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BIOQUÍMICA PÓS COLHEITA DE TECIDOS VEGETAIS UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA: BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS II JOÃO PESSOA – PB 2016.2 Profa. Dra. Marciane Magnani Vegetais: através da fotossíntese satisfazem direta ou indiretamente todas as necessidades dietéticas. Milhares de espécies vegetais: 100-200 importantes comercialmente, maior parte da produção mundial de vegetais para consumo: cana de açúcar arroz amendoim batata trigo coco mandioca sorgo banana soja cevada DESAFIO: FISIOLOGIA E METABOLISMO PÓS COLHEITA Frutas: designação geral dos frutos, pseudofrutos e inflorescências comestíveis. Parte da estrutura da planta que no estado de maturidade contém os grãos. Características comuns: alto teor de açúcares, acidez elevada e odores pronunciados. Hortaliças: diversos tipos de estrutura vegetal, designação genérica de plantas leguminosas, herbáceas, de folhas, flores ou frutos comestíveis. Características comuns: menor acidez e mais amido COMPOSIÇÃO QUÍMICA ÁGUA Frutas e hortaliças frescas: 70-90% da massa Secas: 20% Desidratação: perdas econômicas e alterações fisiológicas Variam quanto: Teor máximo Susceptibilidade a perda CARBOIDRATOS Aproximadamente 75-60% do resíduo seco Constituintes da parede celular: • proporções variam: entre espécies e com maturidade • principais componentes das fibras alimentares: celulose, hemiceluloses, pectina, lignina COMPOSIÇÃO QUÍMICA Amido e outros carboidratos: • Amido principal carboidrato não associado com parede celular. Forma e organização característica das espécies • Gomas e mucilagens carragena, acácia, tragacanto • Açúcares (sacarose, glicose e frutose): traços a 20% • Outros açúcares: xilose, manose, arabinose, galactose, maltose, sorbose, celobiose CARBOIDRATOS COMPOSIÇÃO QUÍMICA NITROGENADOS Teor de proteína varia, com exceção de cereais e tubérculos pequena porcentagem. Nitrogênio não protéico (aa, aminas, purinas, pirimidinas, betaínas, alcalóides, porfirinas) quantidades apreciáveis em tecidos vegetais (mais de 2/3 do nitrogênio em batatas está na forma de aa livres e outros) COMPOSIÇÃO QUÍMICA LIPÍDIOS Membranas celulares (fosfolipídios e glicolipídios) Reserva (ácidos oléico, linoléico e palmítico). Células epidérmicas protetoras (ceras). Sabor, aroma, carreadores de vitaminas. COMPOSIÇÃO QUÍMICA FONTE TEOR DE LIPÍDIOS (% b.s.) Abacate 35 - 70 Azeitona 30 - 70 Banana 0,1 Maçã 0,06 Obs: algumas frutas tropicais da Amazônia com altos teores, como açaí e bacaba (4,5 e 7% de lipídios em polpas) LIPÍDIOS COMPOSIÇÃO QUÍMICA ÁCIDOS ORGÂNICOS Alifáticos cítrico e málico de maior ocorrência e mais abundantes (até 3%). Exceções: uva (tartárico), espinafre (oxálico). Aromáticos Ácidos quínico e chiquímico metabólitos intermediários. Ácido cafeico, clorogênico escurecimento enzimático e não enzimático, efeito fisiológico. Ácido benzoico antifúngico Metabólitos intermediários: acúmulo (sabor ácido, amargo) Variam: baixa até alta acidez (50mEq de ácido/100g e pH<2) Acidez total diminui com amadurecimento, teor de ácidos específicos pode aumentar COMPOSIÇÃO QUÍMICA Principais: clorofila, carotenóides e flavonóides Extensão da síntese e degradação na pós-colheita dependem das condições de armazenamento (luz, temperatura e umidade relativa) e presença de etileno PIGMENTOS COMPOSIÇÃO QUÍMICA Principais: potássio, cálcio, magnésio, ferro, fósforo, enxofre e nitrogênio Teor total cinzas de 0,1% a 5% b.u. depende da característica da espécie e dos tratos culturais MINERAIS COMPOSIÇÃO QUÍMICA Principais: A (carotenóides), C, tiamina, riboflavina e niacina. Teor espécie, variedade, condições de crescimento, maturidade, armazenamento e processamento. VITAMINAS COMPOSIÇÃO QUÍMICA Principais: ácidos hidroxicinâmicos e derivados (cafeico,cumárico,clorogênico); hidroxibenzóicos (gálico, elágico); catequinas; flavonas e flavonóis (naringina, hesperidina, quercitina, miricetina); antocianidinas, taninos Muitas vezes são já incluídos em outras classes, porque tem importância no sabor (ácido, adstringente), cor (oxidação ou por ser pigmento). Destaque: atividade antioxidante COMPOSTOS FENÓLICOS COMPOSIÇÃO QUÍMICA Ocorrem em todos os tecidos: respiração; síntese de polissacarídeos da parede celular Ocorrem somente em alguns órgãos: fotossíntese e metabolismo de ácidos orgânicos Restritos a cultivares: síntese de ésteres de aromas, síntese de corantes Tipos de metabolismo Crescimento Maturação Senescência DESENVOLVIMENTO FISIOLÓGICO Frutas: maturação na planta ou depois da colheita para melhora das características sensoriais Hortaliças: no geral melhores características sensoriais com maturação pouco avançada, direto senescência. Maturidade • Fisiológica: estádio de desenvolvimento no qual ocorrem o crescimento máximo e maturação adequada. • Comercial: estádio do órgão ou da planta requerido para comercialização. Pode estar em qualquer etapa, dependendo do produto e do uso posterior. • Fruta/hortaliça se separa da planta, não recebe mais água, nutrientes e cessa fotossíntese. • São consideradas unidades independentes: processo respiratório desempenha papel mais importante. • Continuam a ocorrer processos de síntese de pigmentos, enzimas e reações enzimáticas. • Velocidade define tempo de conservação e qualidade. ALTERAÇÕES PÓS-COLHEITA Oxidação de carboidratos ocorre por diferentes ciclos, varia de espécie para espécie: - Krebs mais importantes - Via glicolítica - Pentose-fosfato tecidos maduros, biossíntese de pigmentos, aromas RESPIRAÇÃO Fator limitante na conservação de frutas e hortaliças. No processo se produz: - CO2 - água - ácidos - calor TAXA DE RESPIRAÇÃO • Indica atividade metabólica do tecido. • Velocidade de produção de CO2 ou consumo de O2. • Diretamente relacionada com de vida de prateleira/ perescibilidade de produtos vegetais frescos. TAXA DE RESPIRAÇÃO Respiração (mg CO2/kg/h) VEGETAL 5oC 25oC Vida-de-prateleira (semanas a 5oC) Ervilha 50 475 1 Abacate 10 400 2 – 4 Maça 3 30 12 - 32 mgCO2/kg/h (5oC) Extremamente alta > 60 Muito alta 50 – 60 Alta 20 a 40 Moderada 10 a 20 Baixa 5 a 10 Muito baixa < 5 • Consequências: murchamento, enrugamento, alteração de textura, cor, sabor ou perda de valor nutricional • É afetada por: - UR ambiente - Circulação do ar - Respiração - Tamanho, forma e área superficial - Permeabilidade da casca- Maturidade TRANSPIRAÇÃO Evaporação de água através de estruturas anatômicas • Intensidade e taxa de respiração depende muito da planta, do grau de maturidade, etc. •No geral, taxa de respiração diminui com estocagem: decréscimo rápido logo após colheita seguido por um lento e gradual. •Não existe divisão exata entre produto maduro e imaturo. HORTALIÇAS • Maioria pode maturar no próprio pé. • Podem ser colhidas antes: maturação durante transporte, armazenamento ou após voltar a uma T mais elevada (refrigerada). Cuidado: nível crítico para cada produto • Muitas vezes c/ maturidade: deterioração rápida. • Algumas: baixa taxa de respiração, se conservam. • Grande número: súbita subida na taxa de respiração, que coincide com as principais modificações de cor, textura e sabor (climatério). FRUTAS Climatéricas X Não-climatéricas (a) pré-climatério: atividade respiratória mínima, oxidação está limitada pelo baixo nível de ADP. (b) elevação climatérica: aumenta síntese de proteínas, proporção ADP/ATP e atividade respiratória (c) pico climatérico (d) senescência: declínio da taxa de respiração • Não climatéricas: exibem queda lenta da taxa de respiração, semelhante as hortaliças. No geral, são deixadas amadurecer no pé, não continuam processos após colheita. • Climatéricas: geralmente são colhidas logo antes do climatério e mantidas refrigeradas para controlar o processo de maturação. MATURAÇÃO EXEMPLOS DE FRUTAS CLIMATÉRICAS NÃO-CLIMATÉRICAS abacate ameixa abacaxi banana maçã amora mamão manga cereja melancia pêra uva pêssego tomate laranja/ toranja/ tangerina kiwi nectarina limão / lima damasco caqui melão maracujá figo morango canistel jaca pepino cherimóia atemóia lichia sapoti goiaba framboesa caju e romã ETILENO • Presente no tecido em baixa concentração, produzido e emanados por frutas/hortaliças durante amadurecimento. • Climatéricas não aumenta taxa de respiração mas adianta pico climatérico. Resposta efetiva na fase pré- climatério. Não entra no amadurecimento na ausência de etileno (estímulo com valores baixos, 0,1 a 1ppm). • Não climatéricas taxa de respiração é estimulada em qualquer fase da maturação, aumento na resposta proporcional a concentração de etileno. •Necessita O2 aumento de O2 no armazenamento estimula produção; CO2 retarda o amadurecimento. • Período de diferenciação do tecido acompanhado da síntese de proteínas específicas (enzimas) responsáveis por mudanças de cor, textura e sabor. • Processo composto por eventos catabólicos que degradam estruturas celulares. • “Fenômeno altamente coordenado, programado geneticamente e irreversível que envolve uma série de mudanças bioquímicas, fisiológicas e sensoriais, levando finalmente ao desenvolvimento de um fruto comestível e macio e com atributos de qualidade desejáveis.” (Prasanna et al., Fruit ripening phenomena - an overview. Crit. Rev. Food Sci. Nutrit., 47, 1, 2007) MATURAÇÃO METABOLISMO DE CARBOIDRATOS • Relacionada a organização das paredes celulares e substâncias intercelulares • Qualidade: crocância (maçã) ou maciez (tomate). • Maioria dos frutos: concentrações de pectinases e celulases aumentam durante amadurecimento. MUDANÇAS DE TEXTURA Endurecimento: formação de lignina na parede (aspargo, aipo e pêra) Amolecimento: mudanças nos polissacarídeos da parede celular (solubilização/desmetoxilação da pectina ou perda de cálcio). Também devido a perda de turgidez. TRANSFORMAÇÕES AMIDO-AÇÚCAR • Síntese de amido e degradação em açúcares simples: eventos metabólicos importantes frutos e hortaliças pós-colheita • Em alguns produtos, principalmente sementes (ervilha, milho) e órgãos de armazenagem subterrâneos (batata doce, batata e cenoura), síntese predomina sobre degradação na pós- colheita (ótimo em temperaturas acima ambiente) • Taxa de respiração decresce durante estocagem, chega a mínimo após 6 semanas a 4oC e se mantém se não houver aumento na temperatura de estocagem ou germinação. • Acima de 5oC: ocorre síntese de amido, a pequena quantidade de açúcar existente é consumida na respiração. • Abaixo de 5oC: síntese de amido para, hidrólise continua, há acúmulo de açúcares devido à baixa taxa de respiração, afetando desfavorávelmente sabor e cor (após processo). •Recondicionamento: 1 a 3 semanas/15 a 21oC. Aumenta a taxa de respiração e oxida açúcares à água e CO2. •OBS: armazenamento a T ambiente e com luz provoca um esverdeamento (clorofila). BATATA • Em sementes (ervilha, milho) e órgãos de armazenagem subterrâneos (batata doce, batata e cenoura), síntese de amido predomina sobre a degradação e tem o seu ótimo em temperaturas acima da ambiente. • Síntese de amido é indesejável, endurecimento do vegetal e perda de sabor doce. • Refrigerar logo após colheita (teor mais alto de açúcar) baixando a taxa de respiração e manter assim até a utilização. • Após processamento não há mais problemas pela inativação enzimática com o calor. ERVILHA / MILHO METABOLISMO DE ÁCIDOS ORGÂNICOS Conteúdo total: máximo durante desenvolvimento e crescimento do fruto, diminui durante senescência; Indicadores de maturação; Importância para o sabor; Ex.: ácido ascórbico diminue durante maturação pelo aumento da atividade de enzimas oxidativas. Armazenamento de couve METABOLISMO DE LIPÍDIOS Ocorrem mudanças no teor/tipo de lipídios durante a estocagem pós-colheita. Teor pequeno, mas podem ocorrer alterações indesejáveis: • Enzimas oxidativas (lipoxigenase) e hidrolíticas causam alteração no flavor • Autólise das membranas e perda da integridade da célula pelo declínio de ácidos graxos poliinsaturados • Hidroperóxidos podem reagir com proteínas e pigmentos (descoloração) PRODUÇÃO DE SABOR / AROMA Alguns produtos: apenas um componente ou classe responsável pelo aroma (sulfetos em cebola) Sabor característico: determinado por espectro complexo (ésteres, aldeídos, cetonas) formados durante maturação, senescência ou por ferimento. Biossíntese: metabolismo de aa aromáticos e sulfurados, carboidratos e seus derivados e ácidos graxos insaturados Adstringência é reduzida responsáveis são os taninos, que durante maturação se polimerizam, tornando-se insolúveis Mudanças de cor Tanto biossíntese como o catabolismo podem ocorrer na pós-colheita armazenagem (O2, luz, T) Carotenóides : Em muitos tecidos vegetais há grande produção, metabolismo afetado por fitohormônios. Oxidação: lipoxigenases (indiretamente via oxidação lipídica) e peroxidases Antocianinas: Síntese é estimulada pela luz e influenciada p/ T ( repolho roxo sintetizadas e acumuladas durante armazenagem abaixo de 10oC). Catabolismo de antocianinas: pouco conhecido. Em alimentos processados podem ser oxidadas por produtos de degradação da oxidação de compostos fenólicos ou enzimas Mudanças de cor Clorofila: Perda da cor verde da casca e/ou polpa: característica do amadurecimento do fruto “Amarelamento” de folhas e talos consumidos como hortaliças: caracteriza senescência Em diversos produtos degradação da clorofilaé acompanhada pela síntese de outros pigmentos Catabolismo da clorofila é influenciada por diversos fatores ambientais (luz, T e umidade) e seus efeitos são específicos para cada tipo de produto (luz acelera a perda de clorofila em tomates amadurecendo e promove a produção em batatas) Mudanças de cor Clorofila: Degradação da clorofila promovida por aplicação de etileno: indicação que alguns produtos da degradação seriam precursores do etileno Em condições “stress” : Atuação de clorofilase dando cor marrom. Está presente normalmente nos tecidos e é ativada em condições de como senescência e armazenagem Alteração catalisada por ácido: produtos processados termicamente mas pode ocorrer em hortaliças vivas armazenadas em atmosfera rica em CO2 Mudanças de cor Aumento no teor de proteínas; Mudança na composição de carboidratos (alterações de textura, transformação amido- açúcar); Redução no teor de ácidos orgânicos; Mudanças no teor/tipo de lipídios; Alterações de aroma e sabor; Mudanças de cor (síntese /catabolismo). MATURAÇÃO Redução da atividade biológica de vegetais e perdas pós-colheita taxa de respiração brotamento, germinação, injúrias fisiológicas Redução do crescimento de microrganismos Redução da perda de água ARMAZENAMENTO Sequência de reações enzimáticas Aumenta exponencialmente com T Temperatura >35oC metabolismo anormal Limite mínimo: congelamento tecidos (0 a - 2oC) EFEITO DA TEMPERATURA SOBRE A RESPIRAÇÃO REFRIGERAÇÃO • Reduz a mínimo: taxa de respiração/metabolismo. • Processos fisiológicos (respiração, amadurecimento, amolecimento) são retardados. • Diminui produção de etileno e taxa de resposta dos tecidos ao etileno. • Para não climatéricos: reduz taxa de respiração. • Para climatéricos: retarda o pico climatérico. • Diminui crescimento de microrganismos. • Mais rapidamente possível após a colheita, maturação menos avançada. EFEITO DA TEMPERATURA SOBRE A TAXA DE RESPIRAÇÃO DE FRUTAS FRUTO CULTIVAR TEMP ( o C) RESP. (mg CO2/kg.h) 2 2,6 ABACAXI CAYENNE 11 4,2 30 34 12,5 23 BANANA GROS MICHEL 20 64 31 130 0 1 LARANJA VALÊNCIA 16,5 15 38 28 9 18,7 MANGA ALFONSO 10,5 35,4 20 44,5 • Causa danos em alguns produtos. • Alguns sistemas enzimáticos têm atividade paralisada pela baixa temperatura, outros não. • Acúmulo de produtos tóxicos (etanol, acetaldeído, ácido oxaloacético) ou não haver substrato que seria necessário para as reações. • Célula não funciona mais organizadamente, pode colapsar, perder estrutura e integridade. • Relacionado com fragilidade/plasticidade de membranas biológicas (grau de insaturação dos fosfolipídios, quanto mais insaturado mais resistente). INJÚRIA PELO FRIO Sintomas comuns da injúria pelo frio: falta de doçura, aroma e sabor da polpa escurecimento da polpa (polifenoloxidase). manchas marrons e/ou descoloridas da casca (“pitting”). redução da síntese de carotenóides maturação irregular susceptibilidade à deterioração por microrganismos saída de metabólitos (aa, açúcares, sais) da célula e degradação da estrutura, excelente substrato p/ crescimento. Manchas na casca Alteração da polpa PÊSSEGO (http://www.ceasaminas.com.br/usuarios/agroqualidade) ALFACE Queimada pelo frio • Não há temperatura ideal para estocagem. • Não sensíveis a injúria: melhor resultado com T próximas ao ponto de congelamento do tecido. • Para produtos sensíveis: vantagens do abaixamento da taxa de respiração tem que ser balanceadas com problemas de perda. • Abaixamento de temperatuta afeta também balanço amido/açúcar, dependendo do efeito pretendido se escolhe a T de estocagem do produto ESCOLHA DA TEMPERATURA FRUTAS TEMPO À TEMPERATURA ÓTIMA (SEMANAS) -1 a 4oC 5 a 9oC 10 a 12oC MUITO PERECÍVEIS banana 1-2 figo 1-4 manga 2-3 melão 2-3 morango 1-5 dias PERECÍVEIS abacaxi 4-5 ameixa 2-7 maracujá 3-5 uva 4-6 SEMI-PERECÍVEIS coco 8-12 laranja 6-12 NÃO PERECÍVEIS limão 12-20 maçã 30-52 pêra 30-52 HORTALIÇAS TEMPO À TEMPERATURA ÓTIMA (SEMANAS) -1 a 4oC 5 a 9oC 10 a 12oC MUITO PERECÍVEIS alface 0-2 brócoli 1-2 couve-flor 2-4 milho verde 1-2 pepino 2-4 tomate maduro 1-3 vagem 1-3 PERECÍVEIS repolho 4-8 tomate verde 3-6 SEMI-PERECÍVEIS abobrinha 6-10 NÃO PERECÍVEIS batata 16-21 cebola 12-28 cenoura 12-20 UMIDADE Minimizar perda de água/turgidez Perda de umidade/peso está relacionada a: • Área superficial; • Existência de cera resistência passagem de água; • Dano mecânico ao tecido (quebra de tecido protetor expondo diretamente à atmosfera). Desfavorecer crescimento microbiano X UMIDADE Exemplo de problema: Escurecimento da lichia associado a dessecação: injúria “cosmética”, não tem efeito no sabor, torna os frutos impróprios para a venda em mercados da Europa e EUA (orientais, mais familiarizados, consomem). Para evitar problemas: • Embalagem (barreira a perda de água); • Aumento da umidade:melhor para frutas 90% melhor para folhosas 95% ATMOSFERA CONTROLADA/MODIFICADA • Adição ou remoção de gases: composição atmosférica diferente do ar normal. • São controlados os teores de CO2, O2, N e etileno. • Controlada (câmara): injeção/retirada de gases • Modificada (embalagem): passiva (respiram): própria respiração altera a composição do ambiente; ativa: (não respiram) injeção/retirada de gases • Pode ser utilizada em conjunto com refrigeração. • Redução da respiração baixa concentração de O2 e alto teor de CO2. • Redução da taxa de produção de etileno. • Retardamento do aparecimento do pico climatérico. • Redução da quebra de clorofila (em citrus). • Inibição da atividade de enzimas pectinolíticas manutenção da firmeza do tecido. • Redução da atividade de microrganismos alto teor de CO2. Modificação/controle da atmosfera Como obter: • Controlada: câmara com construção especial, paredes com revestimento para não haver troca de gases, portas com vedação perfeita, equipamentos para manter a composição do ar constante. • Modificada: embalagem em filmes, armazenagem embaladas. Controla-se concentração através da permeabilidade do filme /gases injetados. • Variedade do fruto; • Grau inicial de maturação; • Tempo de armazenamento; • Temperatura. Composição dos gases é determinada experimentalmente para cada condição: Se atmosfera não contiver mínimo pode haver só respiração anaeróbica acúmulo de etanol e produtos da glicólise causando injúrias ao tecido. Cada vegetal tem concentração crítica que depende T. À 20oC: 1% para espinafre; 2,5% para aspargos; 4% para ervilha e cenoura. Batatas 4oC: 90-95% de CO2 e 5-10% de O2 tecido mais ácido, diminui atividade das enzimas responsáveis pela produção de açúcar redutor. CONCENTRAÇÃO DE O2 Pequena quantidade de CO2 pode afetar bastante a respiração; Injúria por CO2 ocorre por ventilação imprópria ou por estocagem a níveis muitos altos; Não tem mecanismo estabelecido; Maçãs: níveis tóxicos de ácido succínico. Morangos: toleram altas taxas de CO2 (até 30% por tempos curtos) transporte em atmosferamodificada reduz o ataque de fungos. Absorvedores de CO2 (carvão ativado, CaOH). INJÚRIA POR CO2 RETIRADA DE ETILENO Ventilação Absorvedores de etileno: permanganato de potássio (aspergir sobre embalagem) agente de oxidação Embalagem ativa para brócolis minimamente processado utilizando 1-metilciclopropeno em sachê biodegradável. Semina: Ciências Agrárias, v. 27, p. 581-586, 2006. Fabio Yamashita; Aline Nunes Matias; Maria Victoria Eiras Grossmann; Sergio Ruffo Roberto; Marta de Toledo Benassi ▲ ■ ▲ ■ (Jacomino, ESALQ) USO DE COBERTURAS E FILMES Emprego da embalagem somente ou com incorporação de agentes microbianos: ácidos orgânicos, ésteres de ácidos graxos, polipeptídeos, quitosana, óleos essenciais. Gel de Aloe vera para uvas e cerejas: prevenção de perda de umidade, controle da taxa de respiração, redução de contaminação microbiana. (Martynez-Romero et al. (2006).Postharvest sweet cherry quality and safety maintenance by Aloe vera treatment: a new edible coating. Postharvest Biology and Technology, 39, 93–100).
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