevedo Revisão Textual Cintia Prezoto Ferreira; Sarah Mariana Longo Carrenho Cocato Editoração Flavia Pedroso; Lucas Pinna Silveira Lima Ilustração Geison Odlevati Ferreira Realidade Aumentada Maicon Douglas Curriel; Matheus Alexander de Oliveira Guandalini Fotos Shutterstock. Tudo isso para honrarmos a nossa missão, que é promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária. Reitor Wilson de Matos Silva A UniCesumar celebra mais de 30 anos de história avançando a cada dia. Agora, enquanto Universidade, ampliamos a nossa autonomia e trabalhamos diariamente para que nossa educação à distância continue como uma das melhores do Brasil. Atuamos sobre quatro pilares que consolidam a visão abrangente do que é o conhecimento para nós: o intelectual, o profissional, o emocional e o espiritual. A nossa missão é a de “Promover a educação de qualidade nas diferentes áreas do conhecimento, formando profissionais cidadãos que contribuam para o desenvolvimento de uma sociedade justa e solidária”. Neste sentido, a UniCesumar tem um gênio importante para o cumprimento integral desta missão: o coletivo. São os nossos professores e equipe que produzem a cada dia uma inovação, uma transformação na forma de pensar e de aprender. É assim que fazemos juntos um novo conhecimento diariamente. São mais de 800 títulos de livros didáticos como este produzidos anualmente, com a distribuição de mais de 2 milhões de exemplares gratuitamente para nossos acadêmicos. Estamos presentes em mais de 700 polos EAD e cinco campi: Maringá, Curitiba, Londrina, Ponta Grossa e Corumbá, o que nos posiciona entre os 10 maiores grupos educacionais do país. Aprendemos e escrevemos juntos esta belíssima história da jornada do conhecimento. Mário Quintana diz que “Livros não mudam o mundo, quem muda o mundo são as pessoas. Os livros só mudam as pessoas”. Seja bem-vindo à oportunidade de fazer a sua mudança! Aqui você pode conhecer um pouco mais sobre mim, além das informações do meu currículo. Ana Paula Palaro Klein Hendges Olá, estimado(a) aluno(a)! O meu nome é Ana Paula, sou química de profissão. Ingressei no curso de Química em 2009, mas confesso que, na época, com 17 anos, eu não sabia direito se era isso que queria fazer. O mais interessante é que, assim que as aulas começaram e conheci mais sobre o curso, fiquei encantada com a Química, tanto que dei continui- dade aos estudos e, hoje, sou doutora em Química Orgânica. Toda a minha graduação se voltou para a área de alimentos e sempre tive muito apreço pelos produtos naturais. Desenvolvi pesquisas com foco na busca por substâncias de origem natural e, até o momento, identifiquei 10 novas substâncias — das quais 5 estão publicadas, e al- gumas se mostraram promissoras para utilização na agricultura. Durante a graduação, fui monitora e, desde então, percebi o quanto gostava de lecionar. O meu primeiro trabalho, depois de formada, foi como docente na mesma faculdade em que estudei. Fora do mundo profissional, gosto de livros com histórias de investi- gação policial e um pouco de suspense. Não sou muito fã de atividade física, mas adoro caminhadas ao ar livre. Já fiz algumas trilhas a pé, e o caminho do Itupava, com 22 km, foi a mais longa — e debaixo de chuva, acredite! Sou paranaense, mas, no momento, moro no Rio Grande do Sul, com meu esposo Diogo e minha filha Lavínia. Espero que aproveitem o material que produzimos para vocês sobre Bromatologia. Um forte abraço e bons estudos! Deixo disponível, tam- bém, o link do meu Currículo Lattes para que possam conhecer melhor minha formação e experiência: http://lattes.cnpq.br/6537749308101828 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10201 Quando identificar o ícone de QR-CODE, utilize o aplicativo Unicesumar Experience para ter acesso aos conteúdos on-line. O download do aplicativo está disponível nas plataformas: Google Play App Store Ao longo do livro, você será convidado(a) a refletir, questionar e transformar. Aproveite este momento. PENSANDO JUNTOS EU INDICO Enquanto estuda, você pode acessar conteúdos online que ampliaram a discussão sobre os assuntos de maneira interativa usando a tecnologia a seu favor. Sempre que encontrar esse ícone, esteja conectado à internet e inicie o aplicativo Unicesumar Experience. Aproxime seu dispositivo móvel da página indicada e veja os recursos em Realidade Aumentada. Explore as ferramentas do App para saber das possibilidades de interação de cada objeto. REALIDADE AUMENTADA Uma dose extra de conhecimento é sempre bem-vinda. Posicionando seu leitor de QRCode sobre o código, você terá acesso aos vídeos que complementam o assunto discutido PÍLULA DE APRENDIZAGEM Professores especialistas e convidados, ampliando as discussões sobre os temas. RODA DE CONVERSA EXPLORANDO IDEIAS Com este elemento, você terá a oportunidade de explorar termos e palavras-chave do assunto discutido, de forma mais objetiva. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/3881 BROMATOLOGIA A alimentação é a forma como conseguimos os nutrientes necessários para a nossa sobrevivência, e, sem ela, não conseguimos desempenhar funções básicas do nosso organismo, como crescer e nos reproduzir. Contudo, para que isso seja verdade e que nós possamos nos beneficiar de tudo o que uma boa alimentação tem para oferecer, precisamos ter certeza de que consumimos alimentos em ótimo estado. Você sabia que a composição nutricional dos alimentos também nos permite ter uma dieta mais equilibrada, o que traz benefícios à saúde? A Bromatologia é de fundamental importância para garantir a confiabilidade da composição dos alimentos destinados ao consumidor. Ela é nossa aliada nodia a dia, contribuindo para melhorar a qualidade dos alimentos que consumimos. Essa ciência tem por objetivo analisar os alimentos de forma detalhada, ou seja, sua composição química, seu valor energético, quais são seus efeitos no organismo, seu valor nutricional, suas propriedades físicas, verificar se esses alimentos estão contaminados com elementos tóxicos, se contêm aditivos e qualquer outra substância que pode alterar a qualidade do alimento. Tudo isso para proteger o consumidor de ingerir alimentos não adequados. Quando nos deparamos com casos de alergias alimentares, saber exatamente a composição dos alimentos e poder confiar no que está escrito no rótulo pode salvar uma vida. Além disso, conhecer aspectos da atividade da água, da tecnologia de carboidratos e da tecnologia de proteínas e enzimas nos permite atuar no desenvolvimento ou melhoramento de novos produtos. O amido modificado, por exemplo, trouxe uma série de benefícios para a indústria de alimentos. Assim como a aplicação das proteínas na formulação de alimentos foi útil para melhorar a qualidade sensorial dos produtos ou a qualidade nutricional, além de diminuir os custos do processamento. Problemas como a rancificação indesejada, que prejudica a qualidade do produto, podem ser resolvidos quando se tem o entendimento das propriedades físicas e químicas dos lipídeos, pois, assim, podemos estudar melhores técnicas de conservação dos alimentos. Assim, em nossas unidades de estudos, compreenderemos desde o motivo que levou ao desenvolvimento da Bromatologia até as melhorias que o domínio dessa ciência trouxe para dentro da indústria de alimentos e, principalmente, para o consumidor. 1 2 43 5 6 77 11 57 35 ASPECTOS GERAIS DA BROMATOLOGIA 123 TECNOLOGIA DE LIPÍDEOS ÁGUA E ATIVIDADE DE ÁGUA COMPOSIÇÃO PROXIMAL DOS ALIMENTOS CARBOIDRATOS PROTEÍNAS 99 7 8 9 147 189 169 ENZIMAS ALIMENTOS FUNCIONAIS TECNOLOGIA DA FERMENTAÇÃO 1 Nesta unidade, entenderemos quais foram os fatos históricos que estimularam o desenvolvimento da Bromatologia, assim como dis- cutiremos a importância dessa ciência no nosso dia a dia, enten- dendo como ela contribui para melhorar a qualidade dos alimentos que consumimos. Abordaremos, também – de maneira geral, os métodos analíticos utilizados em análises de alimentos e quais os critérios que utilizamos para definir o método mais adequado. Fa- laremos sobre o papel e a importância do analista para a obtenção de dados analíticos confiáveis. Esses conceitos permitem que você compreenda como a Bromatologia se encaixa no nosso dia a dia e, mais do que isso, como ela é importante em nossas vidas. Aspectos Gerais da Bromatologia Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 12 Você já ouviu falar em alergias alimentares? Ela tem consequências graves no dia a dia de quem con- vive com ela, podendo causar reações adversas e, em alguns casos, podendo levar até mesmo a óbito. Ela é definida como um efeito adverso à saúde decorrente de uma resposta imunológica específica que ocorre de forma repetitiva durante a exposição a um determinado alimento. Você já passou por uma crise alérgica envolvendo algum alimento? Ou conhece alguém que já tenha passado por isso? As alergias alimentares acometem 30% da população mundial, segundo dados da Organização Mundial da Saúde (OMS), e até 35% dos brasileiros, de acordo com o Ministério da Saúde. Essas aler- gias são muito comuns e as manifestações causadas por um quadro alérgico não ocorrem apenas no trato gastrointestinal, mas afetam também outros sistemas orgânicos. Muitas vezes, o simples ato de ir ao mercado pode ser bastante oneroso para uma pessoa alérgica a algum alimento. Isso porque, se o indivíduo tiver dificuldades de entender os rótulos dos produtos alimentícios, ou mesmo se estes não trouxerem informações de maneira adequada, os riscos para o consumidor podem ser extremamente altos. A propósito, você tem o costume de analisar os rótulos dos alimentos que consome? Já teve dificul- dade em entender ou encontrar alguma informação? Já teve a sua decisão de compra influenciada pelo que encontrou no rótulo de algum alimento? A rotulagem nutricional tem como objetivo informar ao consumidor sobre as propriedades que o alimento contém, deve ter as especificações quantitativas dos nutrientes e também informações adicionais. Tais informações da embalagem e rótulo são importantes para nortear os consumidores na hora da escolha. Que tal fazer um exercício prático nos próximos dias? Quando você for à feira ou ao mercado, ative seu radar de estudante de Bromatologia e avalie as informações contidas nos rótulos dos alimentos. O rótulo está claro? Traz informações sobre a composição nutricional do alimento? Traz informações sobre a presença de alergênicos, corantes ou conservantes? Pare para refletir por um instante: imagine que você esteja com algum tipo de restrição alimentar, e que seu médico, hipoteticamente, recomende uma dieta sem ingestão de lactose, por exemplo. Você precisará ficar atento(a) às informações contidas nos rótulos dos alimentos que irá ingerir a partir de agora. É importante ressaltar que a Bromatologia é a ciência responsável pela análise de alimentos e determinação de todas essas informações que encontramos nos rótulos, pois é graças a Bromatologia que as pessoas podem consumir alimentos sem que sua saúde seja prejudicada, principalmente nos casos de pessoas alérgicas ou intolerantes, mas também para pessoas que querem equilibrar a dieta com a ingestão de produtos mais saudáveis. UNIDADE 1 13 A Bromatologia, como o próprio nome sugere, bromatos = dos alimentos; logos = estudo, é a ciência que estuda os alimentos sob os mais variados aspectos. Ela se dedica ao estudo da composição química quali- tativa e quantitativa dos alimentos e das propriedades físicas, toxicológicas e contaminantes, assim como avalia o valor nutricional e calórico desses alimentos. Sendo assim, a Bromatologia nos dá indicativos sobre a qualidade e a segurança tanto da matéria-prima quanto do produto acabado (VASCONCELOS, 2016). Mas será que essa ciência sempre existiu? Você já se perguntou em que momento ou o porquê a segurança e controle dos alimentos se tornou algo tão importante? Bom, já posso te adiantar que essa ciência surgiu da necessidade de se resolver graves problemas relacionados à segurança alimentar e que alguns acontecimentos contribuíram para o seu desenvolvimento. Agora, com base no exemplo hipotético de que você precise restringir a ingestão de lactose, e depois da sua experiência avaliando os rótulos dos produtos no mercado, escreva, no seu Diário de Bordo, a importância das informações contidas nos rótulos e se essas informações podem facilitar ou não a vida das pessoas, principalmente daquelas com restrições alimentares. UNICESUMAR 14 Dito isso, eu te convido a embarcar comigo nessa viagem no tempo para entender um pouco sobre os acontecimentos que marcaram o desenvolvimento da ciência dos alimentos. Vem comigo! Desde os tempos antigos até cerca de 1820, a adulteração de alimentos não era um problema sério e havia pouca necessidade de métodos de detecção. Isso se deve, provavelmente, ao fato de que os alimen- tos eram adquiridos de pequenas empresas ou mesmo de indivíduos, ou seja, as transações envolviam interações entre os indivíduos. Contudo, devido ao aumento da centralização do processamento e da distribuição de alimentos, e em parte ao surgimento da química moderna, as adulterações intencionais de alimentos se tornaram mais frequentes e muito mais graves. Essa preocupação foi despertada na Inglaterra pela publicação de Frederick Accum, em A Treatise on Adulterations of Food and Culinary Poisons. Accum afirmou que “na verdade, seria difícil mencionar um único item alimentar que não seja encontrado em um estado adulterado; e há algumas substâncias que dificilmente serão adquiridas genuínas ” (ACCUM, 1820, p. 14). O pesquisador aindacomentou que “não é menos lamentável que a extensa aplicação da química aos propósitos úteis da vida tenha sido pervertida em um auxiliar desse tráfico nefasto [adulteração]” (ACCUM, 1820, p. 20). A seriedade da adulteração intencional de alimentos que prevaleceu no início dos anos 1800 é claramente exemplificada pelos seguintes exemplos de adulterações cometidas na época (Quadro 1). Alimento Adulterantes Café Cenouras torradas ou grãos de ervilha chamuscados e fígado de cavalo assado. Chá Folhas de muitas outras plantas. Leite Água (principal), giz, amido, gelatina, dextrina, glicose, conservantes. Cerveja Extrato obtido das frutas venenosas do Cocculus indicus. Este extrato conferiu sabor, propriedades narcóticas e toxicidade à bebida. Vinho Corantes: alume, cascas de sabugueiro, pau-brasil, açúcar queimado, entre outros. Sabores: amêndoas amargas, tintura de sementes de passas, raiz de oris e outros. Agentes de envelhecimento: bitartarato de potássio, éter heptílico e sais de chumbo. Conservantes: ácido salicílico, ácido benzoico e fluoboratos. Antiácidos: cal, giz e gesso. Açúcar Areia, poeira, cal, polpa e matérias corantes. Manteiga Excesso de sal e água, farinha de batata e coalhada. Chocolate Amido, sebo, pó de tijolo, ocre, vermelho veneziano (óxido férrico) e farinha de batata. Pão Alumínio e farinha feitos de outros produtos que não o trigo. Quadro 1 - Exemplos e adulterações cometidas no início de 1800 / Fonte: Fennema (1996). • Nicolas Théodore de Saussure (1767-1845), químico francês, estudou o conteú- do mineral das plantas por incineração e fez a primeira análise elementar precisa do álcool. • Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) (Figura 1) e Louis-Jacques Thenard (1777-1857) desenvolve- ram, em 1811, o primeiro método para determinar as porcentagens de carbono, hidrogênio e nitrogênio em vegetais secos. • Justus von Liebig (1803–1873) mostrou em 1837 que o acetaldeído ocorre como um intermediário entre o álcool e o ácido acético durante a fermentação do vinagre. Ele também publicou em 1847 o que é, aparente- mente, o primeiro livro sobre química de alimentos. UNIDADE 1 15 Os dados dessa tabela nos levam a acreditar, por um momento, que os alimentos que temos hoje dis- poníveis nas prateleiras dos supermercados são quase perfeitos se comparados com os que existiam no século XIX, não é mesmo? Bom, como você pode imaginar, uma vez que a gravidade das adulterações de alimentos se tornou evidente para o público, as forças corretivas aumentaram consideravelmente. Isso resultou em uma nova legislação que tornava a adulteração ilegal e expandiu enormemente os esforços dos químicos para aprender sobre as propriedades nativas dos alimentos, os produtos químicos comumente usados como adulterantes e os meios de detectá-los. Assim, durante o período de 1820 a 1850, a química e a química alimentar começaram a assumir importância na Europa. Isso foi possível devido ao trabalho de vários cientistas, como os mencionados no infográfico a seguir: A adulteração intencional de alimentos permaneceu um problema sério até cerca de 1920. Nesse pe- ríodo, o surgimento de pressões regulatórias e métodos eficazes de detecção reduziram a frequência e a gravidade da adulteração intencional de alimentos para níveis aceitáveis. UNICESUMAR 16 Há indícios de que, em 1950, uma nova onda de adulterações de alimentos tenha surgido, quando alimentos contendo aditivos químicos tornaram-se cada vez mais comuns. Além disso, o uso de alimentos altamente processados se tornou uma parte importante da dieta das pessoas na maioria dos países industrializados, e a contaminação de alguns alimentos com subprodutos indesejáveis da industrialização, como mercúrio, chumbo e pesticidas, tornou- -se uma preocupação pública (FENNEMA, 1996). A preocupação pública com a segurança e a adequação nu- tricional dos alimentos levou a algumas mudanças recentes, tanto voluntárias quanto involuntárias. Muitas delas dizem respeito a como os alimentos são produzidos, manuseados e processados. Mais ações desse tipo são inevitáveis à medida que aprendemos mais sobre práticas adequadas de manuseio de alimentos e conforme as estimativas da ingestão máxima tolerável de constituintes indesejáveis se tornam mais precisas. Depois dessa pequena viagem no tempo, podemos concluir que as descobertas relacionadas à análise de alimentos acontece- ram em paralelo com o início de adulterações sérias e generaliza- das de alimentos, sendo assim, não seria um exagero afirmar que a necessidade de detectar impurezas nos alimentos foi um grande estímulo para o desenvolvimento da química de alimentos. Prezado(a) estudante, acredito que, nesse ponto, você já esteja convencido da importância da Bromatologia no nosso dia a dia. Mas, e se eu te contar que não para por aí? Isso mesmo, essa ciên- cia também compreende o estudo de processos de produção dos alimentos e de estocagem, além de ter uma significativa contribui- ção nas inovações tecnológicas de alimentos, no que diz respeito ao desenvolvimento de novos produtos e padrões de qualidade. Sendo assim, a Bromatologia atua em diversos segmentos dentro do controle de qualidade e de processos de fabricação de alimentos, sendo também responsável pela determinação de alguns componentes individuais de alimentos que são ex- tremamente importantes para alguns grupos de pessoas. Como exemplo, podemos citar a determinação de lactose em alimen- tos, visto que muitos indivíduos apresentam intolerância a essa substância e, por isso, devem evitar o consumo de alimentos que contenham lactose. UNIDADE 1 17 Neste ciclo de aprendizagem, estamos debatendo sobre a importância das análises de alimentos no nosso dia a dia. E não poderia deixar de compartilhar com você como as informações dos rótulos dos alimentos podem fazer diferença na vida das pessoas, principalmente daqueles que possuem algum tipo de restrição alimentar. Neste podcast, eu vou entrevistar Cecilia Cury, uma das coordenadoras da campanha Põe no Rótulo. Esta campanha tem como objetivo aumentar a conscientização sobre as alergias alimentares e ajudar a mudar a legislação de rotulagem de alimentos no Brasil. Acesse o Qr Code e dê play! A bromatologia também se preocupa com a fiscalização dos alimentos, ou seja, tem o objetivo de iden- tificar fraudes e adulterações nos produtos alimentícios, bem como na matéria-prima. É por meio das fiscalizações que são detectadas adições de corantes, aromatizantes sem autorização prévia e que não estão descritos no rótulo, data de fabricação alterada, utilização de conservantes proibidos, entre outros. Para isso, utilizam-se métodos analíticos que sejam precisos e exatos e, de preferência, oficiais (regulamentados). Vale destacar que a nossa segurança alimentar e nutricional depende do conhecimento da composi- ção química dos alimentos que consumimos. Portanto, a elaboração de tabelas com valores nutricionais de alimentos, processados ou não, é muito importante para preparação de dietas e cardápios específicos. Sendo assim, as informações de uma tabela de composição dos alimentos são imprescindíveis para que as autoridades competentes possam estabelecer guias alimentares que levem a uma dieta saudável, além de servirem como um norte para a produção agrícola e a indústria de alimentos. Essas tabelas precisam ser frequentemente atualizadas, confiáveis e tão completas quanto possível. Foi pensando em tudo isso que pesquisadores da UNICAMP lançaram uma tabela desenvolvida por meio do projeto TACO (Tabela Brasileira de Composição de Alimentos), que começou com a descrição da composição de 198 alimentos e hoje já engloba 597 alimentos. A TACO é só um dos exemplos de tabelas de composição de alimentos que podemos consultar. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10192 UNICESUMAR 18 Para conhecer essas legislações, consulte os QR Codes: Os principais compostos químicos avaliados nos alimentos são água, carboidratos, proteínas,lipídios e minerais, mas também podem ser avaliadas enzimas, compostos voláteis, pectinas, ácidos orgânicos, pigmentos, entre outros. Vamos falar mais sobre algumas dessas análises nos próximos capítulos. Contudo, como você pode imaginar, os alimentos são considerados matrizes muito complexas e, muitas vezes, de difícil manipulação. Sendo assim, a escolha do método de análise é um fator impor- tante para se garantir resultados confiáveis nas análises, e vai depender do produto a ser analisado e do que se quer determinar. Imagine que queremos determinar a quantidade de carboidrato presente em uma amostra de bolo. Você já parou para pensar em tudo que pode ter nesse bolo? Pois é, ele pode conter carboidratos, gor- dura, fibras, corantes, aromatizantes, conservantes, entre outros, ou seja, antes de mais nada, é preciso separar os componentes de interesse dessa matriz supercomplexa. Outro ponto importante a ser lembrado é que o alimento apresenta variabilidade na sua composição, dependendo da estação do ano, das condições geográficas, do estado fisiológico e amadurecimento, do cultivar, da raça, entre outros, que devem ser previamente considerados. Por exemplo, uma manga cultivada no Nordeste do Brasil não tem as mesmas características de uma manga cultivada no Sul, devido as diferenças climáticas, tipo de solo, entre outros. As informações dessas tabelas de composição também auxiliam na rotulagem dos alimentos, pois é a partir delas que temos as informações nutricionais de cada ingrediente que compõe um produto. O rótulo de um produto é de extrema importância, pois ele garante segurança ao consumidor, em relação ao que ele está consumindo, auxiliando os indivíduos na escolha dos alimentos. As informações con- tidas em um rótulo são definidas pela legislação, tendo em vista a segurança alimentar e nutricional. Dentro desse contexto, a Anvisa criou regras que normatizam as rotulagens nutricionais e gerais no país. As principais resoluções são a RDC no 259/2002 e a RDC no 360/2003 (BRASIL, 2002; BRASIL, 2003). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/11503 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/11502 UNIDADE 1 19 Além da escolha do método ideal, o analista tem um papel muito importante nesse processo, pois cabe a ele fornecer os dados analíticos de alta qualidade, utilizando o método mais rápido, adequado e de baixo custo para atender cada necessidade específica. Cabe ao analista minimizar os erros que são inerentes ao processo, para que eles não afetem significativamente o resultado final. Mas, para garantir a sua segurança e a dos demais usuários do laboratório, o analista precisa tomar certas precauções, isso porque os acidentes podem acontecer em um laboratório, principalmente, quando se tem pressa em obter os resultados. Sendo assim, a execução dos métodos analíticos deve trazer confiabilidade de resultados e também segurança para o analista. Para que a qualidade dos resultados e a segurança no laboratório sejam adequadas, é preciso adotar algumas normas, e foi pensando nisso que as Boas Práticas de Laboratório (BPL) foram criadas. Elas ajudam a definir como os estudos são realizados, planejados e monitorados nos laboratórios. As BPL são gerenciadas pela ABNT NBE ISO 17025. UNICESUMAR 20 Segundo as BPL, em um laboratório de quí- mica, todos os materiais e reagentes devem estar etiquetados com as seguintes informações: nome, data de validade, instruções de uso ou modo de preparo, concentração, entre outras (Figura 1). Além disso, todas as atividades realizadas no laboratório devem ter uma descrição detalhada e devem estar documentadas, são os chamados Procedimentos Operacionais Padrões (POPs). A descrição da atividade pode estar na forma de texto, fluxograma, fotos ou formulários e devem ser aprovadas e assinadas pelo responsável. Antes de iniciar um experimento, deve-se ela- borar um plano de estudo que vai conter a identi- ficação do estudo, métodos, datas, locais de teste e substância teste. Da mesma forma, ao final do experimento, é necessário a elaboração de um relatório final, com os resultados do estudo e in- formações, como data e local do armazenamento de documentos e amostra, métodos utilizados, informações sobre a substância teste e a referência e, quando couber, os dados do patrocinador. Nome: Data de validade: Instruções de uso: Concentração: Descrição da Imagem: a imagem é uma fotografia de um frasco de remédio cor âmbar com tampa branca e com uma etiqueta branca que contém os dizeres: nome; data de vali- dade; instruções de uso; e concentração. Dentro do frasco contém um líquido transparente. Figura 1 – Exemplo de como os reagentes devem ser etique- tados no laboratório No laboratório, é indispensável o uso de equipamentos de proteção individual (EPIs), como jaleco de algodão com mangas compridas, óculos, máscara de proteção e luvas. O analista deve estar sempre de calças compridas e calçados fechados e não utilizar brincos, anéis, relógio, entre outros acessórios. UNIDADE 1 21 Deve-se utilizar a capela de exaustão sempre que for manusear produtos voláteis, não utilizar a mesma pipeta para reagentes ou soluções diferentes, não pipetar com a boca, ler o rótulo dos produtos antes de usar, não deixar substâncias sem identificação na bancada, nunca descartar substância química diretamente no ralo ou no lixo e nunca comer ou beber no laboratório. Além disso, é importante que o analista conheça a localização e saiba usar os equipamentos de emergência, como extintores de incêndio e chuveiro com lava-olhos. Essas são algumas regras para se garantir a segurança em um laboratório. Outro ponto importante e que não podemos deixar de falar é sobre a necessidade de uma gestão de qualidade no laboratório, para garantir que as análises sejam bem organizadas, de fácil entendimento e clareza. Os sistemas de gestão de qualidade têm por objetivo verificar todos os procedimentos do laboratório de análises de alimentos. O órgão internacional que dita as normas dos sistemas de gestão é a International Organization for Standardization (ISO). Ela atua na área de qualificação de produtos, processos, materiais e serviços. As organizações que adotam os sistemas de acordo com as normas ISO passam por uma série de proce- dimentos, ajustes tecnológicos, físicos e humanos, são auditadas e, por fim, recebem uma certificação. As empresas podem obter o certificado de acreditação ou uma certificação. O primeiro é baseado nas normas ISO/IEC 17025 e ISO 15189 e a empresa que tem esse certificado tem maior credibilidade diante de seus concorrentes, isso porque é verificado que ela está atendendo aos requisitos da norma e tem competência para realizar determinada atividade. Já a certificação é obtida se a empresa atende os requisitos de qualidade de acordo com a norma ABNT NBR ISO 9001, ou outro sistema de gestão. Com essa certificação, a empresa passa segurança para os clientes. A representante da ISO no Brasil é a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Outro sistema de gestão de qualidade que visa melhorar significativamente o processo e a qualidade do produto é o sistema de Análise de Perigos e Pontos Críticos de Controle (APPCC). Ele permite identificar os pontos críticos de controle e controlar perigos químicos, físicos e microbiológicos. Tem como principal objetivo garantir a segurança dos alimentos produzidos. Ao adotarem esses sistemas de qualidade e segurança, as indústrias garantem o fornecimento de alimentos mais seguros e evitam prejuízos, ou seja, tornam-se economicamente mais competitivas. Contudo, de nada adianta um laboratório ter os melhores equipamentos, a melhor instalação e equipe bem treinada se o método analítico selecionado não for apropriado. As análises de alimentos podem se dividir em dois grandes grupos, análises qualitativas e análises quantitativas. A primeira se preocupa com a identificação, presença ou não, de um determinado analito (substância) na amostra em estudo,já a segunda tem o foco em determinar quanto desse analito pode estar presente nessa amostra. Por exemplo, você pode estar interessado em saber se um determinado agroquímico, que já foi proibido no Brasil, pode ser detectado em amostras de laranjas, sem se preocupar com a quantidade desse composto, para isso, você vai realizar uma Análise Qualitativa. Por outro lado, se o seu objetivo de estudo for determinar a quantidade de um determinado agro- químico para saber se ele está dentro do limite considerado aceitável pela ANVISA, você precisa fazer uma Análise Quantitativa. UNICESUMAR 22 Os métodos analíticos podem ser classificados como convencionais (Figura 2) e instrumentais (Figura 3). Bureta Suporte para bureta Titulante Torneira Frasco Solução de analito com indicador Descrição da Imagem: na imagem ilustrada, há uma haste universal (suporte), uma bureta e um frasco de Erlenmeyer contendo um líquido de cor verde em seu interior, abaixo da bureta. Figura 2 – Sistema usado nas análises volumétricas como exemplo de método convencional Descrição da Imagem: a imagem apresenta a ilustração de um homem branco de cabelos escuros e óculos. Ele usa um jaleco branco, calça cinza e sapato marrom. Está sentado em frente a um equipamento de análise química. Na tela desse equipamento aparece um gráfico da análise sendo realizada. Figura 3 - Cromatógrafo representando um método instrumental Os métodos convencionais ou clássicos são simples, de baixo custo, não exigem equipamentos sofisti- cados e são utilizados, principalmente, para a determinação de macronutrientes. Exemplos de métodos convencionais são: gravimetria e volumetria. Na análise gravimétrica, a substância a ser determinada é convertida em um precipitado insolúvel que é isolado e pesado. Já na análise volumétrica, a substância a ser analisada é tratada com um reagente adequado, adicionado na forma de uma solução padronizada, e determina-se o volume de solução necessário para completar a reação. Os métodos instrumentais são, em geral, mais rápidos e mais sensíveis e, por isso, capazes de iden- tificar constituintes a nível de traço (quantidades entre 102 a 104 µg g-1) em amostras, mas, por outro lado, apresentam maior custo e necessitam de profissionais qualificados. Esses métodos são ideais para a determinação, em rotina, de muitas amostras e são muito utilizados em indústrias. Alguns exemplos de métodos instrumentais são: espectroscopia, espectrometria e cromatografia. UNIDADE 1 23 Os métodos espectrométricos de análise dependem da medida da quantidade de energia radiante com um determinado comprimento de onda, que é absorvida ou emitida pela amostra. Já os métodos cromatográficos incluem muitas técnicas de separação em que substâncias químicas percorrem colunas e superfícies movidas por líquidos ou gases, sendo separadas em função de suas características moleculares. É importante destacar que os equipamentos que interferem diretamente no resultado das análises devem ser calibrados com frequência. Isso porque os instrumentos consistem em compo- nentes óticos e eletrônicos que vão se deteriorando com o tempo e, por isso, precisam de constante padronização e calibração. Lembre-se que as análises bromatológicas podem ter inúmeras finalidades, como, encontrar fraudes nos alimentos, detectar contaminação por substâncias tóxicas ou por roedores e insetos, caracterizar um alimento para consumo ou elaborar tabelas com valores nutricionais. Por isso, devemos escolher o método que melhor atenda aos objetivos esperados em cada análise. Para determinar a qualidade de um alimento, é preciso uma análise detalhada de fatores nutricio- nais, higiênicos-sanitários e sensoriais. Do ponto de vista nutricional, a qualidade é influenciada pela composição química, presença de compostos essenciais, digestibilidade e ausência de antagonistas. No aspecto higiênico-sanitário, é importante saber a qualidade e quantidade de microrganismo, além de verificar a presença de substâncias estranhas, como insetos, pelos, fezes e urina de ratos, agro- tóxicos, inseticidas, entre outros. Para se definir as condições higiênico sanitárias são utilizadas as avaliações microbiológicas. Micror- ganismos patogênicos podem estar presentes na produção de alimentos, na colheita, na embalagem, no transporte, na preparação e consumo dos alimentos e podem causar doenças nos indivíduos. Assim, é imprescindível um controle rigoroso pelos órgãos oficiais da Vigilância Sanitária. O método de análise de alimentos baseado na avaliação físico-química consiste na determinação da composição nutricional, do teor de água, do pH e da acidez, além da caracterização do alimento e seleção de tratamentos mais adequados. Já a qualidade do ponto de vista sensorial depende da cor, sabor, aroma, se contém corantes artificiais ou naturais, da aparência, da textura, da conservação, entre outros. As avaliações sensoriais identifi- cam as características e propriedades de interesse. Elas também são muito utilizadas em pesquisas de desenvolvimentos de novos produtos e processos. As avaliações sensoriais são utilizadas desde o controle da matéria-prima até o produto acabado. Os critérios mais utilizados nessas análises são sabor, textura, cor, aroma e outras qualidades subjetivas. Alguns atributos como cor e textura já podem ser medidos objetivamente, contudo o aroma ainda depende de métodos sensoriais (figura 4). UNICESUMAR 24 Descrição da Imagem: na imagem fotográfica, uma mulher jovem, com óculos de proteção, jaleco branco e luvas azuis, segura, próximo ao nariz, um frasco de vidro que contém uma amostra de alimento dentro. Figura 4 - Avaliação sensorial A escolha do método também depende do analito que se quer medir, da exatidão requerida, da composição química da amostra e dos recursos disponíveis. Entende-se por analito a substância química que é alvo da análise. Um determinado método pode ser eficiente para um tipo de alimento e não ser bom para outro. Nem sempre é possível satisfazer todas as condições de um método ideal (exatidão, precisão, espe- cificidades, sensibilidade, rapidez, praticidade e economia). Sendo assim, o analista precisa decidir que método vai usar em função do objetivo da análise, ou seja, quais desses atributos devem ser priorizados. A especificidade está relacionada com a capacidade do método analítico em medir o composto de interesse independentemente das substâncias interferentes. Enquanto a sensibilidade é a menor quantidade de um componente que se consegue medir sem erro. A exatidão mede quanto próximo o resultado de um método analítico se encontra do resultado real previamente definido. Já a precisão é a concordância entre os resultados de várias medidas realizadas de uma mesma amostra, nas mesmas condições de análise (Figura 5). UNIDADE 1 25 Exatidão elevada Precisão elevada Exatidão baixa Precisão elevada Exatidão elevada Precisão baixa Exatidão baixa Precisão baixa Descrição da Imagem: a imagem apresenta a ilustração de quatro círculos laranjas que representam alvos marcados com X. No primeiro, à esquerda, todas as marcações X se concentram no centro do círculo, abaixo podemos ler “exatidão elevada e precisão elevada”; no segundo, todas as marcações se concentram na extremidade esquerda superior do círculo, em que lemos “exatidão baixa e precisão elevada”; no terceiro alvo, as marcações estão um pouco espalhadas umas das outras, mas estão próximas do centro, e lemos “exatidão elevada e precisão baixa”; no quarto, todas as marcações estão distantes entre si e longes do centro, e lemos “exatidão baixa e precisão baixa”. Figura 5 – Representação de exatidão e precisão Imagine que você precise detectar a presença de um analito que está em baixíssima quantidade em um alimento. Você concorda que, nesse caso, é recomendado escolher um método mais sensível, so- fisticado e exato? Você poderia escolher as análises cromatográficas como, cromatografia gasosa (CG) ou cromatografialíquida de alta eficiência (CLAE), por exemplo. O que você precisa ter em mente é que se o objetivo for identificar/quantificar um componente que está em maior quantidade na amostra (determinante), o nível de dificuldade é menor. Contudo, se por outro lado o material em estudo tem uma composição muito complexa, é necessário fazer uma separação ou extração dos principais interferentes antes de fazer a medida final do analito. O analista, na hora de escolher o método apropriado para a análise, deve levar em conta o custo, tempo de análise, a natureza da informação procurada, a quantidade de amostra disponível, a porcen- tagem do analito a ser analisado e a finalidade dos resultados na análise. Por exemplo, em muitos casos, a informação desejada pode exigir uma quantidade enorme de dados, e outras vezes pode necessitar de resultados mais gerais. Há uma grande variedade de metodologias disponíveis para análises de alimentos, isso porque tem- -se também uma diversidade de matrizes alimentícias. Sendo assim, foi necessária uma padronização para quantificar nutrientes em diferentes alimentos. Por exemplo, para carnes e produtos cárneos, as análises que podem ser realizadas são: pH, aditivos, corantes artificiais, pesticidas, antibióticos, nitritos, entre outros. Já para leite e derivados são muito comuns as análises de acidez, densidade, gordura e sólidos totais, extrato seco, crioscopia, entre outros. Algumas informações que comumente se busca nas análises de alimentos são: cinzas ou matéria mi- neral, proteína bruta, extrato seco, extrato etéreo, fibra em detergente ácido e fibra em detergente neutro. UNICESUMAR 26 Como já foi mencionado anteriormente, a diversidade que existe de matrizes de alimentos resul- tou na necessidade de padronização de métodos de análises. As chamadas metodologias oficiais são desenvolvidas e padronizadas no mundo todo, dentre elas se destacam (Quadro 2): ������������������������������������ ���������� • Mais conhecida e completa súmula de análise de alimentos, contém praticamente todo o tipo de análise ������������ ����� �� ����������������������� • Consiste em anáises especí�cas para cereias e seus subprodutos ���������������������´� ���������� � • Consiste em análises especí�cas de óleos, gorduras e seus subprodutos ������������ ��� ��������������� �� ��������� ������ • Consiste em análises especí�cas de leite e seus subprodutos ������������ ��� ��������������� �� ������� ��������������� • Consiste em análises especí�cas de água e resíduos aquosos Quadro 2 - Exemplos de Metodologias Oficiais / Fonte: Mello e Nichelle (2018). UNIDADE 1 27 Além das metodologias oficiais, os laboratórios credenciados também precisam passar por ins- peção periódica quanto à calibração de equipa- mentos e vidrarias e treinamento de seus analis- tas. Contudo, as metodologias oficiais demandam de um alto custo e apresentam um certo nível de dificuldade para executá-las. Por esse motivo, outros métodos têm sido ado- tados como oficiais em alguns países. As metodolo- gias do Instituto Adolfo Lutz (LUTZ, 2008) e do La- boratório Nacional de Referência Animal (MAPA, 2017), por exemplo, são utilizadas no Brasil. Uma análise química envolve uma série de etapas e procedimentos, e cada um deles deve ser conduzido com muito rigor, a fim de se minimi- zar ao máximo os erros. De maneira geral, uma análise de alimentos compreende as seguintes etapas (Figura 6). Análise estatística Amostragem Processamento da amostra Extração Separação Medidas Descrição da Imagem: o fluxograma apresenta a sequên- cia das principais etapas de análise de alimentos. Essa se- quência é realizada, respectivamente, por: Amostragem, Processamento da amostra; Extração; Separação; Medidas; Análise estatística. Figura 6 – Principais etapas de uma análise de alimentos Agora, vamos entender um pouco melhor cada etapa desse processo analítico. Para começar, gosta- ria de te fazer um pequeno questionamento. Você concorda que se vamos analisar um determinado alimento, a porção que selecionamos para análise deve ser representativa do lote, do estoque ou da partida como um todo? A resposta certa é sim, precisamos garantir que a porção analisada seja uma parte representativa do todo. Quando vamos utilizar os resultados obtidos da análise quantitativa dos constituintes de uma determinada amostra, tomados individualmente, para o cálculo da composição e do valor de uma determinada propriedade de um produto industrial acabado, é fundamental escolher uma amostra representativa do produto como um todo. Mas como fazer isso? Se o material for homogêneo, a porção escolhida tem mais chances de represen- tar o total, ou seja, o grau de dificuldade na amostragem vai depender da homogeneidade da amostra. Antes de continuarmos, é preciso revisar alguns termos que serão muito utilizados aqui (Quadro 3). UNICESUMAR 28 Amostra O conjunto de unidades de amostragem selecionadas dentre de um universo ou população. Amostragem Consiste em obter amostras represen- tativas do material a ser analisado. Amostra Bruta É a porção coletada diretamente no lote do material. Amostra de Laboratório É a porção reduzida da amostra bruta com um tamanho adequado para o trabalho em laboratório. Quadro 3 - Definição dos termos Amostra, Amostragem, Amostra Bruta e Análise de Laboratório A maior dificuldade está em se trabalhar com amostras heterogêneas. Neste caso, a etapa de amostra- gem é a uma das mais importantes do trabalho, pois os resultados podem ser completamente equivo- cados se a amostra analisada não representar todo o conjunto de amostra. A finalidade da amostragem é obter uma pequena parte representativa, em todos os seus consti- tuintes, de um todo. Um exemplo bem clássico de amostra heterogênea é um caminhão carregado com maçãs, e de uma amostra homogênea é um lote de suco processado de maçã (Figura 7 ). Descrição da Imagem: duas imagens fotográficas apresentam exemplos de amostra heterogênea e homogênea. A figura da esquer- da mostra centenas de maçãs sendo despejadas da carroceria de um caminhão para outro. Na imagem da direita, inúmeros frascos transparentes, com tampas verdes, contendo suco de maçã em uma esteira de fábrica. Figura 7 - Maçãs in natura como exemplo de amostra heterogênea (esquerda) e um lote de suco de maçã como exemplo de amostra homogênea (direita). UNIDADE 1 29 As amostras podem ser colhidas nos locais de fabricação, preparo, depósito, acondicionamento, trans- porte e em pontos de venda. É importante que o período entre a colheita e a análise da amostra seja o mais breve possível, e que a amostra seja bem acondicionada até a análise. Não é possível deixar para fazer as análises muito tempo depois da coleta, isso porque, os alimentos são perecíveis e podem iniciar o processo de deterioração, causando a modificação dos constituintes mesmo quando colocados na geladeira. A alface, por exemplo, fica murcha, pois as reações enzimáticas vão ocorrendo mesmo a baixas temperaturas. Para se garantir a homogeneidade, as amostras devem ser retiradas de pontos diferentes do material que vai ser testado. Depois, essas são misturadas e a quantidade de amostra utilizada na análise deve ser retirada dessa mistura. Mas como saber o tamanho da amostra que devemos coletar? Essa é uma dúvida muito comum para quem trabalha com alimentos. Você primeiro precisa lembrar que, antes de mais nada, a amostra coletada deve ser representativa do lote. Para lotes muitos grandes, uma regra geral para definir o tamanho da amostra bruta é coletar amostras correspondentes a: Para grandes cargas, por exemplo, não devem ser colhidas menos de 12 e mais de 36 unidades, sendo que cada unidade deve vir de recipientes diferentes. Para lotes pequenos ou embalagens únicas, todo o material pode ser tomado como amostra bruta. Lembre-se de retirar partes da amostra em quantidade suficiente para determinações em triplica, por exemplo. Bom,agora que você tem a amostra bruta, ou seja, aquela amostra representativa de todo o lote que será analisado, você precisa definir a amostra de laboratório, que nada mais é do que uma porção dessa amostra bruta. Isso porque a amostra bruta é frequentemente grande demais para ser trabalhada em laboratório e, portanto, deve ser reduzida; mas como definir a amostra de laboratório? Para isso, existem algumas regras que se baseiam, principalmente, no tipo de alimento que será analisado e do tipo de análise. Cada alimento tem um procedimento de amostragem específico, que depende das características e composição dele. Para amostras secas ou em pó, pode-se usar o método do quarteamento, feito de maneira manual ou por equipamentos. A maneira manual (Figura 8) consiste em colocar o material em uma superfície plana, misturar bem a amostra e espalhar formando um círculo, em seguida dividir o círculo em quatro partes iguais. Na sequência, rejeite duas partes opostas e com as outras duas partes que restaram repita o procedimento acima até chegar em um tamanho de amostra ideal. É importante que, antes de iniciar o quarteamento, as amostras sejam bem homogeneizadas (BEZERRA, 2005). (1) 1X + Em que X é igual ao número de unidades do lote. UNICESUMAR 30 Para você entender melhor o método de quarteamento, indico que acesse o QR Code e assista ao vídeo. Você também pode utilizar equipamentos para fazer o quarteamente, como um amostrador tipo Riffle ou um amostrador tipo Boerner. No amostrador tipo Riffle, joga-se a amostra e ela se divide em ca- naletas alternadas, sendo despejada em duas caixas em porções iguais. O material de uma das caixas é reservado e o outro é descartado. No amostrador tipo Boerner, a amostra é colocada num funil e cai pelas laterais de um cone, na base do cone existem 3 aberturas. Em seguida, a amostra cai em outro cone com 36 canais separados que, alternadamente despejam a amostra em duas caixas separadas (em quantidades iguais), sendo que o material de uma das caixas é reservado e o outro é descartado. Nos dois equipamentos, o processo pode ser repetido quantas vezes for necessário até obter o tamanho ideal de amostra. Descrição da Imagem: a imagem representa a ilustração de três círculos de tamanhos e cores diferentes, todos divididos em quatro partes iguais. O primeiro círculo é o maior e apresenta coloração verde claro, já o segundo círculo, de tamanho intermediário, apresenta as cores verde claro e verde escuro em lados opostos (intercaladas). E por fim, o último círculo é o menor e apresenta coloração verde escuro. Figura 8 – Método de quarteamento https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/11513 UNIDADE 1 31 Quer ver como funciona um amostrador tipo Riffle e um amostrador tipo Boerner? É só acessar os QR Codes. Perceba que o analista precisa conhecer os procedimentos padrões de amostragem dos diversos mate- riais. Para alimentos líquidos, por exemplo, deve-se misturar bem o líquido no recipiente. Em seguida, você deve retirar porções de líquido de diferentes partes do recipiente, do fundo, do meio e de cima, misturando as porções no final. Para alimentos semissólidos (queijos duros e chocolate): as amostras devem ser raladas grossei- ramente e depois pode ser utilizado o método de quarteamento. Já para o caso de alimentos úmidos, como carnes, peixes e vegetais, a amostra deve ser picada ou moída e misturada; e depois, se necessário, passar pelo quarteamento. No caso de carnes, separar os ossos, a pele ou o couro e para pescados, de- ve-se retirar componentes não comestíveis, como a espinha. Em seguida, toma-se a alíquota suficiente para análise. A estocagem deve ser sob refrigeração. Para alimentos semiviscosos e pastosos (pudins, molhos etc.) e alimentos líquidos contendo sólidos (compotas de frutas, vegetais em salmoura e produtos enlatados em geral), as amostras devem ser homogeneizadas em liquidificador ou multiprocessador, e as alíquotas retiradas para análise. Caso deseje analisar separadamente os diferentes componentes da amostra (compotas, conservas etc.), faça a separação dos componentes por processo manual ou mecânico. Para alimentos com emulsão, como manteiga e margarina, as amostras devem ser cuidadosa- mente aquecidas a 35 oC em frasco com tampa, em seguida, deve-se fazer agitação para promover a homogeneização. Já 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 homoge- neizadas inteiras no liquidificador. Um ponto muito importante é que as amostras devem ser analisadas o mais breve possível depois da coleta, mas se isso não for possível, devem-se armazená-las de maneira adequada e, inclusive, uti- lizando técnicas como secagem e congelamento se forem necessários. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/11515 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/11514 UNICESUMAR 32 O resfriamento ou congelamento, por exemplo, podem ajudar a preservar a amostra, já que dimi- nuem as mudanças lipídicas e ajudam a controlar o ataque oxidativo e microbiológico. A escolha do método de preservação da amostra vai depender do tipo alimento, do período de estocagem e das condições de estocagem. Depois da amostragem, é necessário fazer o tratamento da amostra antes que ela seja analisada. Cada amostra vai precisar de um tratamento específico, que varia de alimento para alimento, mas os mais utilizados são moagem de sólidos, filtração de partículas sólidas, eliminação de gases, entre outros. A preparação da amostra é uma das etapas mais difíceis da análise. Em seguida, a amostra vai passar pelo processo de extração. Nessa etapa, faz-se a extração do analito que se pretende quantificar. A extração pode ser feita com água, solventes orgânicos, soluções ácidas ou alcalinas. Os regentes químicos introduzidos na preparação do extrato não poderão interferir nos passos seguintes da análise ou, se o fizerem, deverão ser de fácil remoção. Depois de preparado o extrato, é necessária a separação do analito de interesse dos demais com- postos presentes na amostra. Procedimentos envolvendo íons são usados para substâncias inorgânicas. Extrações com solvente e processos cromatográficos são melhores para substâncias orgânicas. Depois de separado o analito, é possível fazer a medida de uma certa quantidade dele, em duplicata ou triplicata, e em seguida pode-se avaliar a quantidade relativa do componente na amostra. Todos os resultados devem ser registrados adequadamente, felizmente muitos instrumentos mo- dernos são operados por computador e por isso os resultados já são apresentados na forma de gráficos ou tabelas. Porém outros cálculos podem ser necessários para apresentar os resultados de maneira adequada, como as análises estatísticas. É necessário estimar a precisão dos resultados, ou seja, até que ponto eles podem ser reproduzidos. Isso porque, como todas as medidas físicas, os resultados obtidos estão sujeitos a alguma incerteza. A precisão é expressa em termos da diferença numérica entre um determinado valor experimental e a média de todos os resultados experimentais. Bom, como você pode notar, há uma grande diversidade de métodos para analisar os alimentos, isso porque, como já comentamos, existe uma variedade muito grande de matrizes de alimentos. Você, como futuro(a) profissional de saúde, poderá atuar em um laboratório de bromatologia realizando análises para verificar contaminação em alimentos, por exemplo. Para isso, você precisa ter conhecimento dos vários pontos abordados ao longo dessa Unidade, como conhecer as funções de um analista, as boas práticas de laboratório e os principais métodos de análises. Lembre-se que a escolha do método mais adequado vai depender do alimento que estamos estudando e dos ob- jetivos finais da análise. Sendo assim, cabe ao analista terconhecimento das principais técnicas de análises dos alimentos. 33 Vamos verificar, agora, quais são os principais itens que discutimos nesta unidade. Como sugestão, proponho que você complete o mapa mental abaixo, tendo em mente os principais conceitos tra- balhados. Para te ajudar, eu completei algumas caixas e deixei outras vazias. Agora é com você! BROMATOLOGIA Composição química Importância Qualitativo Métodos analíticos Etapas de Análise Amostragem Analista Dados analíticos con�áveis 34 1. A bromatologia é a ciência que estuda os alimentos sob vários aspectos. Assinale a alternativa correta com relação as aplicações da bromatologia: a) Não se preocupa com a análise dos alimentos e seus componentes químicos, naturais ou adicionados intencional ou acidentalmente. b) Não se dedica ao estudo das bases de uma alimentação saudável e equilibrada a partir do conhecimento da função dos componentes dos alimentos no organismo. c) Responsável pela etapa analítica para atestar pureza de laticínios, excluindo-se a coleta e preparo da amostra. d) Procura garantir a qualidade dos alimentos, mas não se dedica à elaboração de normas e legislações adequadas para reprimir fraudes. e) Contribui para as inovações tecnológicas de alimentos, no que diz respeito ao desenvolvimento de novos produtos e padrões de qualidade. 2. Assinale as alternativas como verdadeira ou falsa e justifique a sua resposta. ) ( A maioria dos alimentos são materiais complexos constituídos por uma série de nutrientes. Às empresas alimentícias é facultado que estes componentes, como por exemplo vitaminas e proteínas, sejam determinados em rótulos. ) ( O conhecimento da composição dos alimentos consumidos no Brasil é fundamental para se alcançar a segurança alimentar e nutricional. ) ( As Boas Práticas de Laboratório (BPL) ajudam a definir como os estudos são realizados, pla- nejados e monitorados nos laboratórios. ) ( Não é de responsabilidade do analista tentar minimizar os erros que são inerentes ao pro- cesso, para que eles não afetem significativamente o resultado final. 3. Suponha que você trabalhe em um laboratório de análise de alimento e seu supervisor te dê a tarefa de quantificar aflatoxina em amostras de amendoim. Você faz uma pesquisa prévia e descobre que a contaminação por aflatoxinas em alimentos ocorre pela prolifera- ção, principalmente do fungo Aspergillus flavus, e que essas microtoxinas apresentam efeitos imunossupressores, carcinogênicos, mutagênicos e teratogênicos, mesmo em quantidades extremamente pequenas. Dentro desse contexto, qual método você escolheria para realizar essa análise, Convencional ou Instrumental? Justifique sua resposta. 2 Prezado(a) estudante, nesta unidade, você terá a oportunidade de entender sobre a ciência por trás do estudo da composição de ali- mentos. A composição dos alimentos constitui uma importante parte do estudo da ciência dos alimentos, e é por meio deste que podemos entender quais nutrientes nosso organismo necessita e que tipos de alimentos são melhores para pessoas que possuem restrições alimentares. No mundo em que vivemos atualmente, a demanda por alimentos balanceados e com nutrientes que sejam importantes para nossa dieta é cada vez mais requerida. Vamos iniciar?! Composição Proximal dos Alimentos Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 36 Como pode uma pessoa viver se controlando com o consumo de açúcar? Você consegue imaginar isso? Pães, doces, massas... Hummm! Eu comeria uma pa- nificadora inteira! Então, não consigo imaginar como é ter que se controlar. Mas minha avó, sim, ela tem diabetes. Quase todos nós conhecemos alguém que sofre com esse tipo de restrição alimentar. Mesmo com a tecnologia evoluindo cada vez mais, milhões de pessoas precisam saber o que estão in- gerindo durante sua alimentação para que não colo- quem em risco sua saúde. Saber as quantidades de açúcares presentes nos alimentos, por exemplo, nos permite melhor controle da ingestão de carboidratos. UNIDADE 2 37 INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção de 50g (1/2 xícara de chá) Quantidade por porção %VD(*) Valor energético 149Kcal = 626KJ 8 Carboidratos 29g 10 Proteínas 6g 8 Gorduras Totais 1g 2 Gorduras Saturadas 0g 0 Gorduras Trans 0g ** Fibra Alimentar 0g 0 Sódio 0mg 0 Ferro 2,1mg 15 Ácido Fólico (Vitamina B9) 75cmg 31 (*) % Valores diários de referência com base em uma dieta de 2000kcal ou 8400KJ. Seus valores diários podem ser maiores ou menores, dependendo de suas necessidades energéticas. (**) %VD não estabelecido. INGREDIENTES: Farinha de trigo enriquecida com ferro e ácido fólico (Vitamina B9). Tabela 1 - Tabela nutricional obtida de um pacote de farinha de trigo / Fonte: adaptada de Famiglia Venturelli ([2022a], on-line) e Renata ([2022a], on-line). Segundo a Organização Pan-Americana da Saúde, braço da Organização Mundial da Saúde, “o diabetes é uma doença metabólica crônica caracterizada por níveis elevados de glicose no sangue. Está asso- ciada a uma deficiência absoluta ou relativa na secreção e/ou ação da insulina” (PAHO, 2021, on-line). Estima-se que 30 a 40% das pessoas com diabetes, nas Américas, não são diagnosticadas, e que 50 a 75% dos casos de diabetes não são controlados. A Organização ainda cita que existe uma meta, globalmente acordada, para tratar o avanço da doença até 2025. Controlar o consumo de açúcar não deve ser nada fácil, afinal, carboidratos estão presentes em pra- ticamente todo tipo de alimento. São diferentes formas, seja como açúcares, fibras ou outras fontes. Para que possam tentar viver de maneira mais tranquila, é importante que essas pessoas estejam informadas e atentas aos rótulos dos alimentos, especialmente com relação à quantidade de açúcares (carboidratos). Convido você, prezado(a) estudante, a analisar as tabelas 1 e 2 que trazem as informações contidas nos rótulos de dois alimentos muito comuns no nosso dia a dia, a farinha de trigo e a massa. UNICESUMAR 38 INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção de 80g (1 xícara de chá) Quantidade por porção %VD(*) Valor energético 286 kcal = 1200 KJ 14 Carboidratos 60g 20 Proteínas 9,6g 13 Gorduras Totais 0,8g 1 Gorduras Saturadas 0g 0 Gorduras Trans 0g ** Fibra Alimentar 2,4g 10 Sódio 0mg 0 (*) % Valores diários de referência com base em uma dieta de 2000kcal ou 8400KJ. Seus valores diários podem ser maiores ou menores, dependendo de suas necessidades energéticas. (**) %VD não estabelecido. INGREDIENTES: Sêmola de trigo durum. Tabela 2 - Tabela nutricional obtida de um pacote de massa / Fonte: adaptada de Famiglia Venturelli ([2022b], on-line) e Renata ([2022b], on-line). Perceba que os compostos (oriundos dos ingredientes) estão colocados em ordem crescente de quanti- dade. Contudo, o que eles representam de fato? Como esses valores foram determinados/descobertos? Quanto cada ingrediente contribui com cada um dos compostos descritos na tabela nutricional? Proponho a você um pequeno desafio: calcule a porcentagem (%) de carboidratos presentes na farinha e a porcentagem (%) de carboidratos presentes na massa. Para isso, basta dividir a quantidade de carboidratos pela quantidade da porção e multiplicar o resultado por 100. Após o cálculo, reflita por que, apesar de a massa ser produzida apenas com trigo, ela possui mais carboidratos que a farinha. Para te ajudar com esse exercício, pesquise qual a espécie de trigo utilizado na produção da farinha e da massa, bem como a diferença entre farinha e sêmola. Anote essas infor- mações em seu Diário de Bordo. UNIDADE 2 39 Os componentes dos alimentos, geralmente, são medidos pelas seguintes razões: • Formulação e desenvolvimento de novos produtos. • Avaliação de novos processos para a fabricação de produtos alimentícios. • Identificação de produtos inaceitáveis • Desenvolvimento ou verificação de um rótulo nutricional. • Verificar a qualidade dos ingredientes. • Verificar a composição durante o processamento. • Determinar oproblema que resultou na reclamação de um consumidor. • Verificar a composição das amostras dos concorrentes. Um ponto muito importante a ser considerado em qualquer tipo de alimento é que, apesar de eles poderem conter os mesmos ingredientes, a espécie do ingrediente (como no caso do trigo) e a quan- tidade utilizada de cada ingrediente pode ser muito diferente nos alimentos. Isso faz com que as tabelas nutricionais para os mesmos tipos de alimentos possam ser diferentes. Para que essa composição nutricional seja determinada, é preciso entender como os ingredientes dos alimentos são formados. Por exemplo: quando no rótulo está descrito que um dos ingredientes é trigo, como saber qual é a composição do trigo? Bom, já adianto que o trigo tem como principais componentes o amido e o glúten. “Sim, professora, isso é fácil. Todo mundo sabe”. Ok! Agora, você sabe quanto de amido tem o trigo? E quanto de glúten? UNICESUMAR 40 Os alimentos podem ser processados, ou não, para serem embalados e vendidos. No entanto, o nível de processamento impacta na tabela nutricional desse alimento. Um grande exemplo é o trigo, que estamos utilizando como nosso caso de estudo nesta unidade. Se analisarmos a tabela nutricional de um pacote de farinha “normal” e um pacote de farinha integral, que diferenças podemos observar? Acesse o QR Code para saber mais. Para que possamos determinar esses compostos, uma série de análises químicas são realizadas. São métodos específicos para cada tipo de composto que queremos analisar: carboidratos, proteínas, óleos e gorduras. Além disso, o tipo de matriz influencia como esses métodos serão desenvolvidos: matrizes sólida, semissólida ou líquida, por exemplo. Nessas análises, compostos químicos reagem entre si para que uma determinada substância (composto do ingrediente) tenha sua quantidade/concentração conhecida. Mas a primeira pergunta a ser feita é: do que é composto o ingrediente em questão que queremos analisar? Ou seja, o que ele contém? Contém carboidratos? Gorduras? Proteínas? Para saber essas informações, é importante realizar uma breve pesquisa na literatura científica, a qual também lhe dará outras informações sobre a composição do ingrediente. Contudo, não basta apenas a literatura. Uma mesma espécie qualquer de planta, por exemplo, que se desenvolveu em lugares diferentes, pode apresentar composição diferente (quantidades diferentes de cada composto). Por isso, é importante que essas análises sejam realizadas. As análises são divididas em métodos convencionais ou clássicos e instrumentais. As análises clás- sicas, gravimetria e volumetria, utilizam equipamentos, como balanças, estufas vidrarias para medição exata de volumes, entre outros. São mais simples e baratas, normalmente aplicadas para macronutrientes. Já as análises instrumentais utilizam equipamentos complexos. Possuem custo elevado e mão de obra especializada, empregadas, principalmente, para micronutrientes e nutrientes traço. A quantificação desses compostos é realizada por uma série de análises, dentro da Bromatologia. Por meio dessas análises, podemos determinar a composição proximal de cada ingrediente, de cada alimento. A composição proximal é a quantidade de cada composto (água, carboidratos, proteínas, gorduras, sais minerais, vitaminas, entre outros) presente em 100 g do ingrediente. Ela expressa de forma básica o valor nutritivo de um alimento. Talvez isso deixe tudo mais claro. Quando analisamos o trigo, este é composto por: umidade (água), casca, amido, proteínas (glúten, especialmente), cinzas (minerais), e uma série de outros compostos presentes em maior ou menor quantidade. É dessa forma que conhecemos cada um dos ingredientes presentes nos alimentos. É a partir desses ingredientes (com quantidades conhecidas de seus compos- tos) que podemos organizar uma tabela nutricional para os alimentos. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10193 UNIDADE 2 41 Nos alimentos, os nutrientes estão distribuídos em três grandes grupos: macronutrientes, micronutrien- tes e nutrientes traço. Essa classificação se dá em função da quantidade em que são encontrados nos alimentos. • Macronutrientes são nutrientes que estão pre- sentes em grandes quantidades nos alimentos: água, carboidratos, proteínas, gorduras, entre outros. Nosso organismo, precisa de macronu- trientes em grandes quantidades, consumidas diariamente em diversos tipos de alimentos, pois nos fornecem energia. • Micronutrientes são nutrientes que estão pre- sentes em pequenas quantidades nos alimen- tos, mas que são extremamente importantes para nosso organismo: sais minerais, como cál- cio, fósforo, magnésio, sódio, potássio etc., vita- minas, entre outros. São utilizados, por exem- plo, como cofatores de enzimas e auxiliam no controle do metabolismo do nosso organismo. • Nutrientes traço são substâncias que estão presentes em quantidades ainda menores, que somente um equipamento moderno pode detectar. Nesse grupo, podemos desta- car alguns minerais, como: ferro, cobre, iodo, selênio, entre outros. São importantes, pois, auxiliam em estruturas celulares, como gló- bulos vermelhos e mitocôndrias. Para compreender melhor o que são macro e micronutrientes, vamos estudar o trigo, ingrediente presente em muitos alimentos do nosso dia a dia, especialmente no pão. Observe a imagem a seguir, que apresenta a composição do trigo (Figura 1). UNICESUMAR 42 COMPOSIÇÃO DO GRÃO CASCA GÉRMEN ENDOSPERMA FARELO Descrição da Imagem: a imagem apresenta, à esquerda, a ilustração de uma espiga de trigo amarela sobre um fundo verde. À direita, um corte longitudinal de um grão de trigo com as suas principais estruturas: casca, farelo, endosperma e gérmen, representando a anatomia do grão. A casca se encontra na camada mais externa envolvendo o farelo e, mais internamente, o endosperma e o gérmen. Perceba que o endosperma compõe a maior parte do grão. É nele que encontramos a maior quantidade de proteínas dos grãos e o amido. Figura 1 - Anatomia de um grão de trigo Bom, tendo isso em mente, fica fácil imaginar que os carboidratos (aqui representados pelo amido) são os compostos em maior quantidade nesse alimento. E quais são as principais análises necessárias para conhecermos os alimentos? Vamos conhecer agora! Os alimentos são formados por diferentes compostos. Eles apresentam propriedades físicas e quí- micas diferentes e desempenham distintos papéis no nosso organismo. Já os compostos são formados, principalmente, por carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N): CHON (BONILHA, 2021), embora muitos outros elementos possam estar presentes nos compostos dos alimentos. UNIDADE 2 43 • Alimentos perecíveis são aqueles que podem sofrer degradação rapidamente, perdendo suas atribuições de qualidade e nutricionais. Normalmente, são alimentos que apresentam elevados teores de água e podem ser in natura ou processados. • Alimentos não perecíveis, por outro lado, possuem vida de prateleira mais longa. Nor- malmente, possuem menores teores de água, se comparados aos alimentos in natura. Não sofrem com degradação acelerada, se comparados aos produtos perecíveis. Também podem ser in natura ou processados. Um dos mais renomados Institutos de Análises de Alimentos no Brasil é o Adolf Lutz, do Estado de São Paulo. Fomentando a pesquisa e o de- senvolvimento, oferecem serviços em diferentes frentes, seja na área de alimentos, saúde, entre outros. O Manual de Métodos físico-químicos para análise de alimentos, do Instituto Adolfo Lutz, é utilizado como base para os laboratórios de todo o Brasil que trabalham com controle de qualidade de alimentos. Esse manual está disponível gratuitamente na página online da Secretaria de Estado da Saúde, do Governo do Estado de São Paulo. Ele será nosso guia no entendimento dos princípios das análises dos principais constituintes presentes nos alimentos. Para acessar a página e fazer o download do manual em pdf,basta acessar o QR Code. Vamos, então, estudar o primeiro e um dos mais abundantes compostos presentes nos alimentos: a água. Ela está presente em, praticamente, qualquer alimento. Produtos de origem vegetal (in natura): frutas, verduras, legumes, entre outros; e produtos de origem animal (in natura): carnes, leite, ovos, entre outros. No caso dos alimentos processados, o teor de água pode variar dependendo do tipo de processa- mento e das necessidades de vida de prateleira (shelf life) dos produtos. Produtos que possuem elevados teores de água tendem a ser mais perecíveis. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/11716 UNICESUMAR 44 A determinação da umidade é uma das medidas mais importantes e utilizadas na análise de alimentos. A umidade de um alimento está relacionada com a sua estabilidade, qualidade e composição, podendo afetar a estocagem, embalagem e o processamento dos alimentos. Algumas dificuldades encontradas na determinação de umidade dos alimentos envolvem: sepa- ração incompleta da água do produto, decomposição do produto e perdas de substâncias voláteis dos alimentos que serão calculadas como peso em água. A escolha do método vai depender da forma a qual a água está presente na amostra, da natureza da amostra, da quantidade relativa de água, da rapidez desejada na determinação e do equipamento disponível. A água pode estar presente de diferentes formas nos alimentos: água livre e água ligada. Um dos parâmetros que mais influenciam na composição do alimento é a umidade (água livre). Ela pode ser determinada pela remoção da água desse alimento, utilizando-se calor. Para isso, são utilizados equi- pamentos como estufa com circulação de ar, dessecador e balança (Figura 2). Uma porção conhecida do alimento é submetida à secagem em estufa e tem sua massa determinada em balança. A cada 24h de exposição ao calor (105 ºC), a amostra é retirada da estufa e resfriada em dessecador contendo sílica-gel, para que não absorva umidade do ar. Então, após resfriada, a amostra tem sua massa, em gramas (g), medida. Esse processo é repetido até que a massa da amostra seca não sofra alteração. A umidade do alimento é expressa em porcentagem (%). ESTUFA DESSECADOR BALANÇA Descrição da Imagem: a imagem três equipamentos utilizados no processo de determinação da umidade dos alimentos. Da esquerda para a direita, temos a estufa, o dessecador e a balança. O primeiro equipamento consiste em uma caixa retangular de cor branca com uma porta frontal e um visor na parte inferior. A segunda imagem é de um recipiente fechado com forma oval e um fundo chato, possui uma tampa da parte superior, é transparente e na parte interna tem uma placa circular com furos. O último equipamento con- siste em uma caixa quadrada com as paredes laterais e frontal transparente. No centro da caixa tem um círculo de metal e na parte inferior um visor. Figura 2 – Processo para determinação de umidade em alimentos UNIDADE 2 45 Contudo, esses três equipamentos apresentados podem ser substituídos por um único equipa- mento, o analisador de umidade (Figura 3). Esse equipamento foi construído especificamente para determinação de umidade de amostras, ou seja, aquece a amostra e mede sua massa simultânea e automaticamente. Descrição da Imagem: a imagem fotográfica apresenta um equipamento de cor clara, com uma câmara fechada, na qual a amostra de alimento é colocada para análise. Na parte frontal inferior, há uma série de botões coloridos que alteram as funções e ligam o equipamento. Também há um visor eletrônico iluminado que apresenta os valores de mas- sa e umidade da amostra analisada. Figura 3 - Analisador de umidade, desidrata a amostra de alimento e mede sua massa simultaneamente. O cálculo da umidade do alimento é realizado considerando-se as massas inicial e final do alimento (antes e após a secagem). Para tanto, basta diminuir a massa final da inicial, dividir pela massa inicial, e multiplicar por 100, como mostra a equação a seguir. U g g g inicial final inicial (%) � � �100 Várias outras análises dos alimentos têm como princípio a comparação entre as massas inicial e final da amostra, o que torna de fácil determinação o teor do composto na amostra do alimento analisado. Existem outros métodos de secagem que podem ser utilizados para a determinação da umidade em alimentos: secagem por radiação infravermelha, secagem em forno micro-ondas, secagem em dessecadores. Além disso, podem ser usados os métodos de destilação, métodos químicos e métodos físicos. Contudo o método mais utilizado é o de secagem utilizando estufa com circulação de ar como detalhamos acima. Vamos, agora, conhecer um outro composto que está presente em grandes quantidades na maior parte dos alimentos: o carboidrato. Carboidratos (glicídios ou sacarídeos) são moléculas químicas compostas por Carbono Hidratado, ou seja, são substâncias constituídas por moléculas de carbono, oxigênio e hidrogênio, eles servem como fontes de energia, adoçantes naturais, matéria-prima para produtos fermentados, além de possuírem funções nutricionais. UNICESUMAR 46 Os carboidratos estão presentes nos alimentos de diferentes formas, as mais comuns são: monossacarídeos - glicose, frutose; dissacarídeos - sacarose e lactose; polissacarídeos - amido e ce- lulose (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2008). Nosso organismo necessita de grande quantidade de carboidratos, afinal, são eles que fornecem energia para que nossas células possam trabalhar. A determinação de carboidratos é mais complexa que a de- terminação de umidade. Isso porque os carboidratos, como o amido (Figura 4a), por exemplo, são unidos por ligações quími- cas que precisam ser quebradas para quantificação desses com- postos. Outros, por sua vez, encontram-se livres e são analisados sem a necessidade dessa quebra da qual falamos (Figura 4b). Descrição da Imagem: a imagem da esquerda é a estrutura química da molécula de amido formada por átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio. Ela consiste em quatro anéis heterocíclicos na conformação cadeira, sendo que o anel cen- tral está ligado aos outros três pelos átomos de oxigênio. A imagem da direita é a estrutura química da molécula de glicose, formada por átomos de carbono, oxigênio e hidrogênio dispostos em um anel heterocíclico. Figura 4 – a) Exemplo de um polissacarídeo, um carboidrato complexo b) exemplo de um monossacarídeo, um carboidrato simples. Amido Glicose Para determinação de glicídios totais, há necessidade de que ocorra a hidrólise ácida à quente dos sacarídeos presentes nos alimentos. O alimento deve ser desengordurado (ter sua gor- dura removida) e passa por esse aquecimento durante um pe- ríodo de tempo determinado e que depende de como a matriz se encontra (sólida, semissólida ou líquida). Isso transforma os carboidratos complexos (dissacarídeos e polissacarídeos) em simples (monossacarídeos). Então, utilizando diferentes substâncias químicas os glicídios reagem e formam compostos coloridos que são analisados por técnicas de volumetria ou espectrofotometria, principalmente. UNIDADE 2 47 A curva de calibração para quantificação de carboidratos, no caso de análises realizadas em espectrofotômetro, é construída preparando-se várias soluções de glicose, com concentração conhecida. Após esse processo, essas soluções são colocadas em reação com as substâncias colorantes e, posteriormente, analisadas no espectrofotômetro. Uma equação de reta do tipo y = ax + b é gerada a partir dos dados e, então, as amostras em análise podem ter seus teores de glicídios determinados. A determinação de carboidratos e outros nutrientes pode ser realizada considerando a presença de água, ou não. À maneira na qual não consideramos a água é denominada base seca. O que isso signi- fica? Quando estamos quantificando nutrientes, podemos “descontar” a água presente nos alimentos e fazer o cálculo. Vamos a um exemplo hipotético, na Tabela 3 a seguir. Bureta Suporte para bureta Titulante TorneiraFrasco Solução de analito com indicador A B Descrição da Imagem: na imagem ilustrada à esquerda (a), há uma haste universal (suporte), uma bureta e um frasco de Erlenmeyer contendo um líquido de cor verde em seu interior, abaixo da bureta. À direita, há uma mão protegida com luva, colocando um pequeno recipiente dentro de um equipamento. Esse recipiente pequeno contém um líquido de cor amarela em seu interior. Figura 5 – a) Técnica de Volumetria e b) Espectrofotometria A quantificação desses glicídios é realizada com base nas quantidades (massa) de reagentes gastos, no caso da volumetria. Já no caso da espectrofotometria para poder quantificar os açúcares (expressos como glicose) é necessário que uma curva de calibração seja construída. Na figura a seguir (Figura 5 a e 5b), podemos ver os dois tipos de equipamentos/métodos. UNICESUMAR 48 Composto Base úmida Base seca g % g % Água 15 15 - - Carboidratos 70 70 70 82,35 Proteínas 10 10 10 11,76 Lipídeos 5 5 5 5,88 Massa total 100 85 Tabela 3 - Exemplo hipotético de quantificação de compostos considerando base seca e base úmida, em 100 g de um dado alimento Perceba que, quando a água foi “desconsiderada” (Base seca), a massa total da amostra passou a ser 85 g, e não mais 100 g (Base úmida). Assim, o cálculo da porcentagem dos constituintes carboidratos, proteínas e lipídeos, passou a ser com relação à soma de 85 g: 70 g de carboidratos + 10 g de proteínas + 5 g de lipídeos. O cálculo em base seca é apresentado na equação a seguir. % int int constitu e constitu e total g g � � S 100 Cabe ao analista, no momento da confecção do laudo de análise – ou das práticas estabelecidas pelo laboratório, informar se os cálculos foram realizados em base úmida (considerando a água) ou base seca (sem considerar a água). Bom, já vimos que dois dos principais constituintes dos alimentos são quantificados de diferentes formas. Então, vamos entender como outros dois principais constituintes, que são as proteínas e as gorduras, são quantificados. As proteínas estão presentes em diferentes tipos de alimentos e são muito importantes para nosso organismo. Elas são constituídas de aminoácidos ligados entre si e podem compor os alimentos desde pequenas quantidades (frutas e verduras) até grandes quantidades (soja e carnes). UNIDADE 2 49 Da mesma forma que os carboidratos, por se tratar de uma molécula complexa composta por várias moléculas simples ligadas entre si (Figura 6), as proteínas são quebradas em meio ácido para que o teor de nitrogênio total (as proteínas são fontes de nitrogênio) seja quantificado. Digestão da proteína Proteína Peptídeos Aminoácidos Descrição da Imagem: a ilustração apresenta bolas amarelas, azuis, vermelhas e verdes, que ilustram os aminoácidos. Na primeira imagem, várias bolas coloridas estão ligadas de maneira desalinhada por um fio cinza; na sequência, uma seta aponta para a segunda imagem, que mostra dois conjuntos de bolas coloridas ligadas por um fio cinza. Por fim, uma segunda seta aponta para várias bolas coloridas muito próximas umas das outras, mas sem nenhuma ligação. Figura 6 – Exemplificação da digestão da proteína formando aminoácidos As proteínas são digeridas e transformadas em amônia, por uma técnica chamada digestão de Kjeldahl (INSTITUTO ADOLFO LUTZ, 2008), em um processo de destilação. Neste método, desenvolvido em 1883, a amostra é digerida com ácido sulfúrico concentrado a 350-400 C, com o auxílio de um catalisador (CuSO4). Em seguida, são realizadas as etapas de neutralização com hidróxido de sódio e destilação. Após esse processo, o conteúdo de nitrogênio é titulado (técnica de volumetria) com ácido clorídrico (HCl), essa técnica se baseia na equivalência entre o conteúdo de nitrogênio na amostra e o HCl usado na titulação. Porém, para que seja quantificado como proteína, fatores de correção são empregados para fazer esse cálculo. A maioria dos alimentos possui em média 16% de nitrogênio, portanto: 16g de N ----------------100g de proteína 1g de N --------------------X X = 100/16 = 6,25 UNICESUMAR 50 O teor de proteína bruta de um alimento é obtido pela multiplicação do teor de nitrogênio total pelo fator de conversão (6,25). Contudo, em muitos outros alimentos, o teor de nitrogênio das proteínas é diferente da média geral. Para esses alimentos, utilizam-se outros fatores, conforme apresentado na Tabela 4. Entretanto, por que os fatores são diferentes para os diferentes tipos de alimentos? Alimento Fator Farinha de Centeio 5,83 Farinha de Trigo 5,83 Macarrão 5,70 Cevada 5,83 Aveia 5,83 Amendoim 5,46 Soja 6,25 Arroz 5,95 Amêndoas 5,18 Castanha do Pará 5,46 Avelã 5,30 Coco 5,30 Outras Nozes 5,30 Leite e Derivados 6,38 Margarina 6,38 Gelatina 5,55 Outros Alimentos 6,25 Tabela 4 - Fatores de conversão de nitrogênio total em proteína / Fonte: Instituto Adolfo Lutz (2008). Isso acontece porque alguns aminoácidos presentes nas proteínas possuem cadeias que contêm mais nitrogênio que outros aminoácidos em sua estrutura química (Figura 7). Isso faz com que diferentes alimentos possuam proteínas com teores diferentes de nitrogênio. Então, os fatores maiores que 6,25 indicam que as cadeias de proteínas possuem menos nitrogênio em sua composição, se comparada à média geral (16%). Já os fatores menores que 6,25 se dão porque as proteínas possuem maiores teores de nitrogênio, se comparadas à média geral (16%). UNIDADE 2 51 Glicina Arginina Descrição da Imagem: estruturas químicas da glicina e da arginina, formadas pelos elementos carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogê- nio. Em ambas as estruturas, bolas vermelhas representam os átomos de oxigênio, bolas azuis os átomos de nitrogênio, bolas cinzas os átomos de carbono e bolas menores brancas os átomos de hidrogênio. Observa-se que a estrutura da arginina possui quatro átomos de nitrogênio, enquanto que a estrutura da glicina possui apenas um átomo de nitrogênio. Figura 7 – Estrutura química das moléculas de glicina e arginina Algumas vantagens desse método é que ele é aplicável a todos os tipos de alimentos, é relativamente simples, não é caro e se trata de um método oficial para a determinação de proteínas (preciso). Contudo, é um método demorado, envolve reagentes corrosivos e mede nitrogênio orgânico total, não apenas nitrogênios de proteínas. Existem, também, métodos que analisam o teor de carbono presente na amostra. Nesses métodos, a digestão é considerada mais fácil do que para o nitrogênio, resultam em menores erros por causa da maior quantidade de carbono em relação ao nitrogênio e os fatores de correção são mais constantes. Contudo, existe uma maior dificuldade em separar os carbonos pertencentes à proteína dos carbonos a outros componentes. Para carboidratos e proteínas, vimos que as análises são um pouco mais extensas, pois, precisamos “quebrar” compostos complexos, a fim de obter compostos mais simples para poder analisá-los. Con- tudo, nem todas as análises são tão complexas, quantificação de umidade (água) em um alimento, por exemplo, é uma análise bem simples. Outra análise considerada simples é a determinação de lipídeos. Vamos dar uma olhada? Também os chamados de gorduras (é assim que está descrito nas tabelas nutricionais), e diferente do que muita gente pensa, os lipídios normalmente não são vilãos da nossa saúde. Existe uma série de grupos de lipídeos, cada um com suas características nutricionais, porém, se consumidos de maneira desregrada, podem trazer problemas à nossa saúde. UNICESUMAR 52 Entre os grupos de lipídeos que são benéficos estão os de ácidos graxos insaturados: ômega 3, ômega 6, entre outros. Para que possam ser quantificados, os lipídeos precisam ser extraídos dos alimentos; essa extração é realizada utilizan- do-se solvente orgânico, como éter de petróleo, éter etílico, hexano ou uma mistura de todos esses solventes. A amostra é triturada, colocada em um cartu- cho de celulose e o solvente é adicionado.Tudo fica acondicionado em um equipamento chama- do Extrator de Soxhlet (Figura 8). Descrição da Imagem: na imagem fotográfica, temos um equipamento para extração de gordura dos alimentos. Na parte de baixo, há um suporte de aquecimento e dentro dele existe uma vidraria no formato de um balão, a qual contém, em seu interior, um líquido amarelado. Acima deste balão, um cilindro de vidro contendo um cartucho de celulose e líquido amarelado. Esse cilindro está preso a uma haste de ferro, que fica atrás do equipamento. Figura 8 - Extrator de Soxhlet com cartucho de celulose e amostra em processo de extração O extrator de Soxhlet opera com refluxo de solvente e é um processo de extração intermitente. Uma das grandes vantagens desse método é que ele evita temperaturas elevadas do solvente na amostra. Após essa extração, os lipídeos se concentram na fase líquida, que fica no balão. Essa amostra, então, é levada para uma estufa para evaporação do solvente, até restar apenas os lipídeos. O cálculo para determinação dos lipídeos é realizado considerando-se a massa da amostra utilizada e a massa de lipídeos que restou no final, após a evaporação do solvente. %lipídeos g g lipídeos amostra � �100 Como você pode perceber, a quantidade de lipídeos é determinada em porcentagem massa / massa (% g/g). Os lipídios também podem ser extraídos com solventes a frio em tubos de ensaio, sem necessitar de equipamentos especializados. Contudo, quando a gordura está ligada a proteína ou a carboidrato (amostras de leite, por exemplo), é preciso realizar uma hidrólise ácida ou uma hidrólise alcalina para a determinação desses compostos. Outra análise muito empregada para fins de avaliação nutricional e de segurança de um alimento é a determinação de minerais. A cinza de um alimento é o ponto de partida para essa análise, ela corres- ponde ao resíduo inorgânico que permanece após a queima da matéria orgânica que é transformada em CO2, H2O e NO2 (óxido nítrico). UNIDADE 2 53 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. A cinza não tem, necessariamente, a mesma composição que a matéria mineral presente originalmente no alimento, pois podem ocorrer perdas por volatilização ou alguma interação entre os constituintes da amostra. A determinação dos constituintes minerais nos alimentos pode ser realizada de duas maneiras: determinação da cinza total e determinação dos componentes individuais da cinza. Níveis adequados de cinza total são um indicativo das propriedades funcionais de alguns produtos alimentícios, além de serem um parâmetro útil para verificação do valor nutricional de alguns alimentos e rações. A determinação de cinza total é uma técnica simples e útil para análise de rotina, para essa análise utilizam-se forno mufla e cadinho (Figura 9). O preparo da amostra vai depender do tipo de alimento que se pretende analisar, por exemplo, amostras líquidas ou úmidas devem ser secas em estufa antes da determinação de cinzas. Costuma-se usar a amostra que foi utilizada para a determinação de umi- dade. Já os produtos que contêm grande quantidade de matéria volátil, como condimentos, devem ser aquecidos vagarosamente de maneira que comecem a fumegar sem pegar fogo. Descrição da Imagem: a imagem da direita é um utensílio branco no formado de um pequeno vaso. A imagem da esquerda é um equipamento no formato de uma caixa quadrada, na parte frontal existe uma tampa que abre de baixo para cima e na parte frontal inferior tem um visor e um botão redondo. Figura 9- Cadinho de porcelana e forno mufla UNICESUMAR 54 A temperatura e o tempo de incineração na mufla também dependem do tipo de alimento analisado. Produtos cárneos, frutas, açúcares e produtos vegetais, por exemplo, podem ser incinerados a 525 °C; já produtos de cereais, produtos lácteos (com exceção da manteiga, que utiliza 500 ºC), peixes, temperos, condimentos e vinho podem ser incinerados a 550 °C. No que diz respeito ao tempo, para a maioria dos alimentos, a carbonização está terminada quando o material se torna completamente branco ou cinza, e o peso da cinza fica constante. Um detalhe muito importante para se garantir o sucesso dessa análise diz respeito à maneira como o analista manuseia o cadinho com a cinza antes da pesagem, isso porque ela é muito leve e pode voar facilmente. Além disso, algumas cinzas são muito higroscópicas (absorvem umidade do ar) e por isso deve-se cobrir o cadinho com vidro de relógio mesmo quando estiver no dessecador e pesar a amostra o mais rápido possível. A análise dos componentes individuais da cinza é indispensável para se determinar a presença de compostos prejudiciais à saúde, como aqueles provenientes da pulverização das plantas com agrotó- xicos ou resíduos de processos industriais. Além de resíduos metálicos, como chumbo e mercúrio, que podem ter efeitos tóxicos. Vale lembrar que muitos desses minerais presentes nos alimentos são indispensáveis para o nosso metabolismo e, geralmente, constituem os elementos essenciais da dieta, como exemplo, podemos citar o cálcio, o fosforo, o ferro, entre outros. Os métodos como absorção atômica; emissão de chama; colorimetria; turbidimetria; e titulometria são muito empregados na determinação dos componentes individuais da cinza. Contudo, todos os métodos, com exceção do último, são métodos instrumentais, em que os equipamentos utilizados são sofisticados e caros. O que estudamos até aqui, em relação aos principais macronutrientes e micronutrientes presentes em alimentos, nos permite compreender melhor como se dá a composição dos alimentos que con- sumimos. Cabe ressaltar que os alimentos processados são compostos por vários ingredientes. Essas análises que acabamos de conhecer são realizadas nos alimentos prontos, mas também podem ser realizadas nos ingredientes in natura. Isso nos mostra que é importante conhecermos os ingredientes que utilizamos para produzir os alimentos, bem como a maneira como cada um deles pode contribuir para termos alimentos que possam oferecer uma composição nutricional interessante e adequada para nosso organismo. Nesta unidade, compreendemos como são determinados os valores apresentados nos dois rótulos alimentícios vistos no início desse capitulo. E o quanto essas analises são importantes para se garantir a segurança de um alimento e a sua avaliação nutricional. Você, como futuro(a) profissional da saúde, poderá atuar em um laboratório de bromatologia realizando análises para verificar a composição dos alimentos; poderá atuar como gestor de uma empresa certificada por órgãos governamentais, empresa essa a qual qualifica a presença ou ausência de alergênicos em alimentos, bem como atuar como perito na avaliação da composição de alimentos. A partir de agora, convido você a, sempre que comprar um alimento no supermercado, ou na qui- tanda da esquina, analisar com olhar mais crítico o rótulo. Ótimo estudo! 55 COMPOSIÇÃO PROXIMAL Ingredientes Instrumentais Clássicas Quantidades dos nutrientes Macronutrientes CarboidratosÁgua Base seca Dissacarídeos Monossacarídeos % da ingestão diária Que tal fazer uma avaliação da importância da realização de análises laboratoriais para determi- nação da composição proximal dos alimentos? Neste mapa mental, você poderá organizar como a composição proximal é importante no conhecimento dos alimentos que consumimos. Para isso, complete o mapa com as palavras-chave. Vamos lá?! 56 1. A análise de alimentos é importante para conhecermos a composição dos produtos que con- sumimos, bem como dos ingredientes que o compõem. Considerando que os alimentos são compostos por vários nutrientes, assinale a alternativa que representa os principais macro- nutrientes presentes em alimentos. a) Fibras, carboidratos, gorduras e sais minerais. b) Sais minerais, lipídeos, água e gorduras. c) Carboidratos, água,proteínas e sais minerais. d) Lipídeos, proteínas, carboidratos e água. e) Água, gorduras, sais minerais e vitaminas. 2. Os carboidratos são compostos que fornecem energia ao nosso organismo e são consumidos em grandes quantidades em nossas dietas. São vários os tipos de carboidratos presentes nos alimentos. Assinale a alternativa que representa os carboidratos complexos. a) Glicose e frutose. b) Sacarose e glicose. c) Amido e celulose. d) Celulose e lactose. e) Glicose e amido. 3. A água é considerada solvente universal e pode estar presente em grandes quantidades nos alimentos, especialmente em vegetais, como frutas e verduras. Você, como analista de um laboratório, precisou determinar o teor de umidade de uma amostra de biscoito. Para isso, organizou os dados em uma tabela, colocando os valores das massas da amostra antes e após a secagem em estufa. Amostra massa inicial (g) massa final (g) massa de água (g) Biscoito 2,47g 2,21g Analisando a tabela, calcule a quantidade de água presente na amostra e assinale a alternativa que representa o teor de água, em porcentagem (%), na amostra analisada. a) 15,38% b) 2,6% c) 26,0% d) 10,53% e) 8,47% 3 Nesta unidade, falaremos sobre as principais características da água, sua estrutura e porque ela é considerada um excelente sol- vente. Vamos falar sobre a relação da água com a deterioração dos alimentos e como os processos de secagem e desidratação ajudam na conservação. Assim como, falaremos sobre a conservação de alimentos por meio da adição de sal e açúcar. Abordaremos também os conceitos de Atividade de água e como ela influência nas altera- ções dos alimentos, como aquelas causadas por microrganismos, ou outras modificações, como o escurecimento enzimático e não enzimático e as reações oxidativas. Água e Atividade de Água Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 58 Você já pensou como seria se não existisse geladeira? Se não fosse possível manter os alimentos refri- gerados? E as bebidas, já pensou como seria não poder tomar a água geladinha ou mesmo uma cerveja gelada? Bom, essa era a realidade da população quando não havia geladeira ou luz elétrica em casa, por exemplo. Em pleno século XXI é até difícil imaginar como seria não poder conservar alimentos frescos por muito tempo, ter que adquirir apenas o suficiente para a refeição do dia, não é mesmo? Mesmo sendo difícil de imaginar, essa foi a realidade no Brasil até 1880, quando se começou a utilizar a energia elétrica no país. Contudo, em algumas regiões, a instalação elétrica só foi possível muitos anos depois. E, claro, só depois da chegada da energia nas residências é que as pessoas começaram a comprar as geladeiras. Mas, a pergunta que não quer calar é: como eram os hábitos alimentares das pessoas antes da geladeira? Bom, ao que parece, elas desenvolveram métodos próprios para armazenar e consumir alguns alimentos. As bebidas, por exemplo, podiam ser colocadas dentro de um poço para ficarem “fresquinhas”. E se eu te contar, caro(a) aluno(a), que um dos métodos mencionados acima é utilizado até hoje. Não por falta de meios para refrigeração dos alimentos, é claro, mas até hoje a secagem tem sido utilizada como um método simples e de baixo custo para conservar alimentos. Isso acontece, pois quando se retira a água dos alimentos, é possível diminuir o crescimento microbiano. Que tal fazer um exercício prático aí na sua casa? Para isso, você vai precisar de três pedaços peque- nos de pão e três potes com tampa. No primeiro pote, você vai colocar o pão seco, no segundo pote o A carne era salgada e seca ao sol, isso garantia que durasse por mais tempo ou, ainda, era assada e depois colocada em um balde cheio de banha. Esses são al- guns exemplos dos métodos utilizados para conservar os alimentos (MARQUES; GREGORY; HUTHER, 2019). UNIDADE 3 59 A água é indispensável para a sobrevivência dos seres vivos, ela corresponde a 60-90% da massa das cé- lulas. As principais funções da água nos organismos são manutenção da temperatura corporal, solvente universal essencial aos processos metabólicos, manutenção da pressão osmótica dos fluidos, preservação do volume das células e reagente das várias reações metabólicas. Assim, podemos concluir que seria impossível viver sem ela. Vamos recordar a estrutura química e a polaridade de uma molécula de água? Acompanhe a Figura 1. pão com um pouco de sal em sua superfície e no terceiro pote o pão molhado. Em seguida, deixe os três potes expostos ao ar livre por 10 minutos e depois feche-os. Depois de uma semana, abra os potes e observe as alterações que ocorreram nos três pedaços de pães, verifique em qual deles é possível observar maior crescimento microbiano e em qual não teve crescimento de bolores, ou que teve o menor crescimento. Faça as suas anotações. Depois de realizar o experimento e tendo em mente que antes da utilização da geladeira até os dias atuais a secagem tem sido usada como um método de conservação dos alimentos, reflita por que, apesar de se tratar do mesmo alimento, o pão, é possível observar mais ou menos crescimento microbiano em algumas amostras do que em outras. Faça uma correlação entre quantidade de água e crescimento microbiano. Qual foi o papel do sal neste experimento e qual o resultado observado na amostra de pão que tinha sal na superfície? Anote essas informações em seu Diário de Bordo. UNICESUMAR 60 Descrição da Imagem: a ilustração mostra uma bola ver- melha grande com a letra O no centro e a letra grega delta com sinal negativo do lado de fora. Essa bola vermelha está ligada a duas bolas cinzas, sendo que, cada uma contém a letra H no centro e a letra grega delta com sinal positivo do lado. O ângulo entre as duas bolas cinza é de 104,5 graus. Figura 1 – Representação da estrutura química de uma mo- lécula de água Devido a sua estrutura angular e a diferença de eletronegatividade entre os átomos de hidrogê- nio e oxigênio (formação de polos), a água é uma substância polar. Sendo assim, ela é capaz de dis- solver outras substâncias polares ou iônicas. Outra característica muito importante da água é a sua capacidade de formar ligações de hidrogênio, essa é considerada a principal in- teração da água. Nessa ligação, um átomo de hidrogênio parcialmente positivo de uma mo- lécula é atraído pelo átomo de oxigênio parcial- mente negativo de uma segunda molécula de água (Figura 2). As ligações de hidrogênio são mais fracas que as ligações covalentes, mas são mais fortes que as interações de Van der Waals. Descrição da Imagem: a imagem ilustrada apresenta dois conjuntos de bolas, sendo que cada conjunto consiste em uma bola ver- melha grande ligada a duas bolas brancas de tamanho menor por uma linha sólida de cor cinza. A bola vermelha de um conjunto é conectada a bola branca do outro conjunto por várias linhas amarelas na horizontal. Próximo das bolas brancas, encontra-se a letra grega delta com sinal negativo e próximo das bolas vermelhas, encontra-se a letra grega delta com sinal positivo. Figura 2 – Representação da ligação de hidrogênio entre duas moléculas de água As ligações de hidrogênio não são restritas a água, elas podem ser formadas entre um átomo ele- tronegativo (O, N) e um átomo de hidrogênio ligado a um outro átomo eletronegativo. UNIDADE 3 61 Ligações covalentes são ligação química em que os átomos podem adquirir uma configuração eletrônica de gás nobre pelo compartilhamento de elétrons com outros átomos. Quando dois átomos de hidrogênio, por exemplo, estão próximos o suficiente um do outro, ocorrem interações eletrostáticas entre eles. O par de elétrons compartilhado em qualquer ligação covalente atua como uma espécie de “cola” para unir os átomos, como na molécula de hidrogênio. Interações de Van der Waals são forças atrativas entre moléculas neutras, podem ser de três tipos: forças dipolo-dipolo, de dispersão de London e de ligação de hidrogênio. Essas forças são mais fracas que as ligaçõescovalentes. As funções orgânicas agrupam os compostos que apresentam características semelhantes e são determinadas pelas estruturas das substâncias. Álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos são alguns exemplos de funções orgânicas. *Carbolina é um grupo em que o carbono faz uma ligação dupla com o oxigênio e duas ligações simples com átomos de carbono e/ou hidrogênio. Álcoois São compostos orgânicos que apresentam o grupo hidroxila (OH) ligado a um átomo de carbono saturado. Aldeídos São compostos orgânicos que possuem o grupo carbonila* ligado a um átomo de hidrogênio. Cetonas São compostos orgânicos que possuem o grupo carbonila entre dois carbonos. Ácidos carboxílicos São compostos orgânicos que possuem o grupo carbonila ligado ou grupo hidroxila, -OH. UNICESUMAR 62 Você já fez limonada alguma vez? Se sim, acredito que deve ter misturado um monte de açúcar na limonada, certo? Quando misturamos açúcar em qualquer bebida à base de água, vamos vê-lo se dis- solver, ou seja, estamos observando, na prática, as propriedades solventes da água em ação. A maioria das reações químicas importantes para a vida ocorrem em um ambiente aquoso dentro das células. A água é considerada como um excelente solvente, pois ela pode dissolver diversos tipos de moléculas. Contudo, ela não é boa para dissolver moléculas apolares, ou seja, quando mistura- mos óleo (apolar) em água (polar), não ocorre dissociação e sim formação de duas camadas, uma de óleo e a outra de água. A água pode dissolver compostos orgânicos polares (açúcares, álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos carbo- xílicos) devido à formação de ligações de hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila desses com- postos. Assim como pode dissolver sais cristalinos, pois interage com os íons que unem os átomos do sal. A água é o principal componente de muitos alimentos, cada um com sua porção característica (Tabela 1). A quantidade e localização da água influenciam profundamente a estrutura, aparência e sabor dos alimentos e sua suscetibilidade à deterioração. Alimento Conteúdo de água (%) Carne de porco crua (cortes magros) 53-60 Frango (carne crua sem pele) 74 Peixe 65-81 Cerejas e peras 80-85 Maçãs, pêssegos e laranjas 90 Morangos e tomates 90-95 Abacate, banana e ervilha 74-80 Beterraba, brócolis, cenoura e batata 85-90 Aspargos, repolho, couve-flor e alface 90-95 Tabela 1 – Conteúdo de água de alguns alimentos / Fonte: Adaptado de Fennema (1996). UNIDADE 3 63 A capacidade que uma matriz de moléculas tem de reter fisicamente grandes quantidades de água é chamada de “Capacidade de Retenção de Água (CRA)”. A água capturada de forma física se comporta com propriedades similares à da água pura. A maioria da água encontrada em tecidos pode ser classificada como fisicamente capturada, sendo que falhas na CRA pode gerar grandes efeitos sobre a qualidade do alimento. Matrizes alimentares muito conhecidas que retêm água, desta forma, incluem géis de pectina e amido, e células de tecidos, tanto vegetais como animais. A água fisicamente presa não flui dos tecidos dos alimentos, mesmo quando eles são cortados ou picados. Por outro lado, está água se comporta quase como água pura durante o processamento de alimentos; ou seja, é facilmente removida durante a secagem, é facilmente convertida em gelo durante congelamento, além de estar disponível como solvente. A disponibilidade de água nos alimentos é importante e depende não apenas da sua quantidade, mas também da forma em que se encontra ligada aos componentes do produto. A água pouco ligada ao substrato é chamada de água livre e age como solvente, possibilitando o crescimento dos microrga- nismos e as reações químicas. Já a água muito ligada ao substrato é chamada de água ligada, é a água mais difícil de ser eliminada e não atua como solvente. É importante destacar que a água livre é a responsável pela alteração dos alimentos, já que está dis- ponível para o desenvolvimento de microrganismos e para reações químicas. Sendo assim, o método de secagem tem sido muito utilizado para prolongar a vida de prateleira dos alimentos. O grau de perecibilidade dos alimentos depende, dentre outros fatores, da forma de ligação entre as moléculas de água, entre si e com outros componentes dos alimentos e de sua resistência à ação dos microrganismos e enzimas. Portanto, os alimentos podem ser classificados em perecíveis, semiperecíveis e não perecíveis. Alimentos Perecíveis Alimentos Semiperecíveis Alimentos não Perecíveis Alimentos que estragam com muita facilidade. Têm elevado teor de água e, por isso, alte- ram-se rapidamente. Devem ser guardados na geladeira ou no freezer. Ex. carnes, pes- cados, leite, frutas (suculentas e moles), hortaliças (folhas e brotos novos). Atividade de água menor que nos perecíveis, tem maior re- sistência às alterações con- servando-se por um período de tempo maior dependendo dos cuidados de manipulação e armazenamento. Ex: ovos, batata e beterraba. Apresentam grande resistência ao ataque dos microrganismos, por possuírem baixo teor de umidade. Podem ser armaze- nados fora da geladeira e do freezer por um determinado tempo. Ex.: farinhas, feijões, açúcar, sal, café, vinagre, arroz, temperos secos. UNICESUMAR 64 Sabe-se que a umidade é necessária ao crescimento dos microrganismos, assim, se diminuirmos bastante o seu conteúdo, estaremos criando condições desfavoráveis para o crescimento microbiano. A secagem é um dos processos mais antigos utilizados pelo homem na conservação dos alimentos. Ela consiste na retirada de água, ou de qualquer outro líquido de um material sólido, na forma de va- por, para uma fase gasosa insaturada. Nesse processo, por exemplo, boa parte da água é eliminada, e a umidade, que é cerca de 90% na fruta fresca, baixará para 20% a 25% na fruta seca (Figura 3). Descrição da Imagem: a imagem mostra, da esquerda para a direita, peras, maçãs, kiwis, morangos, laranjas e bananas, todas aparecem in natura e, na sequência, secas. As frutas secas estão cortadas em rodelas e possuem uma coloração levemente mais escura e com textura enrugada, quando comparadas com as respectivas in natura. Figura 3 – Frutas in natura e desidratadas Dentre as vantagens da secagem, podemos ressaltar a melhor conservação do produto, a redução do seu peso e o preço, pois, muitas vezes, a secagem é mais econômica do que outros processos de conservação. Além disso, o valor alimentício do produto se concentra por causa da perda de água. A secagem pode ser realizada de maneira natural e, neste caso, é recomendável em regiões de clima seco, com boa irradiação solar e poucas chuvas. Em países como a Grécia, Chile, Ásia e Espanha a secagem natural apresenta grande importância prática. Frutas, cereais, carnes e peixes são secados ao sol. Aqui no Brasil, a secagem natural de fruta não apre- senta muita importância prática, destacando-se apenas a banana seca em alguns pontos do país. UNIDADE 3 65 Café, cacau e carne (charque) são outros exemplos de produtos agrícolas secados naturalmente em nosso país. Para um melhor resultado, a secagem natural pode ser dividida em duas fases: a primeira é iniciada ao sol até que as frutas tenham perdido de 50% a 70% de umidade, e a segunda é realizada à sombra, para que os produtos não se ressequem e não percam o sabor e o aroma naturais (GAVA; SILVA; FRIAS, 2008). Já a desidratação consiste na secagem pelo calor produzida artificialmente em condições controladas de temperatura, umidade e corrente de ar. O calor necessário para promover a evaporação da água dos alimentos pode ser transmitido por condução, por convecção e por radiação. Entre as alterações mais importantes causadas pela desidratação, podem-se mencionar modifica- ções na textura, perdas no aroma e sabor, mudanças na cor e no valor nutritivo. O alimento seco perde um certo conteúdo de umidade e, por isso, haverá um aumento da concentração dos nutrientes por unidade de peso,comparando com o produto fresco. Alguns produtos, quando submetidos a secagem, conservam suas características físicas e nutritivas. No entanto, outros podem apresentar uma forte deterioração sensorial e nutricional. Exemplos de ali- mentos secos de importância comercial são uva passa, ameixa, figo, tâmaras, café, farinhas e ovo em pó. UNICESUMAR 66 E você, caro(a) aluno(a), já comeu alguma fruta desidratada, como amei- xa ou banana, por exemplo? Essas frutas passaram por um processo de secagem antes de serem embaladas, comercializadas e chegar à sua casa. Um fato muito interessante é que mesmo com alterações sensoriais, quando comparado ao alimento in natura, muitos alimentos desidratados são bem aceitos pelo consumidor, como, por exemplo, leite em pó, café solúvel, frutas, charque e pescados. Neste podcast, eu vou entrevistar Maria Fernanda Ribas, que vai nos contar um pouco sobre a sua experiência com alimentos desidratados. Maria Fernanda desen- volveu, em parceria com a empresa Banana Brasil Cauí, dois produtos desidratados, banana passa bites e banana passa bites com especiarias. A água é, provavelmente, o fator individual que mais influencia na alteração dos alimentos. No en- tanto, o conteúdo de água por si só não é um indicador confiável de perecibilidade. Por isso, surgiu o conceito atividade de água. A atividade de água (Aa), ou water activity (Aw) em inglês, é o fator que melhor representa a água disponível no alimento. Ela indica a intensidade das forças que unem a água com outros componentes não aquosos e, consequentemente, a água disponível para o crescimento de microrganismos. A água envolvida em associações fortes é menos capaz de suportar atividades degradativas, como o crescimento de microrganismos e reações químicas, do que a água fracamente associada. A atividade da água é definida como a relação existente entre a pressão de vapor de uma solução (P) com relação à pressão de vapor da água pura (Po) à mesma temperatura (T). Aa = (P soluto/Po água) Antes de continuar falando sobre a Aa, vamos entender um pouco melhor o conceito de pressão de vapor. Observe a equação química abaixo. 2 2H O H Ol g( ) ( )� Essa equação representa o equilíbrio dinâmico entre a água líquida e o seu vapor. O símbolo � sig- nifica que as espécies descritas em ambos os lados estão em equilíbrio dinâmico. Embora moléculas de água na fase gás (produtos) estejam sendo formadas a partir de moléculas de água na fase líquida (reagentes), os produtos voltam a ser reagentes na mesma velocidade com que são formados. Levando isso em conta, podemos definir que a pressão de vapor de uma substância é a pressão exercida pelo vapor que está em equilíbrio dinâmico com o líquido ou o sólido (ATKINS, 2009). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10194 UNIDADE 3 67 A pressão de vapor é alta, quando as moléculas de um líquido são mantidas por forças intermolecu- lares fracas, e é baixa quando as forças intermoleculares são fortes. Por isso, espera-se que os líquidos formados por forças intermoleculares fortes, como ligações de hidrogênio, sejam menos voláteis do que outros de massa molecular comparável, mas que tenham interações mais fracas. Voltando a falar sobre a atividade de água, pode-se observar que a pressão de vapor exercida pela água presente nos alimentos depende da quantidade e da concentração de solutos na água e da tempe- ratura. Os valores de Aa variam de 0 a 1, sendo que o máximo de Aa é atribuída a água pura, enquanto que para os alimentos, esse valor é sempre inferior a 1 e na ausência de água livre é zero. Valores de atividade acima de 0,9 indicam que pode haver a formação de soluções diluídas com componentes do alimento que servirão de substrato para os microrganismos se desenvolverem. Tam- bém se observa que as reações químicas e enzimáticas podem ter sua velocidade diminuída pela baixa concentração dos reagentes. A maioria dos alimentos frescos, como carnes, pescado, leite e frutas possuem Aa acima de 0,98. Leite concentrado, presunto cozido, salsicha, queijos frescos, pão e frutas em calda apresentam Aa entre 0,98 e 0,93. O maior perigo nesses alimentos é o crescimento de Staphylococcus aureus e gera- ção de certas micotoxinas. Dentre os alimentos com Aa entre 0,93 e 0,85, podemos destacar aqueles mais desidratados ou com grande concentração de solutos, como presunto serrano, carne defumada, embutidos maturados e leite condensado. Quando os valores de atividade da água estão entre 0,40 - 0,80, existe a possibilidade de reações químicas e enzimáticas rápidas, pois diferente do que observamos no exemplo acima, ocorre aumento da concentração dos reagentes. Alimentos como cereais, farinhas, doces em massa, nozes e amêndoas, apresentam Aa entre 0,85 e 0,6. Alimentos desidratados são microbiologicamente estáveis, pois os microrganismos contaminantes não encontram condições favoráveis para multiplicação. Esses alimentos apresentam Aa igual a 0,6, valor considerado limitante para o desenvolvimento de microrganismo. Já quando os valores de Aa são menores que 0,3, diz-se que atingiu a zona de absorção primária, onde as moléculas de água poderão estar ligadas a pontos de absorção primários (COOH) e, por sua vez, se ligar a outras moléculas de água por ligações de hidrogênio. Como mencionado, a atividade de água indica a água disponível para o crescimento de microrganis- mos. Normalmente, as bactérias são mais exigentes que bolores e leveduras, apresentando crescimento em condições de elevada Aa. Na Tabela 2, encontram-se alguns valores de Aa para a multiplicação de grupos de microrganismos e de alguns microrganismos específicos. UNICESUMAR 68 Atividade de Água Crescimento Microbiano 0,90 Maioria das Bactérias 0,88 Maioria das Leveduras 0,80 Maioria dos Bolores 0,78-0,9 Bolores Micotoxigênicos 0,83-0,97 Bactéria Patogênicas 0,97 Clostridium boltulinum (tipo E) 0,94 Clostridium boltulinum (tipo A e B) 0,96 Escherichia coli 0,83-0,9 Staphylococcus aureus 0,95 Salmonella spp Tabela 2 – Atividade de água mínima para alguns microrganismos de importância em alimentos / Fonte: adaptada de Gava, Silva e Frias (2008) Outro método de conservação consiste na adição de sal ou açúcar no alimento. O açúcar é muito uti- lizado como um agente de conservação de produtos alimentícios. Sua presença irá aumentar a pressão osmótica do meio, criando condições desfavoráveis para o crescimento de microrganismos, ou seja, a adição de açúcar irá diminuir o valor de Atividade de água. A osmose é um fenômeno natural que ocorre quando duas soluções de diferentes concentrações são separadas por uma membrana semipermeável, ou seja, uma membrana que permite a passagem de um certo tipo de moléculas. A movimentação, através da membrana, ocorre no sentido da solução mais diluída para a mais concentrada de soluto, até atingir o equilíbrio químico (igual concentração de ambos os lados) (Figura 4). A pressão necessária para parar esse movimento é chamada de pressão osmótica. Membrana semipermeável Osmose OSMOSE Moléculas de açúcar Movimento da água Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração que mostra dois frascos trans- parentes que possuem, em seu interior, um líquido transparente, várias bolas ver- melhas e uma tela de cor verde dividindo os fracos ao meio. No primeiro frasco, a tela separa três bolas vermelhas da maio- ria das bolas. Já no segundo frasco, po- demos observar o movimento do líquido, através da tela, em direção à região onde está a maioria das bolas. Figura 4 – Osmose UNIDADE 3 69 Adicionar sal aos alimentos também pode ser considerada como uma técnica de conservação. Sendo esse um dos métodos mais antigos para conservar carnes, pescados e algumas hortaliças. A adição de sal causa redução da Atividade de água do produto, como na desidratação, mas por um mecanismo diferente. O princípio básico da salga é a desidratação do músculo, diminuindo o seu teor de água e aumentando o teor de cloreto de sódio. Apenetração do sal e a saída de água é um típico exemplo de osmose. Uma solução salina 10% (Aa = 0,94) inibe o desenvolvimento da grande maioria das bactérias, inclusive muitas patogênicas. Algumas bactérias, chamadas de halofílicas ou halófilas, conseguem se multiplicar em ambientes com Aa = 0,75, ou seja, elas toleram alta concentração de sal. Existem gráficos que relacionam a quantidade de água de um alimento com sua atividade de água, eles são chamados de isotermas de sorção de água e relacionam o teor de água do alimento, expresso como massa de água por unidade de massa de matéria seca da amostra, com a sua atividade de água em uma temperatura constante. As informações derivadas das isotermas de sorção de água são úteis para processos de concentração e desidratação, para formular misturas de alimentos de modo a evitar a transferência de umidade entre os ingredientes, para determinar as propriedades de barreira de umidade necessárias em um material de embalagem, para determinar qual teor de umidade irá restringir o crescimento de microrganismos de interesse e para prever a estabilidade química e física dos alimentos em função do teor de água (FENNEMA, 1996; GAVA; SILVA; FRIAS, 2008). Em alimentos muito secos, pequenas variações na umidade provocam grandes mudanças na Aa, já em alimentos com alta quantidade de água e variação na umidade influenciam pouco sua Aa. A maioria das isotermas de sorção de água dos alimentos apresenta forma sigmoide (Figura 5), com pequenas variações, conforme a estrutura física, a composição química, a temperatura e a capacidade de retenção de água do alimento. Mesmo com a diminuição da atividade de água, al- guns microrganismos conseguem sobreviver e, por isso, alguns alimentos conservados pelo uso de açú- car devem receber um tratamento complementar para sua conservação. As geleias, frutas em conserva, leite condensado e melaço são alguns exemplos de produtos conservados pela presença de açúcar. UNICESUMAR 70 Quantidade de água 0 0,25 Aa 0,8 1,0 Zona A Zona B Zona C Descrição da Imagem: o gráfico apresenta as variações na umidade em relação à Aa. O eixo vertical é representado pela “Quantidade de água” e o eixo horizontal pela “Aa”, que varia entre 0 e 1,0. Nos pontos 0,25 e 0,8, há linhas tracejadas verticais, que dividem a Aa em três zonas, sendo Zona A: 0 – 0,25; Zona B: 0,25 – 0,8; e Zona C: 0,8 – 1,0. Uma linha sinuosa sai do ponto 0 (Zona A) e vai subindo até atingir o ponto máximo em 1,0 (Zona C). Figura 5 – Isoterma de sorção de água para alimento com baixa quantidade de água / Fonte: adaptada de Gava, Silva e Frias (2008) As zonas A, B e C indicam a forma como a água está ligada aos alimentos. Na zona A, a água está mais fortemente ligada e menos móvel. É uma água muito difícil de extrair, não é congelável e não se encontra disponível para atuar como solvente. Corresponde a faixa inferior a 0,2 até 0,3. A zona B corresponde a água que se associa com as moléculas de água vizinhas e as moléculas de soluto, principalmente por ligações de hidrogênio e interações dipolo-dipolo. A atividade de água está entre 0,25 e 0,8 e o ponto de congelamento e a sua atividade como solvente são bem reduzidos. A água nas Zonas A e Zona B geralmente constitui menos de 5% da água em um alimento de alta umidade. Já a zona C representa a maior parte de água dos tecidos frescos, sendo a água menos ligada e mais móvel dos alimentos. Essa água pode ser facilmente retirada por diversos procedimentos e é responsável pelas alterações dos alimentos. Equivale a Aa de 0,8 a 0,99. A água da zona C, geralmente, constitui mais de 95% da água total em um alimento com alto teor de umidade. UNIDADE 3 71 A forma e a posição da isoterma são determinados por vários fatores, incluindo composição da amostra, estrutura física da amostra (cristalina ou amorfa), pré-tratamentos da amostra, temperatura e meto- dologia. Alguns alimentos apresentam uma zona mais plana na primeira parte da curva: essas curvas, em forma de J, são típicas de alimentos com grande quantidade de açúcar e solutos. Além das alterações causadas por microrganismos, outras modificações nos alimentos são afetadas pela Atividade de água neste, como o escurecimento. Esse nome é dado a uma série de reações químicas que resultam na formação de pigmentos escuros. Essas reações são desejáveis em alguns casos, como na fabricação de cerveja, pão, café, cacau e batata frita. As reações de escurecimento são divididas em diferentes grupos, podendo ocorrer por meio da ação de enzimas (escurecimento enzimático), ou por meio da reação entre diferentes substâncias (escurecimento não enzimático). As reações de escurecimento enzimático, por exemplo, são aceleradas pela maior disponibilidade de água, levando a problemas tecnológicos e perda de valor nutricional do alimento. Entre as reações, destaca-se o escurecimento da maçã pelas enzimas oxidases. Existem também as reações de escurecimento não enzimático (Reação de Maillard) que são muito conhecidas entre os grupos de aminoácidos de proteínas e carboidratos. Essas reações são menos in- tensas quando a Aa é maior que 0,9, pois os reagentes estão bem diluídos. Como citado anteriormente, o desenvolvimento da cor do pão e do churrasco são exemplos de reações não enzimáticas. A velocidade de oxidação de um alimento também é afetada pela Aa. No ranço oxidativo, as cadeias de ácidos graxos insaturados poderão romper-se, originando compostos de baixo peso molecular e que são responsáveis pelo odor desagradável dos produtos rançosos. Quando a atividade de água alcança valores inferiores a 0,30, ocorre redução da velocidade das rea- ções, com exceção da oxidação lipídica, pois esta pode ocorrer tanto em baixa Aa quanto em elevadas. A Figura 6 apresenta a velocidade de algumas reações nos alimentos em função da Atividade de água. Se a um alimento totalmente seco for gradualmente adicionado água, e efetuada medidas de atividade água, obtém-se uma Isoterma de Adsorção. Conforme a água é adicionada, a composição da amostra se move da Zona A (seca) para a Zona C (alta umidade) e as propriedades da água associadas a cada zona diferem significativamente, como vimos acima. Se a mesma amostra que foi totalmente hidratada for desidratada em efetuar-se medidas de atividade de água, na mesma temperatura, obtém-se uma Isoterma de Dessorção. UNICESUMAR 72 Água não-congelável Água congelável Água congelável OXID AÇ ÃO D E LI PÍ DE O S ES CU RE CI M EN TO N ÃO -E N ZI M ÁT IC O AT IVI DA DE EN ZI M ÁT IC A CR ES CI M EN TO D E FU N G O S CR ES CI M EN TO D E LE VE D U RA S CR ES CI M EN TO D E BA CT ÉR IA S 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Aa VE LO CI D A D E RE LA TI VA D A S RE AÇ Õ ES E CR ES CI M EN TO D E M IC RO RG A N IS M O S Descrição da Imagem: a figura mostra um gráfico onde o eixo vertical corresponde a “Velocidade Relativa das Reações e Crescimento de Microrganismos” e o eixo horizontal a “Aa”, que varia entre 0 e 1,0. Várias curvas sinuosas estão presentes no gráfico. A linha que representa a oxidação de lipídeos começa no topo do gráfico e vai caindo até chegar no valor de Aa de, aproximadamente, 0,35, a partir desse valor ela começa a subir novamente até, aproximadamente, 0,75 de Aa e, então, cai novamente. A linha que representa o escurecimento não enzimático começa junto a linha horizontal do gráfico, em 0,2 de Aa, e sobe até, aproximadamente 0,75 de Aa e, a partir de 0,8 de Aa começa a cair novamente. A linha que representa a atividade enzimática começa junto a linha horizontal do gráfico, em 0,35 de Aa e sobe até, aproximadamente, 0,82 de Aa. A linha que representa o crescimento de fungos começa junto a linha horizontal do gráfico, em 0,7 de Aa e sobe até, aproximadamente, 0,89 de Aa. A linha que representa o crescimento de leve- duras começa junto a linha horizontal do gráfico, em 0,75 de Aa e sobe até, aproximadamente,0,94 de Aa. A linha que representa o crescimento de bactérias começa junto a linha horizontal do gráfico, em 0,8 de Aa e sobe até, aproximadamente, 1,0 de Aa. Figura 6 – Representação das reações de transformações nos alimentos em função da atividade de água / Fonte: adaptada de Gava, Silva e Frias (2008). UNIDADE 3 73 É importante lembrar que as velocidades de transformações exatas, as posições e formas das curvas da imagem acima podem ser alteradas pela composição estado físico e estrutura da amostra e pela composição da atmosfera (especialmente oxigênio) e temperatura. Observa-se que as curvas para a reação de Maillard e crescimento microbiano exibem taxas máxi- mas em valores de Aa intermediários a altos. Já a taxa de oxidação de lipídios em valores muito baixos de Aa apresenta uma relação incomum. Acredita-se que a primeira água adicionada a uma amostra muito seca se liga aos hidroperóxidos, interferindo na sua decomposição e dificultando o progresso da oxidação. Além disso, esta água hidrata íons metálicos que catalisam a oxidação, aparentemente reduzindo sua eficácia. A adição de água, além do limite das Zonas A e B, resulta em taxas aumentadas de oxidação. O que pode indicar que a água adicionada nesta região da isoterma acelera a oxidação, aumentando a solubilidade de oxigênio e permitindo que as macromoléculas inchem, expondo mais locais catalíticos. Para valores de Aa ainda maiores (> 0,80) a água adicionada pode retardar as taxas de oxidação, e a explicação sugerida é que a diluição dos catalisadores reduz sua eficácia. Nessa unidade, entendemos um pouco sobre as características da água e a razão pela qual ela é considerada um excelente solvente nos seres vivos. Também falamos de sua importância para a conservação de alimentos e o que você pode esperar da remoção da água dos alimentos no que diz respeito à sua conservação. Também vimos que a adição de sal e de açúcar podem ser ótimos métodos para conservar os alimentos, o que ajuda a entender porque o pão com adição de sal na superfície não apresentou crescimento microbiano, na prática realizada no início desse capítulo. É importante destacar que compreender o conceito de atividade de água e suas funções nos alimentos permite que você, como futuro(a) profissional de saúde, possa atuar no desenvolvimento ou melhoramento de novos produtos desidratados, por exemplo. 74 Vamos verificar, agora, quais são os principais itens que discutimos nesta unidade. Como sugestão, proponho que você complete o mapa mental, tendo em mente os principais conceitos trabalhados. Para te ajudar, preenchi algumas caixas e deixei outras vazias. Agora é com você! ÁGUA Métodos de secagem Natural Características Molécula polar Água ligada Possibilita crescimento de microrganismos Pouco ligada ao substrato Calor produzido arti�cialmente Atua como solvente Grá�co que relaciona a quantidade de água de um alimento com a atividade de água Água menos ligada e mais móvel Zona A Zona B Facilita o crescimento de microrganismos e resulta na diminuição das reações químicas e atividade enzimática Atividade de águaValor limitante para o crescimento de microrganismos Aa= 0,4 a 0,8 75 1. De acordo com as características da água, estudadas nesse capítulo, assinale a alternativa correta: a) Dentre as principais funções da água nos organismos, podemos destacar a manutenção da temperatura corporal, solvente universal essencial aos processos metabólicos, manutenção da pressão osmótica dos fluidos, preservação do volume das células. Contudo não atua como reagente das várias reações metabólicas. b) A água pode dissolver compostos orgânicos polares devido à formação de ligações de hidro- gênio com os grupos hidroxila ou carbonila desses compostos. c) Devido a sua estrutura angular e a diferença de eletronegatividade entre os átomos de hi- drogênio e oxigênio (formação de polos), a água é uma substância apolar. Sendo assim, ela é capaz de dissolver outras substâncias apolares. d) A água, muito ligada ao substrato, é chamada de água ligada, é a água mais fácil de ser elimi- nada e atua como solvente. e) A água livre é a responsável pela alteração dos alimentos, já que não está disponível para o desenvolvimento de microrganismos e para reações químicas. 2. Com relação à atividade de água nos alimentos, analise as afirmativas e indique se a afirmação é verdadeira ou falsa. ) ( Acima de 0,9 - baixo crescimento microbiano. ) ( 0,4 - 0,8 – Há possibilidade de reações químicas e enzimáticas rápidas pelo aumento da con- centração dos reagentes. ) ( 0,6 – Elevado crescimento microbiano. ) ( 0,3 – Pode haver formação de soluções diluídas com componentes do alimento que servirão de substrato para os microrganismos poderem crescer. Assinale a alternativa que represente a ordem correta: a) F, V, F, F. b) F, V, V, F. c) F, V, F, V. d) V, V, F, F. e) V, F, F, F. 3. Explique o processo de osmose e como ele pode ser empregado na conservação de alimentos pela adição de sal e açúcar. 76 4. Com relação as regiões em que se pode dividir uma isoterma de sorção de água e as caracte- rísticas da água em cada uma delas, assinale a alternativa correta: a) Na zona A, a água se encontra disponível para atuar como solvente. É uma água muito difícil de extrair, está mais fortemente ligada e menos móvel. b) Na zona B, a Atividade de água está entre 0,0 e 0,3. Corresponde à água que se associa com as moléculas de água vizinhas e as moléculas de soluto, principalmente por ligações de hi- drogênio e interações dipolo-dipolo. c) A água nas Zonas A e Zona B geralmente constitui menos de 95% da água em um alimento de alta umidade. d) Na zona C está a água menos ligada e mais móvel dos alimentos. Essa água pode ser facil- mente retirada por diversos procedimentos e é responsável pelas alterações dos alimentos. Equivale a Aa de 0,8 a 0,99. e) A água da zona C, geralmente, constitui cerca de 5% da água total em um alimento com alto teor de umidade. 5. Como relação à variação da velocidade típica de algumas transformações comuns em alimentos em função da atividade de água, assinale a alternativa correta: a) As reações de Maillard são mais intensas quando a Aa é maior que 0,9, pois os reagentes estão bem diluídos. b) A velocidade de oxidação de lipídios é menor quando a atividade de água alcança valores inferiores a 0,30. c) As reações de escurecimento enzimático são aceleradas pela menor disponibilidade de água. d) O crescimento de microrganismo é desfavorecido pela maior Atividade de água. e) Para valores de Aa maiores que 0,80, a água adicionada pode retardar as taxas de oxidação. 6. De acordo com as informações derivadas das isotermas de sorção de água, assinale a alter- nativa correta: a) Não são úteis para processos de concentração e desidratação. b) Não são usadas para ajudar a formular misturas de alimentos de modo a evitar a transferência de umidade entre os ingredientes. c) Não contribuem para determinar as propriedades de barreira de umidade necessárias em um material de embalagem. d) São úteis para determinar qual teor de umidade irá restringir o crescimento de microrganis- mos de interesse. e) Não ajudam a prever a estabilidade química e física dos alimentos em função do teor de água. 4 Nesta unidade, falaremos sobre as principais características dos carboidratos, como eles fazem parte do nosso dia a dia e como são classificados. Além disso, trabalharemos alguns dos carboidratos mais importantes no setor alimentício, como o amido. Veremos como ele pode ser modificado para atender aos objetivos das indús- trias de alimentos e como esse material vem sendo utilizado para tentar resolver o problema da poluição causada por derivados do petróleo. Você também entenderá como os carboidratos aparecem nos rótulos dos alimentos e porque a sua identificação é importante. Carboidratos Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 78 CARBOIDRATO!Quando você lê essa palavra, o que passa pela sua cabeça? Bom, devo confessar que, ao ler essa palavra, logo imagino todos os possíveis produtos de panificação, e vários tipos de massas. Sim, eu sou fã número um dos carboidratos e você? E se eu te contar que alimentos ricos em carboidratos são grandes aliados das pessoas que praticam atividades físicas, você acreditaria? Mas, professora, os carboidratos não estão associados ao ganho de peso? Como podem ser aliados dos atletas? Calma! Eu vou te explicar. O carboidrato é o principal substrato energético do músculo durante a atividade física, por isso, em atividades que necessitam de maior utilização de glicogênio como fonte energética (como, por exemplo, corrida de velocidade) é importante dar uma atenção especial a quantidade de carboidratos, principalmente nos dois a três dias antes da competição. Além disso, recomenda-se o consumo de 30 a 60 g de carboidrato/h em exercícios que durem mais de uma hora ou que demandam muito esforço, pois a reserva de glicogênio se esgota rapidamente. Entenda que, aqui, não estamos falando de qualquer tipo de carboidrato. Afinal, você sabe que existem diferentes tipos de carboidratos e que estamos rodeados por esses compostos no nosso dia a dia? Car- boidratos não estão apenas presentes em doces e massas como pensamos muitas vezes. Diariamente, ingerimos vários alimentos ricos em carboidratos e, às vezes, não nos damos conta. UNIDADE 4 79 Que tal uma experimentação rápida para identificar a presença de carboidrato, neste caso, o ami- do, em alguns alimentos do nosso cotidiano? Para isso, você vai precisar de tintura de iodo, que pode ser adquirida facilmente em qualquer farmácia, e de alguns alimentos, como: sal, batata crua, carne, farinha de trigo, polvilho, arroz cru e banana. Além disso, separe recipientes (você pode utilizar copos descartáveis ou pires branco) para armazenar esses alimentos separadamente. Em cada recipiente, você vai colocar o alimento selecionado e algumas gotas da tintura de iodo. Sugiro que em um recipiente vazio, você pingue somente a tintura de iodo para poder acompanhar a mudança de coloração (se houver) quando em contato com o alimento. Se quiser, pode fazer o teste com outros alimentos de sua preferência também. E aí, em quais ali- mentos você identificou amido? Quando o amido, presente em alguns alimentos, entra em contato com a tintura de iodo, você deve observar uma coloração azul bem intensa. Anote os resultados da sua experimentação no seu Diário de Bordo, assim como anote se você já esperava que esses alimentos testados tivessem amido ou não. Como você pode perceber, os carboidratos estão presentes no nosso dia a dia em diferentes tipos de alimentos. Mas será que existem diferenças entre eles? Será que todos desempenham as mesmas funções? Bom, chegou a hora de embarcarmos um pouco mais fundo nesse universo dos carboidratos, vem comigo? Os carboidratos são os componentes mais abundantes nos alimentos e amplamente distribuídos na natu- reza. Glicose, frutose, sacarose, amido e celulose são exemplos de substâncias que pertencem a esse grupo. Considerados os “combustíveis da vida” por armazenarem energia nos seres vivos, na forma de amido ou glicogênio, também podem ser doadores de carbono para a síntese de outros constituintes das células. A Tabela 1 apresenta a quantidade de carboidratos presentes em alguns alimentos que consu- mimos no dia a dia. UNICESUMAR 80 Alimento Carboidrato (g) Banana da terra crua 33,7 Batata Baroa cozida 18,9 Arroz integral cozido 25,8 Aveia 66,6 Cereal matinal de milho 83,8 Farinha de trigo 75,8 Pão francês de trigo 58,6 Pipoca 70,3 Tabela 1 – Quantidade de carboidrato em alguns alimentos por 100 gramas de parte comestível / Fonte: TACO (2011). Os carboidratos desempenham diferentes funções: nutricional, fonte de energia, matéria-prima para produtos fermentados, adoçantes naturais, entre outros. Nas plantas e em alguns animais, ainda atuam como constituintes importantes de tecidos de sustentação. Encontramos carboidratos em quase tudo: no papel que utilizamos para escrever, no algodão das nossas roupas e na madeira de nossas casas. A farinha, como vimos na Tabela 1, é basicamente carboi- drato, e dela surgem vários outros alimentos. A presença dessa classe de compostos é comum nos alimentos, ou seja, os carboidratos são abun- dantes, amplamente disponíveis e baratos. Seu uso é grande em termos de quantidades consumidas e da variedade de produtos em que são encontrados. Amido, lactose e sacarose podem ser digeridos pelos humanos, e eles, junto com D-glicose e D-frutose, são importantes fontes de energia. A estrutura molecular dos carboidratos altera em tamanho e forma, conferindo a esses compostos uma variedade de propriedades químicas e físicas. Eles são sintetizados nas plantas verdes por meio da fotossín- tese. Esse processo envolve a energia solar para reduzir dióxido de carbono (SOLOMOS; FRYHLE, 2009). xCO2 + yH2O + energia solar → Cx(H2O)y + H2O Os carboidratos agem como um repositório para a energia solar. E sua energia é liberada quando as plantas metabolizam os carboidratos em dióxido de carbono e água. Cx(H2O)y + xO2 → xCO2 + yH2O + energia UNIDADE 4 81 A determinação de carboidratos é extremamente importante na indústria de alimentos. Saber a compo- sição dos açúcares é um indicador das características do produto final que será distribuído ao mercado. O conhecimento da composição dos açúcares em uma solução (tipo e concentração) possibilita determinar o melhor momento para adição de frutas na produção de sucos, néctares e vinhos. Além disso, auxilia no controle de qualidade que é imposto pela legislação, que muitas vezes limita concen- trações de sacarose. Outro ponto importante é que ajuda a detectar fraudes em produtos que deveriam originalmente conter somente açúcares naturalmente presentes. Todos os carboidratos são formados por açúcares simples, chamados de monossacarídeos, ou seja, eles não podem sem hidrolisados em carboidratos menores. Os monossacarídeos mais simples contêm três átomos de carbono, o gliceraldeído e a dihidroxiacetona. Contudo, os açúcares mais abundantes na natureza contêm seis átomos de carbono. Açúcares de cinco átomos de carbono, a ribose e a de- soxirribose, ocorrem nas estruturas de RNA e DNA, respectivamente (MELLO; NICHELLE, 2018). Os monossacarídeos podem ser classificados quanto ao número de átomos de carbono presentes na molécula (Tabela 2) e se contêm um grupo aldeído ou cetônico. Número de átomos de carbono Nome 3 Triose 4 Tetrose 5 Pentose 6 Hexose Tabela 2 – Classificação dos carboidratos quanto ao número de átomos de carbono presentes na molécula / Fonte: Fennema (1996). Esses monossacarídeos podem ser aldoses quando contém um grupo aldeído ou cetoses quando contém um grupo cetônico. A terminação do nome da maioria dos açúcares é “ose”, por isso, temos nomes como sacarose, para o açúcar refinado; glicose para o principal açúcar do sangue; frutose para o açúcar nas frutas e no mel; e maltose para o açúcar do malte. Aldoses com quatro átomos de carbono, as tetroses, têm dois átomos de carbono quirais; aldo- ses com cinco átomos de carbono, as pentoses, têm três átomos de carbono quirais e constituem o segundo grupo mais comum de aldoses. Estender a série acima de seis átomos de carbono resulta em heptoses, octoses e nonosese. O gliceraldeído é o carboidrato mais simples que contém um carbono quiral e, por isso, pode existir em duas formas isoméricas que são imagens especulares uma da outra (D-gliceraldeído e L-gliceral- deído), ou seja, são chamados de enantiômeros. UNICESUMAR 82 Caro(a) aluno(a), sugiro uma pausa nesse assunto para relembrarmos um pouco dos conceitos de esteroquímica. Quando falamos em enatiômeros, estamos nos referindo a compostos cujas moléculas são qui- rais. Uma molécula quiral é aquela que não é superponível com a sua imagem, sendo assim, uma molécula quiral e a sua imagemespecular são chamadas de par de enantiômeros (MORAN et al., 2013). Ou seja, um é o reflexo do outro que veríamos no espelho, tudo que está à direita em uma configuração estará à esquerda na outra e vice-versa. Já as moléculas que são superponíveis com suas imagens especulares são aquirais. As mãos direita e esquerda são um exemplo bem didático de objeto quiral, pois não é possível sobrepor as duas mãos. (Figura 1). Figura 2 – Representação da ligação de hidrogênio entre duas moléculas de água Descrição da Imagem: a ilustração apresenta uma mão esquerda e uma mão direita, vistas de frente para o observador, em tom claro, espalmadas com os dedos afastados um do outro, tendo ambos os dedos polegares centralizados na imagem e quase se tocando. Entre os dois dedos polegares observa-se uma linha tracejada na vertical de cor preta. UNIDADE 4 83 Descrição da Imagem: a imagem mostra a representação química da molécula de glicose, onde os átomos de carbono (C) estão unidos seguindo uma linha vertical e os átomos de hidrogênio (H) e as hidroxilas (OH) estão em linhas horizon- tais ligados aos átomos de carbonos (C). O primeiro C está ligado a um átomo de C (embaixo), um átomo de H (esquer- da) e um átomo de O (direita). O segundo C está ligado a um átomo de C (embaixo), um átomo de H (esquerda) e uma OH (direita). O terceiro C está ligado a um átomo de C (embaixo), um átomo de H (direita) e uma OH (esquerda). O quarto e o quinto C estão ligados a um átomo de C (embaixo), um átomo de H (esquerda) e uma OH (direita). O sexto C está ligado a dois átomos de H e uma OH (direita). Figura 2 - Projeção de Fischer para a molécula de glicose Uma maneira eficiente de representar a estrutura de um carboidrato é utilizando a projeção de Fischer. Nessa projeção, as linhas horizontais se projetam em direção ao leitor e as linhas verti- cais se projetam para trás do plano da página. A Figura 2 apresenta a projeção de Fischer para a molécula de glicose. 1 2 3 4 5 6 Muitas evidências indicam que essa estrutura de cadeia aberta está, primeiramente, no equilíbrio com duas formas cíclicas (Figura 3). Essas formas cíclicas da D-glicose são hemiacetais, formados por uma reação intramolecular do grupo OH no carbono 5 com o grupo aldeído. A ciclização dá origem a um novo centro de quiralidade no carbono 1. Glicose Glicose Glicose Descrição da Imagem: a imagem apresenta três estruturas. Na imagem à esquerda, um hexágono com um átomo de hidrogênio e uma hidroxila ligados em cinco dos seis vértices e um grupo CH2OH e um hidrogênio ligados no vértice que recebe o número 5. No vértice que recebe o número 1, observa-se que a hidroxila está para cima. Na imagem do meio, os átomos de carbono estão unidos seguindo uma linha vertical e os átomos de hidrogênio e as hidroxilas estão em linhas horizontais ligados aos átomos de carbono. O carbono que recebe o número 1 possui uma dupla ligação com o oxigênio, uma ligação simples com o hidrogênio e uma ligação simples com outro átomo de carbono da cadeia principal. Na imagem à direita, um hexágono com um átomo de hidrogênio e uma hidroxila ligados em cinco dos seis vértice e um grupo CH2OH e um hidrogênio ligados no vértice que recebe o número 5. No vértice que recebe o número 1, observa-se que a hidroxila está para baixo. Figura 3 – Estrutura de cadeia aberta e duas formas cíclicas da D-glicose UNICESUMAR 84 As duas formas cíclicas formadas são diasteroisômeros, pois diferem apenas na configuração do carbono 1. Na química dos carboidratos, esses diasteroisômeros são chamados de anôme- ros. Cada anômero da glicose é designado como um anômero α (OH está apontando para baixo) ou como um anômero β (OH está apontando para cima), dependendo da localização do grupo OH em C1. Na Figura 3, você pode observar que o anômero α tem o grupo OH trans ao grupo CH2OH, enquanto que o anômero β tem o grupo OH cis ao grupo CH2OH. Nem todos os carboidratos existem no equilíbrio com anéis hemiacetálicos de seis membros, pois, em alguns casos, o anel é de cinco membros. Para facilitar a designação do tamanho do anel, um sistema de nomenclatura foi introduzido – se o anel é de seis membros, o composto é chamado de piranose, contudo, se o anel é de cinco membros, o composto é designado como furanose. Os dissacarídeos são carboidratos que, quando hidrolisam, produzem duas moléculas de monossacarídeos. Um exemplo muito comum de dissacarídeo é a sacarose (Figura 4). Ela é o dissacarídeo mais abundante, encontrado em todos os vegetais fotossintéticos e é obtido comercialmente da cana- -de-açúcar ou beterraba. Glicose Frutose Descrição da Imagem: a imagem mostra um hexágono e um pentágono que pos- suem um oxigênio em um dos seus vérti- ces ligados por um átomo de oxigênio. Em três dos seis vértices do hexágono estão ligadas hidroxilas e em um dos vértices está ligado o grupo CH2OH. Em dois dos cinco vértices do pentágono estão ligadas hidroxilas e em dois dos vértices estão li- gados o grupo CH2OH. Figura 4 – Estrutura química da sacarose A hidrólise catalisada por ácido de 1 mol de sacarose produz 1 mol de D-glicose e 1 mol de D-frutose. A maltose, outro exemplo de dissacarídeo, quando hidroli- sada, dá origem a duas moléculas de D-glicose (Figura 5). UNIDADE 4 85 Glicose Glicose Descrição da Imagem: a imagem apre- senta dois hexágonos que possuem um oxigênio em um dos seus vértices, ligados por um átomo de oxigênio. Em três dos seis vértices dos hexágonos estão ligadas hidroxilas e em um dos vértices está liga- do o grupo CH2OH. Figura 5 – Estrutura química da maltose A maltose é produzida durante a maltagem de grãos, especialmente cevada, e comercialmente pela hidrólise do amido usando β-amilase da bactéria Bacillus, embora as β-amilases de sementes de cevada também posam ser usadas. Já a lactose, um dissacarídeo presente no leite de quase todos os mamíferos, quando se hidrolisa, produz D-glicose e D-galactose (Figura 6). Descrição da Imagem: a imagem mostra dois pentágonos que possuem um oxigê- nio em um dos seus vértices, ligados por um átomo de oxigênio. Em dois dos cinco vértices do pentágono estão ligadas hidro- xilas e em dois dos vértices estão ligados o grupo CH2OH. Figura 6 – Estrutura química da lactose A lactose pode ser obtida do leite e outros derivados, contudo ela só é digerida pelo organismo quando atinge o intestino delgado, onde se localiza a enzima hidrolítica lactase. Essa enzima catalisa a hidrólise da lactose em seus monossacarídeos constituintes. Tanto a D-glicose quanto a D-galactose são rapi- damente absorvidas e entram na corrente sanguínea. Se, por algum motivo, a lactose ingerida for apenas parcialmente hidrolisada, ou não for hidrolisada de forma alguma, o resultado é uma síndrome clínica chamada intolerância à lactose. Se houver defi- ciência de lactase, alguma lactose permanecerá no intestino, causando distensão abdominal e cólicas. UNICESUMAR 86 Para algumas pessoas, beber um simples copo de leite pode se tornar um pesadelo, pois seu corpo não consegue digerir o açúcar do leite. Vou indicar um vídeo que mostra, de maneira bem didática, o que é a intolerância a lactose e o que acontece no organismo quando não con- seguimos hidrolisar a lactose. Os carboidratos que possuem entre 3 a 10 monossacarídeos ligados entre si são chamados de oligossaca- rídeos; enquanto os carboidratos que produzem um grande número de moléculas de monossacarídeos são chamados de polissacarídeos. Quando os polissacarídeos são formados por um único monossacarídeo, eles são chamados de homopolissacarídeos; já quando são constituídos por mais de um tipo de monossacarídeo, são cha- mados de heteropolissacarídeos. Os polissacarídeos são polióis e cada grupo hidroxila tem a possibilidade de formar ligações de hi- drogênio com uma ou mais moléculas de água. Além disso, o átomo de oxigênio do anel e o átomo de oxigênio glicosídico, conectando um anel de açúcar a outro, podem formar ligaçõesde hidrogênio com a água. Dessa forma, os polissacarídeos possuem uma forte afinidade por água e se hidratam prontamente. Em sistemas aquosos, as partículas de polissacarídeo podem absorver água, inchar e, geralmente, sofrem dissolução parcial ou completa. Juntos, os polissacarídeos e a água controlam muitas proprie- dades funcionais dos alimentos, incluindo a textura. Em geral, os polissacarídeos se tornam mais solúveis, conforme aumenta o grau de irregularidade das cadeias moleculares, ou seja, à medida que diminui a facilidade com que as moléculas se encaixam, a solubilidade das moléculas aumenta. Polissacarídeos solúveis em água e polissacarídeos modificados usados em alimentos e outras aplicações industriais são conhecidos como gomas ou hidrocoloides. Gomas e hidrocolóides são usados, principalmente, para engrossar e/ou gelificar soluções aquosas e para modificar e/ou controlar as propriedades de fluxo e texturas de alimentos líquidos e as proprie- dades de deformação de alimentos semissólidos. Soluções de gomas são dispersões de moléculas hidratadas e/ou agregados de moléculas hidra- tadas. Seu comportamento de fluxo é determinado pelo tamanho, forma e facilidade de deformação (flexibilidade). Para soluções da maioria das gomas, um aumento na temperatura resulta em uma diminuição na viscosidade. Três polissacarídeos muito importantes são o amido, o glicogênio e a celulose. O amido é a principal reserva alimentar dos vegetais, ele aparece como grânulos microscópios nas raízes, nos tubérculos e nas sementes dos vegetais (Figura 7). No que diz respeito as aplicações alimentares, amido e amidos modificados têm um enorme número de utilizações, incluindo aplicações como aglutinantes, na turvação, na formação de filme, no reforço de espuma, na gelificação, na estabilização de retenção de umidade, na texturização e no espessamento. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/14667 UNIDADE 4 87 Descrição da Imagem: a imagem fotográfica mostra peque- nos círculos irregulares de coloração cinza claro/arroxeado, observados pela lente de um microscópio. Figura 7 - Microscopia de grânulos de amido em uma batata A extensão da gelatinização do amido em produtos de panificação afeta fortemente as propriedades do produto, incluindo o comportamento durante o armazenamento e a taxa de digestão. Um gel é um semissólido viscoelástico; isto é, a resposta de um gel ao estresse é parcialmente carac- terística de um sólido elástico e parcialmente característica de um líquido viscoso. Os géis são formados por moléculas de polissacarídeos unidas por ligações de hidrogênio, atrações de van der Waals, pontes cruzadas iônicas ou ligações covalentes. Quando aquecido em água, o amido pode fornecer amilose e amilopectina. A amilose (Figura 8) é um polímero linear da glicose, unido por ligações α entre o C-1 de uma unidade e o C-4 da outra unidade. As cadeias de D-glicose com ligações α-glocosídicas tendem a assumir um arranjo de hélice. Moléculas de iodo podem encaixar-se dentro da hélice para formar um complexo de amido –iodo, que apresenta coloração azul-escuro característica. A formação desse complexo é um teste bastante conhecido para verificar se o amido foi totalmente hidrolisado no processo de produção de cervejas. Já a amilopectina (Figura 8), embora tenha estrutura similar à da amilose, apresenta cadeia ra- mificada. As ramificações ocorrem entre o C-1 de uma unidade e o C-6 da outra ao longo da cadeia de ligações α(1→4). A amilopectina é uma estrutura altamente ramificada, os pontos de ramificação ocorrem aproximadamente a cada 25 unidades. O glicogênio (Figura 8) é um polímero que funciona como uma reserva de carboidratos para os animais e tem estrutura semelhante à da amilopectina (cadeia de ligações α(1→4) com ligações α(1→6) nos pontos de ramificação) com a diferença que as cadeias são muito mais ramificadas. Os pontos de ramificação podem ocorrer a cada 10 unidades. O número de pontos de ramificação é importante, pois um polissacarídeo mais ramificado é mais solúvel em água e sabe-se que uma quantidade de glicogênio em solução é importante para os mamí- feros. Além disso, se o organismo precisa rapidamente de energia a enzima terá mais alvos potenciais se houver mais de uma ramificação. A celulose (Figura 8) serve como material estrutural dos vegetais. É um homopolissacarídeo linear de D-glicose unidos por ligações glicosídicas β (1→4), diferente do que observamos para o amido e o Os grânulos de amido aquecidos em água passam por um processo denominado gelatinização, que é a ruptura da ordem molecular dentro dos grânulos, evidenciada pelo inchaço irreversível dos grânulos e perda de cristalinidade. A temperatura aparente de gelatinização inicial e a faixa na qual ocorre a gelatinização dependem do método de medição, da razão amido: água, tipo de grânulo e heteroge- neidades dentro da população de grânulos. UNICESUMAR 88 glicogênio. Esse tipo de ligação torna as cadeias mais lineares e resulta em uma distribuição uniforme de grupos –OH do lado de fora de cada cadeia. Dessa forma, quando duas ou mais cadeias de celulose fazem contato, os grupos hidroxila podem unir as cadeias por meio da formação de ligações de hidrogênio, formando um polímero altamente insolúvel. A celulose e suas formas modificadas servem como fibra alimentar e não contribuem com nutrição ou calorias signifi- cativas, pois passam pelo sistema digestivo humano. A fibra tem funções diferentes no organismo, ajudando na constipação e na saúde intestinal, reduzindo os níveis de colesterol, controlando os níveis de açúcar no sangue e ajudando a perder peso. A celulose em pó, usada em alimentos, tem sabor, cor e con- taminação microbiana insignificantes e pode ser adicionada ao pão para fornecer volume não calórico. Polissacarídeos Amilose Amilopectina Amido Glicogênio Celulose Descrição da Imagem: a figura é com- posta por quatro ilustrações de estrutu- ras de polissacarídeos. A imagem superior esquerda mostra pequenas bolas azuis ligadas linearmente por um fio marrom que dá três voltas formando uma espécie de hélice em cada volta. A imagem supe- rior direita mostra pequenas bolas azuis ligadas por um fio marrom que não segue uma única linha e sim várias linhas que se conectam. A imagem inferior esquerda mostra pequenas bolas amarelas ligadas por um fio marrom que não segue uma única linha e sim várias linhas que se co- nectam, sendo formada por mais linhas que na imagem superior esquerda. A imagem inferior direita mostra pequenas bolas vermelhas ligadas linearmente por um fio marrom dando origem a várias camadas de bolas vermelhas conectadas. Figura 8 – Comparação das estruturas da amilose, amilopectina, glicogênio e celulose Agora você entende porque a D-glicose ocupa uma posição especial na química dos vegetais e animais? Ela não é apenas a aldoexose mais estável, mas a sua estereoquímica especial permite também que ela forme estruturas helicoidais quando UNIDADE 4 89 unidas em α como no amido, e estruturas lineares quando uni- das em β como na celulose. A viscosidade de uma solução de polímero é função do ta- manho e da forma de suas moléculas e das conformações que elas adotam no solvente. Os polissacarídeos lineares produzem soluções altamente viscosas, mesmo em baixas concentrações. A viscosidade depende tanto do peso molecular quanto da ex- tensão e rigidez, ou seja, da forma e flexibilidade, da cadeia polimérica solvatada. Em ciência alimentar, um material viscoso é aquele que é espesso, cobre a boca e é difícil de engolir. Compostos altamente ramificados irão colidir com menos frequência e produzirão uma viscosidade muito menor do que os compostos lineares do mesmo peso molecular. Isso também implica que as moléculas de polissacarídeos altamente ramifi- cados devem ser significativamente maiores do que moléculas de polissacarídeo linear para produzir a mesma viscosidade na mesma concentração. As moléculas lineares podemcontinuar se ligando até atingir um tamanho em que as forças gravitacionais causam precipi- tação. Por exemplo, a amilose (amido), quando dissolvido em água com auxílio de calor seguido do resfriamento da solução, sofre agregação molecular e precipita. Durante o resfriamento do pão e de outros produtos assados, as moléculas de amilose se associam para produzir um endurecimento. O organismo digere e absorve os diferentes tipos de carboi- dratos em velocidades diferentes, com isso, para avaliar os efeitos dos carboidratos nos níveis de glicose sanguínea, foi criado um mecanismo chamado índice glicêmico. Ele permite que seja elaborado um plano nutricional apropriado para o indivíduo em relação a suplementação de carboidratos, pois se sabe que o índice glicêmico de um carboidrato é proporcional ao aumento da glicemia no sangue. Se você pratica atividade física, já deve ter ouvido falar que a ingestão de carboidratos, antes dos exercícios, aumenta as re- servas de glicogênio, tanto muscular quanto hepático. Enquanto a ingestão de carboidratos durante o exercício físico ajuda na manutenção da glicemia sanguínea. UNICESUMAR 90 Quando o corpo recebe as quantidades ideais de carboidra- tos, ele não precisa utilizar energia de outras fontes para manter o funcionamento de todos os órgãos e tecidos. Assim, as pro- teínas ingeridas ficam livres para exercer sua função de reparar os músculos que sofreram microlesões durante as atividades físicas. No entanto, em excesso, os carboidratos podem gerar o acúmulo de gordura corporal. Durante a ingestão de alguns tipos de carboidratos, o corpo não precisa trabalhar muito para conseguir digeri-lo e, com isso, os níveis de insulina se elevam rapidamente, formando os chamados picos de insulina. Esses carboidratos possuem uma estrutura molecular pequena, como os monossacarídeos e os dissacarídeos. Exemplos desse tipo de carboidrato: mel, frutas, açúcar refinado e massas em geral. Contudo, alguns carboidratos, os polissacarídeos, quando ingeridos, mantém os níveis de insulina estáveis todo o tempo, ou seja, são absorvidos de forma lenta pelo corpo e precisam de mais tempo para serem quebrados em partes menores. Exemplo de carboidratos complexos: batata-doce, mandioca e arroz e massas, em geral, integrais. Alimentos com esses carboidratos complexos são os mais indicados para diabéticos, pessoas que buscam o emagreci- mento, pessoas que praticam atividades físicas (importante no pré-treino para gerar energia) e pessoas que precisam melhorar os níveis de colesterol, pois geram maior sensação de saciedade. A falta de carboidratos pode gerar falta de energia, fadiga e mau hálito e, ainda, afetar o fígado. Quando há falta de glicose, por exemplo, o nosso organismo produz corpos cetônicos, que podem causar dores de cabeça, insônia, alteração de humor, tremores e até desmaios. Contudo, quando ingerimos carboi- dratos em excesso, eles podem gerar um ganho de peso, além do aumento dos níveis de triglicerídeos no sangue e do risco de desenvolver diabetes. Quando pensando em processamento de alimentos, muitas vezes, é preferível utilizar um amido com melhores característi- cas comportamentais do que as fornecidas por amidos nativos. Isso porque, os amidos nativos produzem pastas particular- mente frágeis, coesivas e com consistência de borracha quando cozidas e géis indesejáveis quando as pastas são resfriadas. UNIDADE 4 91 Portanto, reticulação pode ser definida como a introdução de ligações intra e intermoleculares na molécula de amido em locais aleatórios. As propriedades dos amidos podem ser melhoradas por modificação, que são realizadas com o objetivo de obter pastas que possam resistir às condições de calor, cisalhamento, adição de ácidos e para introduzir funcionalidades específicas. Os tipos de modificações que são mais frequentemente feitas, às vezes isoladamente, mas frequentemente em combinações, são reticulação de cadeias de polímero, derivatização sem reti- culação, despolimerização e pré-gelatinização. Essas modificações podem trazer algumas melhorias como a redução na energia necessária para cozinhar (melhor gela- tinização e colagem), modificação das características de co- zimento, aumento da solubilidade, aumento ou diminuição da viscosidade da pasta, aumento da estabilidade de conge- lamento-descongelamento das pastas, aumento da clareza da pasta, aumento do brilho da pasta, inibição da formação do gel, aumento da formação do gel e da força do gel, melhoria da interação com outras substâncias, melhoria nas propriedades de estabilização, melhoria da estabilidade ao ácido, calor e cisalhamento, entre outras. Pequenos níveis de derivatização alteram drasticamente as propriedades dos amidos e estendem muito sua utilidade. Essa modificação é frequentemente chamada de estabilização e os produtos são chamados de amidos estabilizados. A maior parte do amido alimentar modificado é reticulado, onde normalmente é realizada uma reação entre o amido e algum reagente multifuncional capaz de se ligar aos grupos hidroxila nas moléculas de amido. UNICESUMAR 92 As pastas cozidas de amidos reticulados são mais viscosas, de corpo mais pesado, de textura mais curta e menos propensas a quebrar durante o cozimento prolongado ou durante a exposição a pH baixo e/ ou agitação intensa do que as pastas de amidos nativos a partir dos quais são preparados. Amidos reticulados e estabilizados são usados em alimentos enlatados, congelados, assados e secos. Eles também permitem que tortas de frutas congeladas e molhos permaneçam estáveis sob armaze- namento de longo prazo. Algumas características conferidas ao produto alimentar pela utilização de amidos modificados incluem: sensação na boca, textura, brilho e estabilidade. As moléculas de amido, como todas as outras moléculas de polissacarídeo, são despolimerizadas por ácidos quentes. Comercialmente, o ácido clorídrico é pulverizado sobre o amido bem misturado ou o amido úmido agitado é tratado com ácido clorídrico gasoso; a mistura é, então, aquecida até ser obtido o grau de despolimerização desejado. O ácido é neutralizado e o produto é recuperado, lavado e seco. Os amidos modificados com ácido formam géis com maior clareza e maior resistência, contudo conferem menos viscosidade a solução. Modificações mais extensas com ácido produzem dextrinas. As dextrinas de baixa viscosidade podem ser usadas em altas concentrações no processamento de alimentos. Elas têm propriedades adesivas e de formação de filme. A hidrólise das dispersões de amido com um ácido ou uma enzima produz as primeiras malto- dextrinas. As maltodextrinas são brandas, sem doçura e excelentes para contribuir com corpo ou volume em alimento. A hidrólise contínua do amido produz uma mistura de D-glicose, maltose e outros malto-oligossacarídeos. Os polissacarídeos também estão sujeitos à hidrólise catalisada por enzimas. A taxa e os produtos finais desse processo são controlados pela especificidade da enzima, pH, tempo e temperatura. UNIDADE 4 93 A α-amilase é uma enzima que cliva tanto moléculas de amilose quanto moléculas de amilopec- tina, produzindo oligossacarídeos. Os oligossacarídeos maiores podem ser ramificados por meio de ligações (1→6), uma vez que a α-amilase atua apenas nas ligações (1→4) do amido. A β-amilase libera o dissacarídeo maltose sequencialmente a partir das extremidades não redutoras da amilose e da amilopectina (CAMPBELL; FARRELL, 2007). Tanto os amidos quimicamente modificados quanto os não modificados podem ser usados para fazer amidos pré-gelatinizados, que podem ser usados sem cozinhar. Muitos são usados em misturas secas, como misturas instantâneas para pudim; eles se dispersam facilmente com agitação de alto cisalhamento ou quando misturados com açúcar ou outros ingredientes secos. Os sacarídeos superiores podem ser digeríveis, parcialmente digeríveis ou não digeríveis. Quando ocorre a hidrólise digestiva em monossacarídeos,os produtos da digestão são absorvidos e cataboli- zados. Os polissacarídeos de amido são os únicos que podem ser hidrolisados por enzimas digestivas humanas. Eles, é claro, fornecem D-glicose, que é absorvida pelo intestino delgado para fornecer a principal energia metabólica dos humanos. Os carboidratos não digeridos em monossacarídeos por enzimas humanas no intestino delgado (todos os outros, exceto sacarose, lactose e aqueles relacionados ao amido) podem ser metabo- lizados por microrganismos no intestino grosso, produzindo substâncias que são absorvidas e catabolizadas para obter energia. Portanto, os carboidratos podem ser calóricos, parcialmente calóricos ou essencialmente não calórico. Eles podem ser solúveis ou insolúveis e podem produzir viscosidades altas ou baixas. Os carboidratos vegetais de ocorrência natural não são tóxicos. O interesse por materiais biodegradáveis em substituição aos materiais plásticos tem aumentado significativamente nos últimos anos, em virtude do descarte incontrolável de materiais derivados do petróleo. O amido, polissacarídeo biodegradável, atóxico e renovável, é um dos biopolímeros mais estudados para a elaboração de biofilmes. O amido é encontrado em grãos de cereais, como arroz, milho, trigo, centeio e cevada, e em tubér- culos ou raízes de batata, mandioca, batata doce, entre outros. Os teores de amilose da amilopectina variam em função da fonte botânica do amido. Devido as propriedades físicas, químicas e funcionais da amilose, o amido pode ser utilizado na produção de filmes. Como vimos acima, as moléculas de amilose tendem a se orientar paralelamente, devido a sua linearidade, aproximando-se o suficiente para que se formem ligações de hidrogênio entre hidroxilas de polímeros adjacentes. A estrutura granular semicristalina do amido precisa ser destruída para dar origem a uma matriz polimérica homogênea e amorfa, só assim pode-se obter um material termoplástico. Para destruir essa estrutura do amido, pode-se utilizar a fusão ou a gelatinização. UNICESUMAR 94 Na gelatinização ocorre a transformação irreversível do amido granular em uma pasta viscolelástica. Isso acontece em excesso de água ou na presença de um agente plastificante. Já na fusão, pequenas quan- tidades de água são usadas no aquecimento do amido, provocando o rompimento dos seus grânulos. Embora tenham um custo mais elevado, comparado com as embalagens tradicionais, os filmes de amido garantem segurança ambiental, o que vem sendo preferível mesmo que o preço seja um pouco mais alto. Filmes biodegradáveis de amido de mandioca mostraram boa qualidade sensorial, baixa contaminação microbiológica e vida útil adequada para a selagem de alface americana, por exemplo. Outro exemplo de polissacarídeo muito utilizado na produção de filmes biodegradáveis é a quito- sana (Figura 9). Esse polissacarídeo é o segundo mais abundante na natureza, ficando atrás apenas da celulose. Geralmente, é encontrada no exoesqueleto de insetos e crustáceos. Descrição da Imagem: a imagem mostra três estruturas de carbono na conformação cadeira, que possuem um oxigênio no lugar de um dos átomos de carbono da cadeia. A primeira estrutura está ligada a segunda estrutura que está ligada a terceira por um átomo de oxigênio. Na primeira e na última estrutura, observa-se que em dois dos seis carbonos da cadeia estão ligados grupos OH, em um carbono está ligado o grupo NH2 e em outro carbono está ligado o grupo CH2OH. A estrutura do meio possui os grupos OH, NH2 e CH2OH ligados em carbonos distintos, sendo que essa estrutura está entre colchetes e embaixo do colchete tem a letra n. Na parte superior da imagem está escrito Quitosana. Figura 9 – Estrutura química da quitosana Quitosana A quitosana é considerada um polímero não tóxico, biodegradável, biocompatível, com potencial an- timicrobiano e antioxidante, sendo muito utilizada na indústria alimentícia e farmacêutica. Devido a sua estrutura, ela pode ser usada também na produção de nanocápsulas, microcápsula ou hidrogeis. Por possuir atividade antimicrobiana contra vários microrganismos patógenos e deteriorantes, quando utilizada em embalagens, ela pode impedir que os microrganismos se desenvolvam, ou seja, aumentam a vida útil dos alimentos, além de manter as suas características sensoriais e nutricionais. UNIDADE 4 95 Falando nisso, você sabia que existem outros grãos que podem ser empregados no processo de fabricação de cervejas, além da cevada? E que os carboidratos têm um papel fundamental nesse processo? Para falar mais sobre esse assunto, irei entrevistar Diogo Henrique Hendges, Doutor em Ciências com habilitação em Biotecnologia Industrial, pela Universidade de São Paulo (USP) - Escola de Engenharia de Lorena (EEL), onde estudou a produção de cervejas utilizando adjuntos não conven- cionais. Acesse o QR Code para ouvir o podcast! Na fabricação da cerveja, um dos objetivos é transfor- mar o amido, seja do malte ou de algum adjunto adi- cionado, em açúcares fermentescíveis, especialmen- te a maltose. Posteriormente, esses açúcares serão convertidos a álcool e gás carbônico pelas leveduras. O grão de milho possui, aproximadamente, 71% de amido em sua composição. A indústria cervejeira comumente utiliza milho como adjunto na sua produção. Nesses casos, o milho é hidrolisado, pelas enzimas do malte (α e β amilases), em açúcares fermentescíveis. https://vimeo.com/568603174/f6268af1c5 UNICESUMAR 96 Caro(a) aluno(o), depois de todas essas definições sobre carboidratos, você deve estar se perguntando como eles são apresentados nas tabelas nutricionais, certo? A presença e a quantidade de carboidratos são informações obrigatórias nos rótulos dos alimen- tos. Deve ser mostrado o valor total de carboidratos e eles não devem ser separados de acordo com a classificação (polissacarídeos, dissacarídeos e monossacarídeos). As fibras alimentares são um tipo de carboidrato presentes em muitos alimentos de origem vegetal, como frutas e hortaliças, pães integrais e outros. É um material comestível que não é hidrolisado pelas enzimas endógenas do trato digestivo humano, ou seja, elas são utilizadas pelo organismo de um modo diferente, por isso sua quantidade é informada separada dos demais carboidratos nos rótulos. A quantidade de açúcares, polióis, amido e outros carboidratos pode ser indicada como porcentagem do total de carboidratos. Os fabricantes podem declarar que o produto contém “zero” ou “não contém” quantidades de carboidrato se ele contiver um valor menor ou igual a 0,5 g por porção. Outra informação importante é que a quantidade de carboidratos presente nos alimentos também é utilizada para o cálculo do valor energético do produto. Nesta Unidade, entendemos que os carboidratos possuem muitas estruturas moleculares, tamanhos e formas diferentes e, por isso, exibem uma variedade de propriedades químicas e físicas. Sendo assim, estudamos como os carboidratos são classificados e como fazem parte do nosso cotidiano, desempe- nhando as mais diversas funções. Além disso, vimos que a projeção de Fischer é considerada a maneira mais eficiente de representar a estrutura de um carboidrato e destacamos alguns dos principais car- boidratos e suas funções, como amilose, amilopectina, celulose e glicogênio. Vimos que o amido pode ser modificado e que isso implica em uma série de benéficos para a indústria de alimentos. É muito importante que você tenha em mente os conceitos estudados nessa unidade caso decida trabalhar com o desenvolvimento de novos produtos ou mesmo na determinação de carboidratos em um laboratório de alimentos, visto que saber a composição dos açúcares é um indicador das características do produto que será distribuído ao mercado e ajuda a detectar fraudes. 97 Vamos verificar, agora, quais são os principais itens que discutimos nesta unidade. Como sugestão, proponho que você complete o mapa mental abaixo, tendo em mente os principais conceitos tra- balhados. Para te ajudar,eu completei algumas caixas e deixei outras vazias. Agora é com você! CARBOIDRATOS Dissacarídeos Polissacarídeos Carboidratos que elevam rapidamente os níveis de insulina Mecanismos para avaliar os efeitos dos carboidratos nos níveis de glicose sanguínea Principais funções Unidades mais simples Possuem um grande número de moléculas monossacarídeos Principais tipos de modi�cação do amido Cadeias lineares Menor viscosidade 98 1. Com relação aos carboidratos, indique se as afirmativas são verdadeiras ou falsas: ) ( Os exemplos mais simples de carboidratos são os monossacarídeos. Sendo que os monos- sacarídeos mais simples contêm três átomos de carbono, o gliceraldeído e a dihidroxicetona. ) ( Os dissacarídeos são carboidratos que, quando hidrolisam, produzem moléculas de polissa- carídeos. Um exemplo muito comum de dissacarídeo é a sacarose. ) ( Uma maneira eficiente de representar a estrutura de um carboidrato é utilizando a pro- jeção de Fischer. ) ( Cada anômero da glicose é designado como um anômero α ou como um anômero β, depen- dendo da localização do grupo OH em C1. ) ( Dois polissacarídeos muito importantes são maltose e sacarose. Agora, assinale a alternativa que apresenta a ordem correta das respostas. a) F, V, F, F, F. b) F, V, V, F, V. c) F, V, F, F, V. d) V, F, V, V, F. e) V, F, V, F, F. 2. Por que a determinação de carboidratos é extremamente importante na indústria de alimen- tos? E como eles são apresentados nos rótulos dos alimentos? 3. Com relação aos polissacarídeos, assinale a alternativa correta. a) O amido é a principal reserva alimentar dos animais. Quando aquecido em água, o amido pode fornecer amilose e glicogênio. b) A amilose é um polímero ramificado da glicose, unidas por ligações α (1→4). c) A amilopectina apresenta cadeia ramificada com ligações α (1→4) e com ligações α (1→6) nos pontos de ramificação. d) O glicogênio é um polímero que funciona como uma reserva de carboidratos para os vegetais e tem estrutura semelhante à da amilopectina. e) A celulose serve como material estrutural dos vegetais. É um homopolissacarídeo linear de D-glicose unidos por ligações glicosídicas α (1→6). 4. O glicogênio é altamente ramificado. Que vantagens, caso haja alguma, isso representa para um animal? 5 Nesta unidade, falaremos sobre as principais funções das proteínas no nosso organismo e suas aplicações nas indústrias de alimentos. Entenderemos como elas são formadas, suas principais estruturas e características. Além disso, veremos são responsáveis por mo- dificações simples que ocorrem nos alimentos do nosso dia a dia. Proteínas Dra. Ana Paula Klein Hendges UNICESUMAR 100 Você já se perguntou de onde vem aquela cor que a carne adquiri depois de assada? Ou, por que o pão entra no forno de uma cor e sai com outra? O que acontece com o ovo durante o cozimento? Ou ainda, o que faz o leite ficar firme e se transformar em queijo e iogurte? Acredito que você já tenha se deparado com todas ou, com pelo menos, alguma dessas situações que eu mencionei acima, estou certa? O que acontece é que, muitas vezes, não paramos para pensar na ciência por trás de acontecimentos básicos da nossa rotina, afinal, eles dificilmente chamam a nossa atenção. Bom, eu preciso te contar, caso você ainda não saiba, que todas as situações mencionadas são resultado da ação de um grupo de moléculas químicas, chamadas de proteínas. Você sabe onde podemos encontrar pro- teínas no nosso cotidiano? Será que elas são importantes na indústria de alimentos? E que funções desempenham no nosso organismo? As proteínas são extremamente importantes na nutrição porque fornecem aminoácidos essenciais ao organismo. As proteínas de origem animal e vegetal estão sendo cada vez mais utilizadas como in- gredientes em muitos alimentos formulados. O colágeno, por exemplo, é uma excelente ferramenta tec- nológica. É a proteína mais abundante dos organismos animais, representando cerca de 30% do total de proteínas presentes no corpo humano. Tem sido empregado em produtos como salsichas e mortadelas com o objetivo de reduzir custos pela substituição de carnes (FOOD INGREDIENTS BRASIL, 2014). O mercado de produtos com alto teor de proteína já é uma realidade no Brasil e no mundo, e as empresas têm investido cada vez mais em pesquisas para apresentar ao mercado proteínas que pro- porcionem melhores funcionalidades técnicas para cada produto específico. Esse grupo de moléculas é muito importante no nosso dia a dia e está presente em muitas situações. Que tal um experimento rápido para que você possa visualizar a presença das proteínas aí na sua casa? Topa!? Bom, para esse experimento, você vai precisar de dois potes de sobremesa, ou qualquer outro reci- piente pequeno, um ovo (usaremos somente a clara) e álcool. Divida a clara do ovo em porções iguais entre os dois potes e adicione um pouco de álcool em apenas um dos potes. Aguarde alguns instantes. UNIDADE 5 101 O que acontece com a clara do ovo em contato com o álcool? Utilize o seu Diário de Bordo para fazer as devidas anotações e lembre-se de comparar com a clara de ovo que deixamos no outro pote, sem adicionar o álcool. Compare o que acontece com a cor e a textura da clara. O que você observa nesse experimento é a precipitação de uma proteína presente no ovo, a albu- mina. O mesmo pode ser observado quando você frita ou cozinha o ovo, embora o meio utilizado para a precipitação seja diferente. O que achou do experimento? Agora, eu te convido a conhecer um pouco mais sobre esse universo das proteínas para que possamos entender os exemplos citados no início desse material. As proteínas são fundamentais para qualquer ser vivo, sem elas não existiríamos. Toda manifestação genética é dada por meio de proteínas, assim como a grande parte dos processos orgânicos são mediados por elas. A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos e, após a síntese, alguns constituintes dos aminoácidos são modificados por enzimas citoplasmáticas. As proteínas que não são modificadas enzimaticamente nas células são chamadas de homoproteínas, e aquelas que são modificadas ou complexadas com com- ponentes não proteicos são chamadas de proteínas conjugadas ou heteroproteínas. Os componentes não proteicos são frequentemente chamados de grupos protéticos. Exemplos de proteínas conjugadas incluem nucleoproteínas (ribossomos), glicoproteínas (ovalbu- mina, k-caseína), fosfoproteínas (caseínas a e b, quinases, fosforilase), lipoproteínas (proteínas da gema de ovo, várias proteínas do plasma) e metaloproteínas (hemoglobina, mioglobina e várias enzimas). As proteínas também podem ser classificadas de acordo com sua organização estrutural bruta, em proteínas globulares e proteínas fibrosas. Assim, as proteínas que existem em formas esféricas ou elipsoidais, resultantes do dobramento da(s) cadeia(s) polipeptídica(s) sobre si mesma, são chamadas de globulares (Figura 1). UNICESUMAR 102 Figura 1 - proteínas globulares Por outro lado, as proteínas fibrosas (Figura 2) são moléculas em forma de bastonete contendo cadeias polipeptídicas lineares torcidas (por exemplo, tropomiosina, colágeno, queratina e elastina). As proteínas fibrosas também podem ser formadas como resultado da agregação linear de pequenas proteínas glo- bulares, como a actina e a fibrina. A maioria das enzimas são proteínas globulares e proteínas fibrosas funcionam como proteínas estruturais. Figura 2 - Proteínas fibrosas Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração que apresenta centenas de pequenas estruturas esferoides empacotadas de for- ma densa, de maneira que a estrutura final se assemelha a um globo. As estruturas esferoides são cinzas, roxas e vermelhas e estão interligadas por meio de uma estrutura na cor cinza escuro. Descrição da Imagem: a imagem ilustrada mostra várias estruturas esferoides empacotadas de forma densa, de maneira que a es- trutura final se assemelha a uma corda torcida. As estruturas esferoidessão brancas, roxas e vermelhas e estão interligadas por meio de uma estrutura na cor cinza escuro. UNIDADE 5 103 As proteínas desempenham várias funções nos organismos vivos. O Quadro 1, a seguir, resume algu- mas dessas funções. Quadro 1 – Principais funções das proteínas no organismo / Fonte: adaptada de Fennema (1996). São proteínas que participam dos tecidos dando-lhes rigidez, consistência e elasticidade. Como exemplo podemos citar o colágeno (constituínte das cartilagens) e a queratina (principal proteína do cabelo). Exercem alguma função especí�ca sobre algum órgão ou estrutura de um organismo como, por exemplo, a insulina (embora tecnicamente a insulina seja considerada apenas um polipeptídeo, devido a seu pequeno tamanho). Os anticorpos são proteínas que realizam a defesa do organis- mo, especializados no reconhecimento e neutralização de vírus, bactérias e outras substâncias estranhas.. Obtenção de energia a partir dos aminoácidos que compõem as proteínas. Enzimas são proteínas capazes de catalisar reações bioquími- cas como, por exemplo, as lipases O transporte de gases (principalmente do oxigênio e um pouco do gás carbônico) é realizado por proteínas como a hemoglobina e hemocianina. ESTRUTURAL DEFESA ENZIMÁTICA HORMONAL ENERGÉTICA CONDUTORAS DE GASES UNICESUMAR 104 Proteínas são cadeias longas de aminoácidos unidas por ligações peptídicas com um grupo amina carregado positivamente em uma extremidade e um grupo carboxila carregado negativamente na outra extremidade (SOLOMOS; FRYHLE, 2009). A sequência de aminoácidos é de importância crucial, ela determina exatamente como a proteína se dobrará em uma conformação tridimensional para executar sua exata função bioquímica. Entre todos os aminoácidos possíveis, apenas 20 são normalmente encontrados em proteínas. Os aminoácidos possuem um grupo amina e um grupo carboxila, ambos ligados no carbono próximo ao grupo carboxila (carbono α) (Figura 3). Grupo Amino Cadeia Lateral Grupo Carboxila Figura 3 – Estrutura geral dos aminoácidos O carbono α também é ligado a um grupo de cadeia lateral, representado pela letra R. Esse grupo de- termina a identidade do aminoácido específico. As propriedades físico-químicas, como carga líquida, solubilidade, reatividade química e potencial de ligação de hidrogênio, dos aminoácidos dependem da natureza química do grupo R. Todas as proteínas são essencialmente constituídas pelos mesmos 20 aminoácidos primários; no entanto, algumas proteínas podem não conter um ou alguns dos 20 aminoácidos. As diferenças na es- trutura e função das várias proteínas surgem da sequência na qual os aminoácidos estão ligados entre si. Literalmente, bilhões de proteínas com propriedades únicas podem ser sintetizadas alterando a sequência de aminoácidos, o tipo e a proporção dos aminoácidos e o comprimento da cadeia dos polipeptídeos. Descrição da Imagem: a imagem ilustrativa mostra uma molécula química que contém um grupo amino (NH2) na extremidade esquerda, ilustrado com um círculo azul que possui um “N” ao centro, ligado por um traço a dois círculos que possuem um “H” em cada centro, sendo que abaixo desse grupo está escrito grupo amino. No centro, observa-se um grupo CHR, cujo R, em um quadrado abaulado verde, representa uma cadeia lateral, que possui um círculo preto com um “C” ao centro e é interligado por um círculo cinza com um “H” ao centro, abaixo desse grupo está escrito cadeia lateral. Na extremidade direita, observa-se um grupo carboxila (COOH), que é composto por um círculo preto com um “C” ao centro e é interligado por dois traços em um círculo vermelho com um “O” ao centro, e interligado por um traço em outro círculo vermelho com um O ao centro, ligado por um círculo vermelho com um “H”. Abaixo desse grupo está escrito grupo carboxila. UNIDADE 5 105 Por possuírem um grupo carboxílico (ácido) e o grupo amina (base), os aminoácidos são consi- derados anfólitos. Sendo assim, em pH neutro, tanto o grupo amina como o grupo carboxílico são ionizados, portanto, trata-se de uma molécula dipolar ou zwitterion. Em todos os aminoácidos que ocorrem normalmente, com exceção da glicina, o carbono α tem quatro grupos diferentes ligados a ele, originando duas formas de imagem especulares que não podem ser sobrepostas, ou seja, são estereoisômeros. Essas duas formas são as bases da classificação de aminoácidos em formas D e L. Assim, os dois estereisômeros de cada aminoácido são designados como L e D-aminoácidos. As letras L e D vêm do latim e significam esquerda (laevus) e direita (dexter), respectivamente. Em um aminoácido, a posição do grupo amina no lado esquerdo ou no lado direito do carbono α determina a designação L ou D (SOLOMOS; FRYHLE, 2009). É importante destacar que os aminoá- cidos que ocorrem em proteínas são todos da forma L (Figura 4). L - alanina D - alanina Figura 4 – Isômeros D e L da alanina Descrição da Imagem: na esquerda, observa-se uma estrutura com quatro grupos químicos diferentes ligados por um mesmo ponto central. Em cima, ligado por uma linha fina, está o grupo COOH, a esquerda, ligado por uma linha fina está o grupo CH3, abaixo ligado por uma linha cônica está o grupo NH2 e a direita ligado por uma linha cônica tracejada está o H. Embaixo dessa estrutura está escrito L-alanina e atrás da estrutura, no plano de fundo, tem a imagem da mão esquerda, visto a palma da mão voltada para o observador, tendo o dedo polegar projetado para a esquerda da imagem. Na direita, observa-se a mesma estrutura, que foi descrita na esquerda, refletida em uma caixa de cor azul, vista na diagonal. Em cima, ligado por uma linha fina, está o grupo COOH, a direita ligada por uma linha fina está o grupo CH3, abaixo ligado por uma linha cônica está o grupo NH2 e a esquerda ligado por uma linha cônica tracejada está o H. Embaixo dessa estrutura está escrito D-alanina e atrás da estrutura, no plano de fundo, tem a imagem da mão direita, visto a palma da mão voltada para o observador, tendo o dedo polegar projetado para a direita da imagem. UNICESUMAR 106 Os aminoácidos podem ser classificados de acordo com a natureza polar ou apolar da cadeia lateral, dependo da presença de um grupo funcional ácido ou básico na cadeia lateral e da natureza de tais grupos. É comum nos referirmos aos aminoácidos pelas abreviações de três ou de uma letra de seus nomes (Quadro 2). Aminoácido Abreviação de três letras Abreviação de uma letra Ácido aspártico Asp D Ácido glutâmico Glu E Alanina Ala A Arginina Arg R Asparagina Asn N Cisteína Cys C Fenilalanina Phe F Glicina Gly G Glutamina Gln Q Histidina His H Isoleucina Ile I Leucina Leu L Lisina Lys K Metionina Met M Prolina Pro P Serina Ser S Tirosina Tyr Y Treonina Thr T Triptofano Trp W Valina Val V Quadro 2 – Nomes e abreviações dos aminoácidos comuns / Fonte: Campbell e Farrell (2007). Os aminoácidos podem ser essenciais ou naturais. Os que não são produzidos pelo organismo e precisam ser ingeridos na dieta são chamados de essenciais (isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina, histidina), enquanto os aminoácidos que são produzidos pelo organismo são chamados de naturais ou não essenciais (alanina, asparagina, aspartato, cisteína, glutamato, glutamina, glicina, prolina, serina, tirosina). Em uma proteína, muitos aminoácidos são unidos por ligações peptídicas para formar uma cadeia polipeptídica. Essa união ocorre pela condensação do grupo amino de uma molécula com o grupo UNIDADE 5 107 carboxila da outra molécula e libera uma molécula de água (MORAN et al., 2013). Para entender melhor como ocorre a ligação peptídica, observe a Figura 5. Ligação peptídica Cadeia lateral Cadeia lateral Cadeia lateral Grupo carboxila Cadeia lateral Grupo amino Ligação peptídica Figura 5 – Ligação Peptídica Observe que o grupo α-carboxila de um aminoácido e o grupo α-amina do seguinte, se unem libe- rando uma molécula de águae resíduos de aminoácidos ligados. Essa ligação formada é chamada de ligação peptídica. Quando um pequeno grupo de aminoácidos se unem, formam os compostos chamados de pep- tídeos. Já quando ocorre a união de vários aminoácidos, normalmente mais de cem, formam-se as proteínas (Figura 6). Descrição da Imagem: e um grupo carboxila (COOH, em vermelho). Na primeira molécula, abaixo de R, está escrito cadeia lateral e abaixo de COOH está escrito grupo carboxila. Na segunda molécula abaixo de NH2 está escrito grupo amino e abaixo de R está escrito cadeia lateral. Essas duas moléculas estão separadas por um sinal que indicada uma soma e estão na parte superior da imagem. Em- baixo dessas moléculas há uma seta azul indicativa para uma terceira estrutura, que representa a união das duas moléculas iniciais. Essa terceira molécula contém os grupos NH2-CHR-CO da primeira molécula ligados aos grupos NH-CHR-COOH da segunda molécula. Essa ligação ocorre entre os grupos COOH (da primeira molécula) e o grupo NH2 (da segunda molécula). Nessa terceira molécula abaixo de R está escrito cadeia lateral e abaixo de CO-NH está escrito ligação peptídica. Abaixo da terceira molécula observa-se um sinal que indica uma soma e na sequencia uma molécula formada pelos grupos H-O-H. UNICESUMAR 108 AMINOÁCIDOS PEPTÍDEO PROTEÍNA Figura 6 - Diferença no tamanho das cadeias de peptídeos e das proteínas Você parou para pensar quantas conformações são possíveis para uma molécula tão grande quanto uma proteína? Bom, já posso te afirmar que são várias. As unidades de repetição dos aminoácidos são planos de amida que podem girar em torno de seus átomos de carbono, criando as conformações tridimensionais das proteínas. Contudo, dessas diversas estruturas, poucas têm atividade biológica, as chamadas conformações nativas. Devido a sua complexidade, as proteínas são definidas em quatro níveis de estrutura: primária, secundária, terciária e quaternária (Figura 7). Descrição da Imagem: a imagem ilustrativa mostra, no lado esquerdo, 8 bolas nas cores verde musgo, azul claro, marrom, vermelho, verde claro, azul turquesa, preto e roxa. As bolas estão soltas e abaixo delas está escrito aminoácidos. Na sequência, uma seta preta aponta para a direita no sentindo de outras bolas coloridas, na mesma cor das descritas anteriormente, sendo que essas estão unidas por uma linha levemente ondulada no sentido vertical e abaixo está escrito peptídeo. Seguindo uma outra seta apontando para o lado direito no sentido de várias bolas coloridas unidas por uma linha em forma de espiral e abaixo está escrito proteína . Essas últimas bolas são da mesma cor das descritas anteriormente, mas neste caso, observa-se duas ou três bolas de cada cor. Um peptídeo de importância comercial considerável é o Aspartame. Esse composto é cerca de 200 vezes mais doce que o açúcar e é utilizado como um substituto do açúcar sob a marca registrada de NutraSweet. Muitas pessoas desejam reduzir o consumo de açúcar para combater a obesidade e uma das formas mais comuns de fazê-lo é ingerir bebidas dietéticas. A indústria de refrigerantes é um dos maiores mercados para o Aspartame. O uso desse adoçante foi aprovado pela Food and Drugs Administration nos Estados Unidos, em 1981, após extensivos testes, embora ainda haja uma certa controvérsia sobre sua segurança. UNIDADE 5 109 Estrutura da proteína Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária Aminoácidos α-Hélice Cadeias de polipeptídios Complexo de molécula de proteína Figura 7 – Estrutura da proteína: primária, secundária, terciária e quaternária A estrutura primaria é a primeira etapa unidimensional na especificidade da estrutura tridimensional de uma proteína. É a ordem na qual os aminoácidos são ligados covalentemente, formando um arranjo linear, semelhante a um “colar de contas” (MELLO; NICHELLE, 2018). A estrutura secundária é o arranjo espacial dos átomos no esqueleto peptídico, e ela tem interações repetitivas resultantes da ponte de hidrogênio entre a amida N-H e os grupos carbonila do esqueleto peptídico (MELLO; NICHELLE, 2018). Ocorre graças a possibilidade de rotação das ligações entre os carbonos alfa dos aminoácidos e os seus grupos amina e carboxila. O que vai determinar a estrutura secundária é a estrutura primária, o tipo o número e a distribuição ao longo da cadeia. Existem dois tipos de estruturas secundárias que ocorrem frequentemente nas proteínas, as estruturas de α-hélice e folha β pregueada, em ambas as estruturas as características se repetem a intervalos regula- res. Na folha β pregueada, por exemplo, pode ocorrer uma formação bidimensional envolvendo uma ou mais cadeias polipeptídicas, enquanto na α-hélice envolve apenas uma cadeia polipeptídica. As proteínas têm quantidades variáveis de estruturas em α-hélice, podendo ser uma baixa porcentagem a quase 100%. Descrição da Imagem: na parte superior da imagem está escrito estrutura da proteína. A imagem mostra quatro estruturas diferentes. A primeira consiste em cinco bolas nas cores vermelho, amarelo, azul, verde musgo e vermelho unidas por uma linha levemente ondu- lada e três bolas nas cores verde musgo, amarelo e vermelho unidas por uma linha levemente ondulada, acima está escrito estrutura primária e abaixo está escrito aminoácidos. Em seguida, uma seta cinza aponta para a direita no sentido da segunda estrutura, que consiste em uma fita vertical no formato de uma espiral, acima está escrito estrutura secundária e abaixo está escrito α-hélice. Uma segunda seta cinza aponta para a direita no sentido de uma terceira estrutura que consiste em uma linha azul grossa toda enrolada, acima está escrito estrutura terciária e abaixo está escrito cadeia de polipeptídios. Por fim, uma terceira seta cinza aponta para a direita no sentido da quarta estrutura, que é formada pela união de quatro estruturas iguais a terceira, sendo duas delas azuis e duas verdes. Ao lado e abaixo de uma estrutura de cor azul estão as estruturas de cor verde. As duas estruturas de cor azul ficam na diagonal uma da outra. Acima dessa quarta estrutura está escrito estrutura quaternária e abaixo está escrito complexo de molécula de proteína. UNICESUMAR 110 Já a estrutura terciária inclui o arranjo tridimensional de todos os átomos na molécula (MORAN et al., 2013). Essa estrutura engloba as conformações das cadeias laterais e as posições de qualquer grupo prostético. Um aspecto importante da estrutura terciária, que não é especificado pela estrutura secundária, é a disposição dos átomos das cadeias laterais. Nesse tipo de estrutura predominam ligações do tipo pontes de dissulfeto, pontes de hidrogênio, interações dipolo-dipolo e de Van der Waals (Figura 8). C-terminal N-terminal Estrutura -hélice Estrutura folha-pregueada Ponte de hidrogênio Ponte de dissulfeto Interação hidrofóbica Figura 8 – Exemplo das ligações do tipo pontes de dissulfeto, pontes de hidrogênio, interações dipolo-dipolo e de Van der Waals em uma proteína Descrição da Imagem: a imagem ilustrada mostra uma fita verde e azul que apresenta maior ou menor ondulação dependendo da posi- ção. No canto superior esquerdo está escrito C-terminal e logo abaixo disso observa-se um círculo vermelho com o símbolo COO- escrito dentro na cor branca. Na sequência, projetando-se em linha zig-zag na vertical, tem-se a fita nas cores verde e azul. As cores da fita são vistas aleatoriamente devido ao formato e projeção. Nas duas primeiras ondulações da fita, observam-se linhas tracejadas na vertical de cor vermelha. A fita desse em zig-zag até iniciar sua apresentação na horizontal, indo da esquerda para a direita e voltando na mesma horizontal, porém um pouco acima da primeira linha, sendo que no entremeio existem linhas tracejadas na vertical na cor vermelha. A fita segue seu percurso agora em forma de espiral, em estrutura helicoidal, contendo cinco voltas e entre essas voltas existem linhas tracejadas navertical na cor vermelha. Por fim, a fita segue para sua finalização com duas voltas no estilo looping onde na primeira volta temos uma linha tracejada na horizontal na cor verde e na segunda volta temos duas linhas tracejadas sendo uma em amarelo e a outra em vermelho. No final da fita, no canto superior direito está escrito N-terminal e observa-se um círculo verde com o símbolo NH3+ escrito no centro na cor branca. Abaixo da fita observam-se linhas tracejadas nas cores vermelha, amarela e verde, sendo que ao lado da linha vermelha está escrito pontes de hidrogênio, ao lado da linha amarela está escrito pontes de dissulfeto e ao lado da linha verde está escrito interações hidrofóbicas. UNIDADE 5 111 As interações entre as cadeias laterais desempenham um papel importante no dobramento proteico. A conformação tridimensional de uma proteína, por exemplo, é o resultado da interação entre todas as forças estabilizadoras. As técnicas mais comumente utilizadas para determinar a estrutura terciária de uma proteína são a cristalografia de raio X e a espectroscopia por ressonância magnética nuclear (RMN). Uma proteína pode consistir em múltiplas cadeias polipeptídicas chamadas de subunidades. O arranjo de uma subunidade com relação às outras é a estrutura quaternária (MORAN et al., 2013). O número de cadeias pode variar de duas a mais de 12, e elas podem ser idênticas ou diferentes. As mais comuns são dímeros, trímeros e tetrâmeros. Essas cadeias interagem entre si via atrações eletrostáticas, pontes de hidrogênio e interações hidrofóbicas. As interações não covalentes que mantêm a estrutura tridimensional de uma proteína são fracas, e por isso podem ser rompidas facilmente. O desdobramento de uma proteína é chamado desnaturação (Figura 9). Uma desorganização ainda maior da estrutura terciária é causada pela redução de ligações dissulfeto. Desnaturação Proteína normal Proteína desnaturada Figura 9 – A desnaturação de uma proteína. A conformação nativa pode ser recuperada quando as condições para a desnatu- ração são removidas. A desnaturação é um fenômeno no qual o estado nativo é transformado em uma estrutura final mal definida sob condições não fisiológicas, utilizando-se um agente desnaturante. Esses agentes podem ser físicos (temperatura, pressão hidrostática, cisalhamento) e químicos (pH, solventes orgânicos, aditivos de baixo peso molecular, solutos orgânicos, radiação UV, detergentes, enzimático). Descrição da Imagem: a imagem ilustrativa mostra duas fitas na cor roxa. Da esquerda para a direita, a primeira fita encontra-se sobreposta formando algumas ondulações, abaixo dela está escrito proteína normal e a sua frente está escrito desnaturação. Na sequência, observa-se uma seta na cor preta apontando para a direita no sentido da outra fita que se encontra levemente ondulada no sentido transversal, abaixo dela está escrito proteína desnaturada. UNICESUMAR 112 Com frequência, a desnaturação tem conotações negativas, pois indica perda de algumas proprie- dades, uma vez que algumas proteínas biologicamente ativas perdem sua atividade pós desnaturação. Em alimentos, a desnaturação costuma reduzir a solubilidade, ou seja, do ponto de vista da aplicação em alimentos, a desnaturação nem sempre é desejável, por outro lado, a desnaturação térmica melhora a digestibilidade, além de resultar em inativação de certas enzimas. As proteínas podem ser desnaturadas, por exemplo, pelo calor, o agente desnaturante mais usado no processamento e preservação de alimentos. Quando a temperatura aumenta, a energia das vibrações no interior da molécula se torna grande o suficiente para desfazer a estrutura terciária. A composição de aminoácidos interfere na estabilidade térmica da proteína. Pontes dissulfeto, por exemplo, tendem a estabilizar proteínas contra a desnaturação térmica, além disso, os aminoácidos hidrofóbicos, especialmente Val, Ile, Leu e Phe, são mais estáveis termicamente que os hidrofílicos. A desnaturação térmica pode ser reversível, em especial para proteínas monoméricas, porque, quando o desnaturante é removido do meio, a maioria dessas proteínas se reorganiza para alcançar a conformação nativa. Por exemplo, quando muitas enzimas monoméricas são aquecidas acima de suas temperaturas de desnaturação, ou mesmo brevemente mantidas a 100 °C, e então são imediatamente resfriadas à temperatura ambiente, elas recuperam totalmente suas atividades. No entanto, a desnatu- ração térmica pode se tornar irreversível quando a proteína é aquecida a 90–100 °C por um período prolongado, mesmo em pH neutro. Desnaturação induzida pela pressão pode ocorrer com a maioria das proteínas, no intervalo de 1 a 12 Kbar. Este tipo de desnaturação é altamente reversível, a maioria das enzimas, em soluções diluídas, recupera sua atividade assim que a pressão diminui para a pressão atmosférica. A desnaturação de proteínas induzida por pressão ocorre, principalmente, porque as proteínas são flexíveis e compressíveis. Embora os resíduos de aminoácidos sejam densamente compactados no interior das proteínas globulares, alguns espaços vazios invariavelmente existem e isso leva a com- pressibilidade. O mesmo não acontece com as proteínas fibrosas que não possuem espaços vazios. Os géis induzidos por pressão são mais macios do que os géis induzidos termicamente. A gelifica- ção por pressão de clara de ovo ou solução de proteína de soja a 16% pode ser obtida pela aplicação de pressão hidrostática de 1-7 kbar por 30 min a 25 °C. Além disso, a exposição do músculo bovino à pressão hidrostática de 1-3 kbar causa fragmentação parcial das miofibrilas, o que pode ser útil como meio de amaciar a carne. O processamento de pressão, ao contrário do processamento térmico, não prejudica os aminoácidos essenciais ou a cor e o sabor naturais, nem causa o desenvolvimento de compostos tóxicos. Assim, o processamento de alimentos com alta pressão hidrostática pode ser vantajoso para certos produtos alimentícios, contudo ainda apresenta custos elevados. Agitação, amassamento e batimento podem causar a desnaturação. Neste tipo de desnaturação, ocorre a incorporação de bolhas de ar e a adsorção de moléculas de proteína à interface ar-líquido. Quanto maior a taxa de cisalhamento, maior o grau de desnaturação. A extensão da mudança conformacional também depende da flexibilidade da proteína. Proteínas altamente flexíveis desnaturam mais prontamente em uma interface ar-líquido do que proteínas rígidas. UNIDADE 5 113 Os resíduos não polares da proteína desnaturada orientam-se para a fase gasosa e os resíduos polares orientam-se para a fase aquosa. Várias operações de processamento de alimentos envolvem alta pressão, cisalhamento e alta tem- peratura, por exemplo, extrusão, mistura em alta velocidade e homogeneização. Quando uma solução de proteína de soro de leite de 10 a 20% em pH específico e a temperatura de 80 a 120 °C é submetida a uma taxa de cisalhamento de 7.500 a 10.000/s, ela forma partículas macro- coloidais esféricas insolúveis de cerca de 1 mm de diâmetro que conferem um caráter organoléptico suave, semelhante a uma emulsão. Outra forma de proporcionar a desnaturação é em extremos de pH, tanto altos quanto baixos, devido à redução da estabilização das interações eletrostáticas. A forte repulsão eletrostática intra- molecular, causada pela carga líquida em valores extremos de pH, resulta em expansão e desdobra- mento da molécula proteica. O grau de desdobramento é maior em pH alcalino que em pH ácido. Este desdobramento tem relação direta com a solubilidade proteica que tem relação com capacidade de solvatação por pontes de hidrogênio que, por sua vez, tem intima relação com pH e força iônica. A desnaturação induzida pelo pH é geralmente reversível. Os solventes orgânicos afetam a estabilidade das interações hidrofóbicas de proteínas, ligações de hidrogênio e interações eletrostáticas de maneiras diferentes. O efeito líquido de um solvente orgânico na estruturada proteína, geralmente, depende da magnitude de seu efeito em várias interações polares e não polares. Em baixa concentração, alguns solventes orgânicos podem estabilizar várias enzimas contra a des- naturação. Em altas concentrações, no entanto, todos os solventes orgânicos causam desnaturação de proteínas devido ao seu efeito de solubilização nas cadeias laterais não polares. Detergentes, como dodecilsulfato de sódio, são poderosos agentes desnaturantes de proteínas. O mecanismo envolve a ligação preferencial do detergente à molécula de proteína desnaturada, causan- do uma mudança no equilíbrio entre os estados nativo e desnaturado. Devido a esta forte ligação, a desnaturação induzida pelo detergente é irreversível. É comum pensarmos em proteínas associando esse grupo de moléculas aos alimentos de origem animal, não é mesmo? Mas, você sabia que existe uma planta que apresenta conteúdo proteico tão elevado que lhe rendeu a denominação de “carne dos pobres” em muitas comunidades de baixa renda brasileiras? Neste podcast, vamos falar um pouco sobre Pereskia aculeata Miller, popularmente conhecida como ora-pro-nóbis, espécie amplamente utilizada para o consumo humano. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10196 UNICESUMAR 114 A desnaturação de proteínas por hidrolise enzimática, proteólise, é muito utilizada pela indústria de alimentos na produção de queijos, por exemplo. A proteólise da caseína mostra claramente o efeito des- naturante da quebra de uma ligação peptídica. Neste processo, a k-caseína hidrofílica é liberada e fica solúvel no soro e a k-caseína hidrofóbica juntamente com α e β-caseínas vão coagular e formar o queijo. A proteína presente no leite bovino tem como função natural fornecer aos mamíferos aminoácidos essenciais necessários para o seu desenvolvimento. Além disso, determinam o rendimento na fabricação de queijos e outros produtos. Do ponto de vista da indústria, as caseínas são os componentes mais importantes do leite. As pro- priedades nutricionais, sensoriais e de textura dos principais produtos lácteos, como leite fluido, queijo e iogurte derivam das propriedades das caseínas. Bom, nós acabamos de ver a extensa relação que as proteínas têm com a qualidade dos produtos lácteos, dando destaque, principalmente, a caseína. Mas será que a ação dessa classe de substâncias se limita apenas a esses produtos? A verdade é que a ação das proteínas também beneficia os produtos de panificação. Quer saber como? Caro(a) aluno(a), você já se aventurou na produção de pães ou massas? Se você já fez pão alguma vez deve estar habituado(a) com a famosa viscoelasticidade da massa, não é mesmo? E você já se per- guntou o que confere essa característica tão importante aos produtos de panificação? Essa viscoelasticidade da massa é resultado da formação de um complexo entre duas proteínas do trigo, a gliadina e a glutenina. Além disso, as interações das proteínas, com o amido, também provo- carão aumento da viscoelasticidade. As gliadinas apresentam cadeias simples, pegajosas quando hidratadas, e não são resistentes a exten- são. Já as gluteninas apresentam cadeias ramificadas, elástica, não coesa e resistente a extensão. Tanto UNIDADE 5 115 a gliadina quanto a glutenina são insolúveis em água, porém, ao adicionar água e acrescentar a força mecânica da agitação, estas proteínas hidratam-se, dando origem ao complexo gliadina-glutenina, que confere viscoelasticidade a massa (Figura 10). Gl iad ina – proteína globular Gl ute nina – proteína �brosa Gli adi na+ Glutenina = Glúten O Glúten é uma proteína dos cereais. Figura 10 - Formação do glúten (complexo gliadina-glutenina) Muitas propriedades funcionais das proteínas (solubilidade, dispersabilidade, umectabilidade, expan- são, geleificação) dependem das interações entre água e proteína. Alguns fatores ambientais, como pH, força iônica, temperatura, tipo de sais e conformação proteica influenciam na capacidade das proteínas se ligarem à água. O que mais influência na solubilidade das proteínas são as interações hidrofóbicas e iônicas. As interações hidrofóbicas promovem interação proteína-proteína, resultando em redução da solubilidade, enquanto as interações proteína-água resultam em aumento da solubilidade. Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração e mostra três círculos, dois de tamanhos iguais na parte superior, em tom de rosa claro, separados por um sinal de mais e um maior na parte inferior, na cor branca. Dentro do primeiro círculo, na parte superior, à esquerda, existem várias bolas em rosa escuro, na lateral e acima desse círculo está escrito Gliadina – proteína globular. Dentro do segundo círculo existem linhas levemente onduladas vistas horizontalmente; na lateral e acima desse círculo está escrito Glutenina – proteína fibrosa. Dentro do terceiro círculo, visto abaixo e centralizado na parte inferior da imagem, observa-se a mistura das bolas do primeiro círculo e das linhas onduladas do segundo círculo, na parte superior está escrito Gliadina+Glutenina = Glúten e na parte inferior está escrito O Glúten é uma proteína dos cereais. UNICESUMAR 116 O pH, por exemplo, tem relação com a capacidade de hidratação da proteína. No ponto isoelétrico (pH no qual uma molécula não tem carga líquida), tem-se uma baixa hidratação, já quando o pH é ácido tem-se uma alta hidratação e, por fim, quando o pH é básico tem-se uma altíssima hidratação. Considerando a concentração de sais, observa-se que em baixas concentrações os sais aumentam a capacidade de hidratação e em altas concentrações os sais reduzem a capacidade de hidratação porque a interação sal-água passa a ser mais importante que sal-proteína. Quando uma proteína está dissolvida em água, a solubilidade é boa devido à formação de pontes de hidrogênio, porém, se um sal for adicionado no meio, a solubilidade aumenta, uma vez que ele se liga aos grupos carregados da proteína, facilitando a interação solução-proteína (Salting in). Por outro lado, se for adicionado uma alta quantidade de sal na água, ele passa a interagir mais com a água que a proteína, resultando em aumento da interação proteína-proteína (salting out), ou seja, diminuindo a solubilidade (Figura 11). Solubilidade Concentração de sal Salting in Salting out Figura 11 – Influência da solubilidade da proteína em função da concentração de sal / Fonte: Adaptado de Fennema (1996). A temperatura também influencia na capacidade de hidratação, ou seja, altas temperaturas reduzem a capacidade de hidratação porque as pontes de hidrogênio diminuem, assim como reduz a hidratação dos grupos iônicos. As proteínas também apresentam propriedades interfaciais, ou seja, elas podem formar uma pe- lícula super viscoelástica em uma interface a qual suporta choques mecânicos durante estocagem e manipulação. Isso ocorre, pois elas são moléculas anfifílicas que migram espontaneamente para uma interface, seja ela óleo-água ou ar-água. As proteínas também podem ser classificadas, basicamente, em 4 grupos dependendo da sua ca- pacidade de solubilização: Descrição da Imagem: a imagem apresenta o desenho de um gráfico, onde observam-se duas setas vermelhas, uma na vertical e outra na horizontal, que saem do mesmo ponto no lado esquerdo inferior da imagem. Ao lado da seta que está na vertical está escrito “Solubilidade” na cor azul, e ao lado, na seta que está na horizontal, está escrito “Concentração de sal na cor azul”. Entre as duas setas, observa-se uma linha azul que começa na parte esquerda inferior inclinada para o lado direito e vai subindo, sendo que, em deter- minado ponto, ela fica completamente na horizontal e segue nesse sentido até inclinar novamente e descer parando na parte direita inferior. Próximo da linha quando ela está inclinada, e subindo está escrito salting in, na cor vermelha, e próximo a linha quando ela está inclinada descendo está escrito salting out, na cor vermelha. UNIDADE 5 117 A geleificação proteica se refere à transformaçãode uma proteína para um estado semelhante ao gel, esse processo envolve a desnaturação da proteína. As redes de gel formadas são sustentadas por liga- ções covalentes não reversíveis e a estabilidade desse gel vai depender do número e do tipo de ligações cruzadas. Fatores como pH, presença de sais e outros aditivos afetam a geleificação das proteínas. Outra característica importante das proteínas para a indústria alimentícia é que, mesmo sendo inodoras, elas podem se ligar a compostos de aroma e afetar as propriedades sensoriais dos alimentos. Em alguns casos, ocorre a formação de aromas indesejáveis, que são resultado da união de aldeídos, cetonas e álcoois, gerados normalmente pela oxidação de ácidos graxos insaturados, com proteínas. Por outro lado, a propriedade de fixação de aroma das proteínas também pode ser desejável. Os aromas interagem com as proteínas hidratadas pelas regiões hidrofóbicas, assim, qualquer fator que afete estas regiões pode influenciar na fixação de aroma. Você já teve curiosidade em saber porque a carne fica com a superfície marrom e crocante quando assada? Ou, porque a maior parte do sabor da carne se desenvolve durante o cozimento? Bom, talvez você não saiba, mas o preparo da carne também envolve ciência e tem muita relação com as proteínas. • Albuminas: solúveis em água (não afetadas por sais), coagulam com o calor; ex.: clara de ovo. • Globulinas: solúveis em soluções salinas; ex.: anticorpos. • Prolaminas: proteínas solúveis em álcool 70%; ex.: zeína (milho). • Glutelinas: proteínas insolúveis ou parcialmente em ácidos ou bases; ex.: glúten (proteína elástica). UNICESUMAR 118 Aquele sabor tostadinho e a coloração dourada da carne selada, o caramelizado que tanto adora- mos na carne, na casca do pão e em tantos outros produtos são resultado de uma reação química chamada de reação de Maillard. A reação de Maillard (Figura 12) é a que causa maior impacto sobre as propriedades sensoriais e nutricionais do alimento. Refere-se a um conjunto complexo de reações iniciadas pela reação entre aminas e compostos de carbonila em altas temperaturas. Estes compostos se decompõem e conden- sam-se, transformando-se em um produto marrom insolúvel, conhecido como melanoidinas. Na reação de Maillard, os aminoácidos costumam fornecer o grupo amino, e os açúcares redutores costumam fornecer o grupo carbonila. Reação de Maillard Proteína Açúcar Calor Escurecimento e sabor Podridão Reação de Maillard Caramelização Queimar Figura 12 – Reação de Maillard A reação de Maillard prejudica o valor nutritivo das proteínas. O grupo amina da lisina é a principal fonte de amina em reações de Maillard, por este motivo, este é o principal aminoácido “perdido” nesta Descrição da Imagem: na parte superior, a partir do canto esquerdo, está escrito Reação de Maillard. Abaixo, da esquerda para a direita, observam-se várias bolas, em diferentes tons de vermelho, que estão unidas formando uma linha levemente ondulada, e abaixo está escrito proteína em cor branca; na sequência aparece um sinal que indica soma, seguido de um hexágono na cor vermelha e com a letra G no centro, abaixo dele está escrito açúcar na cor branca. Ainda na mesma altura, observa-se outro sinal que indica soma, seguido do desenho de uma chama vermelha, embaixo dele está escrito calor na cor branca. Mais à direita, ainda na mesma altura, aparece um sinal de igual e está escrito escurecimento e sabor na cor branca. Na parte inferior da imagem, observa-se uma barra dividida em quatro partes. Da esquerda para a direita, observa-se uma parte mais amarela que vai de 0 ºC a 110 ºC e está escrito podridão no centro em cor preta, em seguida uma parte mais laranjada que vai de 110 ºC até 150 ºC e está escrito reação de Maillard no centro e em cor branca, a terceira parte é mais vermelha, vai de 150 ºC até 170 ºC e está escrito caramelização no centro e em cor branca e a quarta parte é marrom, vai de 170 ºC até 200 ºC e está escrito queimar no centro e em cor branca. O fundo predominante nessa imagem é de cor preta. UNIDADE 5 119 reação. Alguns produtos da reação podem ser antioxidantes e outros podem ser tóxicos, mas não nas concentrações encontradas no alimento. Outra reação que pode ocorrer em alimentos é a reação de nitritos com aminas secundárias, que resulta na formação de N-nitrosamina, um dos compostos mais carcinogênicos em alimentos. Os ni- tritos são, geralmente, adicionados aos produtos cárneos para melhorar a cor e prevenir o crescimento bacteriano e os aminoácidos envolvidos nestas reações são Pro, His, Trp, Arg, Tyr, Cys. A reação ocorre, principalmente, em condições ácidas e em temperaturas elevadas. Contudo, o uso de ácido ascórbico e eritorbato são efetivos na redução desta reação. A oxidação de lipídios insaturados leva à formação de radicais livres alcoxi e peroxi. Esses, por sua vez, reagem com as proteínas, formando radicais livres lipídico-proteicos, que podem sofrer reticulação e reações de polimerização. A reação de peroxidação de lipídios com proteínas geralmente tem efeitos danosos sobre o valor nutricional das proteínas. Como vimos, as proteínas, geralmente, têm uma grande influência nos atributos sensoriais dos alimentos. Por exemplo, as propriedades sensoriais de produtos de panificação estão relacionadas às propriedades viscoelásticas e de formação de massa do glúten de trigo; as propriedades texturais e formadoras de coalhada dos produtos lácteos se devem à estrutura coloidal única das micelas de ca- seína; e a estrutura de alguns bolos e as propriedades de batimento de alguns produtos de sobremesa dependem das propriedades das proteínas da clara do ovo. Tradicionalmente, as principais fontes de proteínas alimentares têm sido leite, carnes (incluindo pei- xes e aves), ovos, cereais, legumes e sementes oleaginosas. As propriedades funcionais das proteínas nos alimentos estão relacionadas às suas características estruturais e outras características físico-químicas, assim, uma compreensão fundamental dessas características e das mudanças que elas enfrentam du- rante o processamento é essencial para que o desempenho das proteínas nos alimentos seja melhorado. A clara do ovo possui várias funcionalidades, como gelificação, emulsificação, formação de espuma, ligação com água e coagulação por calor, o que a torna uma proteína altamente desejável em muitos alimentos. As propriedades funcionais, como viscosidade (espessamento), gelificação e texturização, estão relacionadas às propriedades hidrodinâmicas das proteínas, que dependem do tamanho, forma e flexibilidade molecular. Enquanto as propriedades funcionais como molhabilidade, dispersibilidade, solubilidade, formação de espuma e emulsificação estão relacionadas às propriedades químicas e topográficas da superfície da proteína. Nesta unidade, compreendemos quais são as principais funções das proteínas, como elas são for- madas e classificadas e de que maneira estão presentes no nosso cotidiano. Entendemos como, em muitos casos, a desnaturação de proteínas pode ser útil na indústria de alimentos e quais os fatores que afetam esse processo. A tecnologia de proteínas é muito utilizada pela indústria, sendo assim, conhecer as propriedades, características e as formas de manipulação dessas moléculas é imprescindível para se garantir novas maneiras de obtenção e purificação das proteínas. A aplicação na formulação de diversos alimentos pode ser útil para melhorar as qualidades sensoriais dos produtos ou a qualidade nutricional, assim como diminuir os custos do processamento. 120 Vamos verificar, agora, quais são os principais itens que discutimos nesta unidade. Proponho que você complete o mapa mental abaixo, tendo em mente os principais conceitos trabalhados. Para te ajudar, eu completei algumas caixas e deixei outras vazias. Agora é com você! Proteínas Com posição quím ica O rdem na qual os am inoácidos são ligados form ando um arranjo linear Inclui o arranjo tridimensional de todos os átom os na m olécula Estruturas com m últiplas cadeias polipeptídicas cham adas de subunidades É o arranjo espacial dos átom os no esqueleto peptídico e podem existir dois tipos: as estruturas de α-hélice e folha β-pregueada A lterações da form a Tratam ento com solventes A m inoácidos Fórm ula G eral Classi�cação N aturais Funções D efesa H orm onal Energética Fatores D etergente D esnaturação Estrutura 121 1. Proteínas são cadeias longas de aminoácidos unidas por ligações peptídicas e que desem- penham inúmeras funções no nosso organismo. Defina o que são aminoácidos e qual é sua estrutura tridimensional. 2. Analise as afirmativas e marque “V” para verdadeiro e “F” para falso. ) ( As proteínas que não são modificadas enzimaticamente nas células são chamadas de homo- proteínas, e aquelas que são modificadas ou complexadas com componentes não proteicos são chamadas de proteínas conjugadas ou heteroproteínas. ) ( Os componentes não proteicos são frequentemente chamados de grupos protéticos. ) ( As proteínas que existem em formas esféricas ou elipsoidais, resultantes do dobramento da(s) cadeia(s) polipeptídica(s) sobre si mesma, são chamadas de fibrosas. ) ( As proteínas glubulares são moléculas em forma de bastonete contendo cadeias polipeptí- dicas lineares torcidas. ) ( As proteínas com função de defesa são aquelas que participam dos tecidos, dando-lhes rigi- dez, consistência e elasticidade. Como exemplo, podemos citar o colágeno (constituinte das cartilagens) e a queratina (principal proteína do cabelo). Agora, assinale a alternativa que representa a sequência correta das respostas. a) V, V, V, F, F. b) F, F, V, V, V. c) V, F, F, V, V. d) V, V, F, F, F. e) F, F, V, F, F . 3. Muitas propriedades funcionais das proteínas dependem das interações entre água e proteí- na. Alguns fatores, como pH, força iônica, temperatura e concentração de sais influenciam na capacidade das proteínas se ligarem à água. Pensando nisso, explique como a solubilidade das proteínas varia com a concentração de sais. 4. Associe as seguintes afirmações sobre a estrutura protética com seus níveis adequados de organização: a) Estrutura primária ) ( Arranjo tridimensional de todos os átomos. b) Estrutura secundária ) ( A ordem dos resíduos de aminoácidos na cadeia polipeptídica. c) Estrutura terciária ) ( A interação entre subunidades em proteínas que consistem em mais de uma cadeia polipeptídica. d) Estrutura quaternária ) ( O arranjo do esqueleto polipeptídico mantido por pontes de hidrogênio. 122 Assinale a alternativa que representa a sequência correta. a) C, A, B, D. b) C, A, D, B. c) A, C, D, B. d) A, D, B, C. e) B, C, A, D. 5. Com relação à desnaturação de proteínas, assinale a alternativa correta: a) O calor é o agente desnaturante mais usado no processamento e preservação de alimentos. Quando a temperatura diminui, a energia das vibrações no interior da molécula se torna grande o suficiente para desfazer a estrutura terciária. b) A desnaturação de proteínas induzida por pressão ocorre, principalmente, porque as proteínas são flexíveis e compressíveis. Ela ocorre com a maioria das proteínas, no intervalo de 1 a 12 Kbar e é altamente reversível. c) Agitação, amassamento e batimento podem causar a desnaturação. Proteínas altamente flexíveis desnaturam menos facilmente em uma interface ar-líquido do que proteínas rígidas. d) O grau de desdobramento é menor em pH alcalino que em pH ácido. e) O efeito líquido de um solvente orgânico na estrutura da proteína não depende da magnitude de seu efeito em várias interações polares e não polares (interações hidrofóbicas, ligações de hidrogênio e interações eletrostáticas). 6 Nesta unidade, abordaremos as principais classificações e caracte- rísticas dos lipídeos, falaremos sobre algumas propriedades físicas e químicas desses compostos e como elas afetam as propriedades dos alimentos. Dentre esses conceitos, daremos destaque à oxida- ção, fenômeno de grande interesse na indústria alimentícia e que, se não controlado, pode trazer muitos prejuízos ao setor. Tecnologia de Lipídeos Dra. Ana Paula Klein Hendges UNICESUMAR 124 O que você pensa quando ouve a palavra “lipídio”? Normalmente associamos aos óleos e gorduras, não é mesmo? Mas você sabia que algumas vitaminas essenciais para o nosso organismo, alguns hormô- nios e até mesmo a cera utilizada para encerrar o carro são classificadas dentro desse grande grupo de compostos? Dentro dessa variedade de substâncias, você pode imaginar que as funções desempenhadas pelos lipídios também são as mais variadas, certo? Você já deve ter ouvido de algum médico ou nutricionista a recomendação para evitar gorduras saturadas e gorduras trans, pois elas aumentam os níveis de colesterol no sangue. Bom, em quantidades saudáveis, a gordura e o colesterol ajudam no bom funcionamento do corpo, contudo, se consumidos em quantidade exagerada ou com muita frequência, eles contribuem para o desenvolvimento de doenças. Essas informações sobre a quantidade e o tipo de gorduras podem ser encontradas nos rótulos dos alimentos, e isso nos ajuda a ter uma alimentação mais equilibrada. Mas será que é possível identificar alguns tipos de gorduras na cozinha da nossa casa? Eu te convido a realizar um experimento simples. Para isso, você vai precisar de margarina, óleo de cozinha, amido de milho, tintura de iodo (a mesma utilizada na determinação de carboidratos), dois tubos transparentes (podem ser tubos de lembrancinha de festa de criança), um conta-gotas e um recipiente para aquecer. A primeira etapa desse experimento é a preparação da suspensão de amido. Para isso, deve-se diluir 1 g de amido em 10 mL de água e, posteriormente, levar essa massa para se misturar com 100 mL de água fervente. Depois que esfriar, separa-se o sobrenadante, isto é, a parte sem grumos e temos então a solução requerida. Na segunda etapa do experimento, aqueça uma pequena quantidade de margarina (1 colher) no micro-ondas e coloque em um dos tubos transparentes e no outro tubo adicione o óleo de cozinha (± 5 mL). Não esqueça de identificar os tubos. UNIDADE 6 125 Adicione 10 gotas da tintura de iodo em ambos os tubos e coloque em banho maria por, aproxima- damente, 5 minutos. Você vai perceber que, após esse tempo, a cor escura do iodo irá desaparecer. Em seguida, deixe os tubos esfriarem e adicione 5 gotas da suspensão de amido (previamente preparada) em cada tubo e agite bem. Para te ajudar ainda mais no entendimento desse experimento, sugiro que você pesquise que tipo de gordura podemos encontrar na margarina e no óleo de cozinha. Você observa alguma mudança de coloração depois da adição da suspensão de amido? Se sim, em qual amostra? A verdade é que o amido é utilizado como indicador da presença de iodo livre na solução, ou seja, depois da adição do amido, você deve observar uma mudança de coloração dependendo do tipo de amostra (margarina ou óleo de cozinha) que está sendo analisada. Você verá que o tubo que contém margarina ficará com uma coloração azulada. Faça as devidas anotações no seu Diário de Bordo. Os lipídeos representam uma classe muito importante de compostos presentes no nosso dia a dia, por isso, eu te convido a conhecer um pouco mais sobre eles nas próximas páginas. Além disso, vamos entender o que acontece no experimento que acabamos de realizar e qual a sua importância. Vamos lá! UNICESUMAR 126 Os lipídeos ocorrem frequentemente na natureza e são encontrados em lugares variados, como a gema de um ovo e o sistema nervoso humano. Talvez, uma das características mais impressionantes dos lipídeos é a sua natureza apolar, que resulta na sua insolubilidade em água. Por outro lado, eles são extremamente solúveis em solventes orgânicos, como o clorofórmio ou a acetona. Os lipídeos, juntamente com as proteínas e os carboidratos, constituemos principais componentes estruturais de todas as células vivas e são os principais componentes do tecido adiposo. Os ésteres de glicerol de ácidos graxos, que constituem até 99% dos lipídios de origem vegetal e animal, são tradi- cionalmente chamados de gorduras e óleos. Os lipídios dos alimentos são consumidos na forma de gorduras que foram separadas das fontes vegetais ou animais originais, como manteiga, banha e gordura, ou como constituintes de alimentos básicos, como leite, queijo e carne. Os lipídios dos alimentos exibem propriedades físicas e químicas únicas. Sua compo- sição, estrutura cristalina, propriedades de fusão e capacidade de associação com água e outras moléculas não lipídicas são especialmente importantes para suas propriedades funcionais em muitos alimentos. Durante o processamento, armazenamento e manuseio de alimentos, os lipídios passam por mu- danças químicas complexas e reagem com outros constituintes dos alimentos, produzindo numerosos compostos desejáveis e indesejáveis para a qualidade dos alimentos. UNIDADE 6 127 Quimicamente falando, o lipídeo é uma mistura de compostos que compartilham algumas pro- priedades com base em semelhanças estruturais, principalmente um predomínio de grupos apolares. Eles podem ser classificados em dois grupos principais, um deles consiste em compostos de cadeia aberta com grupos de cabeça polar e longas caudas apolares, que incluem ácidos graxos, triacilgli- ceróis, esfingolipídeos e glicolipídeos. O segundo grupo consiste em compostos de anéis fundidos, os esteroides (MORAN et al., 2013). Os ácidos graxos possuem um grupo carboxila na extremidade polar e uma cadeia de hidrocarbo- netos (Figura 1). Devido a carboxila ser hidrofílica e a cauda de hidrocarbonetos ser hidrofóbica, os ácidos graxos são compostos anfipáticos. Um ácido graxo insaturado apresenta ligações duplas entre os carbonos na cadeia, enquanto um ácido graxo saturado possui apenas ligações simples. Ácido caprílico Figura 1 – Exemplo de um ácido graxo O experimento realizado no início desta unidade é o que chamamos de pesquisa de insaturações e permite identificar a presença de insaturações em um determinado óleo ou gordura. Essa reação pode ser visualizada utilizando-se o amido como indicador da presença de iodo livre em solução. O iodo ligado ao ácido graxo é incapaz de reagir com o amido, sendo assim, a amostra de óleo de cozinha apresenta colo- ração levemente roxa quando se adiciona o amido, enquanto a amostra de margarina (sem insaturação) permanece sem alteração de cor. A massa de iodo absorvida por 100 partes (em massa) de óleo ou gordura (Índice de Iodo) permite determinar o teor de ácidos graxos insaturados, a medida da susceptibilidade à rancidez oxidativa, controlar o processo de hidrogenação e verificar adulteração no óleo/gordura. Descrição da Imagem: a imagem apresenta uma linha azul em zig-zag com um grupo CH3 na extremidade do lado direito e uma dupla ligação com oxigênio e um grupo HO na outra extremidade. Na parte de baixo da figura, está escrito “ácido caprílico”. • Moléculas Hidrofílicas são aquelas que possuem afinidade com a água, ou seja, são solú- veis em meio aquoso. • Moléculas Hidrofóbicas são insolúveis em água, porém solúveis em solventes orgânicos. UNICESUMAR 128 Nos organismos vivos, normalmente, os ácidos graxos contêm número par de átomos de carbono e as cadeias carbônicas não possuem ramificações. A configuração geométrica das ligações duplas é, geralmente, designada pelo uso de cis e trans, indicando se os grupos alquil estão no mesmo lado ou em lados opostos da molécula (Figura 2). Figura 2 – Moléculas com estrutura cis (esquerda) e trans (direita) A nomenclatura utilizada para ácidos graxos indica o número de átomos de carbono e o número de ligações duplas. Por exemplo, o sistema 18:0 trata-se de um ácido graxo saturado com 18 carbonos sem ligações duplas, e o sistema 18:1 denota um ácido graxo com 18 carbonos e uma ligação dupla. Óleos vegetais são líquidos a temperatura ambiente porque possuem maiores proporções de ácidos graxos insaturados do que as gorduras animais, que tendem a ser sólidas. Sabe-se que as doenças cardiovasculares estão correlacionadas a dietas ricas em gorduras satura- das, enquanto uma dieta com mais gorduras insaturadas pode reduzir o risco de ataques cardíacos e derrames. O interessante é que mesmo analisando somente os óleos vegetais, podemos encontrar diferentes proporções de gorduras saturadas (Tabela 1). Tipo de óleo ou gordura Exemplo Saturado (g) Monoinsaturado (g) Poliinsaturado (g) Óleos tropicais Óleo de coco 13 0,7 0,3 Óleos semitropicais Óleo de amendoim 2,4 6,5 4,5 Descrição da Imagem: observa-se, na ilustração, dois conjuntos de bolas coloridas, sendo que cada conjunto possui duas bolas azuis ligadas por duas linhas e em cada bola azul estão ligadas, por uma linha simples, uma bola vermelha e uma cinza. No conjunto da esquerda, as duas bolas vermelhas estão apontando para o alto do canto superior direito e esquerdo, respectivamente, enquanto as bolas cinzas, na parte inferior, apontando também para o lado direito e esquerdo; e no conjunto da direita, as duas bolas vermelhas estão em lados opostos, sendo uma apontando para o canto superior da figura, a da esquerda, e a inferior apontando para o canto direito, já as de cor cinza, sendo a superior apontada para o canto direito e a inferior para o canto esquerdo. UNIDADE 6 129 Tipo de óleo ou gordura Exemplo Saturado (g) Monoinsaturado (g) Poliinsaturado (g) Óleo de oliva 10,3 1,3 Óleos temperados Óleo de canola 1 8,2 4,1 Óleo de cártamo 1,3 1,7 10,4 Gordura animal Banha 5,1 5,9 1,5 Manteiga 9,2 4,2 0,6 Tabela 1 – Quantidade de gordura saturada e insaturada em diferentes tipos de óleos (distribuição para 14 g de óleo) / Fonte: Campbell e Farrell (2007). Com o passar dos anos, as indústrias passaram a comercializar substitutos da manteiga que se baseavam em ácidos graxos insaturados, mas que teriam as características físicas da manteiga, como solidez, a temperatura ambiente. Eles alcançaram esse objetivo ao hidrogenar parcialmente as ligações duplas dos ácidos graxos insaturados que compõem os óleos. A hidrogenação é um processo de adição de hidrogênio às ligações duplas de ácidos graxos insa- turados para produzir o ácido saturado correspondente, e esse processo é muito importante comer- cialmente (PINHO; SUAREZ, 2013). Contudo, a grande ironia é que, para evitar o consumo de ácidos graxos saturados na manteiga, os seus substitutos foram criados a partir de óleos poliinsaturados com a remoção de algumas das ligações duplas, tornando-os mais saturados. Além disso, na hidrogenação, algumas ligações duplas são convertidas para a forma trans, que aumentam a proporção de colesterol LDL em comparação com HDL, ou seja, aumentando o risco de doenças cardíacas. Outro grupo de compostos muito conhecido e de grande interesse econômico é o dos triacilgliceróis (ou tri- glicerídeo). O glicerol é um composto que contém três grupos hidroxila, porém, quando todos os três grupos formam ligações ésteres com ácidos graxos, o composto resultante é chamado de triacilglicerol (Figura 3). Caro(a) aluno(a), dentro do contexto desta unidade, não poderíamos deixar de falar sobre um assunto sempre tão atual: fraudes nos azeites de oliva. O Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA) tem, dentre suas atribuições, o papel de combater fraudes em alimentos. Sendo o azeite de oliva o segundo produto alimentar mais fraudado do mundo, a ação do MAPA tem como objetivo inibir a venda dos produtos adulterados e evitar que o consumidor seja enganado. Nesse podcast, vamos falar um pouco mais sobre as adulterações em azeites e como são realizadas essas fiscalizações. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10197 UNICESUMAR 130 Glicerol 3 ácidos graxos Triglicerídeo 2H O é liberado Figura 3 – Reação de formação dos triglicerídeos Note que os três grupos éstersão a parte polar da molécula, enquanto os ácidos graxos (representados por R1, R2 e R3) são apolares. Três ácidos graxos diferentes podem estar esterificados a grupos álcool da mesma molécula de glicerol, ou seja, R1, R2 e R3 podem ser grupos diferentes. Os triacilgliceróis podem ser hidrolisados por enzimas chamadas lipases, ou pela ação de ácidos ou bases. Quando uma base como o hidróxido de sódio é utilizada, os produtos da reação são o glicerol e os sais de sódio dos ácidos graxos. Essa reação é chamada de saponificação e esses sais formados são sabões. Descrição da Imagem: da esquerda para a direita, observa-se a estrutura da molécula de glicerol, onde três átomos de carbono estão unidos em linha, e em cada átomo de carbono estão ligados átomos de hidrogênio e uma hidroxila por ligações simples. Em seguida, um sinal de mais separa essa estrutura de três estruturas de ácidos graxos, que possuem, cada um, um carbono ligado a um oxigê- nio, por uma ligação dupla, e a um grupo hidroxila e um grupo R, por uma ligação simples. Sendo que o grupo R é diferente nas três estruturas e é representado por R1, R2 e R3. Na sequência, uma seta separa essas três estruturas da estrutura do triglicerídeo, que corresponde à junção do glicerol com os três ácidos graxos. E por fim, um sinal de mais separa a estrutura do triglicerídeo da estrutura representada por 3H2O. Ésteres são obtidos a partir da reação entre álcoois e ácidos carboxílicos, essa reação é chamada de reação de esterificação. Essa classe de compostos é formada pela substituição da hidroxila (OH), do grupo carboxila de um ácido orgânico, por um grupo alcoxila (-OR), proveniente de um álcool (SOLOMOS; FRYHLE, 2009). UNIDADE 6 131 O ácido fosfatídico é resultante da esterificação de um dos grupos álcool do glicerol por uma molé- cula de ácido fosfórico. Esses compostos têm caudas hidrofóbicas longas e apolares e cabeças polares altamente hidrofílicas (Figura 4). Já as ceras são misturas complexas de ésteres de ácidos carboxílicos e álcool de cadeia longa e servem de cobertura protetora para plantas e animais. Cabeça hidrofílica Cauda hidrofóbica Cabeça hidrofílica Repele água Figura 4 – Representação da estrutura de fosfolipídio Os esfingolipídios são encontrados em plantas e animais e se caracterizam por conter um álcool aminado de cadeia longa (esfingosina) e não um glicerol. Os compostos mais simples dessa classe são as ceramidas, que consistem em um ácido graxo ligado a um grupo amino da esfingosina por uma ligação de amida (Figura 5). Descrição da Imagem: a figura apresenta, de forma centralizada, a ilustração da representação estrutural de fosfolipídio, onde temos uma bola marrom para o alto unida a duas linhas levemente curvadas na parte inferior. Na parte de cima da figura, para o lado es- querdo, apontando através de uma seta em preto para a bola marrom está escrito “cabeça hidrofílica” e à frente, para o lado direito da imagem e da bola marrom, há um colchete e à frente deste está escrito “atração pela água”. Na parte de baixo da figura, para o lado esquerdo, apontando para as linhas curvas, está escrito “cauda hidrofóbica”, e para o lado direito da imagem, temos um colchete e à sua frente está escrito “repele a água”. UNICESUMAR 132 Ceramida Es�ngosina Resíduo de ácido graxo com comprimento variável Figura 5 – Estrutura química de uma ceramida Glicolipídios são compostos resultantes da ligação glicosídica entre um carboidrato e um grupo ál- cool de um lipídeo. O composto resultante da ligação de um grupo álcool primário da ceramida e um resíduo de açúcar é chamado cerebrosídeo. Os esteroides, por sua vez, são caracterizados por conter um sistema de anéis fundidos, consistindo em três anéis com seis átomos (anéis A, B e C) e um anel com cinco átomos (anel D). Os hormônios sexuais e o colesterol são exemplos de esteroides importantes. No colesterol, o único grupo hidrofílico na estrutura é a hidroxila, ou seja, essa molécula é altamente hidrofóbica. O colesterol tem várias funções biológicas importantes, como precursor de outros esteroides e da vitamina D3. No entanto, ele é mais conhecido por seus efeitos nocivos à saúde quando está presente em excesso no sangue (Figura 6). Colesterol Figura 6 – Estrutura química do colesterol Descrição da Imagem: a figura apresenta uma estrutura química dividida em duas partes. Na parte superior central da imagem, está escrito “ceramida”. A parte superior da estrutura corresponde à porção da esfingosina, representada por uma linha em zig-zag com o grupo H3C na extremidade esquerda e dois grupos OH e um grupo NH na extremidade direita. Essa primeira parte da estrutura se encontra na cor verde e está dentro de uma caixa retangular branca, sendo que, na parte superior central da estrutura está escrito esfingosina. Ligada a essa estrutura, por um grupo NH, está o ácido graxo, na parte inferior da imagem. O ácido graxo corresponde a uma linha em zig-zag com o grupo H3C na extremidade esquerda e o grupo =O na extremidade direita. Essa última parte da estrutura se encontra na cor vermelha e está dentro de uma caixa retangular branca, sendo que, na parte inferior central da estrutura, está escrito “resíduo de ácido graxo com comprimento variável”. O fundo da imagem está em tons de cinza. Descrição da Imagem: a ilustração, em preto e branco, é a estrutura química do colesterol com três anéis de seis membros (hexágono) e um anel de cinco membros (pentágono) fundidos. No primeiro anel de seis membros, está ligado um grupo HO , entre o primeiro e o segundo anel de seis membros está ligado um grupo CH3 e entre o terceiro anel de seis membros e o anel de cinco membros está ligado um grupo CH3. No anel de cinco membros está ligada uma cadeia linear de carbonos. UNIDADE 6 133 Você já abriu uma embalagem de chocolate e se deparou com um produto todo esbranquiçado? Você deve concordar que isso é frustrante, certo? Logo pensamos que está estragado. Mas, algumas vezes, não quer dizer que o produto venceu e sim que ocorreu um defeito no processo de fabricação. Esse defeito é conhecido como chocolate bloom e resulta no desenvolvimento de uma aparência opaca com manchas brancas ou acinzentadas na superfície do chocolate. Ele resulta da migração da gordura do chocolate derretido para a superfície que recristaliza no resfriamento, causando o aspecto indesejável. Para evitar esse defeito, é necessária a solidificação adequada do chocolate. Além disso, os emulsificantes têm sido usados com sucesso para retardar a transformação polimórfica indesejável e/ ou migração de gordura derretida à superfície. Na indústria de alimentos, os emulsificantes são frequentemente adicionados como estabilizantes em certos alimentos. Acredita-se que a ação de tais agentes, como os ésteres de sorbitano, deva-se à sua estrutura química única, que permite que eles se encaixem na estrutura cristalográfica com suas partes hidrofóbicas paralelas às cadeias de hidrocarbonetos de triacilglicerol e com suas porções hidrofílicas, formando ligações de hidrogênio com os grupos carbonila dos triacilgliceróis (ARONHIRNE; SARIG; GARTI, 1988). A transformação dos cristais de gordura em outras formas polimórficas é, portanto, evitada ou retardada sem alterar a estrutura do cristal. A técnica amplamente utilizada para determinar o comportamento de fusão das gorduras é a dilatometria (Figura 7). Se vários componentes de diferentes pontos de fusão estão presentes, a fusão ocorre em uma ampla faixa de temperatura. UNICESUMAR 134 término da fusão começo da fusão Sólido Líquido X YA B C t T Figura 7 – Gráfico representando uma curva dilatométrica / Fonte: Fennema (1996). Analisando a Figura 7, podemos observar que o ponto X representa o início da fusão, ou seja, abaixo desse ponto, o sistema é completamente sólido. O ponto Y representa o fim da fusão, indicando que acima deste ponto a gordura é totalmente líquida. A curva XY representa a fusão gradual dos compo-nentes sólidos do sistema. Se a gordura derreter em uma faixa estreita de temperatura, a inclinação da curva de derretimento será íngreme. Muitas informações úteis sobre as características de fusão de gorduras podem ser obtidas a partir de curvas dilatométricas. As manteigas derretem em uma faixa relativamente estreita de temperatura, esta fusão abrupta, que ocorre na temperatura da boca, torna essas gorduras particularmente adequadas para revestimentos de confeitaria. Uma curva dilatométrica típica para a gordura do leite, mostrando derretimento quase completo na temperatura da boca, é bem diferente daquela da banha, que exibe um curso de derretimento mais gradual. A diferença no conteúdo sólido das duas gorduras em qualquer temperatura fica evidente. Vários fatores têm influências importantes na consistência das gorduras comerciais, conforme o Quadro 1: Descrição da Imagem: a imagem ilustra um gráfico com uma reta na vertical no lado esquerdo e uma reta na horizontal abaixo, unidas no canto inferior esquerdo. A partir da reta vertical um pouco acima do ponto central sai uma outra linha horizontal com a palavra sólido escrita acima; no ponto chamado de X, essa linha começa e ficar mais inclinada e com mais ondulações, ela permanece inclinada até o ponto Y e, então, volta a ficar na horizontal com a palavra “líquido” escrito acima. No ponto X, tem uma seta com a escrita “começo da fusão”, o ponto X se encontra um pouco a esquerda do centro do gráfico, acima da linha com a palavra “sólido”, e no ponto Y tem uma seta com a escrita “término da fusão”; o ponto Y se encontra um pouco a direita do centro do gráfico, acima da linha com a palavra “líquido”. UNIDADE 6 135 A hidrólise de ligações éster em lipídios (lipólise) pode ocorrer por ação enzimática ou por calor e umidade, resultando na liberação de ácidos graxos livres. Contudo, as temperaturas comumente uti- lizadas no processamento são capazes de inativar as enzimas responsáveis por essa reação. A liberação de ácidos graxos de cadeia curta por hidrólise é responsável pelo desenvolvimento de um sabor rançoso indesejável no leite cru. Por outro lado, certos sabores de queijos típicos são produ- zidos pela adição deliberada de lipases microbianas e do leite. A lipólise controlada e seletiva também é utilizada na fabricação de outros alimentos, como iogurte e pão. Diferentemente do que ocorre com as gorduras animais, os óleos em sementes oleaginosas maduras podem sofrer hidrólise substancial quando são colhidos, dando origem a quantidades significativas de ácidos graxos livres. A neutralização com álcali é, portanto, necessária para a maioria dos óleos vegetais depois de extraídos. A lipólise é uma das principais reações que ocorre durante a fritura devido às grandes quantidades de água introduzida a partir da comida, e as temperaturas relativamente altas usadas. O desenvolvimento de altos níveis de ácidos graxos livres durante a fritura está, geralmente, associado a uma redução na qualidade dos alimentos fritos. Além disso, os ácidos graxos livres são mais suscetíveis à oxidação do que os ácidos graxos esterificados em glicerol. Proporção de sólidos • Em geral, quanto maior o teor de sólidos, mais �rme é a gordura. Número, tamanho e tipo • Com um determinado conteúdo de sólidos, um grande número de pequenos cristais produz uma gordura mais dura do que um pequeno número de cristais grandes. Cristais maiores e macios são normalmente produzidos por resfriamento lento. Viscosidade do líquido • Os óleos diferem em viscosidade em uma determinada tempera- tura e isso irá in�uenciar a viscosidade do fundido, bem como a consistência de uma mistura de lipídios sólido-líquido. Tratamento de temperatura • Se uma gordura tende a super-resfriar excessivamente, isso pode ser superado derretendo a gordura cristalina na temperatura mais baixa possível, mantendo-a por um longo período de tempo a uma temperatura logo acima de seu ponto de fusão e, em seguida, resfriando-a. Trabalho mecânico • As gorduras cristalizadas se tornam reversivelmente mais macias após agitação vigorosa e só gradualmente recuperam sua �rmeza original. Se uma gordura derretida for agitada mecanicamente durante a solidi�cação, ela será muito mais macia do que se solidi�casse em uma condição imperturbável. UNICESUMAR 136 A oxidação de lipídios é uma das principais causas da deterioração dos alimentos. E o seu estudo é de grande interesse econômico para a indústria de alimentos, isso porque, ela leva ao desenvolvimen- to de vários sabores e odores estranhos, geralmente chamados de ranço (ranço oxidativo), em óleos comestíveis e alimentos contendo gordura, o que torna esses alimentos menos aceitáveis. Além disso, as reações oxidativas podem diminuir a qualidade nutricional dos alimentos, e certos produtos de oxidação são potencialmente tóxicos. É geralmente aceito que a “autoxidação”, isto é, a reação com o oxigênio molecular por meio de um mecanismo autocatalítico, é a principal reação envolvida na deterioração oxidativa dos lipídios. Nos alimentos, os lipídios podem ser oxidados por mecanismos enzimáticos e não enzimáticos. A principal via de oxidação de ácidos graxos insaturados envolve um mecanismo de radical livre autocatalítico (autoxidação) que é responsável pela reação em cadeia de formação e decomposição do hidroperóxido (ROOH). Acredita-se que o oxigênio singlete (1O2), considerado a espécie ativa na deterioração fotooxidativa, é o responsável pela iniciação dessa reação em cadeia. O primeiro passo é a iniciação, onde os radicais são formados a partir de ácidos graxos (RH) (Reação 1). Os catalisadores dessa etapa podem ser íons metálicos eventualmente presentes no óleo, principalmente os derivados de Fe, Cu e Cr. Após a iniciação, o processo segue por uma etapa de reação em cadeia (propagação), onde o radical livre (R·) gerado se liga ao oxigênio atmosférico formando o radical peróxido (ROO·), que por sua vez pode dar origem a um hidroperóxido (ROOH) (Reação 2). Iniciação RH R→ ⋅ Reação 1 Propagação 2R O ROO ROO RH ROOH R ⋅ + → ⋅ ⋅+ → + ⋅ Reação 2 Terminação R R RR⋅ + ⋅→ Reação 3 ROO R ROOR⋅ + ⋅→ Reação 4 2ROO ROO ROOR O⋅ + ⋅→ + Reação 5 Os hidroperóxidos se decompõem em várias etapas, gerando uma ampla variedade de produtos de decomposição, como álcoois, cetonas e aldeídos causadores do ranço. Cada hidroperóxido produz um conjunto de produtos de degradação iniciais que são típicos do hidroperóxido específico e de- pendem da posição do grupo peróxido na molécula. Os hidroperóxidos começam a se decompor assim que são formados. UNIDADE 6 137 A primeira etapa na decomposição do hidroperó- xido é a cisão na ligação oxigênio-oxigênio do grupo hidroperóxido, dando origem a um radical alcoxila e um radical hidroxila. A segunda etapa na decom- posição dos hidroperóxidos é a clivagem da ligação carbono-carbono em ambos os lados do grupo alcóxi (homolítico clivagem). Quando os radicais livres combinam entre si, for- mam moléculas mais estáveis, inibindo a propagação e dando lugar à terminação do processo (Reações 3, 4 e 5). Certos produtos da oxidação do colesterol produ- zem efeitos citotóxicos e carcinogênicos e, por isso, essa reação se tornou uma grande preocupação. Os produtos da oxidação do colesterol foram identifica- dos em vários alimentos processados,incluindo ovos secos, carne e laticínios e alimentos fritos. Em sistemas biológicos, incluindo alimentos, as moléculas de lipídios se encontram em um estado al- tamente ordenado, onde sua mobilidade é restrita, e, muitas vezes, estão intimamente associadas ao material não lipídico vizinho. Essas características variam muito com a espécie vegetal ou animal e com a localização do lipídio no organismo individual. Obviamente, as consequências e os mecanismos das reações oxidativas em tais sistemas naturais são, frequentemente, muito diferentes daqueles em modelos puros de lipídios. Os lipídios dos alimentos contêm uma variedade de ácidos graxos que diferem em propriedades quími- cas e físicas e em sua suscetibilidade à oxidação. Além disso, os alimentos contêm numerosos componentes não lipídicos que podem cooxidar e/ou interagir com os lipídios oxidantes e seus produtos de oxidação. O número, a posição e a geometria das ligações duplas em ácidos graxos afetam a taxa de oxidação. As ligações duplas conjugadas são mais reativas do que as não conjugadas e os ácidos cis oxidam mais prontamente do que seus isômeros trans. A autoxi- dação de ácidos graxos saturados é extremamente lenta, e em temperatura ambiente, eles permanecem praticamente inalterados enquanto o ranço oxidativo UNICESUMAR 138 dos insaturados torna-se detectável. Contudo, em altas temperaturas, os ácidos graxos saturados podem sofrer oxidação em taxas significativas. Os ácidos graxos livres oxidam a uma taxa ligeiramente maior do que os ácidos esterificados em glicerol. Em alguns óleos comerciais, a presença de quantidades relativamente grandes de ácidos livres pode aumentar a taxa de oxidação lipídica. A concentração de oxigênio também influencia na taxa de oxidação, sendo que, em concentração de oxigênio muito baixa, essa taxa é, aproximadamente, proporcional à concentração de oxigênio. Contudo, o efeito da concentração de oxigênio na taxa de oxidação também é influenciado por outros fatores, como temperatura e área de superfície. Em geral, a taxa aumenta à medida que a temperatura aumenta. Conforme a temperatura aumenta, as mudanças na pressão parcial do oxigênio têm uma influência menor na taxa de oxidação, porque o oxigênio se torna menos solúvel em lipídios e água. Além disso, a taxa de oxidação aumenta em proporção direta à área de superfície do lipídio exposto ao ar. Em vários alimentos que contêm gordura, a taxa de oxidação depende fortemente da atividade da água (Aa). Em alimentos secos com teores de umidade muito baixos (valores de Aa inferiores a cerca de 0,1), a oxidação ocorre muito rapidamente. Aumentar a Aa para cerca de 0,3 retarda a oxidação lipídica. Acredita-se que este efeito protetor de pequenas quantidades de água ocorre devido à redução dos radicais livres e/ou por impedir o acesso de oxigênio ao lipídio. Em atividades de água um pouco mais altas (Aa = 0,55-0,85), a taxa de oxidação aumenta novamente, possivelmente como resultado do aumento da mobilização de catalisadores e oxigênio. Em emulsões de óleo em água, ou em alimentos onde gotículas de óleo são dispersas em uma matriz aquosa, o oxigênio deve ganhar acesso ao lipídio por difusão na fase aquosa e passagem pela interface óleo-água. A taxa de oxidação dependerá da interação entre uma série de fatores, incluindo tipo e concentração de emulsificante, tamanho das gotas de óleo, área de superfície de interface, viscosidade da fase aquosa, composição e porosidade da matriz aquosa e pH. Os metais de transição, por exemplo, cobalto, cobre, ferro, manganês e níquel, são pró-oxidantes eficazes. Se presentes, mesmo em concentrações tão baixas quanto 0,1 ppm, eles podem aumentar a taxa de oxidação. Traços de metais pesados são comumente encontrados em óleos comestíveis e se originam do solo, em que a planta oleaginosa foi cultivada, do animal ou de equipamentos metálicos usados no processamento ou armazenamento. Os mecanismos de ação dos metais de transição incluem: aceleração da decomposição do hidroperóxido; reação direta com o substrato não oxidado e ativação de oxigênio molecular para fornecer oxigênio singlete e radical peróxi. As radiações visível e ultravioleta também são promotores eficazes da oxidação. A oxidação de lipídios catalisada por enzimas começa com a lipólise. Os ácidos graxos poliinsa- turados liberados são, então, oxidados por lipoxigenase ou cicloxigenase para formar hidroperóxidos ou endoperóxidos, respectivamente. A próxima sequência de eventos envolve a clivagem enzimática dos hidroperóxidos e endoperóxidos para produzir uma variedade de produtos de degradação, que, muitas vezes, são responsáveis pelos sabores característicos dos produtos naturais. UNIDADE 6 139 Uma das maneiras de avaliar a decomposição oxidativa é pelo valor de peróxido. Os peróxidos são os principais produtos iniciais da autoxidação, contudo, deve-se ressaltar que a quantidade de peróxidos que deve ser formada para produzir ranço oxidativo perceptível varia, por exemplo, com a composição do óleo, ou seja, aqueles que são mais saturados requerem menos absorção de oxigênio para se tornarem rançosos. Outros testes muito utilizados incluem métodos cromatográficos, fluorescência, espectrofotometria ultravioleta, método de oxigênio ativo, entre outros. Os antioxidantes são substâncias que, quando presentes nos alimentos em concentrações muito baixas, atrasam, controlam ou previnem os processos oxidativos que levam à deterioração da qualidade dos alimentos. Alguns antioxidantes agem como doadores de hidrogênio ou aceitadores de radicais livres inibindo a reação em cadeia da oxidação. Atualmente são conhecidos centenas de compostos, tanto naturais quanto sintéticos, que possuem pro- priedades antioxidantes, contudo, seu uso em alimentos é limitado por certos requisitos óbvios, como comprovação adequada de segurança. Os antioxidantes sintéticos caíram um pouco em descrédito, pois são suspeitos de serem uma das principais causas de carcinogênese, com isso, a busca por antioxidantes naturais aumentou significativamente. As plantas produzem um vasto repertório de metabólitos secundários, no entanto, as principais fontes de antioxidantes naturais são, principal- mente, os fenólicos vegetais que podem ocorrer em todas as partes das plantas, incluindo frutas, vegetais, sementes, nozes, folhas, raízes, farinhas e cascas. A atividade antioxidante dos compos- tos fenólicos se deve, principalmente, às suas propriedades redox, como adsorção e neutra- lização de radicais livres, extinção do oxigênio singleto ou decomposição de peróxidos. Muitos métodos foram desenvolvidos para avaliar a decomposição oxidativa, uma vez que essa reação é de grande importância no que diz respeito à aceitabilidade e à qualidade nutricional dos produtos alimentícios. No entanto, um único teste não pode medir todos os eventos oxidativos de uma vez, nem pode ser igualmente útil em todos os estágios do processo oxidativo e para todas as gorduras, todos os alimentos e todas as condições de processamento, sendo assim, em muitos casos, uma combinação de testes é necessária. UNICESUMAR 140 Os compostos fenólicos ocupam uma posição privilegiada como antioxidantes, pois são excelentes doadores de hidrogênio ou elétrons e, além disso, seus radicais intermediários são relativamente estáveis devido à deslocalização do elétron por ressonância (Figura 8). ROO. ROOH OH O O O OH OH OH OH + + Figura 8 – Estabilização de radicais intermediários por deslocalização do elétron / Fonte: Fennema (1996). Os antioxidantes exibem diferentes resultados quando usados com diferentes tipos de óleos ou alimentos contendo gordura e em diferentes condições de processamento e manuseio, devido às diferenças em sua estrutura molecular. Para se definir a eficiência de um antioxidante, deve-se considerar, além da sua potência em uma aplicação particular, a sua facilidade de incorporação na comida, as caracterís- ticas de transporte, sensibilidadeao pH, tendência a descolorir ou produzir sabores estranhos, além da disponibilidade e custo. Os antioxidantes podem ser adicionados diretamente aos óleos vegetais ou às gorduras animais após serem processados. Outra alternativa é pulverizar ou mergulhar os produtos alimentícios em soluções ou suspensões de antioxidantes, ou podem ser embalados em filmes que contenham antioxidantes. Os ácidos graxos saturados e insaturados também podem sofrem decomposição química quando expostos ao calor na presença de oxigênio. O aquecimento dos alimentos produz várias mudanças quí- micas, algumas das quais podem ser importantes para o sabor, a aparência, o valor nutritivo e a toxicidade. Descrição da Imagem: a figura apresenta a estabilização de radicais intermediários por deslocalização do elétron, onde, da esquerda para a direita, observa-se o radical ROO· separado por um sinal de mais da estrutura de um fenol, que consiste em um anel aromático de seis membros com duas hidroxilas, uma na parte superior central do anel e outra na parte inferior central do anel. Na sequência, observa-se uma seta apontando para a direita e a molécula ROOH e a mesma estrutura do fenol, que estava antes da seta, mais com um hidrogênio a menos na hidroxila da parte superior central do anel e um ponto no oxigênio que ficou sem o hidrogênio. Na sequên- cia, uma seta com pontas para a esquerda e direita separa essa estrutura de outras duas estruturas que só diferem da primeira pela posição do ponto e das duplas ligações. UNIDADE 6 141 Em geral, temperaturas muito altas de aquecimento são necessárias para produzir uma efetiva de- composição não oxidativa de ácidos graxos saturados. Por exemplo, o aquecimento de triacilgliceróis saturados e ésteres metílicos de ácidos graxos a temperaturas de 200-700 °C produz quantidades detectáveis de produtos de decomposição, destacando-se hidrocarbonetos, ácidos e cetonas. Os ácidos graxos saturados, quando aquecidos na presença de oxigênio a temperaturas superiores a 150 °C, sofrem oxidação, originando um complexo padrão de decomposição. Tem-se observado que o aquecimento na presença de oxigênio produz a mesma série de hidrocarbonetos obtida na ausência de oxigênio, mas em quantidades muito maiores. Durante a fritura, o alimento entra em contato com o óleo a cerca de 180 °C e é parcialmente exposto ao ar por vários períodos de tempo. Portanto, a fritura tem o maior potencial de causar alte- rações químicas na gordura, sendo que quantidades consideráveis dessa gordura são transportadas para a comida. As principais classes de compostos produzidas a partir do óleo durante a fritura são: compostos voláteis, compostos polares não poliméricos de volatilidade moderada, ácidos diméricos e poliméricos e glicerídeos diméricos e poliméricos e ácidos graxos livres. Essas classes de compostos são responsáveis por uma variedade de alterações físicas e químicas que podem ser observadas no óleo durante a fritura, como aumento na viscosidade, desenvolvimento de uma cor escura, diminuições no valor de iodo e na tensão superficial, mudanças no índice de refração e um aumento da tendência à formação de espuma. Durante o processo de fritura de alimentos, a água é continuamente liberada da comida para o óleo quente, formando uma manta de vapor acima da superfície do óleo, que tende a reduzir a quantidade de oxigênio disponível para a oxidação. Além disso, os alimentos absorvem quantidades variáveis de óleo durante a fritura em gordura, sendo necessária a adição frequente ou contínua de óleo fresco. UNICESUMAR 142 O próprio alimento pode liberar alguns de seus lipídios endógenos (por exemplo, gordura de frango) na gordura de fritura e, consequentemente, alterar as propriedades da gordura original. A presença de alimentos faz com que o óleo escureça em uma taxa acelerada. Muitas mudanças que ocorrem no óleo e nos alimentos durante a fritura são necessárias para fornecer as qualidades sensoriais típicas dos alimentos fritos. Por outro lado, a decomposição extensa, resultante da falta de controle adequado da operação de fritura, pode ser uma fonte potencial de danos não apenas à qualidade sensorial dos alimentos fritos, mas também ao valor nutricional. Fatores como alta tempera- tura, longos tempos de fritura e contaminantes metálicos favorecem a decomposição extensiva do óleo. Para evitar o desenvolvimento de sabores desagradáveis nos alimentos durante a fritura, ou seja, para minimizar a decomposição oxidativa extensa, algumas considerações são importantes: Nesta unidade, falamos um pouco sobre o conceito básico, as principais classificações e a importância dos lipídeos no nosso dia a dia. Além disso, abordamos como o entendimento das propriedades físicas e químicas desses compostos podem afetar a qualidade sensorial e nutricional dos alimentos. Ter em mente os conceitos básicos apresentados nesta unidade te permite atuar no melhoramento das técnicas de conservação de alimentos ricos em lipídeos, visto que a degradação desses compostos na indústria alimentícia é um problema que preocupa especialistas. Sendo assim, a busca por soluções alternativas para minimizar o efeito da ramificação indesejada que prejudica a qualidade do produto final são de fundamental importância. • Óleo de boa qualidade e estabilidade. • Equipamento projetado adequadamente. • Seleção da temperatura de fritura mais baixa consistente com a produção de um produto frito de boa qualidade. • Remover partículas de alimentos por filtração. • Desligar e limpar o equipamento com frequência. • Substituir o óleo conforme necessário para manter a alta qualidade. • Uso de antioxidantes. • Treinamento adequado de pessoal. • Teste frequente do óleo durante o processo de fritura. 143 O próprio alimento pode liberar alguns de seus lipídios endógenos (por exemplo, gordura de frango) na gordura de fritura e, consequentemente, alterar as propriedades da gordura original. A presença de alimentos faz com que o óleo escureça em uma taxa acelerada. Muitas mudanças que ocorrem no óleo e nos alimentos durante a fritura são necessárias para fornecer as qualidades sensoriais típicas dos alimentos fritos. Por outro lado, a decomposição extensa, resultante da falta de controle adequado da operação de fritura, pode ser uma fonte potencial de danos não apenas à qualidade sensorial dos alimentos fritos, mas também ao valor nutricional. Fatores como alta tempera- tura, longos tempos de fritura e contaminantes metálicos favorecem a decomposição extensiva do óleo. Para evitar o desenvolvimento de sabores desagradáveis nos alimentos durante a fritura, ou seja, para minimizar a decomposição oxidativa extensa, algumas considerações são importantes: Nesta unidade, falamos um pouco sobre o conceito básico, as principais classificações e a importância dos lipídeos no nosso dia a dia. Além disso, abordamos como o entendimento das propriedades físicas e químicas desses compostos podem afetar a qualidade sensorial e nutricional dos alimentos. Ter em mente os conceitos básicos apresentados nesta unidade te permite atuar no melhoramento das técnicas de conservação de alimentos ricos em lipídeos, visto que a degradação desses compostos na indústria alimentícia é um problema que preocupa especialistas. Sendo assim, a busca por soluções alternativas para minimizar o efeito da ramificação indesejada que prejudica a qualidade do produto final são de fundamental importância. • Óleo de boa qualidade e estabilidade. • Equipamento projetado adequadamente. • Seleção da temperatura de fritura mais baixa consistente com a produção de um produto frito de boa qualidade. • Remover partículas de alimentos por filtração. • Desligar e limpar o equipamento com frequência. • Substituir o óleo conforme necessário para manter a alta qualidade. • Uso de antioxidantes. • Treinamento adequado de pessoal. • Teste frequente do óleo durante o processo de fritura. Vamos verificar, agora, alguns dos principais itens discutidos nestaunidade. Como sugestão, pro- ponho que você complete o mapa mental a seguir, tendo em mente a classificação dos lipídeos. Agora é com você! CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDEOS Compostos resultantes da união dos três grupos hidroxila de glicerol com ácidos graxos em ligações do tipo ésteres Compostos com grupo carbonila na extremidade polar e uma cadeia de hidrocarbonetos Compostos resultantes da ligação glicosídica entre um carboidrato e um grupo álcool de um lipídeo Compostos que contém álcool aminado de cadeia longa Compostos que se caracterizam por conter um sistema de anéis fundidos 144 1. Com relação aos ácidos graxos, assinale a alternativa correta. a) Os ácidos graxos são compostos anfipáticos, pois a carboxila é hidrofóbica e a cauda de hidrocarbonetos é hidrofílica. b) Um ácido graxo insaturado apresenta ligações duplas entre os carbonos na cadeia, enquanto um ácido graxo saturado possui apenas ligações simples. c) Nos organismos vivos, normalmente, os ácidos graxos contêm número ímpar de átomos de carbono e as cadeias carbônicas não possuem ramificações. d) Em um ácido graxo, o sistema 18:0 trata-se de um ácido graxo insaturado com 18 carbonos, e o sistema 18:3 denota um ácido graxo saturado com 18 carbonos e nenhuma ligação dupla. e) Quando os três grupos hidroxila do glicerol formam ligações ésteres com triacilgliceróis, o composto resultante é chamado de ácido graxo. 2. Considerando o processo de oxidação dos lipídeos, assinale a alternativa correta. a) Nos alimentos, os lipídios podem ser oxidados somente por mecanismos enzimáticos. b) A principal via de oxidação de ácidos graxos é a foto-oxidação, que é responsável pela reação em cadeia de formação e decomposição do hidroperóxido (ROOH). c) A oxidação leva ao desenvolvimento de vários sabores e odores estranhos, geralmente cha- mados de ranço (ranço oxidativo), em óleos comestíveis e alimentos contendo gordura, o que torna esses alimentos menos aceitáveis. d) A autoxidação consiste em três etapas principais. A primeira delas é a iniciação, onde o radical livre gerado se liga ao oxigênio atmosférico, formando o radical peróxido. Após a iniciação, o processo segue por uma etapa de reação em cadeia (propagação) onde os radicais são for- mados a partir de ácidos graxos. Por fim, quando os radicais livres se combinam são formadas moléculas mais estáveis, inibindo a propagação e dando lugar à terminação do processo. e) A taxa de oxidação independe da atividade da água (Aa), sendo igual para todos os alimentos que contém gordura. 145 3. Sobre os antioxidantes, assinale a alternativa correta. a) Os antioxidantes atrasam, controlam ou previnem os processos oxidativos que levam à de- terioração da qualidade dos alimentos. b) Os antioxidantes agem somente como doadores de hidrogênio, inibindo a reação em cadeia da oxidação. c) Os antioxidantes sintéticos são os mais utilizados e são considerados extremamente seguros, sendo que as buscas por antioxidantes naturais caíram em descrédito. d) Embora os compostos fenólicos sejam excelentes doadores de hidrogênio ou elétrons e, seus radicais intermediários serem relativamente estáveis, eles são pouco utilizados como antioxidantes devido a sua ocorrência ser restrita apenas as folhas dos vegetais. e) Para se definir a eficiência de um antioxidante, basta considerar sua potência em uma apli- cação particular. 146 7 Nesta unidade, entenderemos algumas características importantes das enzimas, como porque elas são consideradas os catalisadores mais eficientes conhecidos. Você conhecerá as principais classes de enzimas e seus efeitos nos alimentos. Além disso, vai entender a importância dessa classe de substâncias na indústria de alimentos e porque conhecer algumas propriedades e alguns fatores que afe- tam a atividade das enzimas pode ajudar a reduzir perdas durante o processamento de alimentos. Enzimas Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 148 Caro(a) aluno(a), você concorda que existem alguns fatores que são determinantes na decisão de compra de certos produtos de origem animal ou vegetal? Por exemplo, quando você precisa comprar frutas e verduras no mercado ou na feira, uma das primeiras características que nos faz demostrar interesse por um determinado alimento é a aparência, estou certa? Entre um pé de alface verdinho e aquele com algumas manchas escuras você, com certeza, optaria pela primeira opção. O mesmo raciocínio pode ser estendido para as frutas e, até mesmo, as carnes. Ou, você não escolheria levar aquele bife com coloração vermelha ao invés daquele pedaço com uma coloração marrom? Todas essas alterações estão intimamente ligadas a uma classe de substâncias que merecem um pouco da nossa atenção nessa disciplina, as enzimas. E nós nem precisamos sair de casa para observar a ação dessas substâncias no nosso cotidiano. Quer um exemplo? Você já descascou e cortou uma banana para fazer salada de frutas e, em poucos minutos, ela ficou escura? A ação das enzimas nas frutas e hortaliças in natura pode acarretar perdas econômicas consideráveis, além de diminuir a qualidade nutritiva e alterar o sabor desses alimentos. Acredita-se que mais de 50% das perdas em frutas ocorrem como resultado da ação enzimática. Vegetais verdes folhosos, alimentos ricos em amido, além de diversas frutas e hortaliças tropicais e subtropicais são susceptíveis a alteração de cor causada pelas enzimas, resultando em perdas econômicas para os agricultores (CLERICI et al., 2014). O que você acha de uma experimentação simples para observar a ação das enzimas? Para esse experimento, você vai precisar do suco de três limões, uma maçã, uma banana, uma pera, uma batata e de recipientes para armazenar os alimentos depois de cortados. UNIDADE 7 149 A maçã deve ser cortada ao meio, sendo que uma metade será reservada enquanto a outra deve ter toda a superfície tratada com suco de limão. Deixe o experimento em repouso por duas horas, ao final desse período, analise o comportamento da maça que foi tratada com suco de limão e a que não teve nenhum tratamento. Repita esse experimento com a banana, a pera e a batata. A adição do limão na preparação de salada de frutas, por exemplo, é uma ótima solução para evitar o escurecimento das frutas depois de cortadas e, assim, garantir a boa aparência desse alimento. Quando os alimentos são tratados com o suco do limão, você pode observar que ele apresenta uma coloração diferente se comparado com a porção que não recebeu nenhum tratamento. Você pode observar tam- bém que o alimento, depois de sofrer uma ação mecânica, ou seja, o corte, passa por uma alteração na sua coloração. Essa mudança de cor que observamos, nesses e em outros alimentos, é resultado da ação das enzimas. Anote todas as observações referentes ao experimento realizado no seu Diário de Bordo. Te convido, agora, para embarcarmos um pouco mais fundo nesse universo das enzimas, vem comigo? As enzimas são proteínas com atividade catalítica devido ao seu poder de ativação específica e conversão de substratos (S) em produtos (P). Algumas enzimas são compostas apenas de ami- noácidos covalentemente ligados por meio de ligações peptídicas, formando proteínas de diversos tamanhos. Outras enzimas podem conter carboidratos, fosfato e grupos cofator. É importante des- tacar que as enzimas têm todas as características químicas e físicas de outras proteínas. Contudo, destacam-se por serem capazes de aumentar a velocidade de reação por um fator de até 1020 mais do que reações nas quais as enzimas não estão presentes. Sendo assim, podemos dizer que as enzimas são os catalisadores mais eficientes conhecidos. UNICESUMAR 150 Outra característica importante é que as enzimas são extremamente específicas, sendo capazes de distinguir estereoisômeros de um determinado composto. As enzimas também controlam a direção das reações, levando a produtos estereoespecíficos, que podem ser subprodutos muito valiosospara alimentos, nutrição e saúde ou os compostos essenciais da vida. A especificidade é tal que, por exemplo, a maioria das enzimas proteolíticas rompe ligações de L-aminoácidos, mas não de D-aminoácidos. A maltase ataca a ligação α-1,4 da maltose, mas não afeta a ligação β-1,4 de celobiose. A descoberta das enzimas data do século XIX, quando se iniciavam os estudos sobre a digestão dos alimentos. Pasteur estabeleceu o conceito de que as enzimas fossem células vivas. Na mesma época, Liebig disse que a fermentação era provocada por substâncias químicas. Em 1897, Kuhne propôs o nome de enzimas e, nesse mesmo ano, Buchner mostrou a possibilidade de fermentação na ausência de células vivas e acabou com a controvérsia de Liebig e Pasteur. Somente depois de 1920 é que se iniciam os trabalhos de purificação de enzimas, sendo que a primeira enzima a ser cristalizada foi a uréase, em 1926 (GAVA; SILVA; FRIAS, 2008). Em uma reação, a enzima liga-se ao substrato (um dos reagentes) para formar um complexo. O substrato, normalmente, liga-se por interações não covalentes a uma pequena porção da enzima, que é chamada de sítio ativo. Sendo assim, podemos dizer que a reação catalisada acontece no sítio ativo e, normalmente, ocorre em várias etapas. O sítio ativo corresponde a uma pequena porção da enzima, frequentemente, localizada em uma fenda ou bolsão na superfície da proteína e consiste em determinados aminoácidos essenciais para a atividade enzimática. UNIDADE 7 151 A primeira etapa da reação catalisada por enzimas consiste na ligação do substrato com a enzima, devido às interações específicas do substrato com o sítio ativo. Dois modelos são comumente usados para descrever essa ligação, o modelo chave-fechadura e o modelo do ajuste induzido. O modelo chave-fechadura (Figura 1) implica em uma grande semelhança entre a geometria do sítio ativo da enzima e o formato do substrato, ou seja, o substrato vai se ligar a um sítio, cujo formato complementa o seu, como uma chave em uma fechadura (CAMPBELL; FARREL, 2007). oooooooooooooooooSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratoSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratSubstratubstratubstrat Complexo enzima-substrato Sítio ativo Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima Enzima EnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimaEnzimEnzimEnzimEnzimEnzimnzimnzimnzimnzimnzimnzimnzimnzimn imiiiiiii Figura 1 - Representação do modelo chave-fechadura Já o modelo do ajuste induzido (Figura 2) considera o fato de que as proteínas têm flexibilidade con- formacional. Sendo assim, a ligação do substrato induz uma mudança conformacional na enzima, que resulta em um encaixe complementar depois que o substrato é ligado (CAMPBELL; FARREL, 2007). Modelo do Ajuste Induzido Substrato Complexo enzima-substrato Enzima Inibidor compe��vo Figura 2 – Representação do modelo de Ajuste Induzido Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração da representação do modelo de Ajuste Induzido. Na parte superior da imagem, está escrito Modelo do ajuste induzido. Na esquerda, observa-se uma forma quadrada com uma pequena deformação na parte superior no formato de ondas, essa forma oval tem uma coloração laranja e embaixo dela está escrito Enzima. Ainda na esquerda, na parte superior, observa-se um círculo de coloração verde e em cima dele está escrito Substrato. Do lado direito, separado por uma seta, observa-se o encaixe da forma quadrada laranja com o círculo verde e em cima está escrito Complexo Enzima-Substrato. Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração da representação do modelo de Ajuste Induzido. Na parte superior da imagem, está escrito Modelo do ajuste induzido. Na esquerda, observa-se uma forma quadrada com uma pequena deformação na parte superior no formato de ondas, essa forma oval tem uma coloração laranja e embaixo dela está escrito Enzima. Ainda na esquerda, na parte superior, observa-se um círculo de coloração verde e em cima dele está escrito Substrato. Do lado direito, separado por uma seta, observa-se o encaixe da forma quadrada laranja com o círculo verde e em cima está escrito Complexo Enzima-Substrato. UNICESUMAR 152 Depois que o substrato é ligado, a catálise pode acontecer. A medida que ligações são rompidas e novas ligações são formadas, o substrato se trans- forma em produto. Então, o produto é liberado da enzima, que pode ca- talisar a reação de mais um substrato para formar um produto (Figura 3). Enzima Enzima Complexo enzima-substrato Produtos Substrato Complexo enzima-produto Figura 3 – Mecanismo que represente a função da enzima Descrição da Imagem: a imagem é um esquema que representa a função da enzima. As figuras da imagem estão posicionadas no formato de um círculo e no centro dele está escrito função da enzima. Na parte superior, observa-se um meio círculo com uma deformação no formato de duas ondas e no centro está escrito Enzima. Logo a direita desse meio círculo, observa-se duas bolas roxas de mesmo tamanho e coladas uma na outra, em cima delas está escrito Substrato. Logo abaixo, seguido de seta no sentido horário, observa-se um meio círculo com duas bolas roxas encaixadas no espaço da deformação, conforme citado na primeira figura da imagem, e no centro está escrito Complexo Enzima-Substrato. Na sequência, seguido de uma seta, e na parte inferior da imagem, observa-se um meio círculo com duas bolas encaixadas, uma laranja e uma verde, e no centro está escrito Complexo Enzima-Produto. Seguido de outra seta, e subindo novamente na imagem, observa-se um meio círculo com uma deformação no formato de duas ondas e no centro está escrito Enzima, de cada uma das deformações saem as bolas laranja e verde indicadas por setas no sentido diagonal, entre essas duas bolas está escrito Produtos. E por fim, seguida de uma seta, volta-se ao topo da imagem com a figura do primeiro meio círculo já descrito. UNIDADE 7 153 Em função da grande especificidade das enzimas, cada uma tem seu próprio e único mecanismo de catálise. Para que a atividade enzimática seja observada, pri- meiro, a enzima deve ligar-se (não covalentemente) a um composto no sítio ativo, segundo, deve haver conversão química do composto inicial em um novo composto. O mecanismo para a reação catalisada por uma enzima pode ser resumido pela equação abaixo (Eq. 1) (CAMPBELL; FARREL, 2007): 1 2 1 K K K E S ES E P − →+ → +← (Eq. 1) Em que K1 é a constante de velocidade para a for- mação do complexo enzima-substrato (ES) a partir da enzima (E) e do substrato (S). Já K-1 é a constante de velocidade para a reaç ão reversa, dissociação do complexo ES para liberar enzima e substrato. Enquan- to K2 é a constante de velocidade para a conversão do complexo ES em produto, P, e a posterior liberação do produto da enzima. As enzimas que atuam como catalisadores são regeneradas ao final da reação. Os seis principais tipos de enzimas, com base na rea- ção química catalisada, são apresentados no Quadro 1. REALIDADE AUMENTADA Um exemplo prático de ação das enzimas é a produção de açúcar invertido pela ação da enzima inver- tase. Esta enzima tem a capacidade de quebrar (hidrolisar) a sacarose em glicose e frutose. UNICESUMAR 154 Tipo de enzima Reação Oxidoredutases São enzimas que oxidam ou reduzem substratos pela transferência de hidrogênios ou elétrons ou pelo uso de oxigênio (reações de óxidorredução). Transferases São enzimas que removem grupos (menos H) de substratos e os transfe- rem para moléculas aceitadoras (menos água). Envolvem transferência de radicais. HidrolasesSão enzimas nas quais a água participa da quebra das ligações covalentes do substrato, ou seja, envolvem reações de hidrólise. Liases São enzimas que removem grupos de seus substratos (não por hidrólise) para deixar uma ligação dupla ou que, inversamente, adicionam grupos a ligações duplas. Isomerases São enzimas que provocam uma isomerização do substrato. Quando a isomerização consiste em uma transferência intramolecular de um grupo, como 2-fosfo-D-glicerato para 3-fosfo-D-glicerato, a enzima é chamada de “mutase”, por exemplo, “D-fosfoglicerato 2,3-fosfomutase”. Isomerases que catalisam inversões de grupos assimétricos são denominados “racemases” ou “epimerases”, dependendo se o substrato contém um ou mais de um centro de assimetria, respectivamente. Um prefixo numérico é anexado à palavra “epimerase” para mostrar a posição da inversão. Ligases São enzimas que catalisam a ligação covalente de duas moléculas, juntamente com a quebra de uma ligação pirofosfato como no ATP. Oca- sionam reações de síntese. Quadro 1 – Classificação das enzimas em seis grupos principais / Fonte: adaptado de Fennema (1996). Nas plantas, as enzimas variam de acordo com a espécie. Por exemplo, a poligalacturonase, responsável pelo amolecimento, pode ser encontrada em altas concentrações no tomate e não ser detectada no cranberry, cenoura e uva. A lipoxigenase é encontrada em alta concentração na soja, mas ocorre em níveis quase imperceptíveis no trigo e no amendoim. Já a peroxidase é encontrada essencialmente em todas as frutas. A polifenoloxidase é uma das enzimas mais visíveis nas plantas, está presente em altas concentrações em algumas uvas, ameixas, figos, tâmaras, folhas de chá e café em grão, onde sua ação é desejada e está presente em concentrações moderadas em pêssegos, maçãs, bananas, batatas e alface, onde sua atividade é indesejável e não está presente em pimentas. Algumas ações, como a desintegração parcial dos tecidos, por envelhecimento ou hematomas, por insetos ou microrganismos, por descascamento, corte, fatiamento ou por congelamento e desconge- lamento, permitem que as enzimas atuem muito rapidamente em seus substratos. Isso pode causar mudanças rápidas na cor, textura, sabor, aroma e qualidades nutricionais dos alimentos. Quando isso UNIDADE 7 155 acontece, o tratamento térmico, armazenamento em baixa temperatura e/ou o uso de inibidores en- zimáticos são necessários para estabilizar o produto. Os níveis de atividade de uma determinada enzima podem ser altamente variáveis em alimentos crus. A idade (maturidade) de um organismo e as condições ambientais de crescimento (especialmen- te das plantas), incluindo temperatura, disponibilidade de água, solo e fertilização, afetam o nível de atividade enzimática. Felizmente, a taxa de desnaturação das enzimas, geralmente, é de primeira ordem; portanto, o tempo necessário para inativar uma porcentagem fixa da enzima é independente de sua concentração. No entanto, em diferentes concentrações iniciais de enzima ativa, as concentrações absolutas de enzima ativa restante serão diferentes, isso porque leva mais tempo para inativar toda a enzima com concen- tração inicial mais alta. Algumas variáveis são conhecidas por afetarem a velocidade das reações catalisadas por enzima como, a concentração das enzimas e do substrato, o pH, a temperatura, a atividade de água e os sol- ventes orgânicos. Além disso, existem substâncias chamadas de ativadores e inibidores que também afetam a velocidade dessas reações. Nas reações catalisadas por enzimas, a relação entre velocidade e concentração da enzima, [E], é geralmente linear quando todos os outros fatores, como concentração do substrato, pH e temperatura são mantidos constantes (Figura 4). Sendo assim, dobrar a [E] dobra a velocidade, assim como triplicar a [E] triplica a velocidade. 0 Ve lo ci da de Concentração da enzima Figura 4 - Relação esperada entre a concentração da enzima e a velocidade de reação observada / Fonte: Fennema (1996). Descrição da Imagem: a figura traz a representação de um gráfico, quadrado sem fundo com pontilhados intercalados por pequenos espaços em toda sua extensão horizontal e vertical, sendo na parte interna. No lado esquerdo, está escrito Velocidade e embaixo está escrito Concentração da Enzima. No centro do quadrado tem uma linha inclinada que sai do vértice inferior esquerdo e vai até a parte superior do quadrado, mas sem tocar em nenhuma reta. No vértice inferior esquerdo tem o número zero. UNICESUMAR 156 O pH tem um efeito significativo na atividade da maioria das enzimas. Pepsina, peróxidos, tripsina e fosfatase alcalina têm atividade ótima em, aproximadamente, pH 2, 6, 8 e 10, respectivamente. Como você pode ver na Figura 5, todas as curvas de atividade vs. pH são em forma de sino, com a atividade diminuindo para quase zero em 2 unidades de pH abaixo ou acima do pH ideal. P or ce nt ag em d e at iv id ad e m áx im a pH 100 80 60 40 20 2 4 6 8 10 12 a b c d Figura 5 - Efeito do pH na atividade de algumas enzimas. (a) Pepsina (b), Ficus glabrata peroxidase (c) Tripsina (d) Fosfatase alcalina / Fonte: Fennema (1996). O pH ótimo de algumas enzimas encontradas em produtos alimentícios crus está listado na Tabela 1. Enzima pH ótimo* Fosfatase alcalina (leite) 10 α-Amilase (salivar humana) 7 β-Amilase (batata doce) 5 Catalase (fígado bovino) 3-10 Lipase (pancreática) 7 Pectina esterase (plantas superiores) 7 * O pH ótimo irá variar com a fonte e as condições experimentais. Esses valores de pH devem ser considerados valores aproximados. Tabela 1 – pH ótimo de algumas enzimas / Fonte: adaptada de Fennema (1996). Descrição da Imagem: a figura traz a representação de um gráfico, quadrado sem fundo com pontilhados intercalados por pequenos espaços em toda sua extensão horizontal e vertical, sendo na parte interna. No lado esquerdo está escrito Porcentagem de atividade máxima e na linha vertical temos os números 20, 40, 60, 80 e 100; e embaixo está escrito pH e na linha horizontal os números 2, 4, 6 ,8, 10 e 12. No centro do quadrado têm 4 linhas no formato de sino. Todas as linhas sobem até atingir o valor de 100 que está na vertical e descem novamente, formando um sino. O meio da primeira linha está em pH 2 e tem a letra a escrita em cima. O meio da segunda linha está em pH 6 e tem a letra b escrita em cima. O meio da terceira linha está em pH 8 e tem a letra c escrita em cima, esta se apresenta em formato pontilhado e é a única linha que não desce até próximo à linha horizontal inferior, ela para entre o número 100 e 80. O meio da quarta linha está em pH 10 e tem a letra d escrita em cima. UNIDADE 7 157 O pH ótimo pode variar em função do tipo e da concentração do substrato, ou seja, o pH ótimo de uma enzima depende da natureza da enzima e das condições usadas para medir a atividade em função do pH. O armazenamento de alimentos, no ponto de congelamento da água ou logo abaixo dele deve ser evitado. Conforme a água congela, a enzi- ma e o substrato se tornam mais concentrados, o que pode levar a um aumento da atividade. Além disso, o congelamento e o descongelamen- to rompem os tecidos, permitindo maior acesso da enzima ao substrato. Fennema (1996) relatou que em Aa abaixo de 0,35 (<1% de água total), não há atividade de fos- folipase na lecitina. Já com Aa acima de 0,35, há um aumento não linear na atividade, sendo que a atividade máxima ainda não foi alcançada com Aa de 0,9 (cerca de 12% do conteúdo total de água). A β-amilase não teve atividade no amido até cerca de 0,8 de Aa (~2% de água total); a atividade, então, aumentou 15 vezes com Aa igual a 0,95 (~ 12% de água total). A partir desses exemplos, pode-se concluir que o conteúdo total de água deve ser <1–2% para prevenir a atividade enzimática. Os solventes orgânicos podem ter dois efeitos principais nas reações catalisadas por enzimas: um efeito na estabilidade e um efeito na direção das reações reversíveis.Esses efeitos são diferentes em solventes imiscíveis em água e miscíveis em água. Há também uma mudança na estereoespecificida- de dos produtos formados em solventes orgânicos. Existem algumas substâncias que interferem na ação de uma enzima e desaceleram a veloci- dade de uma reação, essas substâncias são cha- madas de inibidores. Os inibidores podem afetar uma reação enzimá- tica de duas formas diferentes. Um inibidor pode ligar-se à enzima e ser liberado em seguida, deixan- do-a em sua condição original, é o que chamamos de inibidor reversível. Assim como, um inibidor pode reagir com a enzima, produzindo uma pro- teína que deixa de ser enzimaticamente ativa, é o que chamamos de inibidor irreversível. Os inibidores reversíveis podem ser de duas classes diferentes, com base nos sítios na enzi- ma à qual se ligam. Os inibidores competitivos consistem em compostos muito semelhantes a estrutura do substrato, ou seja, o inibidor pode se ligar ao sítio ativo da enzima e bloquear o acesso do substrato (Figura 6). Descrição da Imagem: na parte superior da imagem, está escrito Inibidor competitivo. Descendo na imagem, observa- -se uma forma não definida de coloração roxa e em cima dela está escrito substrato, essa forma não definida é seguida de uma seta curva que aponta para o lado superior direito da imagem. Na sequência, observa-se uma forma semelhante a um círculo com deformação na parte superior. Embaixo dele está escrito enzima e em cima existe uma outra forma não definida de coloração verde que se encaixa no círculo, mas deixa alguns espaços vazios. Próximo dessa forma não definida está escrito inibidor competitivo. Figura 6 – Esquema de ação de um inibidor competitivo Inibidor competitivo Substrato Inibidor competitivo UNICESUMAR 158 Os inibidores não competitivos se ligam à enzima em um sítio que não o sítio ativo, provocando uma mudança na estrutura da enzima, especialmente em torno do sítio ativo. O substrato ainda consegue se ligar ao sítio ativo, mas a enzima não pode catalisar a reação quando o inibidor está ligado a ela (Figura 7). Substrato normal Inibidor não competitivo Figura 7 – Esquema de ação de um inibidor não competitivo Existem algumas substâncias não proteicas que participam das reações enzimáticas e são regeneradas para reações futuras, são os chamados cofatores. Os íons metálicos formam uma das duas classes impor- tantes de cofatores. A outra classe importante consiste em uma mistura de compostos orgânicos, muitos deles são vitaminas ou estão metabolicamente relacionadas às vitaminas, e são chamados de coenzimas. As coenzimas, portanto, não fazem parte da molécula enzimática. Entre elas, pode-se citar ácido ascórbico, coenzima Q, citocromos, coenzima A, entre outras. Muitas dessas coenzimas estão envolvidas em reações de oxidorredução, que fornecem energia para o organismo, especialmente as vitaminas B. Uma outra classe de substancias, que por outro lado, encontra-se firmemente ligada à molécula da enzima, é chamada de grupo prostético. O seu modo de atuar é muito semelhante ao das coenzimas. Exemplos de grupos prostéticos são o grupo das flavinas, piridoxana, tiamina, entre outros. As enzimas têm um impacto muito importante na qualidade de nossos alimentos, uma vez que o crescimento e a maturação dos alimentos dependem da ação dessas moléculas. Para qualquer organismo, a vida começa Descrição da Imagem: a imagem apresenta quatro círculos azuis vistos de forma horizontal. Da esquerda para a direita, o primeiro círculo possui duas deformações, uma na parte superior, no formato de dois hexágonos unidos, e uma na parte inferior direita, no formato de um pequeno círculo. Em cima do primeiro círculo, observam-se dois hexágonos amarelos unidos com uma seta diretiva que aponta para o espaço vazio e, em cima deles, está escrito substrato normal. No segundo círculo, observa-se o encaixe perfeito dos dois hexágonos amarelos na deformação superior do círculo azul e continua na parte inferior direita o formato de um pequeno círculo, igual da primeira imagem. O terceiro círculo também possui duas deformações, uma na parte superior, no formato de dois hexágonos levemente deformados, e com uma seta diretiva que aponta para o espaço vazio e uma na parte inferior direita no formato de um pequeno círculo. Em cima dele, observam-se dois hexágonos amarelos unidos e na parte inferior direita observa-se um pequeno círculo verde com uma seta diretiva apontando para o espaço vazio no canto inferior direito. Embaixo do círculo verde está escrito inibidor não competitivo. No quarto círculo, observa-se o encaixe imperfeito dos dois hexágonos amarelos na deformação superior do círculo azul e o encaixe perfeito do círculo verde na deformação inferior direita do círculo azul. UNIDADE 7 159 com a ação enzimática nos processos de gestação e fertilização. Na verdade, as enzimas são os catalisadores que tornam a vida possível. As enzimas também podem ser adicionadas aos alimentos durante o processamento para alterar suas características. Assim como, as enzimas microbianas, que permanecem após a destruição dos micror- ganismos, continuam afetando a qualidade dos alimentos processados. Por exemplo, molhos à base de amido podem sofrer alterações indesejáveis na consistência por causa das α-amilases microbianas estáveis ao calor que sobrevivem a um tratamento térmico suficiente para destruir os microrganismos. Quando pensamos nas características sensoriais de um alimento, a cor é provavelmente o primeiro atributo que o consumidor associa à qualidade e aceitabilidade dos alimentos. Um bife deve ser ver- melho, não roxo ou marrom (Figura 8). Figura 8 – Exemplo de um pedaço de carne com coloração vermelha e um pedaço de carne com coloração marrom. A vermelhidão se deve apenas à oximioglobina, o principal pigmento da carne. Em certas condições, há oxidação da oximioglobina, passando o pigmento para forma conhecida por metamioglobina, responsável pela cor marrom da carne. As reações catalisadas por enzimas na carne podem competir por oxigênio, podem produzir compostos que alteram o estado de oxidação-redução e o conteúdo de água e, portanto, podem influenciar a cor da carne. No amadurecimento das frutas, a cor verde diminui e é substituída pelas cores vermelha, laranja, ama- rela e preta. Todas essas mudanças são resultado da ação enzimática. Três enzimas principais responsáveis por alterações químicas de pigmentos em frutas e vegetais são lipoxigenase, clorofilase e polifenoloxidase. A polifenoloxidase, por exemplo, está associada ao escurecimento enzimático de frutas e vegetais. Portanto, muito estudos visam o desenvolvimento de métodos para o controle da atividade dessa enzima. As enzimas, assim como os microrganismos, podem causar alterações químicas nos alimentos. Você já se perguntou por que banana, maçã, pêssego e demais frutas apodrecem tão rápido? Saiba que as enzimas desempenham um papel muito importante nesse processo. Descrição da Imagem: a imagem apresenta duas fotografias. À esquerda, observa-se um pedaço de corte de carne crua, com coloração vermelha, o fundo da imagem é todo branco. À direita, observa-se um pedaço de corte de carne com coloração marrom, a carne está sobre uma base, de cor bege, o fundo da imagem é branco. UNICESUMAR 160 O escurecimento enzimático de frutas pode ser desencadeado por impactos e abrasões causados no mo- mento da colheita, por exemplo. As manchas surgem como resposta da oxidação de compostos fenólicos. Inicialmente, as lesões causam um colapso celular que resulta no contato dos compostos fenólicos com enzimas ligadas ao escurecimento. E as reações resultantes desse processo resultam no escureci- mento da superfície da fruta, perda de aroma e demais propriedades organolépticas, redução do valor nutricional e da vida útil da fruta. Após o descascamento e corte da banana, por exemplo, os fenóis presentes na polpa da fruta são oxi- dados pelas polifenoloxidases, formandoas melaninas que são os pontos pretos que aparecem na banana. R OH OH OH R O O HO HO O C N I H MelaninaQuinonaCatecol PPO+O2 2H O+ Figura 9 – Reação de oxidação, formação de melanina / Fonte: Santos et al. (2012). Descrição da Imagem: a imagem mostra a reação de formação da melanina. Da esquerda para direita, observa-se uma estrutura que corresponde a um hexágono insaturado que possui uma hidroxila ligada em dois dos vértices e um grupo R ligado em outro vértice. Embaixo dessa estrutura está escrito Catecol. Na sequência, observa-se duas setas de sentidos opostos na posição vertical. Em cima das setas está escrito PPO+O2. Depois das setas, observa-se outra estrutura química que consiste em um hexágono insaturado que possui um grupo =O ligado em dois dos vértices e um grupo R ligado em outro vértice. Embaixo dessa estrutura está escrito Quinona e ela é seguida de um sinal de mais e de H2O. Na sequência, observa-se outra seta na vertical, que aponta para uma estrutura que consiste em dois hexágonos fundidos e insaturados. Um dos hexágonos possui um N em um dos vértices e um H ligado a esse N. Além disso, possui o grupo COOH ligado em outro vértice. O outro hexágono possui um grupo OH ligado em dois dos vértices. Embaixo dessa estrutura está escrito Melanina. UNIDADE 7 161 Os compostos fenólicos das frutas (como o Catecol) são oxidados por meio de reações de eliminação, onde hidrogênio é extraído do composto fenólico, os produtos iniciais dessa oxidação são a água e a qui- nona, essa última pode se condensar, formando polímeros escuros insolúveis, denominados de melanina. A composição fenólica de frutas e hortaliças varia conforme sua espécie, seu cultivo, seu grau de amadurecimento, condições ambientais de desenvolvimento e de armazenamento. As polifenoloxidases (PPO) são as responsáveis por oxidar os fenóis. A reação de escurecimento em frutas, vegetais e sucos de frutas é um grande problema para a in- dústria de alimentos. O uso dos ácidos ascórbico e ácido cítrico, ambos presentes no suco de limão, são aliados importantes na conservação de frutas, pois são capazes de reduzir o escurecimento enzimático. A lipoxigenase é outra enzima que desempenha funções importantes sobre os alimentos, algumas desejáveis e outras indesejáveis. Dentre os quais podemos citar o branqueamento das farinhas de trigo e soja, a formação de ligações dissulfeto no glúten durante a formação da massa, a destruição de clorofila e carotenos, o desenvolvimento de sabores e aromas estranhos, o dano oxidativo a vitaminas e proteínas, e a oxidação dos ácidos graxos essenciais, ácidos linoleico, linolênico e araquidônico. A textura dos alimentos é outro atributo de qualidade muito importante. Em frutas e vegetais, a textura se deve, principalmente, aos carboidratos complexos: substâncias pécticas, celulose, hemi- celuloses, amido e lignina. Existem uma ou mais enzimas que atuam em cada um dos carboidratos complexos que são importantes na textura dos alimentos. As proteases, por exemplo, são importantes no amolecimento dos tecidos animais e alimentos vegetais ricos em proteínas. A hidrólise específica da κ-caseína desestabiliza a micela de caseína, fazendo com que ela se agregue para formar uma coalhada. A ação de proteases microbianas adicionadas intencionalmente durante o envelhecimento de queijos auxilia no desenvolvimento de sabores. A atividade da protease nas proteínas do glúten de massas de pão de trigo durante o crescimento é importante na qualidade dos pães cozidos. UNICESUMAR 162 O efeito das proteases para amaciar a carne é muito conhecido e economica- mente importante. Após a morte, o músculo se torna rígido devido ao rigor mortis. Por meio da ação de proteases durante o armazenamento (7–21 dias), o músculo se torna mais macio e suculento. Enzimas exógenas, como papaí- na (proveniente do mamão) e ficina (proveniente do figo), são adicionadas a algumas carnes para amaciá-las. As amilases, enzimas que hidrolisam o amido, são encontradas não apenas em animais, mas também em plantas superiores e microrganismos. Uma vez que o amido contribui de forma importante para a viscosidade e textura dos alimentos, sua hidrólise durante o armazenamento e processamento merece atenção. Existem três tipos principais de amilases: α-amilases, β-amilases e glucoa- milases, elas atuam, principalmente, no amido e no glicogênio. As amilases, glucoamilases e isomerases de glicose permitem que o amido seja comercial- mente convertido a outros produtos úteis. Além disso, a α-amilase e a β-amilase são muito importantes na fabricação de cerveja. As enzimas podem causar sabores e aromas estranhos nos alimen- tos, principalmente durante o armazenamento. Por exemplo, alimentos como feijão verde, ervilhas verdes, milho, brócolis e couve-flor podem de- senvolver sabores e aromas desagradáveis e muito perceptíveis durante o armazenamento congelado. Para saber se o tratamento térmico foi adequado, são utilizadas enzimas para indicadores. Os indicadores mais utilizados são a peroxidase em frutas e hortaliças, a fosfatase alcalina em leite, laticínios e presunto e a β-acetil- glucosaminidase para ovos. A peroxidase, por exemplo, é uma enzima relativamente resistente ao calor e, geralmente, não está associada ao desenvolvimento de defeitos nos alimentos. Por isso, é muito usada como indicador para o tratamento térmico adequado de alguns alimentos. O branqueamento é um tratamento térmico suave de frutas e vegetais crus, realizado, principalmente, para estabilizá-los contra a deterioração enzimática e/ou crescimento microbiano durante o armaze- namento. Outro tratamento térmico muito seme- lhante, mas que é utilizado no leite e alguns outros produtos alimentícios é chamado de pasteurização. UNIDADE 7 163 O branqueamento tem a principal função de inativar enzimas, principalmente de frutas e hortali- ças. Os produtos são aquecidos de 70 ºC a 90 ºC, durante alguns minutos para inativar as enzimas como polifenoloxidades, poligalacturonases, peroxidades, clorofilases, catalases, entre outras. Os equipamentos usados para o branqueamento sempre envolvem a passagem do alimento em banho de água ou uma atmosfera de vapor saturado. A pasteurização é um tratamento térmico que elimina a grande maioria dos microrganismos presentes nos alimentos. A temperatura não passa de 100 ºC, sob pressão atmosférica normal, podendo esse aquecimento ser produzido por vapor, água quente, radiações ionizantes, micro-ondas, entre outros. Os tempos e temperaturas de pasteurização dependem do método e do produto a ser tratado. As enzimas são ideais para produzir mudanças importantes nas propriedades funcionais dos alimentos, para remover constituintes tóxicos e para produzir novos ingredientes. Isso ocorre porque elas são altamente específicas, agem em baixas temperaturas (25–45 °C) e não produzem reações paralelas. O uso de enzimas relacionadas com alimentos trouxe resultados muito promissores. Por exemplo, a produção de xarope de milho com alto teor de frutose que envolve α-amilase, glucoamilase e glicose isomerase. Além disso, muitos adoçantes também podem ser produzidos enzimaticamente. Outro exemplo é o uso de aminoacilases para separar misturas racêmicas de D e L-aminoácidos, em lotes de várias toneladas. Pode-se destacar o uso de lipases específicas para produzir lipídios com ponto de fusão e insaturação predeter- minados ou localização específica de um ácido graxo em um triacilglicerol. Os alimentos crus, geralmente, contêm compostos tóxicos que, às vezes, são removidos por tratamento térmico adequado, extração ou por reações enzimá- ticas. Um fato curioso é que existem, no mundo, milhares de plantas que podem ter potencial como fonte de alimento. Contudo, muitas não são usadas devido a propriedades indesejáveis, algumas das quais poderiam ser resolvidas com o uso adequado de enzimas. Em alguns casos, as concentrações dessas substâncias indesejáveis e na- turais devem serreduzidas antes que o alimento possa ser consumido com segurança. Alguns tratamentos de processamento estimulam a ação enzimática para degradar o constituinte indesejado ou inativam enzimas que catalisam a formação de substâncias indesejadas. As enzimas, como já mencionamos anteriormente, tem um papel funda- mental na fabricação de cervejas. A indústria cervejeira usa amiloglucosidases, por exemplo, para fazer cervejas “light”, pois elas garantem a fermentação com- UNICESUMAR 164 pleta do amido. Além disso, o uso de β-glucanases pode resolver os problemas de alta viscosidade/taxa de filtração lenta. Acetolactato descarboxilase é usada para encurtar o tempo de maturação, evitando a formação de diacetil. Quando pensamos na degradação de resíduos, as enzimas também têm um papel muito impor- tante. Por exemplo, por serem fonte de aminoácidos essenciais para microrganismos, as proteínas são degradadas rapidamente por uma série de proteases encontradas em plantas e microrganismos, ou seja, elas são rápidas e especificamente hidrolisadas em aminoácidos, de maneira eficiente. As lipases, por sua vez, hidrolisam os triacilgliceróis em ácidos graxos, mono- e/ou diacilgliceróis e glicerol. Os monoacilgliceróis equivalem a 70% dos emulsificantes utilizados nas indústrias alimen- tícias, cosméticas e farmacêuticas (FREGOLENTE et al., 2009). A substituição da rota química pela rota enzimática na produção de monoacilgliceróis e diacilgli- ceróis tem se mostrado uma alternativa interessante para fabricar produtos mais saudáveis, ou seja, produtos livres de reações de polimerização e de gorduras na configuração trans. Além disso, no processo enzimático, é possível explorar a seletividade das enzimas em relação aos ácidos graxos e sua regiosseletividade. Os níveis de enzimas produzidas pelo nosso corpo, são controlados pela nossa genética, pela idade e pela dieta. Uma quantidade surpreendentemente grande de enzimas é produzida todos os dias por nosso organismo para digerir os alimentos. O fígado é a principal “fábrica” do corpo que requer enzimas. Existem inúmeros defeitos genéticos conhecidos que resultam em produção de enzimas abaixo do normal ou na produção de enzimas defeituosas. Algumas dessas deficiências enzimáticas, como alcaptonúria, fenilcetonúria, galactosemia, doença de Gaucher, entre outras, necessitam de tratamentos especiais. Outras, como deficiência de lactase, requerem modificação da dieta. Muitas doenças genéticas resultam em mudanças nos níveis dos prin- cipais sistemas enzimáticos do corpo humano e isso, por sua vez, in- fluencia em como as pessoas escolhem seus alimentos. Um exemplo de deficiência de enzimas humanas é a incapacidade de tolerar a lactose (deficiência de β-galactosidase). Pensando nesse assunto, tão importante atualmente, preparei um podcast para falar um pouco mais sobre o papel das enzimas nos casos de alergias/intolerâncias. Dê o play! As alergias/intolerâncias alimentares afetam muitos indivíduos e envolvem produtos alimentícios, in- cluindo leite, trigo e ovos. Várias dessas doenças podem ser prevenidas aumentando o nível da enzima deficitária no indivíduo afetado. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10198 UNIDADE 7 165 A composição enzimática do nosso corpo muda com a idade, os bebês, por exemplo, produzem qui- mosina no estômago para coagular o leite. Mais tarde, a quimosina é substituída por pepsina, tam- bém uma protease para a digestão de proteínas. A maioria dos bebês também apresenta níveis relativa- mente altos de β-galactosidase na mucosa do intes- tino delgado, utilizada para hidrolisar a lactose em glicose e galactose, ambas importantes para energia. Com o avançar da idade, o nível de β-galac- tosidase diminui e estima-se que 80% de todos os adultos não podem consumir leite e vários la- ticínios sem algum desconforto. Alguns grupos étnicos são menos tolerantes ao leite e produtos lácteos do que outros. A adequação da biossíntese enzimática também está relacionada à dieta. Mais de 150 enzimas re- querem Zn2+ como fator essencial e outras enzimas requerem outros cofatores. A biossíntese de enzimas requer a presença de aminoácidos essenciais, sendo assim, esses constituintes devem estar disponíveis em quantidades adequadas na dieta. Nesta unidade, vimos que as enzimas são extre- mamente importantes, pois são responsáveis por garantir o funcionamento adequado do nosso orga- nismo, assim como evitar prejuízos econômicos nas indústrias de alimentos. Conhecer as características dessa classe de substâncias e como elas atuam no metabolismo dos alimentos pode contribuir para o melhoramento das técnicas de processamento e armazenamento dos alimentos, visando redução de custos e, acima de tudo, segurança para o consumi- dor. Além disso, vimos que a deficiência de enzimas no nosso organismo pode resultar em alergias/in- tolerâncias a determinados alimentos e que, apesar das pesquisas terem avançado muito nesse campo, ainda são necessários novos estudos para tentar resolver e/ou amenizar esse problema. 166 Vamos verificar, agora, alguns dos principais itens discutidos nesta unidade. Como sugestão, pro- ponho que você complete o mapa mental a seguir. Vamos lá? ENZIMAS Variáveis que afetam as reações catalisadas por enzimas Concentração do substrato Características Amilases Enzimas que desempenham funções importantes sobre os alimentos Modelos usados para descrever a ligação do substrato com a enzima Principais tipos de enzimas Oxidoredutases Cofatores Íons metálicos Inibidores 167 1. Com relação a característica das enzimas, assinale a alternativa correta. a) O sítio ativo corresponde a uma pequena porção da enzima, frequentemente, localizada em uma fenda ou bolsão na superfície da proteína e consiste em determinados aminoácidos essenciais para a atividade enzimática. b) A primeira etapa da reação catalisada por enzimas consiste na ligação do produto com a enzima, devido às interações específicas do produto com o sítio ativo. c) As enzimas não são específicas, ou seja, não são capazes de distinguir estereoisômeros de um determinado composto. d) As enzimas podem ser compostas apenas de aminoácidos covalentemente ligados por meio de ligações peptídicas, formando proteínas de diversos tamanhos e outras enzimas podem conter carboidratos, fosfato e grupos cofator. Contudo, elas não possuem as características químicas e físicas de outras proteínas. e) As enzimas não são capazes de aumentar a velocidade das reações, sendo assim, podemos dizer que as elas são péssimos catalisadores. 2. Com relação as variáveis que afetarem a velocidade das reações catalisadas por enzimas, avalie se as sentenças são verdadeiras (V) ou falsas (F): ) ( Nas reações catalisadas por enzimas, dobrar a concentração da enzima [E] dobra a velocidade quando todos os outros fatores, como concentração do substrato, pH e temperatura, são mantidos constantes. ) ( O pH tem um efeito significativo na atividade da maioria das enzimas, sendo que as curvas de atividade vs. pH são em forma de sino, com a atividade aumentando consideravelmente em 2 unidades de pH abaixo ou acima do pH ideal. ) ( Os solventes orgânicos podem ter efeito na estabilidade e efeito na direção das reações reversíveis. Há também uma mudança na estereoespecificidade dos produtos formados em solventes orgânicos. ) ( Deve-se fazer o armazenamento de alimentos no ponto de congelamento da água ou logo abaixo dele, pois, conforme a água congela, a enzima e o substrato se tornam mais concen- trados podendo levar a um aumento da atividade. ) ( Um inibidor reversível irá ligar-se à enzima e ser liberado em seguida, deixando-a em sua condição original. Já um inibidor irreversível irá reagir com a enzima, produzindo uma proteína que deixa de ser enzimaticamente ativa. Assinale a alternativa que corresponde à sequência correta. a) F, F, V, F, V. b) F, V, F, V, F. c) V, F, V, F, V.d) V, V, F, F, V. e) V, V, F, V, F. 168 3. Com relação às enzimas e suas aplicações na indústria de alimentos, assinale a alternativa correta. a) Os fenóis presentes na polpa da fruta são oxidados pelas lipoxigenases, formando as mela- ninas, que são os pontos pretos que aparecem nas frutas. b) A ligase tem como principais efeitos nos alimentos a destruição de clorofila e carotenos, o desenvolvimento de sabores e aromas estranhos, o dano oxidativo a vitaminas e proteínas, e a oxidação dos ácidos graxos essenciais, ácidos lineoléico, linolênico e araquidônico. c) A ação de isomerases adicionadas intencionalmente durante o envelhecimento de queijos auxilia no desenvolvimento de sabores característicos desse alimento. d) A peroxidase, uma enzima relativamente resistente ao calor, geralmente, não associada ao desenvolvimento de defeitos nos alimentos é muito usada como indicador para o tratamento térmico adequado desses alimentos. e) O principal pigmento da carne é a metamioglobina. Em certas condições, há oxidação da metamioglobina, passando o pigmento para forma conhecida por oximioglobina, responsável pela cor marrom da carne. 8 Nesta unidade, entenderemos o que é a fermentação, os seus con- ceitos, os seus tipos, as principais reações e os principais produtos. Também, veremos como a tecnologia das fermentações foi desco- berta e como ela é utilizada atualmente, especialmente, na produção de alimentos e bebidas. Tecnologia da Fermentação Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 170 Caro(a) aluno(a), imagine que você está sentado(a) à mesa, a qual possui diversos tipos de alimentos e bebidas: queijos, iogurtes, salames, vinhos, cervejas, pães, vegetais em conserva, kombucha, chocolate... Uma mesa farta, não?! Você poderia imaginar o que todos esses alimentos podem ter algo em comum? Você sabe qual é o tipo de processo que “aproxima” todos esses alimentos? Dica: é uma das maiores descobertas da humanidade. Conforme relatado por Goldoni (2021), até 40% do suprimento de alimentos no mundo é de pro- dutos alimentícios que passaram por algum tipo de fermentação. A fermentação é um processo no qual um microrganismo se desenvolve no alimento e produz compostos químicos que conferem aroma e sabor. Esse desenvolvimento — e compostos produzidos — também influencia no crescimento de outros microrganismos — aqui, chamados de contaminantes —, impedindo ou diminuindo as chances de que estes se desenvolvam e deteriorem o alimento. Todos os alimentos que destacamos no início do nosso texto passaram pela fermentação, seja como uma das etapas para produzir o alimento — ou a bebida —, seja como principal processo no seu pre- paro. A fermentação é uma das mais antigas técnicas empregadas para a conservação de alimentos e bebidas. É muito acessível e gerenciável, principalmente, quando não é possível empregar outras técnicas, como o congelamento, por exemplo (BATTCOCK; AZAM-ALI, 1998). No entanto, a ciência da fermentação só foi descoberta muito tempo depois, ao se estudar uma das mais antigas bebidas de que se tem notícia: a cerveja. Conheçamos mais sobre a fermentação. UNIDADE 8 171 Entre os principais tipos de fermentação, temos a fermentação alcoólica, em que álcool e gás car- bônico são gerados, ou seja, são produtos da transformação realizada por um tipo de microrganismo: as leveduras. Coloquemos a mão na massa — literalmente — para entender isso. O pão é um dos mais antigos alimentos e constitui uma parte importante da nossa alimentação diária. A massa do pão é fermentada pela ação de leveduras em um bioprocesso chamado de fermen- tação alcoólica (POLICARPO, 2001). Sim, a produção do pão é uma fermentação alcoólica. Que tal um experimento para comprovar isso? Para esse experimento, precisaremos de: farinha, água, fermento biológico — fresco ou seco/liofilizado — e açúcar. Prepare uma porção de massa utilizando 100g de farinha, 50g de água, 10g de açúcar e 1g de fermento. Misture tudo muito bem e sove a massa. O ponto da massa deve ser semelhante ao ponto da massa de pão. Após esse preparo, deixe descansar até a massa dobrar de volume. Quando isso ocorrer, corte-a ao meio, com o auxílio de uma faca, e cheire a massa. Anote no seu Diário de Bordo todas as observações possíveis: por que o volume da massa aumentou? Cheiro de que substância você percebeu nessa massa? Caso você possua restrições alimentares — com relação ao glúten ou açúcar, por exemplo —, peça para que outra pessoa de sua convivência realize o experimento e faça anotações, em seu Diário de Bordo, das percepções sensoriais que essa pessoa teve. UNICESUMAR 172 A fermentação que você acabou de experimentar é a fermentação alcoólica. As leveduras que realiza- ram esse processo são microrganismos que podem se desenvolver na presença de oxigênio ou na sua ausência. São chamados de microrganismos anaeróbios facultativos. No caso da produção da massa, temos a ausência de oxigênio. Então, com o crescimento das leveduras, gerou-se gás carbônico, que ficou aprisionado nas redes do glúten, fazendo com que a massa cresça. Na Figura 1, vemos os alvéolos obtidos durante a fermentação do pão pela presença de gás carbônico que ficou aprisionado na rede de glúten. Também, gerou-se o álcool etílico — ou etanol — como outro produto. Por isso, o odor característico, ainda que suave, desse composto. Figura 1 - Interior de um pão assado Imagine, agora, quantos alimentos passam pelos mais variados processos de fermentação. Sim, a fer- mentação alcoólica é um desses tipos de processos. Um dos mais amplamente empregados. Entretanto, é apenas um dos tipos. Para que os alimentos tenham aromas e sabores característicos, outros tipos de fermentação podem ser conduzidos. A fermentação é um dos processos mais antigos de conservação de alimentos. Utilizada de diferentes maneiras, por vários povos ao redor do mundo desde a Antiguidade, a fermentação era utilizada para conservação de leite — quefir, queijos etc. —, conservação de frutas e hortaliças, produ- ção de bebidas — chás, cafés, cerveja, vinho etc. —, pescados, entre outros. Também, foi utilizada para conservação de alimentos para animais. Descrição da Imagem: na imagem fotográfica, encontram-se elementos de perfil circular/ovalar em uma base de coloração bege clara, representando a massa do pão. UNIDADE 8 173 Obviamente, naquela ocasião, não se tinha ideia de que aquela maneira de conservar os alimen- tos era porque microrganismos atuavam sobre os alimentos, produzindo moléculas químicas que favorecessem a sua conservação, bem como havia alteração dos atributos sensoriais dos alimentos. No entanto, descobriu-se que, ao utilizar esse tipo de “armazenamento”, era possível estocar alimentos de maneira segura para o consumo, principalmen- te, para tempos de escassez. A fermentação só foi oficialmente descoberta milênios após a sua utilização, por um cientista francês chamado Louis Pasteur (Figura 2). Esse cientista desenvolveu conceitos sobre conservação dos alimentos e teorias sobre doenças. Pasteur de- senvolvia experimentos para entender uma questão que, até então, deixava-o intrigado. Muitas vezes, ele verificou que a cerveja daquela época ficava azeda, estragava. Então, ao realizar os seus experimentos, descobriu que, dentro da cerveja, havia minúsculas partículas: algumas maiores e outras muito menores. A sua conclusão: a cerveja era viva! Pasteur percebeu que as partículas menores deixavam a cerveja “doente”, que elas estragavam a bebida. A partir daí, ele buscou desenvolver alternativas para que essas “partículas” não estragassem a cerveja. Foi, então, que ele desenvolveu um método que utilizava a temperatura elevada para matar essas partículas. Nascia, ali, o método da pasteurização. Sim, é exatamente o que você está pensando. Ao contrário do que a maioria das pessoas imagina, a pasteurização foi desenvolvida para melhorar a qualidade das cervejas, e não do leite! Descrição da Imagem: naimagem, há a ilustração centraliza- da do busto de um homem branco, que possui barba e bigode fechados e cabelos curtos de cor castanha; ele tem o olhar voltado para a frente, para a linha do horizonte. Esse homem veste um casaco escuro e usa gravata borboleta. Por baixo, camisa branca. O fundo da imagem é laranja e possui diversos símbolos que representam a ciência, como: molécula, DNA, planeta, átomo etc., dispostos à direita e esquerda do homem. Abaixo do busto, lê-se o nome do cientista: “Louis Pasteur”. Figura 2 - Louis Pasteur UNICESUMAR 174 Inúmeras outras teorias foram desenvolvidas a partir do conceito de que “partículas” muito pequenas, que estão vivas, podem deixar, inclusive, pessoas doentes. Entretanto, essa é uma história para outra ocasião. Contudo, como, de fato, essas pequenas partículas faziam a cerveja? E aquelas que deixavam a cerveja doente? O que essas “partículas” fazem para que a cerveja tenha aquele sabor ou para que ela fique “doente”? Para isso, precisamos entender um pouco melhor o conceito de fermentação. Vamos lá? A fermentação é um processo bioquímico no qual um microrganismo retira do ambiente em que se encontra os nutrientes necessários para o seu desenvolvimento. Esse ambiente, além de oferecer nutrientes, precisa fornecer condições ambientais ótimas, como a temperatura, por exemplo, para que o microrganismo se desenvolva. Outra maneira de entender o processo fermentativo é que o microrganismo consome os nutrientes para o seu desenvolvimento. Durante esse processo, moléculas químicas são produzidas e liberadas no meio em que esse microrganismo está crescendo. Muitas dessas moléculas conferem aromas e sa- bores, e isso é o que se busca em muitos alimentos produzidos por fermentação. Ou seja, um processo fermentativo nada mais é do que microrganismos sobrevivendo em um determinado ambiente. Pode-se controlar esse processo de fermentação ao fornecer mais ou menos nutrientes e alterar as condições ambientais onde o microrganismo se desenvolve. Isso faz com que o metabolismo do mi- crorganismo seja impactado e as concentrações dessas moléculas químicas produzidas sejam maiores ou menores. Consequentemente, o perfil sensorial do produto final também será diferente. A fermentação pode ser induzida ou espontânea. Na Antiguidade, o processo espontâneo era adotado, pois não se tinha ideia de que eram os microrganismos que realizavam esse processo. Atualmente, porém, a fermentação induzida é preferida, visto que o controle do processo permite a padronização dos produtos obtidos. Durante o processo fermentativo, os microrganismos necessitam de diferentes tipos de nutrientes para a sua sobrevivência/o seu metabolismo. Esses nutrientes garantem que as células desenvolvam seu máximo potencial. E quais são esses nutrientes? Esses microrganismos utilizados na produção de alimentos fermentados demandam: Sob condições menos favoráveis — nas quais alguns desses compostos anteriores já não se fazem presentes —, porém, os microrganismos podem ajustar seu metabolismo para que consigam sobreviver. Com isso, outros tipos de moléculas químicas são gerados por esses microrganismos. É assim que essas moléculas podem ser aproveitadas na produção de alimentos, como o álcool presente em cervejas e vinhos. A fermentação induzida é aquela na qual você adiciona um tipo de microrganismo para que o pro- cesso aconteça. Com isso, você já tem pré-determinados quais aromas e sabores estarão presentes naquele alimento — ou naquela bebida — que produz. Você pode conduzir diferentes tipos de fermentação induzida: produção de cervejas, produção de massas de pães com adição de fermento biológico, produção de picles. Ela é como quando fazemos iogurte em casa, em que colocamos a “semente”, que pode ser um pouco de iogurte natural, por exemplo. Já na fermentação espontânea, você dá condições para que qualquer microrganismo cresça no alimento, ainda que você utilize de técnicas para inibir aqueles microrganismos que deterioram os alimentos. Nessa fermentação, ao mesmo tempo, podem crescer leveduras e bactérias, cada uma delas realizando um determinado tipo de fermentação e conferindo aromas e sabores caracterís- ticos para um determinando alimento. Como exemplo, temos a produção de pães de fermentação natural, em que leveduras e bactérias fermentam a massa simultaneamente e conferem aromas e sabores peculiares a cada tipo de fermentação. Ela ocorre, por exemplo, quando cresce bolor no pão sem que tenhamos feito nenhum esforço para isso. • Uma fonte de carboidrato: glicose, sacarose, lactose. • Uma fonte de nitrogênio: inorgânico — nitratos — ou orgânico — aminoácidos e peptídeos. • Sais minerais: cálcio, cloretos, sulfatos, magnésio, zinco, entre outros. • Vitaminas: complexo B, entre outras. • Outros compostos: oxigênio, entre outros. A pasteurização é um método de conservação de alimentos que utiliza o calor para matar micror- ganismos deteriorantes e patogênicos presentes nos alimentos. A aplicação desse calor deve ser controlada, a fim de garantir a qualidade sensorial dos alimentos, bem como o seu valor nutricional. O princípio da pasteurização é reduzir à décima parte o número de células desses microrganismos. Uma unidade de pasteurização significa que o número de células de microrganismos deteriorantes — ou patogênicos — foi reduzida à décima parte. Ou seja, a cada unidade de pasteurização, 90% das células dos microrganismos foram destruídas — mortas. O método pode ser dividido em duas técnicas: pasteurização rápida — ou pasteurização flash, em inglês — e pasteurização lenta. Esta consiste em aumentar a temperatura do alimento — ou da bebida — a um patamar não superior a 65 ºC. Então, essa temperatura é mantida por um intervalo de tempo que pode variar entre 15 e 30 minutos, normalmente. Já na pasteurização rápida, a tem- peratura do produto é elevada a um patamar entre 71 e 75 ºC e mantida por poucos segundos, entre 20 e 45 s. Alguns parâmetros devem ser considerados e avaliados antes da pasteurização do alimento: pH, volume e massa, carga de microrganismos, se o alimento é líquido ou sólido, entre outros. Assim, é possível estabelecer o número mínimo de unidades de pasteurização para que o alimento seja considerado seguro para o consumo após o tratamento térmico. UNIDADE 8 175 A fermentação pode ser induzida ou espontânea. Na Antiguidade, o processo espontâneo era adotado, pois não se tinha ideia de que eram os microrganismos que realizavam esse processo. Atualmente, porém, a fermentação induzida é preferida, visto que o controle do processo permite a padronização dos produtos obtidos. Durante o processo fermentativo, os microrganismos necessitam de diferentes tipos de nutrientes para a sua sobrevivência/o seu metabolismo. Esses nutrientes garantem que as células desenvolvam seu máximo potencial. E quais são esses nutrientes? Esses microrganismos utilizados na produção de alimentos fermentados demandam: Sob condições menos favoráveis — nas quais alguns desses compostos anteriores já não se fazem presentes —, porém, os microrganismos podem ajustar seu metabolismo para que consigam sobreviver. Com isso, outros tipos de moléculas químicas são gerados por esses microrganismos. É assim que essas moléculas podem ser aproveitadas na produção de alimentos, como o álcool presente em cervejas e vinhos. A fermentação induzida é aquela na qual você adiciona um tipo de microrganismo para que o pro- cesso aconteça. Com isso, você já tem pré-determinados quais aromas e sabores estarão presentes naquele alimento — ou naquela bebida — que produz. Você pode conduzir diferentes tipos de fermentação induzida: produção de cervejas, produção de massas de pães com adição de fermento biológico, produção de picles. Ela é como quando fazemos iogurte em casa, em que colocamos a “semente”, que pode ser um pouco de iogurte natural, por exemplo. Já na fermentação espontânea, você dá condições para que qualquer microrganismo cresça no alimento,ainda que você utilize de técnicas para inibir aqueles microrganismos que deterioram os alimentos. Nessa fermentação, ao mesmo tempo, podem crescer leveduras e bactérias, cada uma delas realizando um determinado tipo de fermentação e conferindo aromas e sabores caracterís- ticos para um determinando alimento. Como exemplo, temos a produção de pães de fermentação natural, em que leveduras e bactérias fermentam a massa simultaneamente e conferem aromas e sabores peculiares a cada tipo de fermentação. Ela ocorre, por exemplo, quando cresce bolor no pão sem que tenhamos feito nenhum esforço para isso. • Uma fonte de carboidrato: glicose, sacarose, lactose. • Uma fonte de nitrogênio: inorgânico — nitratos — ou orgânico — aminoácidos e peptídeos. • Sais minerais: cálcio, cloretos, sulfatos, magnésio, zinco, entre outros. • Vitaminas: complexo B, entre outras. • Outros compostos: oxigênio, entre outros. UNICESUMAR 176 Entretanto, como saber quais moléculas químicas são produzidas? Bom, existem diferentes tipos de fermentação, que são conduzidas para a obtenção de um determinado tipo de produto. Também são diferentes os microrganismos que realizam fermentação: bolores — produção de shoyu —, leveduras — produção de bebidas fermento-destiladas — e bactérias — produção de vegetais fermentados, iogurte etc. Cada tipo e espécie de microrganismo requer nutrientes diferentes e em concentrações distintas para poder realizar um determinado tipo de fermentação. Que tal darmos uma olhada nos principais processos fermentativos empregados em alimentos? Entre as técnicas de fermentações mais utilizadas na produção e conservação de alimentos, estão as fermentações alcoólica e lática. Então, vamos entendê-las com mais detalhes. A fermentação alcoólica é baseada na utilização de nutrientes para a produção de álcool — etanol. É claro que não é somente o álcool que nos interessa. Quando imaginamos um vinho, uma cerveja, temos que considerar que o produto final é o conjunto de várias moléculas químicas, dentre as quais encontramos o etanol. O que acontece, porém, é que, para cada tipo de bebida/alimento, existem microrganismos adaptados para aquele tipo de bebida/alimento, o que possibilita que as melhores características sensoriais possam ser obtidas. Ou seja, não é recomendado utilizar um fermento de pão para produzir cerveja ou vinho ou uísque... Afinal, o que é uma fermentação alcoólica? Eu tenho um outro conceito para apresentar antes de vermos o que ela é. Com ele, ficará mais fácil para compreender o que falamos anteriormente sobre a utilização de nutrientes pelos microrganismos e os “desvios” dos metabolismos que eles realizam. As leveduras são os microrganismos que realizam a fermentação alcoólica e ajudam na produção de pães, vinhos, cervejas, hidromel, uísque, cachaça, entre outras bebidas. Essas leveduras são chamadas de microrganismos anaeróbios facultativos. Isso quer dizer que, preferencialmente, esses microrganismos crescem na presença de oxigênio. Ou seja, seu metabolismo principal de crescimento e sobrevivência se dá em ambientes que contenham oxigênio como um dos nutrientes. E quando o oxigênio acaba? Quando o oxigênio presente acaba ou o fornecimento de oxigênio é cessado, essas leveduras, “facultativamente”, desviam o seu metabolismo para a obtenção de energia. Para que essa energia seja obtida — ainda que em menor intensidade —, o metabolismo é desviado da respiração — presença de oxigênio — para a fermentação — ausência de oxigênio. Nesse processo, as principais moléculas produzidas são o álcool — etanol — e o dióxido de carbono — gás carbônico. Agora que sabemos que as leveduras produzem o etanol como “recurso” de sobrevivência, com- preenderemos melhor a fermentação alcoólica. Confira a imagem a seguir (Figura 3). Você poderia imaginar que a fermentação de uma massa de pão, que fazemos em casa, é um dos exemplos de fermentação alcoólica? Pois é. É exatamente o mesmo tipo de fermentação utilizada na produção de cerveja, vinho, uísque, entre outras bebidas fermento-destiladas. UNIDADE 8 177 FERMENTAÇÃO Açúcar Levedura (fermento) Oxigênio Dióxido de carbono (gás carbônico) AçúcarAçúcar Levedura (fermento) Oxigênio Dióxido de carbono (gás carbônico) Açúcar Figura 3 - Ilustração da reação química teórica do processo de fermentação alcoólica Durante o processo de fermentação alcoólica, o fermento consome, entre tantos nutrientes, o açúcar — que está presente em maior quantidade — e produz álcool e gás carbônico como principais produtos. Esse processo ocorre na ausência de oxigênio, ou seja, para que essa reação bioquímica aconteça, não pode haver oxigênio dissolvido no ambiente de desenvolvimento das leveduras. A fermentação alcoólica pode ser representada, na teoria, pela reação química descrita abaixo. 6 12 6 2 3 2 22 2C H O O CH CH OH CO calor− → + + Um mol de glicose é consumido pelo fermento, que produz dois mols de etanol e dois mols de dióxido de carbono. Perceba que o oxigênio deve estar ausente durante esse processo. Essa reação, obviamen- te, é teórica. As leveduras produzem, em menor quantidade, outras moléculas químicas que não são representadas na reação principal da fermentação. Além disso, calor — energia — é produzido, e a temperatura deve ser controlada sempre que necessário. Ou seja, a fermentação é uma reação química exergônica, ou seja, que libera energia. Na ocasião da produção do pão em nosso experimento Mão na Massa, o gás carbônico produzido ficou aprisionado na rede de glúten, fazendo com que a massa crescesse. Descrição da Imagem: na imagem ilustrada, observam-se dois recipientes em formato arredondado e vistos na lateral esquerda da imagem, sendo que o primeiro contém cubos brancos pequenos e, embaixo, lê-se “açúcar”; há um sinal de soma entre os recipientes; e, no outro recipiente, há cubos brancos grandes e, embaixo, lê-se “levedura”. Um sinal de subtração é encontrado entre os recipientes e três esferas azuis com a letra O e o número 2 no centro dessas esferas e, embaixo, lê-se “oxigênio”. Mais à direita, após um sinal de igualdade, observamos três esferas unidas, sendo duas de coloração alaranjada e uma de coloração branca, ao centro, contendo as letras C e O, e o número 2 em seu interior. Embaixo, está escrito “dióxido de carbono”. Segue um sinal de soma e, bem à direita, observa-se um recipiente cilíndrico no formato de uma garrafa de vinho, de coloração amarelada, e, embaixo, está escrito “álcool”. UNICESUMAR 178 A fermentação alcoólica é amplamente utilizada na indústria alimentícia, especialmente, na produção de bebidas fermento-destiladas. Vinho, cachaça, cerveja, uísque, hidromel e tantas outras bebidas são produzidas com esse processo. A indústria sucroalcooleira, que produz etanol combustível, também faz uso desse tipo de fermentação a partir do caldo de cana (AQUARONE, 2001). A produção de cervejas foi uma descoberta que mudou as civilizações na ocasião. Por isso, neste podcast, eu conversarei com o Prof. Dr. Diogo Henrique Hendges, doutor em Processos Cervejeiros pela USP e que nos contará como se dá a produção de cervejas e como podemos produzir esse líquido milenar em casa. Açúcar Glicólise Ciclo do ácido tricarboxílixo Etanol Pyruvato É muito importante salientar que para bebidas como cerveja, vinho e hidromel, por exemplo, o produto �nal é o objetivo do processo. Ou seja, mais que álcool e gás carbônico, as outras moléculas químicas oriundas do processo compõem o per�l sensorial �nal do produto obtido (DRAGONE, OLIVEIRA; SILVA e SILVA, 2010). Descrição da Imagem:a imagem é uma ilustração que representa as principais vias metabólicas da levedura cervejeira. Uma elipse amarela, ao centro da imagem, apresenta a célula de levedura. Acima da elipse, o termo “açúcar”, escrito dentro de uma pequena elipse azul-escura aponta, com uma seta indicativa de cima para baixo, para um retângulo que possui o termo “glicólise”, que é seguida de uma seta, indicando sentidopara baixo, para o termo “piruvato” e, posteriormente, para o termo “ciclo do ácido tricarboxílico”. A partir do termo “piruvato”, segue uma seta indicando, da esquerda para a direita, a formação do termo “etanol” pela levedura. Figura 4 - Principais vias metabólicas da levedura cervejeira: etanol é um dos principais produtos da fermentação alcoólica Fonte: adaptada de Bokulich e Bamforth (2013). https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10199 UNIDADE 8 179 Nos processos de produção de bebidas, por exemplo, da cerveja ou do vinho, você pode escolher uma entre tantas variedades — cepas — de microrganismos — leveduras — para conduzir o processo. Dessa maneira, você poderá “prever” o perfil sensorial final da bebida: se ela será mais encorpada, mais seca, mais leve, mais adocicada, se terá aromas e sabores que lembram especiarias — cravo, canela, pimenta etc. —, frutas — amarelas, vermelhas, escuras etc. —, entre outros aromas e sabores. Na indústria sucroalcooleira, porém, a produção de etanol é o principal objetivo. Isso significa que todo o processo é otimizado para que o máximo de etanol seja produzido em detrimento de outras moléculas químicas. Leveduras específicas, que maximizam essa produção de etanol, são utilizadas. É importante ressaltar que, quando falamos de fermentações em nível industrial, a máxima eficiência de processo é buscada, mesmo quando o produto final é um conjunto de moléculas químicas — cerveja vinho, hidromel, vinagre, entre outros. A fermentação alcoólica, como vimos, é empregada, principalmente, na produção de bebidas e de pães. Entretanto, alguns outros alimentos que estão presentes diariamente em nossas mesas são produzidos por outro tipo de fermentação, pelo qual as bactérias são as responsáveis. Falamos da fermentação lática, empregada na produção de vegetais fermentados e iogurte. UNICESUMAR 180 Se alguém perguntasse se você comeria um ali- mento contendo bactéria, o que você responderia? Possivelmente, a primeira resposta seria que não, pois “bactérias fazem mal à saúde”. Pois é, esse pode ser o primeiro pensamento que temos. Isso porque crescemos aprendendo que as bactérias nos deixam doentes. Contudo, isso é parcialmente verdade. Algumas bactérias, de fato, nos deixam doentes. Outras, porém, são intencionalmente consumi- das — na forma de alimentos — para que nosso organismo se reestabeleça. Entre esses alimentos, está, muito comumen- te, o iogurte, um alimento à base de leite que foi transformado por bactérias para que tenha as diferentes características sensoriais: cremoso, ácido, entre outros. São as bactérias láticas que realizam esse trabalho. Anteriormente, vimos que diferentes micror- ganismos necessitam de diferentes tipos de nu- trientes para sobreviver. No caso da fermentação alcoólica, as leveduras demandavam sacarose ou glicose — maltose no caso da produção de cerve- jas — para a produção de álcool. Na produção de iogurte, as bactérias demandam a lactose. Entretanto, não se engane! Fermentação láti- ca não utiliza apenas lactose como fonte de car- boidrato para produzir alimentos. Isso é real na produção de iogurte, mas e na produção de ve- getais, que não têm lactose como carboidrato? Pois bem, diferentes bactérias podem realizar fermentação lática utilizando diferentes fontes de nutrientes. Afinal, os nutrientes presentes no leite são diferentes daqueles presentes nos picles, no repolho etc. Da mesma maneira que acontece na fermenta- ção alcoólica — com as leveduras —, as bactérias láticas empregadas na produção de alimentos também demandam um ambiente sem oxigênio para fermentar. Nesse caso, porém, o oxigênio é tóxico para as bactérias. E o que significa isso? Que o oxigênio pode inibir que as bactérias se desenvolvam e, inclusive, matar as células bacte- rianas. Veja a Figura 5 a seguir. Glicose FERMENTAÇÃO LÁTICA Piruvato lactato (ácido lático) Descrição da Imagem: a ilustração esquemática representa as reações metabólicas de bactérias láticas na produção de ácido lático. Na imagem, tem-se um retângulo rosa com o termo “glicose”, seguido de uma seta verde indicativa, de cima para baixo, em direção ao termo “piruvato”, que tam- bém está em um retângulo rosa. Uma seta verde sai deste, indicando para baixo, o termo “lactato”, que também está em um retângulo rosa. Figura 5 - Esquema representativo das reações metabólicas de bactérias láticas na produção de ácido lático UNIDADE 8 181 A fermentação lática é um dos processos mais empregados na produção/conservação de alimentos (GOLDONI, 2021). Assim como para a fermentação alcoólica, não se sabe ao certo quando esse tipo de fermentação foi descoberto. Sabemos que é uma técnica milenar. Nômades armazenavam leite em reci- pientes preparados a partir do estômago/couro de animais. As bactérias ali presentes fermentavam esse leite e o transformavam em um material sólido. Queijo e quefir são descobertas oriundas dessas épocas. No processo de fermentação lática, o ácido lático é produzido. Isso faz com que a acidez do alimento seja elevada. Então, com essa acidez elevada, cria-se um ambiente hostil — impróprio — para a maioria dos microrganismos contaminantes/deteriorantes dos alimentos. Dessa maneira, os alimentos podem permanecer seguros para consumo por muito mais tempo, permitindo que, assim, possam ser estocados para períodos de escassez. Era assim que muitos vegetais e leite eram conservados em épocas em que o resfriamento ainda não existia. A fermentação lática, porém, tem outra característica importante além de conservar os alimentos. Du- rante esse processo, o perfil sensorial do alimento é alterado, conferindo aos vegetais, por exemplo, sabores e aromas característicos. Se olharmos por esse ponto de vista, atualmente, utilizamos a fermentação lática, principalmente, para produzir alimentos com sabores e aromas diferentes, visto que, se considerarmos a conservação dos alimentos, ela pode ser realizada por resfriamento — geladeira e freezer. Existe um “porém” nesses tipos de fermentação que vimos, alcoólica e lática: a necessidade de que o processo ocorra na ausência de oxigênio. O oxigênio é um composto que reage facilmente com ou- tras moléculas químicas, podendo gerar outros compostos de sabor indesejável nos alimentos. Além disso, a presença de oxigênio, no caso da fermentação lática, possibilita que outros microrganismos se desenvolvam, contaminando os alimentos e gerando potencial toxicológico à saúde do consumidor. Um outro tipo de fermentação, no entanto, favorece-se da presença do oxigênio: a fermentação acé- tica. Esse tipo de fermentação é utilizada na produção de vinagre — que é a “contaminação”, ainda que intencional, do vinho com bactérias acéticas — e que, também, acontece na produção de pães artesanais, conferindo aromas e sabores muito característicos. Daremos uma olhada nesse tipo de fermentação. UNICESUMAR 182 Não há vinagre sem que o vinho seja produzido. O vinagre é uma bebida que, para ser obtida, passa por dois processos de fermentação. O primeiro deles trata da transformação do mosto — suco — de uva em vinho — fermentação alcoólica. Posteriormente, o vinho é fermentado por um outro grupo de microrganismos, os quais metabolizam o etanol presente no vinho e o transformam em ácido acético. A fermentação acética é dependente da fermentação alcoólica conduzida na produção dos vinhos, ou seja, para produzir vinagre, é necessário que seja produzido, previamente, o etanol. Quando consideramos processos biotecnológicos, como são as fermentações, o ácido acético é um produto que tem como precursor — molécula química de origem — o etanol. Ou seja, primeiramente, o etanol é produzido pela levedura em um processo em que não há oxigênio. Posteriormente, para que o ácido acético seja produzido, um novo processo fermentativo acontece. Nessa segunda fermentação, um novo tipo de microrganismo realiza a fermentação. Além disso, nesse segundo processo, o oxigênio é de extrema importânciapara que o ácido acético seja formado. Perceba que aquilo que chamamos de produto em uma fermentação — etanol obtido na fermentação alcoólica — é o alimento — substrato — em um outro processo fermentativo. Os microrganismos que realizam esse tipo de fermentação são chamados de acetogênicos. Na equação a seguir, podemos ver a reação química teórica da transformação do etanol em ácido acético. 3 2 2 32CH CH OH O CH COOH+ → O ácido acético pode ser formado por diferentes microrganismos, porém, os mais importantes para a indústria do vinagre são as bactérias acetogênicas. Elas utilizam o etanol como fonte de energia para manutenção da espécie e produzem ácido acético. Este é a molécula que, dissolvida em água — e na concentração considerada ideal, é claro! —, confere o gosto ácido ao vinagre (PALMA; CARVALHO; GAVÓGLIO, 2001). Qual é a diferença entre gosto e sabor? Gosto é o nome que se dá às percepções sensoriais básicas sentidas pelas papilas gustativas: doce, amargo, salgado e azedo. Sabor é o nome que se dá às percepções sensoriais características dos alimentos. O café, por exemplo, quentinho e recém-preparado... Uma delícia! Ele tem gosto amargo e sabor de café. Parece estranho, mas é isso mesmo. O sabor do café é oriundo de uma combinação de moléculas químicas presentes no café cru com moléculas químicas geradas durante o seu proces- samento, seja na etapa de fermentação, seja na secagem, seja na torrefação. Já o gosto do café é o amargo. Esse amargor pode ser provocado por inúmeros tipos de moléculas químicas que reagem com as papilas gustativas localizadas em todo o nosso trato gustativo — boca, laringe etc. UNIDADE 8 183 Assim como para outras bebidas, como a cerveja e o vinho, o produto final obtido é muito mais com- plexo do que apenas ácido acético ou outra molécula isolada. Vinagre é o conjunto de várias moléculas que conferem aroma e sabor, destacando-se o ácido acético. É importante salientar que, em processos fermentativos, conhecer e poder controlar os parâmetros do processo permitem que você desenvolva um produto de qualidade. Isso quer dizer que de nada adianta saber que o produto final é o vinagre se não se pode controlar a temperatura do processo e o nível de oxigenação do vinho em fermentação para a produção do vinagre. O infográfico a seguir apresenta as três fermentações estudadas nesta unidade. Verifique a imagem para consolidar o seu aprendizado. OLHAR CONCEITUAL Na fermentação lática, bactérias se desenvolvem e formam, em especial, o ácido lático, que confere sabor aos alimentos produzidos por esse processo. A acidez �nal do alimento, por ser elevada, também auxilia na conservação do alimento contra microrganismos deteriorantes. Os principais nutrientes utilizados por essas bactérias láticas são os açúcares simples glicose e lactose. Esse tipo de fermentação ocorre na ausência de oxigênio. • Fermentação Lática Com esse processo, são produzidas as bebidas alcoólicas que conhecemos: cerveja, vinho, entre outras. As leveduras realizam essa fermentação e têm como principais produtos o álcool — etanol — e o dióxido de carbono — gás carbônico. Para que possam fermentar, precisam consumir nutrientes como carboidratos e aminoácidos, por exemplo. • Fermentação alcoólica Bactérias capazes de consumir álcool — etanol — realizam esse tipo de fermenta- ção. Para que essas bactérias possam produzir o ácido acético — vinagre, o oxigênio é um dos nutrientes requeridos. Podem ser produzidos vinagres a partir de diferentes bebidas: vinho, cerveja, sidra, hidromel, entre outras. • Fermentação acética UNICESUMAR 184 Como vimos, as fermentações são proces- sos que estão presentes em nosso cotidia- no, mas que, muitas vezes, não nos damos conta de que fazem parte da nossa dieta. Tão importante quanto saber que esses processos nos permitem obter alimentos com qualidade nutricional interessante e sabores e aromas distintos é o fato de que, como profissionais que estudam a Bro- matologia, podemos atuar na condução e controle de processos fermentativos na indústria de alimentos e bebidas. Também, podemos atuar como res- ponsáveis técnicos em indústrias que apresentem, em seu portfólio, alimentos fermentados. Além disso, profissionais especialistas em processos fermentativos podem atuar como consultores ao aju- dar empresas que queiram implementar processos fermentativos ou otimizar suas produções, visando à redução de custos e ao aumento da eficiência de processo. Ou seja, um(a) profissional altamente especia- lizado(a) e focado(a) no desenvolvimento de produtos com alto valor agregado. 185 Depois de termos estudado sobre os processos fermentativos, convido-lhe a avaliar o nosso mapa mental e preencher os espaços vazios com palavras-chave sobre os processos fermentativos. FERMENTAÇÃO Leveduras Alcoólica Bebidas Cerveja Cachaça Microrganismos Metabolismo Vitaminas Nutrientes Meio de cultivo Acética Bactérias Lática Bactérias Produtos lácteos 186 1. A fermentação é um dos mais antigos processos de conservação de alimentos. Antigamente, a conservação era necessária para que as pessoas pudessem ter alimentos em tempos de escassez. Atualmente, porém, a fermentação é mais amplamente empregada para desenvol- ver alimentos com aromas e sabores peculiares. Sobre o processo de fermentação, analise as afirmativas. Fermentação é um processo: I) Que é uma reação química que não envolve organismos vivos (microrganismos). II) Que é uma reação exergônica, ou seja, que libera calor. III) Que não depende de condições ambientais, como temperatura. IV) Que tem como produto apenas um tipo de molécula química. V) Que necessita, obrigatoriamente, de oxigênio para acontecer. Assinale a alternativa que representa as afirmações corretas. a) I, II e III, apenas. b) II, IV e V, apenas. c) II, apenas. d) V, apenas. e) III e V, apenas. 2. Os processos fermentativos são ocorrências biológicas que dependem de vários fatores para acontecer. Além disso, os microrganismos que realizam as fermentações demandam diferen- tes tipos de nutrientes para que realizem esse processo de maneira adequada. Caso esses nutrientes não estejam disponíveis aos microrganismos, o processo fermentativo pode ser comprometido, e moléculas químicas, que não são de interesse das empresas, podem ser geradas e impactar negativamente o produto final. A seguir, estão descritos alguns nutrientes importantes para os processos fermentativos. I) Fonte de carbono (açúcares). II) Fonte de nitrogênio (aminoácidos e peptídeos). III) Fonte de sais minerais (zinco, cálcio, entre outros). IV) Vitaminas. Assinale a alternativa que representa os principais nutrientes que os microrganismos neces- sitam para realizar as fermentações. a) I, apenas. b) II, apenas. c) III, apenas. d) IV, apenas. e) I, II, III e IV. 187 3. A produção de álcool na indústria é um processo fermentativo altamente eficiente, que tem seus parâmetros de condução altamente otimizados para que a máxima eficiência seja atin- gida. No entanto, a fermentação alcoólica pode ser empregada não apenas para a produção de etanol combustível, por exemplo, mas, também, para a produção de alimentos e bebidas. Nesse segmento do mercado, as bebidas fermento-destiladas podem ser as mais variadas: vinho, uísque, cerveja, cachaça, hidromel, entre outras, com diferentes aromas e sabores. Com base no exposto anteriormente, justifique por que a obtenção de etanol em bebidas não é o objetivo final nesse tipo de processo fermentativo. 4. Para produzir etanol, os microrganismos utilizam uma fonte de carboidrato, da qual obtêm a energia para a sua sobrevivência. Com base nisso, analise as afirmativas a seguir. I) O etanol é um dos principais produtos de uma fermentação alcoólica. II) Gás carbônico é utilizado como nutriente no processo de fermentação alcoólica. III) Durante o processo de fermentação alcoólica, a temperatura deve ser controlada sempre que necessário, porquecalor é gerado. IV) A glicose é a única fonte de carboidrato que as leveduras consomem para a produção de etanol e gás carbônico. Diante do exposto, assinale a alternativa que representa as afirmativas corretas. a) I e II estão corretas. b) II e III estão corretas. c) I e III estão corretas. d) II e IV estão corretas. e) I, II, III e IV estão corretas. 5. Na produção de alimentos, pode ocorrer o que chamamos de excedentes. Esses alimentos são o “excesso” de produção e podem ser utilizados de diferentes maneiras para o seu apro- veitamento. Em destaque, estão as frutas e os vegetais, que podem ser empregados para a produção de geleias, vegetais em conserva, entre outros. Um processo que se destaca no aproveitamento do excedente de produção de vegetais é a fermentação lática. Ela tem como objetivo não só a conservação de alimentos, mas a alteração de sabores e aromas. No processo de fermentação lática, algumas ocorrências são observadas. Assinale a alternativa correta que representa essas ocorrências. a) Produção de álcool e diminuição da acidez. b) Produção de gás carbônico e etanol. c) Produção de ácido lático e aumento da acidez. d) Aumento da acidez e produção de gás carbônico. e) Geração de calor e diminuição da acidez. 188 9 Nesta unidade, conheceremos um pouco sobre os alimentos fun- cionais e o motivo pelo qual eles estão ganhando tanto destaque atualmente. Também, falaremos sobre as normas que as indústrias precisam seguir para incluir a alegação de propriedade funcional no rótulo dos alimentos. Você conhecerá algumas das principais classes de compostos bioativos, seus benefícios quando inseridos na dieta e em quais alimentos podemos encontrá-los. Alimentos Funcionais Dra. Ana Paula Palaro Klein Hendges UNICESUMAR 190 Por que choramos ao cortar uma cebola? Já deixo a resposta aqui: isso acontece porque alguns com- postos sulfurosos volatilizam e, ao entrar em contato com a lágrima dos olhos, formam — entre outros compostos — ácido sulfúrico. Esse ácido causa irritação e, por isso, nossos olhos ardem. O que é mais interessante, porém, é que esses compostos apresentam outras características quando nos alimentamos com as cebolas. Esses compostos estão inclusos dentro de uma classe de moléculas químicas que têm propriedades funcionais, ou seja, que trazem benefícios à nossa saúde quando consumidos regularmente. E como podemos definir o que é um alimento funcional? Quais são suas características que conferem aos alimentos esse título? E quais os benefícios desses alimentos para a nossa saúde? Entenderemos um pouco mais sobre esses alimentos. No Brasil e no mundo, as doenças do aparelho circulatório são uma das principais causas de morte entre homens e mulheres com mais de 30 anos. No ano de 2019, foi registrado o maior número de óbitos por doenças do aparelho circulatório: 364.132, e a Região Sudeste, nos cinco anos consecutivos — 2016, 2017, 2018 e 2019 —, teve a maior porcentagem de óbitos, totalizando 47,28%, 46,77%, 46,74%, 46,94% e 45,97%, respectivamente, seguida pela Região Nordeste. Dentre os fatores de risco para as doenças do aparelho circulatório, destacam-se os hábitos alimentares não saudáveis, o sedentarismo, o tabagismo e o consumo de bebidas alcoólicas (SILVA et al., 2022). UNIDADE 9 191 O câncer é um importante problema de saúde pública em todo o mundo e a segunda principal causa de morte nos Estados Unidos da América (EUA). Pesquisas apontam que, em 2022, 1.918.030 novos casos de câncer e 609.360 mortes por câncer devem ocorrer nos EUA (SIEGEL et al., 2022). Estima-se que os hábitos alimentares sejam responsáveis por 30% de todos os cânceres (EL-SHERIF et al., 2020). Podemos ver que os aumentos das doenças crônicas não transmissíveis, como cânceres e doenças do aparelho circulatório, por exemplo, têm relação direta com os hábitos alimentares da população. Essas estatísticas se refletem na busca por alimentos mais saudáveis com propriedades funcionais. E como podemos saber que tipos de alimentos possuem propriedades funcionais e que estão pre- sentes em nosso cotidiano? Proponho que você visite o mercado mais próximo da sua casa e encontre cinco alimentos com propriedades funcionais e que façam parte do seu cotidiano. Conhecer esses alimentos e saber que eles têm essas propriedades pode nos ajudar a ter uma ali- mentação mais saudável e que possa melhorar nossa qualidade de vida. Então, liste os alimentos que você encontrou no supermercado e descreva quais são os benefícios à saúde — exemplo: regulador da pressão sanguínea, restaurador da flora intestinal, entre outros — que esses alimentos proporcionam. Anote em seu Diário de Bordo. UNICESUMAR 192 Vivemos na época em que doenças crônicas não transmissíveis, como cânceres, diabetes, doenças cardiovasculares e hipertensão arterial, causam mais mortes do que as famosas doenças infeccio- sas e parasitárias, que sempre foram um problema em países menos desenvolvidos. Com base nas estimativas mais recentes de dados de mortalidade global (2019), mais de três quartos dos 20,4 mi- lhões de mortes prematuras — ocorrendo entre 30 e 70 anos — são por doenças não transmissíveis (DNTs) (BRAY et al., 2021). Como resultado disso, os consumidores passaram a ser mais críticos e exigentes na escolha dos seus alimentos. A ideia de que os alimentos não se destinam apenas a satisfazer a fome, mas que contribuem muito para a saúde, tanto física quanto mental, tem se tornado cada vez mais forte e impactado nas decisões de compra dos indivíduos. Hipócrates já dizia: “que o teu alimento seja o teu remédio e o teu remédio seja o teu alimento”. Uma categoria de alimentos que ganhou espaço por ter se tornado uma alternativa no combate às doenças são os alimentos funcionais. Esse termo foi introduzido por japoneses em meados de 80, com o objetivo de classificar “alimentos utilizados como parte de uma dieta normal, e que demons- tram benefícios fisiológicos e/ou reduzem o risco de doenças crônicas, além de suas funções básicas nutricionais” (RAIZEL et al., 2011, p. 67). UNIDADE 9 193 De acordo com a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), os alimentos funcionais são aqueles capazes de desempenhar papel metabólico ou fisiológico, por meio da atuação de um nutrien- te, no crescimento, no desenvolvimento, na manutenção e em outras funções normais do organismo, devendo ser seguro para consumo sem supervisão médica (ANVISA, 1999a; 1999b). Afinal, o que isso quer dizer? Quer dizer que são classificados como alimentos funcionais aqueles que possuem substân- cias que, quando ingeridas, auxiliam o organismo a reduzir e prevenir diversas doenças degenerativas, além de fornecer uma nutrição adequada e proporcionar energia. Para que um produto receba a alegação de alimento com propriedades funcionais em sua rotulagem, existe uma série de requisitos que devem ser cumpridos pelas indústrias (ANVISA, 1999a; 1999b): O quadro a seguir apresenta um exemplo de alegação de propriedade funcional sugerido pela Anvisa. Alegação “Este alimento contém beta-glucana (fibra alimentar), que pode auxiliar na redução do colesterol. Seu consumo deve estar associado a uma alimentação equilibrada e baixa em gordura saturada e a hábitos de vida saudáveis”. Requisitos específicos Essa alegação pode ser aprovada para aveia em flocos, farelo e farinha de aveia. A utilização da alegação em outros produtos/alimentos está condicionada à comprovação científica da eficácia. Na tabela de informação nutricional, deve-se declarar a quantidade de beta-glucana abaixo de fibras alimentares. Além disso, deve constar a seguinte frase de advertência em destaque e negrito no rótulo dos produtos: “Pessoas com níveis elevados de colesterol devem procurar orientação médica”. Quadro 1 – Exemplo de alegação de propriedade funcional / Fonte: adaptado de Anvisa (2019). • São permitidas alegações de função e/ou conteúdo para nutrientes e não nutrientes me- diante demonstração da eficácia.Contudo, para os nutrientes com funções plenamente reconhecidas pela comunidade científica, não será necessária a demonstração de eficácia ou análise dela para alegação funcional na rotulagem. • Há necessidade de comprovação científica da alegação de propriedades funcionais e/ou de saúde e da segurança de uso, segundo as Diretrizes Básicas para Avaliação de Risco e Segurança dos Alimentos, no caso de uma nova propriedade funcional. • Não são permitidas alegações de saúde que façam referência à cura ou prevenção de doenças, não se deve utilizar termos que induzam o consumidor a erros. UNICESUMAR 194 É papel das agências regulatórias transmitir informações atualizadas e corretas para garantir que as indústrias alimentícias não se aproveitem do aumento do interesse do público pelos alimentos funcio- nais para enganar o consumidor e fazê-lo pensar que está consumindo um produto superior. Alimentos como soja, brócolis, cebola e limão podem ser considerados alimentos funcionais, por- que eles são ricos em componentes bioativos, como isoflavonas, glicosinolatos, organossulfurosos e limonoides, respectivamente. Ao longo desta unidade, falaremos um pouco mais sobre esses e outros alimentos e seus compostos bioativos. Caro(a) aluno(a), para conhecer as Resoluções nº 18 e nº 19 de 30 de abril de 1999, acesse os QR Codes que disponibilizamos para você! Pensando nesse assunto tão atual e que vem influenciando o consumi- dor na hora de escolher seu alimento, eu entrevistarei, neste podcast, a nutricionista Veleda Hendges. Ela nos contará se existe diferenças ou não entre nutracêuticos, suplementos alimentares, medicamentos e alimentos funcionais. Além disso, discutiremos sobre o que são as PANCs e muito mais. Acesse o QR Code e dê o play! Como exemplo de um alimento funcional, podemos citar a soja. Planta de origem milenar e tradicio- nalmente consumida, a soja contém proteínas, ácidos graxos saturados e insaturados e oligossacarídeos. Além disso, ela é fonte de compostos bioativos como isoflavonas, saponinas, fitatos e fitosteróis. Entende-se por compostos bioativos as substâncias que são capazes de proporcionar benefícios à saúde. Esses compostos desempenham várias atividades biológicas, como: atividade antioxidante, estimulação do sistema imune, atividade antibacteriana e antiviral, entre outras. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/15119 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/15120 https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/10200 UNIDADE 9 195 As isoflavonas são as principais responsáveis pelos efeitos benéficos atribuídos à soja, dentre os quais po- demos citar a ação anticâncer, o efeito cardiovascular protetor, a inibição de oxidação e o fortalecimento do sistema imune e anti-inflamatório. A genisteína (Figura 1), isoflavona encontrada na soja, tem a ca- pacidade de interagir com os receptores de estradiol, promovendo a atividade antidiabética. A genisteína também estimula a inibição de dissacaridases intestinais, reduzindo a presença de glicose no sangue. genisteína Figura 1 – Estrutura química da genisteína O consumo elevado de soja está associado a uma menor incidência de cânceres de próstata e mama. Novamente, a isoflavona genisteína exerce um papel favorável na prevenção de doenças, afetando o metabolismo do estrogênio. Descrição da Imagem: a imagem é uma ilustração, em azul e branco, da estrutura química da genisteína com três anéis de seis membros aromáticos. No primeiro anel, que está acima e para a esquerda, está ligado um grupo OH e, no lado oposto a este, abaixo e no centro, está ligado outro anel de seis membros. Esse segundo anel está ligado por uma ligação dupla com um átomo de oxigênio (O) e um dos vértices do anel possui outro átomo de oxigênio (O). O segundo anel está fundido com o terceiro anel de seis membros. Esse terceiro e último anel, que está abaixo e à direita, possui dois grupos OH ligados em posição intercalada um do outro. Abaixo da estrutura, na parte central, está escrito “genisteína”. UNICESUMAR 196 É importante enfatizar aqui, caro(a) aluno(a), que as isoflavonas, assim como outras classes de substâncias que estudaremos ao longo desta unidade, fazem parte de um grande grupo denominado metabólitos secundários. Os metabólitos secundários são substâncias específicas de cada espécie ou gênero e se destacam por suas diversas aplicações em muitas áreas, atuando como agentes antibacterianos ou antifúngicos, agentes redutores do colesterol, imunossupressores, antiparasitários e herbicidas. Outro exemplo de alimentos funcionais são as frutas, que se caracterizam por serem ricas em flavonoides (Figura 2), como antocianidinas, flavononas, flavonas, flavonolóis e flavanonol. A maçã, por exemplo, é uma rica fonte de quercetina, enquanto a jabuticaba e as chamadas “frutas vermelhas” apresentam elevado teor de antocianinas. O Figura 2 – Núcleo fundamental dos flavonoides / Fonte: adaptada de Dewick (2002). Descrição da Imagem: a ilustração, em preto e branco, representa a estrutura química do núcleo fundamental dos flavonoides com três anéis de seis membros, sendo que o primeiro e o último são aromáticos. O primeiro anel, que está abaixo e à esquerda, é fundido com o segundo anel, que está abaixo e no centro. No segundo anel, um dos vértices possui um átomo de oxigênio (O) e ele está ligado ao terceiro anel, que está acima e à direita. UNIDADE 9 197 Os flavonoides apresentam elevada capacidade antioxidante, ou seja, são capazes de estabilizar os radicais livres presentes no organismo e, com isso, contribuem para a prevenção do envelhecimento e a redução da incidência de doenças neurodegenerativas, cardiovasculares ou de câncer. Eles são compostos doadores de elétrons devido à sua estrutura química conjugada em anel e rica em grupos hidroxilas, ou seja, eles podem reagir e inativar os ânions superóxido (O2 .-), peróxido de hidrogênio (H2O2) e oxigênio singlete ( 1O2). Os radicais livres estão associados a uma série de doenças durante o envelhecimento. O estresse oxidativo, causado por esses compostos, desempenha um papel-chave na doença de Alzheimer, por exemplo. Assim, o consumo regular de alimentos ricos em flavonoides auxilia no sistema de defesa antioxidante, na prevenção da deterioração da memória e na melhoria da função cognitiva. Outra classe de metabólitos secundários muito importante é a dos carotenoides. Nas frutas e vege- tais, eles são responsáveis, principalmente, pelas colorações vermelha, alaranjada e amarela. Eles são encontrados, também, na gema de ovo, nos crustáceos cozidos e em alguns peixes. Esses metabólitos secundários exercem funções de sinalização, camuflagem e comunicação entre animais. Em humanos, eles atuam como redutores do risco de desenvolvimento de diferentes doenças como câncer, doenças cardiovasculares, degeneração macular relacionada à idade e cataratas (SALGADO, 2017). A ingestão de carotenoides também está relacionada a uma redução do risco de desenvolvimento de câncer de mama (VITALE; BERNATENE; POMILIO, 2010). Os principais carotenoides envolvidos nesse caso são o alfacaroteno, a betacriptoxantina, a luteína + zeaxantina e o licopeno (Figura 3). Figura 3 – Estrutura química do licopeno Descrição da Imagem: a ilustração em preto e branco é a estrutura química do licopeno. A estrutura consiste em uma linha em zi- gue-zague na vertical com quatro linhas horizontais para cima em pontos distintos na região do centro até a extremidade esquerda e quatro linhas horizontais para baixo em pontos distintos na região do centro até a extremidade direita. Abaixo da estrutura, está escrito “licopeno”, e, abaixo, está escrito C40H56. São as antocianinas que conferem a colorações vermelha, azul, púrpura, rosa, malva e violeta aos alimentos. UNICESUMAR 198 A estrutura química básica dos carotenoides é formada por uma cadeia de 40 átomos de carbonos, simétrica e linear, formada a partir de oito unidades isoprenoides de cinco carbonos. As frutas cítricas,tais como laranjas, limas, limões, toranjas e tangerinas, são fontes de substâncias bioativas conhecidas como limonoides. Esses compostos apresentam estrutura química de terpenoides policíclicos altamente oxigenados que podem conter de sete a 11 átomos de oxigênio em sua estrutura. Os limonoides são componentes alimentares não nutritivos encontrados nos óleos essenciais de frutas cítricas e são amplamente responsáveis pela fragrância de muitas delas. Estudos mostram que o consumo frequente de frutas cítricas está significativamente associado com a diminuição da incidência de doenças cardiovasculares (SALGADO, 2017). O brócolis, a couve-de-bruxelas, a couve-flor, o rabanete, entre outros vegetais são considerados alimentos funcionais pois contribuem com a inserção de glicosinolatos na dieta. A figura a seguir (Fi- gura 4) mostra os principais glicosinolatos encontrados nas folhas de brócolis de diferentes cultivares (ARES et al., 2014). Glicoerucina Gliconapina Glicobrassicina Glicoalissina 4-Hidroxiglicobrassicina 4-Metoxiglicobrassicina Neoglicobrassicina Gliconasturtina Glicotropaeolina Sinigrina Glicorafanina Glicoiberina Figura 4- Principais glicosinolatos encontrados nas folhas de brócolis Descrição da Imagem: a imagem mostra a fotografia de uma folha de brócolis. Na parte central e em volta dessa folha, está escrito: glicoerucina, gliconapina, glicobrassicina, glicoalissina, 4-hidroxiglicobrassicina, 4-metoxiglicobrassicina, glicoiberina, glicorafanina, sinigrina, glicotropaeolina, gliconasturtina e neoglicobrassicina. Entre cada um desses nomes e a folha de brócolis, existe uma seta verde que aponta para o nome da substância. UNIDADE 9 199 O consumo maior de brássicas — mais de três porções semanais — está associado a reduções sig- nificativas no risco de desenvolver câncer de pulmão. Os glicosinolatos podem ser convertidos em isotiocianatos no organismo. O fenetil isotiocianato apresenta grande importância, pois é capaz de reduzir os danos ao DNA e as alterações moleculares provocadas pelo cigarro, diminuindo a incidência do câncer de pulmão. Grãos e cereais integrais, feijões, vegetais, frutas, gergelim, amendoim, derivados de soja e bebidas como vinho e café são fontes de uma classe de metabolitos secundários denominada de lignanas (Figura 5). Esses compostos bioativos, não nutrientes e não calóricos, atuam no sistema de defesa dos vegetais como antioxidantes, biocidas ou fitoalexinas. Quando inseridos na dieta, são aliadas na prevenção de doenças cardiovasculares, osteoporose, sintomas da menopausa e câncer (AEHLE et al., 2011). As lignanas são derivadas do ácido hidroxicinâmico. Figura 5 – Estrutura química do honokiol Os frutos do mar se destacam por possuírem ácidos graxos poli-insaturados pertencentes à série ôme- ga-3. Esses compostos, quando inseridos na dieta, apresentam efeitos sobre doenças cardiovasculares, câncer, Alzheimer, depressão, autismo, aterosclerose, doenças inflamatórias, entre outras. Descrição da Imagem: a ilustração em preto e branco mostra a estrutura química do honokiol com dois anéis de seis membros aro- máticos. O primeiro anel, que fica na parte superior, possui um grupo HO, uma porção representada por uma linha em zigue-zague com uma dupla na ponta que indica a presença de três carbonos. Esse primeiro anel está ligado ao segundo anel, que fica na parte inferior. O segundo anel, que fica na parte inferior, possui um grupo HO, uma porção representada por uma linha em zigue-zague com uma dupla na ponta que indica a presença de três carbonos. Abaixo da estrutura, está escrito “honokiol”. UNICESUMAR 200 Os ácidos graxos, de maneira geral, desempenham funções fisiológicas específicas, como a formação de alguns hormônios e o transporte das vitaminas lipossolúveis A, D, E e K. Eles são classificados de acordo com a presença ou ausência de ligações duplas em insaturados e saturados, respectivamente. E, quando possuem mais de uma ligação dupla, são classificados como poli-insaturados. Ácidos graxos da série ômega-3 apresentam, pelo menos, duas ligações duplas em sua estrutura. Pode-se destacar os ácidos graxos de cadeia longa eicosapentaenoico (EPA) e docosaexaenoico (DHA), com 20 e 22 átomos de carbono, respectivamente. O consumo desses compostos durante a gestação e o período de amamentação pode influenciar tanto o desenvolvimento físico quanto neurológico da criança. O ácido linolênico (Figura 6) também pertence à série ômega-3 e está presente tanto em espécies vegetais quanto animais. Pode ser encontrado em hortaliças com folhas de coloração verde-escura, nozes, óleo de canola e, também, no óleo e na semente de linhaça. Ácido alfa-linolênico (ALA, ômega-3) Figura 6 – Estrutura química do ácido alfa-linolênico Descrição da Imagem: a ilustração em azul e branco é a estrutura química do ácido alfa-linolênico. A estrutura consiste em uma linha em zigue-zague na horizontal com o grupo OH e um átomo de oxigênio unido por uma dupla ligação à cadeia principal, ambos na extremidade esquerda. A partir do meio da cadeia, aparecem três ligações duplas. Na parte superior da estrutura, está escrito “ácido alfa-linolênico (ALA, ômega 3)”. UNIDADE 9 201 Os compostos organossulfurosos também apresentam ações fisiológicas e medicinais. Esses com- postos se caracterizam pela presença de um ou mais átomos de enxofre em sua estrutura química e são encontrados, principalmente, no alho e na cebola, sendo responsáveis pelo sabor e odor carac- terísticos desses alimentos. O alho possui quase quatro vezes mais compostos organossulfurados que a cebola e outros vegetais. Ele contém 33 compostos dessa classe, sendo que a alicina (Figura 7) se destaca pelo elevado valor nutricional. A alicina é um líquido volátil responsável pelo odor pungente do alho e representa cerca de 70% dos compostos sulfurados presentes nessa hortaliça (SILVA; MONETTI; MATTOS, 2010). Alicina Figura 7 – Estrutura química da alicina Apesar do alho e da cebola se destacarem pela presença de compostos organossulfurados, é importante destacar que essas hortaliças apresentam uma composição nutricional muito variada (Figura 8). Descrição da Imagem: a ilustração em preto e branco é a estrutura química da alicina, representada por uma linha em zigue-zague que começa e termina com uma ligação dupla. No meio da estrutura, observa-se dois átomos de enxofre (S) unidos entre si e um dos átomos de S está ligado a um átomo de oxigênio (O) por uma ligação dupla. Acima da estrutura, está escrito “alicina”. UNICESUMAR 202 Figura 8 – Composição nutricional do alho e da cebola / Fonte: adaptada de Salgado (2017). Você já ouviu falar dos benefícios dos probióticos ou prebióticos? Ambos foram criados objetivando a redução do risco de doenças crônicas degenerativas e não transmissíveis. De maneira geral, eles melhoram o crescimento e o desenvolvimento do metabolismo das bactérias benéficas presentes no trato gastrointestinal. O termo probiótico, de origem grega, significa “para a vida”. De acordo com a legislação brasileira, probióticos são microrganismos vivos que, por meio da administração de quantidades adequadas, podem proporcionar benefícios à saúde do hospedeiro. Eles são capazes de sobreviver no ambiente ácido do estômago e colonizar o intestino, propor- cionando equilíbrio microbiano que impede a multiplicação de substâncias patógenas prejudiciais à saúde. Os probióticos apresentam efeitos benéficos sobre a toxicidade da terapia anticâncer e alguns têm sido utilizados na prevenção e na terapia da alergia. Auxiliam, também, na absorção de minerais e vitaminas. O Quadro 2 apresenta exemplos de microrganismos comumente descritos como possui- dores de características probióticas. Lactobacillus Bifidobacterium Streptococcus L. acidophillus B. longum S. thermophilus L. casei B. bifidum L. johnsonii B. lactis Compostos fenólicos Compostos organossulfurosos Aminoácidos essenciais Frutano Fosfolipídeos Ácidos graxos GlicolipídeosAdenosina Lectina Prostaglandinas Vitaminas B1, B2, B3, B6, B7, C e E Descrição da Imagem: a ilustração mostra duas cebolas, uma cabeça de alho e dois dentes de alho na parte central e, em volta delas, está escrito, em sentido anti-horário, a partir do canto superior esquerdo: compostos fenólicos, compostos organossulfurosos, aminoá- cidos essenciais, frutano, fosfolipídeos, ácidos graxos, glicolipídeos, adenosina, lectina, prostaglandinas, vitaminas B1, B2, B3, B6, B7, C e E. Entre cada um desse nomes e a imagem das cebolas e dos alhos, existe uma seta verde que aponta para o nome da substância. UNIDADE 9 203 Lactobacillus Bifidobacterium Streptococcus L. fermentum B. breve L. plantarum B. infantis L. lactis L. rhamnosus L. gasseri L. reuteri L. salivarius Quadro 2 – Microrganismos que apresentam características probióticas / Fonte: adaptado de Raizel et al., (2011). L. acidophilus e L. casei são amplamente utilizados pelos laticínios para a produção de leites fermenta- dos e outros derivados. É importante destacar que, para que um alimento seja considerado funcional, ele deve conter uma quantidade mínima de probióticos de 106 UFC/g. Os probióticos são encontra- dos, principalmente, em produtos lácteos fermentados e não fermentados. Além desses, outros tipos de alimentos fermentados contêm microrganismos probióticos, como carne fermentada, legumes fermentados ou cereais fermentados (GARCÍA et al., 2021). Na constituição do leite materno, também estão incluídas bactérias ácido-láticas e bifidobactérias. Há relatos do predomínio de lactobacilos e bifidobactérias na microbiota intestinal de bebês amamentados. Já os prebióticos são substâncias que fornecem um efeito fisiológico benéfico ao hospedeiro, esti- mulando, de maneira seletiva, o crescimento ou a atividade de um número limitado de bactérias, ou seja, é um modo diferente de aumentar o número de bactérias benéficas na microbiota intestinal. Eles apresentam uma série de benefícios, como: promover a formação de probióticos, estimular a absorção de minerais, reduzir o colesterol e a gordura corporal e proteger a parede da mucosa intestinal contra infecções. São encontrados em cebola, chicória, alho, alcachofra, cereais, aspargos, raízes de almeirão, beterraba, banana, trigo e tomate. São constituídos, essencialmente, por carboidratos de tamanhos diferentes, desde monossacarídeos, dissacarídeos, oligossacarídeos e carboidratos maiores. Para contribuir com o seu entendimento sobre alimentos funcionais e compostos bioativos, eu indico este vídeo. https://apigame.unicesumar.edu.br/qrcode/15321 UNICESUMAR 204 Para que um ingrediente possa ser definido como prebiótico, ele deve ser de origem vegetal, não ser digerido por enzimas digesti- vas, nem absorvido na porção superior do trato gastrointestinal e ser seletivamente fermentado por uma colônia de bactérias potencialmente benéficas ao cólon. As fibras de maior impor- tância utilizadas como prebióticos são a inulina e a oligofrutose. Um produto em que estão combinados um probiótico e um prebiótico é chamado de simbiótico e apresenta as características funcionais dos dois grupos, que, em sinergia, beneficiarão a saúde do consumidor. Um exemplo de produto simbiótico é quando se adiciona inulina ao queijo fresco cremoso produzido com a adição de uma cepa potencialmente probiótica de Lactobacillus paracasei (RAIZEL et al., 2011). Devemos lembrar que o alimento funcional deve ser consu- mido como parte de uma dieta funcional e que outros fatores como o sedentarismo, o tabagismo e o estresse podem ter um grande impacto sobre a saúde. Assim, a dieta saudável deve ser acompanhada de hábitos saudáveis. Nesta unidade, vimos que os alimentos funcionais estão ga- nhando destaque no mercado, pois evidências apontam que eles trazem uma série de benefícios à saúde do consumidor. Vimos como os órgãos de fiscalização agem para reduzir frau- des por meio de informações claras nos rótulos dos produtos. E estudamos uma série de compostos bioativos, destacando a sua importância e onde é possível encontrá-los. Você, como futuro(a) profissional da saúde, poderá atuar na área de saúde integrativa e longevidade saudável, cuidando do bem-estar, da performance, da estética e da qualidade de vida. Nesse campo, o entendimento sobre alimentos funcionais po- derá garantir amplo conhecimento para prevenção, tratamento e recuperação do organismo como um todo, a fim de ajudar os seus pacientes a ter um envelhecimento saudável. Além disso, o profissional de Biomedicina Estética estuda os alimentos fun- cionais e sabe bem como orientar o paciente a como aliar a sua alimentação ao tratamento estético. 205 Nesta unidade, vimos os tipos de compostos bioativos presentes em alguns alimentos. Como sug- estão, proponho que você complete o mapa mental a seguir com o nome do principal composto bioativo presente em cada alimento. Fiz um como exemplo para lhe ajudar. Vamos lá? ALIMENTOS FUNCIONAIS Soja Iso�avonas Maçã Linhaça Jabuticaba Laranja Brócolis Alho e cebola Gema de ovo Peixe Gergelim Lácteos fermentados 206 1. O aumento de casos de doenças crônicas não transmissíveis nos últimos anos fez com que os consumidores se tornassem mais críticos e exigentes na escolha dos seus alimentos. Isso acontece pois alguns alimentos parecem trazer benefícios fisiológicos e/ou reduzem o risco de doenças, eles são chamados de alimentos funcionais. Com relação aos alimentos funcionais, avalie se as sentenças a seguir são verdadeiras (V) ou falsas (F). ) ( Os alimentos funcionais são aqueles que possuem substâncias que, quando ingeridas, auxi- liam o organismo a reduzir e prevenir diversas doenças degenerativas, além de fornecer uma nutrição adequada e proporcionar energia. ) ( A quercetina, as antocianinas, os flavonoides e as lignanas fazem parte de um grande grupo de compostos do metabolismo primário das plantas. ) ( É papel das agências regulatórias transmitir informações atualizadas e corretas para garantir que o consumidor não seja enganado. Para isso, a Anvisa criou normas para instruir as in- dústrias na hora de fazer a alegação de propriedade funcional. ) ( As isoflavonas são as principais responsáveis pelos efeitos benéficos atribuídos à soja. Dentre as principais isoflavonas encontradas na soja, podemos citar a genisteína. ) ( Os flavonoides são responsáveis pelas colorações vermelha, alaranjada e amarela das frutas e vegetais. Assinale a alternativa que corresponde à sequência correta: a) V, F, V, V, F. b) V, V, V, V, F. c) F, F, V, V, F. d) F, V, F, F, F. e) V, V, V, V, V. 2. Compostos bioativos são substâncias capazes de proporcionar benefícios à saúde. Existem várias classes de compostos bioativos, dentre as quais podemos citar os flavonoides, que se destacam por atuarem como bons antioxidantes. Com relação aos flavonoides, assinale a alternativa correta. a) Flavononas, flavonas, flavonolóis e flavanonol não são da classe dos flavonoides. b) A maçã é uma rica fonte de melanina, enquanto a jabuticaba e as chamadas “frutas vermelhas” apresentam elevado teor de antocianinas. c) Os flavonoides não são capazes de estabilizar os radicais livres presentes no organismo. d) Os flavonoides são compostos doadores de elétrons devido à sua estrutura química conjugada em anel e rica em grupos hidroxilas, ou seja, eles podem estabilizar os radicais livres. e) O consumo regular de alimentos ricos em flavonoides não contribui em nada para a prevenção da deterioração da memória e a melhoria da função cognitiva. 207 3. Os ácidos graxos da série ômega-3, quando inseridos na dieta, apresentam efeitos sobre doenças cardiovasculares, câncer, Alzheimer, depressão, autismo, aterosclerose, doenças inflamatórias, entre outras. Com relação aos ácidos graxos da série ômega-3, avalie se as sentenças a seguir são verdadeiras (V) ou falsas (F). ) ( Os frutos do mar se destacam por possuírem ácidos graxospoli-insaturados pertencentes à série ômega-3. ) ( Ácidos graxos da série ômega-3 não apresentam ligações duplas em sua estrutura. Pode-se destacar os ácidos graxos de cadeia longa eicosapentaenoico (EPA) e docosaexaenoico (DHA), com 20 e 22 átomos de carbono, respectivamente. ) ( O consumo de ácidos graxos da série ômega-3 durante a gestação e o período de amamen- tação pode influenciar tanto o desenvolvimento físico quanto neurológico da criança. ) ( O ácido linolênico é um ácido graxo, mas não pertence à série ômega-3. Pode ser encontrado em hortaliças com folhas de coloração verde-escura, nozes, óleo de canola e, também, no óleo e na semente de linhaça. Assinale a alternativa que corresponde à sequência correta. a) F, V, F, V. b) F, V, F, F. c) V, F, V, F. d) F, F, F, V. e) V, V, F, F. 4. Os probióticos e os prebióticos equilibram a flora intestinal e melhoram o funcionamento do intestino, isso contribui para a redução do risco de doenças crônicas degenerativas e não transmissíveis. Com relação aos probióticos e prebióticos, assinale a alternativa correta. a) Os probióticos não apresentam ação eficiente, pois não sobrevivem no ambiente ácido do estômago e, por isso, não podem colonizar o intestino, proporcionando equilíbrio microbiano. b) É importante destacar que, para que um alimento seja considerado funcional, ele deve conter uma quantidade mínima de 101 UFC/g. c) Os probióticos são encontrados, exclusivamente, em produtos lácteos fermentados. d) Os prebióticos são substância que ajudam a aumentar o número de bactérias benéficas na microbiota intestinal. São constituídos, essencialmente, por ácidos graxos. e) Para que um ingrediente possa ser definido como prebiótico, ele deve ser de origem vegetal, não ser digerido por enzimas digestivas, nem absorvido na porção superior do trato gas- trointestinal e ser seletivamente fermentado por uma colônia de bactérias potencialmente benéficas ao cólon. 208 UNIDADE 1 ACCUM, F. A. Treatise on Adulterations of Food and Culinary Poisons. 2. ed. London, 1820. BEZERRA, V. S. Tópicos em Amostragem, Coleta, Acondicionamento e Preparo de Amostras para o laboratório de Alimentos da Embrapa Amapá. Macapá: Embrapa Amapá, 2005. BRASIL. Resolução RDC n° 259, de 20 de setembro de 2002. Brasília, DF, 2002. Disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2002/rdc0259_20_09_2002.html. Acesso em: 24 maio 2022. BRASIL. Resolução RDC n° 360, de 23 de dezembro de 2003. Brasília, DF, 2003. Disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/bvs/saudelegis/anvisa/2003/res0360_23_12_2003.html. 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