Reações de Escurecimento em Alimentos

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Professora: Sabrina Duarte de Oliveira
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS
CENTRO UNIVERSITÁRIO SANTA MARIA
CURSO DE BACHARELADO EM NUTRIÇÃO
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
Causado pela oxidação de substâncias presentes 
naturalmente em vegetais por meio de enzimas também 
presentes naturalmente, formando pigmentos escuros. 
• Oxidorredutases: grupo de enzimas responsáveis pelo escurecimento 
enzimático em alimentos. 
- Microrganismos, vegetais e animais. 
- Conhecida por sua capacidade de provocar alterações indesejadas como 
mudança na coloração, rancidez, perda de aroma e de valor nutritivo, 
especialmente em produtos vegetais. 
- Polifenoloxidases, peroxidades, lipo-oxigenases, catalases, glicose-oxidases, 
xantina-oxidases e ascorbato-oxidases. 
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
Substrato (composto fenólico) + Oxidorredutases + Oxigênio 
= escurecimento enzimático
Variáveis: tipo de substrato, a concentração de oxigênio presente 
no ambiente e a temperatura.
(composto fenólico)
PPO
• Como acontece uma reação de escurecimento enzimático? 
melanoidinas
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
• Polifenoloxidase (PPO ou PFO): principal grupo de enzimas responsáveis 
pelo escurecimento enzimático em alimentos. 
- Essas enzimas atuam catalisando a oxidação de compostos fenólicos a 
quinonas, com a subsequente produção de pigmentos escuros. 
(composto fenólico)
PPO
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Escurecimento enzimático
• Polifenoloxidase (PFO)
- Atuam principalmente em frutas e hortaliças, mas também em crustáceos; 
- Responsável pelo escurecimento enzimático durante manuseio pós-
colheita e industrialização. 
- Em frutas e hortaliças, o teor de 
PFO aumenta com a maturação e 
senescência. 
- Age sobre uma grande variedade 
de compostos fenólicos.
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Escurecimento enzimático
• Polifenoloxidase (PFO)
- Apresentam pH ótimo de atividade entre 5,0 e 7,0. 
- Inativada: em pH abaixo de 4,0 e tratamento térmico brando (baixa 
termoestabilidade). 
- Estão relacionadas ao mecanismo de defesa das plantas, possuem ação 
bacteriostática e antiviral em plantas, está relacionada com a formação e o 
desenvolvimento de raízes, a fotossíntese e respiração celular. 
- Localizadas nas membranas e/ou confinadas em plastídeos (responsável pelo 
pigmento clorofila). 
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
• Polifenoloxidase (PFO)
- PFO e escurecimento enzimático: 
O principal efeito da presença de PFO em alimentos é o escurecimento 
enzimático, que é indesejável na maioria dos casos, alterando as 
características do alimento, causando rejeição do consumidor. 
As reações que levam à formação de pigmentos podem 
ocasionar a formação de odores indesejáveis e perda do 
valor nutricional (destruição de aminoácidos).
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Escurecimento enzimático
• Polifenoloxidase (PFO)
- Métodos para prevenção do escurecimento enzimático tornou-se necessário. 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Supressão de O2
- Uso de embalagens à vácuo; 
- Não é um método muito utilizado em frutas e vegetais 
(escurecimento durante o processamento até acondicionamento);
- Não garante a integridade do produto após aberto pelo 
consumidor. 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Redução do pH (acidificação do produto)
- PFO inativada em pH em torno de 4,0 e de forma irreversível em pH 
inferior a 3,0; 
- Deve ser feita rapidamente após o descascamento (em alimentos 
compatíveis com essa acidez); 
- Limitação: alterações no sabor e homogeneidade (pedaços maiores) 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Adição de inibidores químicos 
• Sulfitos (dióxido de enxofre): alta eficiência (rápida penetração). 
- Vantagens: inibidores diretos das PFO; reagem com quinonas (reduzindo-as a 
sua forma original) e evitando a polimerização; são de baixo custo; atividade 
antimicrobiana. 
- Desvantagens: altas doses podem provocar gosto e cheiro desagradáveis, são 
controladas pela legislação porque causam crises alérgicas em pessoas 
asmáticas. 
- Reagem com a tiamina (B1), reduzindo o teor dessa vitamina nos alimentos. 
Quantidade permitida: 0,03 g/100g à 0,06 g/100g 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Adição de inibidores químicos 
• Sulfitos (dióxido de enxofre): 
- É um conservante comumente usado em uma variedade de alimentos e 
bebidas, incluindo frutas secas, vegetais em conserva, salsichas, sucos de frutas 
e vegetais, cidra, vinagre e vinho.
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Adição de inibidores químicos 
• Ácidos (ác. cítrico, ascórbico e málico)
- Ação: baixam o pH e inativam as PFO. 
- As PFO possuem Cu+ no seu sítio ativo, o ácido ascórbico oxida os resíduos 
de histidina que ligam os íons de cobre do sítio ativo; já os ácidos cítricos e 
málico são quelantes do cobre. 
- O ác. ascórbico ainda atua reduzindo as quinonas já formadas de volta a sua 
forma original (o-difenol).
- Desvantagem: alto custo; possibilidade de degradação, na forma oxidada 
(gerando escurecimento não enzimático – formação de furfural). 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Adição de inibidores químicos 
• Sais (sais de cloro)
- NaCl é o sal de cloro mais utilizado; 
- Desvantagens: inibição só é efetiva em concentrações altas de sal (alteração 
no sabor). 
• Agentes redutores (cisteína)
- Eficientes na redução das quinonas.
- Limitação: alto custo. 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Tratamento Térmico (Branqueamento) 
- Eficiência depende do pH do meio. Quanto 
mais ácido o alimento, menores o tempo e 
temperatura necessários para inativação da 
enzima. 
- Em valores de pH entre 4,0 e 6,0 uma 
temperatura de 70 a 80ºC por 3 minutos é 
suficiente para inativação enzimática. 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Tratamento Térmico (Branqueamento) 
- Desvantagens: 
1. Pode gerar sabor de cozido em produtos vegetais (mais utilizado para 
produtos que vão passar por outros tratamentos depois – enlatados e 
desidratados); 
2. Até que o aquecimento inative a enzima, ela 
continua catalisando a reação, o que pode gerar 
algum escurecimento. 
3. Alteração na cor do alimento
(erro de branqueamento, na maioria das vezes). 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Tratamento a alta pressão hidrostática (HHP)
- Alimentos de alta qualidade, segurança e maior prazo de validade; 
- Processo reduz a contagem microbiana e inativa enzimas;
- Menos prejudicial que os processos térmicos, mantém as características 
nutricionais e sensoriais; 
- Ocorre rapidamente em pH baixo, também é influenciada pela adição de sais, 
açúcares ou inibidores químicos de escurecimento. 
- Melhores resultados:
 pressão superior a 400 Mpa e 
aquecimento de 50ºC. 
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Escurecimento enzimático
• Métodos para inativação da Polifenoloxidase (PFO)
➢ Campo elétrico pulsado (PEF)
- O tratamento com PFF é uma tecnologia emergente, não térmica e utilizada para 
a preservação de alimentos. 
- A maioria dos estudos tem se concentrado na inativação de MO; entretanto, 
estudos mostram quehá uma redução de 97% da atividade da PFO no extrato de 
maçã, 72% para pera e 70% para pêssego. 
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Escurecimento enzimático
• Aplicação Industrial da Polifenoloxidase (PFO)
- Considerada benéfica em alguns casos. 
- Necessária na fabricação de chá preto (chá verde para preto); cor característica 
em amêndoas de cacau; frutas secas como ameixa e uva-passa. 
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Escurecimento enzimático
• Peroxidases (PER)
- Enzimas capazes de oxidar substratos fenólicos e não fenólicos, na presença 
de peróxidos, gerando radicais livres;
- Fungos, bactérias, algas, plantas e animais;
- São termoestáveis, possuem capacidade de se regenerar após desnaturação 
térmica; 
- Atividade está associada ao desaparecimento do aroma e surgimento de off-
flavor em produtos vegetais, principalmente nos conservados por congelamento 
(capacidade de se regenerar sob refrigeração e congelamento); 
- Alteração na cor e redução do valor nutritivo (oxidação da Vitamina C e de 
aminoácidos);
- Necessidade de aplicação de um tratamento térmico rigoroso (90 e 100ºC).
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
• Peroxidases (PER)
- NaCl e pH baixo auxiliam no processo de tratamento térmico, podendo 
reduzir o tempo de tratamento. 
➢ Aplicação industrial 
- Usadas como indicadoras de eficiência do processo de branqueamento e de 
pasteurização do leite (lactoperoxidase); 
- Uso benéfico: remoção da lignina para produção de papel e usada para kits de 
diagnóstico, na quantificação de ácido úrico, glicose, colesterol, lactose e etc. 
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
• Lipo-oxigenases (LOX)
- Enzimas produzidas por plantas, animais e microrganismos; 
- LOX de origem vegetal: maior interesse em alimentos. Mais encontradas em 
sementes, mais abundantes em leguminosas do quê em cereais; 
- Podem causar alterações desejadas e indesejadas em alimentos (oleaginosas);
- A presença de LOX em óleos vegetais, grãos e cereais armazenados e em 
farinhas e farelos, pode levar à rancidez, destruição de ácidos graxos essenciais, 
pigmentos e de vitaminas;
- Soja: off-flavor e amargor (milho e ervilha). 
- Aplicação benéfica em produtos de panificação e farinhas (destruição dos 
carotenoides que dão cor indesejável a esses produtos, aumento do volume em 
pães e melhora da textura, retardamento da sinerese). 
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
• Outras enzimas relacionadas ao escurecimento enzimático 
➢ Catalases
➢ Glicose-oxidases
➢ Xantina-oxidases
➢ Ascorbato-oxidases
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
Ou outras enzimas citadas
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
Escurecimento enzimático 
em camarão
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento enzimático
1. Se um consumidor visse um alimento escurecido, mas com todas as 
propriedades nutricionais preservadas, vocês acham que ele ainda 
compraria? 
2. Imagine o seguinte caso: Uma indústria de alimentos quer evitar o 
escurecimento de uma bebida vegetal à base de maçã e soja. Que 
estratégias poderiam ser aplicadas para minimizar esse problema?"
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento não enzimático
➢QUAIS REAÇÕES BIOQUÍMICAS 
ACONTECEM NO BOLO? 
REAÇÃO DE MAILLARD
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Escurecimento não enzimático
➢ Influência: tipo e quantidade de carboidratos, 
proteínas e aminoácidos
➢Associado com o aquecimento e armazenamento 
de alimentos
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Reações de escurecimento indesejáveis:
- Desidratados (leite em pó, ovo em pó)
• Produto final: MELANOIDINAS!!!
• Reações de escurecimento desejáveis:
- produtos de confeitaria
- assados em geral (carnes, batatas fritas, café, cerveja)
Escurecimento não enzimático
(pigmento de cor marrom)
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Tipos
❖Caramelização (açúcar)
❖Oxidação do acido ascórbico
❖Reação de Maillard
Tipo de Reação Requer
O2
Requer
NH2 
(aminas)
pH ótimo Produto final
Maillard - + Alcalino Melanoidina
Caramelização - - Alcalino/Ácid
o
Caramelo
Oxidação vit. C + - Ligeiramente
ácido
Melanoidina
Fonte: Araújo (1999)
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Reação de Caramelização
- Escurecimento resultante do aquecimento direto de carboidratos, 
particularmente sacarose e açúcares redutores (frutose e glicose), com ausência 
de compostos nitrogenados.
Açúcares/Xaropes de
açúcares
Escurecimento Caramelização
Mudanças
Cor, sabor e 
aroma
Caramelo
catalisador
pigmento de cor marrom
calor 120 ˚C
da 
da 
elaboração 
e 
Escurecimento não enzimático
Catalizadores: ácido 
(ácido sulfúrico, acético 
cítrico e etc.), base 
(amônia, sódio, potássio 
e cálcio) ou sais 
(carbonatos de amônio, 
bicarbonatos e etc.). 
• Reação de Caramelização
Escurecimento não enzimático
➢ Classe de caramelos reconhecidas: 
1. Classe I (caramelo claro, simples ou cáustico)
- preparado aquecendo-se um carboidrato sem amônia ou sem íons sulfito. 
2. Classe II (caramelo sulfito cáustico) 
- preparado pelo aquecimento de um carboidrato em presença de um sulfito e 
em ausência íon amônia
- usado para adicionar cor a cervejas e outras bebidas alcoólicas,
- cor marrom avermelhado;
- pH de 3 a 4 
• Reação de Caramelização
Escurecimento não enzimático
➢ Classe de caramelos reconhecidas: 
3. Classe III (caramelo de amônio)
- preparo pelo aquecimento de um carboidrato em presença de íons amônia, 
sem presença de íons sulfito; 
- cor marrom avermelhado; 
- usado em produtos de panificação, xaropes e pudins. 
- pH de 4,2 a 4,8 
4. Classe IV (caramelo de sulfito amônio)
- preparado pelo aquecimento de um carboidrato em presença de sulfito e íons 
amônio.
• Reação de Caramelização
Escurecimento não enzimático
➢ Classe de caramelos reconhecidas: 
4. Classe IV (caramelo de sulfito amônio)
- usado em refrigerantes à base de cola, outras bebidas ácidas, xaropes, 
temperos secos, assados, doces, rações
- cor marrom;
- pH em solução de 2 a 4,5.
- Formação de 4-Metilimidazol (4-MI). 
• Reação de Caramelização
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
➢ Oxidação do Ácido Ascórbico
1ª Etapa
2ª Etapa
Fonte: Oetterer (2005)
❖ Ácido ascórbico passa a dehidroascórbico 
(desidrogenação) com três grupos carbonilas
❖ Principal via de escurecimento de sucos de frutas
❖ Ácido dehidroascórbico recebe 2H+ (meio ácido) e
forma ácido 2 ceto, 3 ceto hexurônico (2 carbonilas)
❖ Sofre uma desidratação e descarboxilação formando
Furfural (produto da decomposição do ác. ascórbico – 
escurecimento em sucos)
- pH 2,0 a 3,5
Escurecimento não enzimático
carbonila
Dióxido de carbono
A descarboxilação é 
uma reação química 
na qual um grupo 
carboxilo
de um composto na 
forma de dióxido de 
carbono (CO2
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• Reação de Maillard (escurecimento de Maillard) 
Louis-Camille Maillard 
(1878 - 1936)
Photografado em
seu laboratório
1915
- Produz aromas em alimentos cozidos (desejáveis ou não); 
produzidos lentamente durante armazenamento ou de forma 
rápida durante o aquecimento em altas temperaturas. 
- Reações desejáveis: batata frita e formação de crosta 
externa em pães. 
Escurecimento não enzimático
Ocorre durante o cozimento ou estocagem de alimentos, se 
deve à reação química entre açúcares redutores (glicose, 
principalmente) e grupos aminas primários (aminoácidos 
livres ou grupo amina de uma proteína). 
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Reação de Maillard (escurecimento de Maillard) 
- Responsável pela formação de cor escura;
- Ocorre preferencialmente em meio 
alcalino.
- Pode causar perda de nutrientes
 - aminoácidos essenciais, vitaminas, 
minerais. 
- Alguns produtos podem ser tóxicos (ex.
acrilamina)Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Reação de Maillard 
Reação de Maillar em alimentos protéicos: 
- Leite – caseína, lactoalbumina, lactoglobulina, lactose;
- Carnes – mioglobulina, miosina, actina, ribose-P.
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Reação de Maillard 
Escurecimento não enzimático
O produto final da reação de Maillard são as melanoidinas 
e furfural (pigmentos de cor marrom escuro). 
A liberação de CO2 na formação do furfural pode acarretar 
em estufamento de embalagens. 
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Fatores que afetam a reação de Maillard 
- Natureza do aminoácido
- Diferentes aminoácidos apresentam diferentes velocidades de reação;
- A natureza do aminoácido tem efeito na formação do produto final da reação
– particularmente importante no flavour:
- Em geral reação de Maillard produz aromas “assados”, “cozidos”,
“grelhados” - roast, baked, toasted; 
- Aminoácidos contendo enxofre são importantes no aroma carneo “meaty
aromas”;
- Prolina é importante no aroma de pão assado;
- Leucina e fenilalanina é importante em aroma de chocolate
Básico
Ácido
Neutro
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Fatores que afetam a reação de Maillard 
- Tipo de açúcar
- Açúcar redutor - interação da carbonila (C=O) com os grupos amina (NH2);
- Número de carbonos – reatividade (reações com formação de outros 
compostos); 
- Pentoses (5 carbonos) são mais reativas que 
hexoses (6 carbonos) e essas mais que 
dissacarídeos.
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Fatores que afetam a reação de Maillard 
- Temperatura
- A reação ocorre à temperatura elevada, bem como em temperatura reduzida, 
durante o processamento do alimento ou armazenamento.
- Elevação da temperatura: aumento rápido da velocidade de escurecimento 
– duas a três vezes para cada incremento de 10 oC.
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Fatores que afetam a reação de Maillard 
- pH
- A intensidade da reação de Maillard aumenta quase que linearmente na faixa 
de pH 3 a 8 e atinge um máximo na faixa alcalina (pH 9 a 10). 
Escurecimento não 
enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Fatores que afetam a reação de Maillard 
- Atividade de água (Aw)
- Escurecimento aumenta de forma rápida em valores intermediários (aw entre 
0,5 e 0,8).
Escurecimento não 
enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
• Fatores que afetam a reação de Maillard 
- Catalisadores
- A velocidade da reação é acelerada por ânions como citrato, fosfato 
(encontrados em praticamente todos os alimentos) e também em menor 
escala por outros ânions como o acetato. Íons de Cu+ são catalisadores 
efetivos a pH ácido, em concentração de 100 ppm (partes por milhão)
Escurecimento não enzimático
REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS 
Por onde estudar?
1. Capítulo 5 do livro “Bioquímica dos Alimentos” de M. G. Koblitz
2. Capítulo 3, tópico 3.1.4.6 e 3.1.4.7 do livro “Química de alimentos de 
Fennema” de Damodaran e Parkin.
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