Teor de Água nos Alimentos e Propriedades da Água

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INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE 
CAMPUS PELOTAS - VISCONDE DA GRAÇA 
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM VITICULTURA E ENOLOGIA 
DISCIPLINA DE QUÍMICA DE ALIMENTOS APLICADA 
PROF. Me. ROBERTA SILVA 
QUÍMICA DA 
ÁGUA 
Alimento Teor de água % 
Leite 87 - 89 
Queijo prato 40 - 45 
Carnes 50 - 70 
Pão francês 30 - 35 
Maçã, laranja 85 - 90 
Tomate, morango 90 - 95 
Cenoura, batata 80 - 90 
Aspargo 90 - 95 
Arroz cru, milho cru 12 - 15 
Leite em pó 9 - 12 
 
Uva (polpa) 70 - 85 
Suco de uva 81 - 85 
Vinho 70 - 85 
 
TEOR DE ÁGUA NOS ALIMENTOS 
• O conteúdo de água e a localização influenciam: 
– textura, 
– aparência, 
– sabor e 
– suscetibilidade a alterações químicas/enzimáticas e 
microbiológicas 
 
• Quanto maior o teor de água de um alimento, maior é a 
sua sensibilidade a deterioração 
 
• Métodos de preservação de alimentos baseiam-se na 
remoção da água pela secagem, redução da mobilidade da 
água por congelamento ou ainda adição de solutos 
 
Molécula da água 
Molécula da água 
Configuração tetraédrica 
 Tetraedro distorcido 
 
Tetraedro perfeito:109o 28’ 
Dipolo elétrico 
Momento dipolar 
Pontes de hidrogênio 
Tensão Superficial 
Propriedades físicas 
DIAGRAMA DE MUDANÇA DE FASE 
Solutos na água: ↓Ponto de congelamento e ↑Ponto de 
ebulição 
Capacidade de expansão na solidificação  dens. do gelo. 
Condutiv. térmica gelo 0oC  4 X maior H2O líq. em = T 
 gelo conduz melhor energia térmica. 
Difusividade térmica = veloc. que sofre mudança de T. 
Difusiv. térmica gelo  9 X maior H2O líq. 
Características que fazem da água solvente universal: 
 
 
-Reduzido volume: penetração nas estruturas cristalinas e 
entre as moléculas de grandes dimensões. 
 
 
- Alto momento dipolar : permitem sua participação em 
ligações covalentes, dipolo-dipolo e íon-dipolo. 
 
 
 
- Elevada constante dielétrica: fator importante na 
solvatação e separação de íons. 
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Associação entre as moléculas 
da água 
Pontes de hidrogênio 
Estrutura 
tridimensional 
 
Permanente formação e 
ruptura e em permanente 
movimento 
↑ ponto de fusão e ebulição, 
capacidade calorífica e 
tensão superficial 
↑ quantidade energia é necessária para 
quebrar as pontes de hidrogênio 
intermoleculares 
 
Estrutura tridimensional: 
 
Estados físicos 
Diagrama de fases 
Ponto Triplo da Água 
Ponto Crítico da Água 
Pressão Crítica = 218,3 atm 
 
Temperatura Crítica = 374,25oC 
Água sólida - gelo 
Geometria hexagonal 
Menos pontes de hidrogênio 
são rompidas e mais são 
formadas por unidade de 
tempo 
Moléculas fixas no 
retículo cristalino – 183ºC 
109º 
 
- Espaços vazios – ↑volume específico 
- Ângulo de ligação – 109º →Propriedades físicas da água e do gelo são ≠ 
 
- Solutos: tamanho, quantidade, localização e na orientação dos cristais de 
gelo 
 
Maior grau de ordenação 
Menos moléculas de água livre 
Retículo cristalino - Distância 
entre as moléculas é menor que 
no estado líquido 
Cristais de gelo não são 
perfeitos- estado “dinâmico” – 
reações 
Sistema estático só alcançado a -
183 oC. 
 
Possuem residuais de isótopos 
de H, H30
+, OH- 
Estrutura geométrica hexagonal das moléculas da água 
no estado de gelo 
Diminuição do 
empacotamento 
gera  volume de  
9 % no gelo 
Ângulo de ligação 
H–O–H  109o 
Água líquida 
Cada molécula está unida com 3 a 4 moléculas de 
água 
A distância entre os átomos é superior a do gelo 
Pontes de H  distância 1,2 Å 
Agregados- formação e ruptura – permanente 
movimento 
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Água Líquida 
pontes-H 
Água vapor 
• Todas as pontes de H se quebram 
 
• Moléculas não formam os mesmos agregados, pois estão muito 
afastadas entre si 
 
• Aumento de volume 
 
 
Interação água - soluto 
• A água por sua natureza dipolar, dissolve ou dispersa muitas 
substâncias. 
 
– Substâncias hidrofílicas: são polares e capazes de 
estabelecer ligações iônicas, ligações de hidrogênio ou 
ligações covalentes com a água 
 
• Compostos iônicos 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sais inorgânicos  que não possuem sítios doadores ou 
receptores de H  fazem ligações iônicas com a água 
alterando estrutura normal da água pura. 
 
Capacidade do solvente a se opor a atração eletrostática entre os íons 
positivos e negativos  expressa pela constante dielétrica. 
 
 
 
 
 Constante dielétrica da água = 80,4  
 
 
 
Constante dielétrica de solventes orgânicos: 
 
metanol = 33 
 etanol = 24 
 acetona = 21,4 
 benzeno = 2,3 
hexano = 1,9 
 
• Compostos não iônicos, mas com caráter polar: 
açúcares, álcoois simples, aldeídos, cetonas, etc 
 
Formação de pontes de H entre a molécula de água e os grupos 
funcionais destas substâncias. 
 
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Interação da água com sólidos presentes nos alimentos: 
Com sólidos hidrofílicos: 
- Solvatação de íons (solubilização de sais)animação-sal 
- Formação de pontes de hidrogênio 
- Interações dipolo-dipolo (substâncias apróticas) 
 
Com sólidos hidrofóbicos: 
- Formação de clusters (hidratos clatratos) e micelas 
 
 
 
 
 
 
 
 
Interação desfavorável, pois reduz a entropia do sistema: 
 
DG = DH – TDS 
 
Onde: DG: energia de Gibbs 
 DH = variação na entalpia 
 DS = variação na entropia 
 
• Micelas: formadas por compostos com grupos polares e apolares. 
Exemplo ácidos graxos e lipídios polares. 
 
 
Efeito dos solutos na estrutura da água 
 [] de solutos iônicos (como NaCl)  produz  
das distâncias interiônicas médias dos íons 
hidratados 
 
 modificando a estrutura tridimensional e 
propriedades da água líquida. 
 
Alteram - se: 
 pressão osmótica, 
 ponto de ebulição, 
 ponto de congelamento, 
 pressão de vapor, etc. 
 Solutos em água tendem a: 
 ponto de congelamento; 
 ponto de ebulição; 
 pressão de vapor. 
 
 
 No gelo a presença de solutos tb. exerce 
influência: 
 
Tipo e [ ] soluto  influem no tamanho, 
estrutura, localização e orientação dos cristais 
de gelo. 
Água nos alimentos 
 
 
Total de água de um alimento  não indica sua 
distribuição ou a forma como está ligada. 
 
Evidências da existência de moléc. água com 
propriedades e distribuição  no mesmo alimento: 
 Teor de água no alimento X crescimento de m.o. 
 
 Teor de água no alimento X veloc. reações quím. 
Apresenta as mesmas propriedades da água pura. Não 
flui livremente porque está aprisionada em uma matriz 
de macromoléculas, mas é retirado por secagem e 
congelamento. 
 
Esta água em contato com constituintes não aquosas 
tem mobilidade reduzida e não congela a -40ºC. Está 
presente em quantidades muito pequenas no 
alimento. 
 
• Existem vários graus de ligação da água nos alimentos. 
 
- Água constitucional: representa uma pequena fração 
presente em alimentos com alto teor de umidade. É a água ligada 
mais fortemente aos constituintes não aquosos, através de 
ligações iônicas, considerada como a primeira camada sobre os 
sólidos 
- Água vicinal: camada de água sobre a água constitucional. 
Localizada mais próxima aos grupos hidrofílicos dos sólidos dos 
alimentos 
- Água multicamadas: água ligada em menor intensidade que a 
água vicinal, mas mantém certa intensidade de ligação que não 
lhe permite comportar-se como água pura 
Atividade de águaAtividade de água = relação entre a pressão de vapor de uma solução 
ou de um alimento (P) com relação à pressão de vapor da água pura (P0) 
à mesma temperatura: 
 
(aH2O; Aa) 
aw = P/P0 
 Assim, a água nos alimentos exerce uma pressão de vapor que depende da: 
 quantidade de água, 
 concentração de solutos na água, 
 temperatura. 
Estado padrão 
101,325 KPa 
25ºC 
 O crescimento m.o. não depende só da aW, 
 
mas aW é útil para: 
 
 determinar a estabilidade de muitos 
alimentos; 
 
 melhorar o processo de conservação e 
desidratação; 
 
 planejar novos produtos mais estáveis. 
Atividade de água e estabilidade dos alimentos 
• aw – 0 a 1 
• Água pura: aw – 1 
 
• Alimentos alta aw - 0,9 
 
 
• Alimentos aw intermediária – 0,4 a 0,8 
 
 
 
• Alimentos baixa aw – 0,2 a 0,3 
 
Reagentes diluídos: reações químicas e 
enzimáticas 
Alta crescimento de Mo 
 Reações químicas e 
enzimáticas 
* Exceção oxidação dos lipídeos 
Inibição dos Mo 
 Reações químicas e 
enzimáticas 
aw ≈ 0,6 inibição dos Mo 
 
 
aw sempre < 1 
Os constituintes do alimento imobilizam parcialmente a 
água, diminuindo sua capacidade de evaporação e sua 
reatividade química. 
 
 
 
 Exemplo da atividade de água de alguns produtos: 
 
• geléia: 0,75 – 0,80 
• cereais: 0,10 – 0,20 
• frutas: > 0,97 
• carnes: > 0,95 
• nozes: 0,66 – 0,84 
 
 
Velocidade relativa de reações e de crescimento 
de m.o. em função da atividade da água 
 
0 0,25 0,75 1,0 
Atividade de água depende da 
temperatura 
Equação de Clausius-Clapeyron: 
 
55 
Métodos de Determinação da Atividade da Água 
1. Medida da Depressão do Ponto de Congelamento: Crioscópio eletrônico, teor de umidade 
2. Sensores de umidade relativa: equilíbrio entre a umidade relativa do ambiente 
 e amostra- técnicas eletrônicas ou psicrométricas; 
3. Equilíbrio em uma Umidade Relativa Constante: Dessecadores e agentes secantes. 
Determina-se a migração de água da amostra (processo demorado) 
 
A atividade da água diminui com a diminuição da temperatura 
Distinguem-se três zonas: 
Camada monomolecular, não congelável a – 40ºC, água de 
constituição ou vicinal 
Multicamada, retida em microcapilares (inferior 
a 1 micra), parte da água não congela a -40ºC, 
mobilidade maior que a zona I 
Fisicamente retida, 
disponível para reações 
Aplicação das isotermas de sorção em 
tecnologia de alimentos 
• Permitem avaliar a estabilidade dos alimentos 
• Permitem prever a atividade de água de misturas de 
diversos ingredientes 
• Permitem estimar o tempo máximo de armazenamento 
do produto em embalagem, com uma permeabilidade ao 
vapor de água conhecida 
• Permitem determinar a temperatura ideal de 
armazenamento de produtos congelados, 
estabelecendo uma relação entre esta e a atividade de 
água 
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Medida de Tg: DSC (Differential scanning calorimetry) 
Mede ou estuda as transições térmicas do polímero, através da 
capacidade calorífica, que é maior após Tg. 
59 
60 
Sem MW 
Com MW 
Com MW 
animacao