Resumo: Química de Alimentos

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QUÍMICA DE ALIMENTOS 
Propriedades da água, atividades da água e seus efeitos na estabilidade de alimentos. 
1. Propriedades da água:
Água (H2O ou HOH) 
– Substância química mais abundante na terra.
- Solvente universal.
Propriedades físicas da água: fusão, ebulição, calor de vaporização, condutividade térmica, densidade
↑ em relação a CH4, NH3, HF
Expansão X Solidificação: água apresenta capacidade de expandir na solidificação, resultando em dano estrutural do alimento congelado.
Propriedades químicas da água
- Características elétricas e momento dipolar permitem participação em ligações iônicas e covalentes.
↑ constante dielétrica importante na solvatação e separação de íons.
- Habilidade de formar ligações de H: ligação eletrostática dipolo-dipolo. Cada molécula de água é capaz de fazer 4 ligações. As ligações de H são tridimensionais porque apresentam o mesmo número de doadores e receptores. (↑fusão/E)
Os elétrons dos orbitais ligantes estão deslocados para o lado o oxigênio, devido sua alta eletronegatividade. A forma de interação entre os elétrons confere a molécula da água a forma de um tetraedro distorcido com ligações do tipo sigma(104°30’).
Pode conter 18 isótopos H-O-H, íons hidroxônioH3O+, hidroxila(OH-) e seus isótopos.
Formação de estrutura típica(líquido e sólido) – diagrama de fases; ocorre ponto triplo, 3 fases coexistem.
Líquida: constante movimento, formação e ruptura de ligação.
Vapor: pontes de H são rompidas(calor de vaporização), moléculas livres, + afastadas ocupando maior volume.
Sólido: retira energia do sistema e ↓ movimento das moléculas (estrutura ordenada, retículo cristalino, sem moléculas livres). Estrutura sólida: gelo apresenta estrutura simétrica hexagonal, ângulo de ligação de 109°. O gelo pode ser aquecido até sublimar.
Água no alimento influencia:
Textura, aparência, sabor, deterioração: química e biológica.
2. Atividade de água e efeito na estabilidade do alimento.
Água e deterioração dos alimentos: ↑teor água ↑sensibilidade a deterioração
O conteúdo hídrico dos alimentos é variável, ex.: carne 50-75%, vegetais verdes 95%. Grande número de alimentos sólidos contém mais de 50% de água.
Métodos de preservação dos alimentos baseia-se na remoção de água: secagem, congelamento(↓ mobilidade da água), adição de solutos. 
Classificação: água livre, água ligada e água capilar.
2Livre: apresenta as mesmas propriedades da água pura(crescimento mo., reações enzimáticas, não flui livremente nos alimentos quando o mesmo é cortado)
Ligada quimicamente – água em contato com solutos. Apresenta mobilidade reduzida. Não congela a – 40°C. Qde. muito pequena no alimento. Não há crescimento microbiano. Não há reações enzimáticas.
Ligada quimicamente – Classificação quanto ao grau de ligação:1. Água constitucional: ligada + fortemente aos constituintes dos alimentos; 2. Água vicinal: próxima camada de água, adjacente a água constitucional; 3. Água multicamadas: menor quantidade, ligação + fraca.
Água Capilar: há confinamento físico em capilares com pequenodiâmetro, mobilidade reduzida, ↓pressão de vapor que água pura.
Capacidade de ligar água: termo utilizado para descrever a habilidade de uma macromolécula aprisionar grande quantidade de água, prevenindo exsudação:
- Água que não flui livremente;
- Facilmente retirada por secagem.
- Convertida em gelo no congelamento
- Principal fração presente nos alimentos
- Quaisquer alteração na sua quantidade ou forma de ligação com sólidos afeta a qualidade do alimento.
Existem substâncias: hidrofílicas e hidrofóbicas: a) Hidrofílicas:ligações iônicas, dipolo-dipolo e covalente. Alteram: estrutura e mobilidade da água/ estrutura e reatividade das substâncias hidrofílicas; b)Hidrofóbicas: afinidade por meios hidrofóbicos.
A interação da água com grupos polares neutros(sem carga), capazes de fazer pontes de H, é a mais encontrada em alimentos. Na adição de substâncias hidrofóbicas são formados:1. Hidratos de alatratos: semelhantes a cristais de gelo; 2. Micelas: principalmente proteínas(grupo polar e apolar, Van der waals)
Atividadeda água significa o quanto de água está disponível no alimento, ou seja, a intensidade com que a água está associada aos constituintes não aquosos.
Atividade da água é uma medida relativa a um estado padrão(p=101,35Kpa) e (T=25°C), ou seja, a água pura, a qual possui um valor de atividade igual a 1.
No alimento, a atividade da água sempre será menor que 1, pois os seus constituintes ↓ a mobilidade da água.
Fatores que influenciam aw: 1) [ ] de solutos na fase aquosa do alimento diminuem aw pela: remoção de água ou adição de sólidos(ex.:sal/açúcar). 2) temperatura: o congelamento ↓ atividade da água.
Determinação da atividade da água(aw)
Pode ser feita utilizando-se a seguinte equação: 
aw = P/poaw = atividade físico-química da água em um sistema em equilíbrio com todas as fases(s/l/v)
P= pressão de vapor da água no alimento
Po= pressão de vapor da água pura na mesma T, que deve ser sempre especificada.
Os alimentos são classificados em função da atividade da água em: Baixa umidade (aw =0,60) crescimento mo. Mínimo; Umidade intermediária(aw =0,60-0,90); Alta umidade(aw = acima de 0,90)
Efeitos da atividade de água em um alimento estão relacionados além de reações químicas, enzimáticas, crescimento mo., alteração da aparência e textura; estabilidade, qualidade e composição.
Ex: café solúvel, amolecimento de biscoito.
A ↓ da aw de um alimento ↑ sua estabilidade, por isso que a secagem e o congelamento são os métodos de conservação mais utilizados.
Obs.: Valores muito baixos de aw (região de monocamadas) podem predispor o alimento a rancidez oxidativa, caso este alimento seja suscetível.
Estruturas e propriedades de aminoácidos e proteínas. 
Proteínas são moléculas de alto peso molecular, formadas por polimerização de aminoácidos.
São formadas por um carbono alfa, ligado a um grupo amina (NH2), um grupo COOH (carboxila) e um hidrogênio e um radical.
Os aminoácidos sofrem uma reação de polimerização para formar uma proteína pela união da carboxila de um aminoácido com o grupo amino de outro aminoácido. 
Estrutura pimária: ligação peptídica primária une um carbono com um nitrogênio, formando polipeptídeos (cadeia de aminoácidos arranjados de forma linear)
Estrutura secundária: o grupo amínico e o carboxílico formam uma estrutura secundária estabilizada por ligações de hidrogênio, na forma helicoidal ou foliar. Na helicoidal, as ligações de hidrogênio intramolecular fazem com que a estrutura se enrole, originando a alfa-hélice. Na estrutura foliar, a ligação de hidrogênio é quase perpendicular ao eixo da cadeia peptídica.
Estrutura terciária: arranjo espacial da cadeia peptídica. As cadeias projetam-se para fora e perpendicularmente ao eixo. Os radicais R também interagem entre si, fazendo com que a hélice dobre a si mesma, formando estruturas globulares rígidas ou fibrosas. A estrutura terciária se estabiliza por ligações: pontes de hidrogênio, interações eletrostáticas, ligação hidrofóbica e ligação dissulfídica.
Estrutura quaternária: polimerização entre duas ou mais cadeias polipeptídicas, formando estruturas tridimensionais. Tem forma circular, enrola-se como novelo ou forma estrutura fibrosa com porções cristalinas.
Desnaturação e propriedades funcionais de proteínas. 
1. A desnaturação é o processo de alteração da estrutura tridimensional (estruturas quaternárias e terciárias), causada pelo calor, agentes químicos ou físicos, fazendo com que a proteína quase sempre perca sua atividade biológica. Não ocorre o rompimento das ligações covalentes, preservando a sequência e características da proteína (não há perda da estrutura primária). Pode ser reversível ou irreversível, dependendo da ação do agente desnaturante.
Causam a desnaturação proteica:
- aumento de temperatura;
- extermos de pH (ácido/básico);
- solutos, como uréia;
- solventes orgânicos miscíveis com água (como etanol);
- detergentes;
- agitação vigorosa da solução protéica até formar espuma.
2. Propriedades funcionais das proteínas:
Funções no organismo:
- Fornecer aminoácidos essenciais ( lisina, treonina, triptofano, fenilalanina, metionina, leucina, isoleucina, valina). Obs.: a histidina é essencial para crianças;
- Função estrutural (proteínas fibrosas);
- Hormonal (ex.: insula);
- Formação de imunoglobulinas;
- Enzimas, entre outros.
Funções na técnica dietética:
- Solubilidade: pode formular solução verdadeira ou coloidal ou suspensão estável de partículas insolúveis, dependendo da proporção entre grupos hidrofóbicos, pH, distribuição de cargas, peso moleluclar, T e natureza do solvente. - Temperatura aumenta solubilidade de proteínas. - Temperaturas muito altas levam a coagulação e precipitação, por desnaturação da proteína.
- Emulsificação: a proteína diminui a tensão superficial de duas fases, permitindo a formação de emulsão. Também modificam textura, sensação tátil bucal, retenção do gosto e aroma, melhorando aceitabilidade. Fatores que afetam a emulsificação: temperatura, pH, tipo e qtde de proteína, viscosidade da emulsão (quanto mais viscosa mais estável).
- Formação de espuma e sua estabilidade: formação de espuma estável na presença de ar, importante em produtos como bolos, suflês, suspiros. Espuma é formada por borbulhas de ar em um líquido (geralmente água), estabilizado por um surfactante, que nos alimentos geralmente são as proteínas. Obs.: o açúcar retarda a capcidade de formar espuma, porém resulta em mais estabilidade.
Propriedades reológicas: Viscosidade. Geralmente aumenta em meio alcalino, uma vez que a predominância de cargas negativas origina desdobramento das moléculas que adquirem conformação mais aberta e alongada.
- Geleficação: ex.: enrijecimento que ocorre durane a cocção de carnes, alterações de ovos na cocção. Ocorre com o resfriamento da solução coloidal após aquecimento prévio. Formação de estrutura tridimensional capaz de reter H2O e poduzir mobilização do sistema. Sinerese: géis em repouso prolongado pedem solvente e sofrem contração.
Biodisponibilidade de proteínas:
Proteínas animais têm mais fácil digestibilidade do que as vegetais.
Aumenta com o cozimento (desnaturação da proteína em estutura linear torna mais fácil a ação das enzimas digestivas). Reação de Maillard – diminui biodisponibilidade de proteínas, pois estão complexadas com outras substâncias.
Testes para avalição protéica:
1)PER = coeficiente de eficiência proteica. É a relação do ganho de peso de um animal por unidade de proteína ingerida. Filhotes de cobaia são submetidos a dieta balanceada contendo 10% da proteína durante 4 semanas. PER = ganho de peso/ quantidade de proteína ingerida. 
2) NPU = índice de utilização proteica (proteína líquida corrigida). Os grupos são sacrificados após 10 idias e afere-se o nitrogênio a carcaça.
3) NPR = razão proteica líquida. Diferença de velocidade de velocidade de crescimento de ratos em dieta proteíca e aproteica.
4) Balanço metabólico = mede o nitrogênio ingerido e excretado.
4) Score Químico: cálculo dos aminoácidos indispensáveis contido em uma proteína ou mistura proteic comparando a quantidade do mesmo aminoácido contido em uma proteína referência (leite, ovo ou carne).
SQ (%)= mg do aminoácido em 1 g de proteína teste x 100 
mg do aminoácido em 1 g de prot padrão
Estruturas, propriedades e funções de carboidratos em alimentos. 
Carboidratos compreendem um grupo de compostos contendo carbono, hidrogênio e oxigênio. 
- Monossacarídeos: uma só molécula de carboidrato.
Podem ter de 3 a 7 carbonos, sendo classificados de acordo com o número de átomos de carbono em triose, tetrose, pentose, hexose e heptose. Os mais importantes para nutrição são: glicose, frutose e galactose (todos são hexoses).
- Oligosacarídeos: duas a 20 moléculas de carboidratos. Os mais importantes para nutrição são
Lactose : galactose + glicose
Frutose: duas moléculas de glicose.
Sacarose: glicose + frutose
- Polisacarídeos: são formados por uma grande quantidade de moléculas de carboidratos. Os mais importantes na nutrição são amido, glicogênio e celulose. O amido é formado por amilose, de cadeira reta de unidades de glicose ligadas por alfa1,4 e amilopectina, de cadeira ramificada de glicose ligadas por alfa1,4 a afa 1,6.
Funções dos carboidratos na Tecnologia de Alimentos:
- Solubilidade e higroscopicidade: açúcares possuem alta solubilidade, o que proporciona bons efeitos na textura e preservação do alimento (as moléculas de açúcares se ligam na água sem alterar consideravelmente a atividade da água). Alta higroscopicidade do açúcar faz com que absorva água também da atmosfera, tornando-se um problema. Ex.: frutose forma uma camada de xarope na superfície do alimento, tornado-o pegajoso. Açúcares mais usados: glicose, sacarose, açúcar invertido, xarope de glicose.
- Cristalização de açúcares e textura: formam solução supersaturadas (sólida e aspecto vítreo) e podem cristalizar. Para passar para este estado cristalizado há perda de água, formado xarope residual (ex. Caramelo)
-Carboidratos usados em xaropes: glicose, frutose, sorbitol e manitol,
- Pectina – nos vegetais encontrada nos vegetais na forma de protopectina, e com a adição de ácidos pode-se liberar a pectina. Conforme o vegetal envelhece é degradada em lignina. É usada na produção de geléias, devio a capacidade de formar gel. Para gelificar a pectina precisa ter grupos carboxílicos metilados
A gelificação da pectina com baixo teor de grupo carboxílico metilado (BTM) é provocada pela ligação de íons carboxílicos e íons de cálcio ou outro metal bivalente (proporção entre 0,1-0,5% do peso do gel). O metal atua ligante entre as cadeias de pectina, mesmo sem açúcar, mas se esta for adicionada melhora a reação. É termoreversível.
A gelificação de pectina com alto teor de grupo carboxílico metilado (ATM): contém micelas altamente hidratadas, com cargas negativas devido aos grupos de íons carboxílicos. Deve-se efetuar a aproximação das micetas p/ eliminação das cargas, diminuindo o pH em 2,8 a 3,5 e teor de açúcar de 60-70% do peso total de geléia. Por resfriamento, forma-se o gel, que é termoreversível.
Amido (gelificação) – amido é quase insolúvel em água fria. Em água aquecida torna-se solúvel, havendo aumento dos grânulos pela absorção de água. Parte da amilose passa para a solução e as moléculas estão todas ligadas à amilopectina e parte do que sobrou da amilose ou presas entre os grânulos, formando solução viscosa de amido. O amido é facilmente hidrolisado em meio ácido, não formando gel.
Retrogradação do amido - Durante a cocção, em presença de água, o amido gelatiniza, pois os grânulos incham quando entram em contato com um líquido como já foi dito anteriormente. As partículas de amido escapam dos grânulos e ligam-se e umas as outras, produzindo uma rede, dentro da qual é mantida uma grande quantidade de água, e dessa forma, o produto torna-se espesso. Em repouso, ocorre um rearranjo das moléculas por ligações de hidrogênio e a rede do amido pode começar a contrair-se o que provoca a expulsão de grande parte de água e endurecimento do produto final. Esta reversão do amido à sua insolubilidade em água fria consiste no fênomeno de retrogradação. 
Modificações químicas de carboidratos.
Reação de Maillard – escurecimento não enzimático. É uma reação de glicação, onde há combinação de açúcar redutor com um grupamento amina de uma proteínas, que ocorre sobre aquecimento, produzindo melanoidinas (compostos heterocíclicos, que dão cor característica para pães, tortas, bolos assados, além de conferir sabor característico). Esta reação é indesejável para sucos, frutos, verduras. Nesta reação também são produzidos outros produtos como os AGES – produtos de glicação avançada – que tem ação carcinogênica. Ela ocorre num pH ótimo de 6,7 e temperatura de 100ºC.
A reação de Maillard é afetada por temperatura (ocorre pouco entre 40-70ºC), pH, atividade de água (quando superior a 0,9
não ocorre porque os solutos estão muito diluídos e abaixo de 0,2 há muito solvente), natureza do carboidrato (reação mais rápida em monossacarídeos); presença de catalizadores (citrato, fosfato, acetato aceleram reação). A reação pode ser inibida pela adição de dióxido de enxofre (formando acido sulfurônico estável, impedindo formação de melanoidina). 
Caramelização – escurecimento não enzimático. Sob aquecimento acima de 100ºC, os açúcares redutores e não redutores, formam caramelo devido às reações: hidrólise – desidratação – eliminação – ruptura da cadeia de carbonos – degradação – condensação – polimerização. Forma melanoidinas e caramelo. Pode ocorrer com ou sem catalizares, sendo ideal na T de 130 a 200ºC com catalizador para produzir bastante cor. Ph deve ser maior que 7.
Degradação parcial do amido – forma dextrinas. Se a hidrólise continua, formam-se maltose e finalmente, glicose.
Estruturas, propriedades e funções de lipídeos. 
Lipídeos é a classe que engloba gorduras e óleos. Gorduras são triglicerídeos de cadeira média ou longa, sólidos a temperatura ambiente e contém mais ácido graxo saturado. Óleos são triglicerídeos de peso molecular médio (12 a 20 carbonos), líquidos à temperatura ambiente e contém mais ácido graxo saturado do que as gorduras. Podem ser classificados em simples,complexos ou derivados.
Lipídeos simples: por hidrólise dão origem ácidos graxos e álcoois. Podem ser a) Glicerídeos : são ésteres de ácido graxo e glicerol, divididos em mono, di ou triglicerídeos, b) cerídeos : contém outras substâncias além de ácido graxo e glicerol; pertencem a essa classe: fosfolipídeos, glicerofostolipídeos (ação emulsificante, como a lecitina), fosfoinositídeos e cerebroinosídeos.
Propriedades e funções dos triglicerídeos:
Hidrogenação: é a saturação das duplas ligações dos carbonos com hidrogênio. Permite transformar óleos em substância plásticas, mais sólidas e menos susceptíveis à rancidez por oxidação. O hidrogênio reage com o óleo/gordura na presença de um catalizador (platina, paládio, níquel). Utilizado por exemplo na produção de margarina.
Interesterificação: substituição de ácidos graxos esterificados ao glicerol pela reação química entre um triacilglicerol e um ácido graxo ou dois triacilgliceróis. Com a formação de novo triglicerídeo, novas propriedades químicas e físicas são adquiridas.
A diferença da interesterificação e da hidrogenação é que a primeira visa modificar a cristalização e propriedades físicas da gordura e produz menos ácido graxo trans, sendo mais interessante do ponto de vista de saúde humana.
Halogenação: ligação de halogênios, principalmente o iodo, às duplas ligações. O índice de iodo permite determinar o grau de insaturação do óleo. Quanto maior o índice de iodo, maior a quantidade de duplas ligações.
Saponificação: Hidrólise dos triglicerídeos em presença de álcali, originando em sais de ácido graxo e glicerol, formando sabão. O índice de saponificação é usado para avaliar o peso molecular dos triglicerídeos. Quanto maior o índice de saponificação, menor o peso molecular e portanto o ácido graxo é de cadeia curta. Ex.: manteiga.
Detergência: detergentes possuem uma substância hidrofóbica e outra hidrofílica. Os sais de ácido graxo possuem uma porção hidrofóbica (cadeia de carbonetos) e uma hidrofília (grupo carboxila).
Reações e modificações químicas de lipídeos durante o processamento e estocagem de alimentos. 
Rancificação: Transformação dos triglicerídeos por por processos hidrolíticos ou oxidativos. O processo hidrolítico dá-se através de enzimas bacterianas que atacam ácido graxo de cadeia curta. Ocorre principalmente na manteiga. O processo oxidativo dá-se com ácido graxo insaturado por ação da luz ou através de radicais, alterando a propriedade organoléptica dos óleos, formando compostos responsáveis por sabor e odor desagradável. 
Na rancidez oxidaiva, o oxigênio atmosférico reage com as duplas ligações dos ácidos graxos insaturados, e a reatividade aumenta com o número de insaturações na cadeia. Há produção de radicais livres, aldeídos,cetonas, ácidos, alcóois, hidrocarbonetos, etc que darão o odor e sabor característico e podem ainda alterar consistência.
Os radicais livres produzidos oxidam proteínas, vitaminas e minerais, causando também alterações sensoriais como a perda de cor. Interfere na reação: calor, luz, sal, ácidos, metais (Fe,Cu, etc.), composição do ácido graxo e posição deste no triglicerídeo. 
Fases da reação:
1) Indução/ iniciação: desparecem os substratos e o consumo de O2 diminui. Há menor concentração de peróxidos, sem alterações organolépticas.
2) Propagação: aparecem os produtos primários da oxidação. Há maior consumo de oxigênio, aumentando rapidamente a concentração de peróxidos e se incia sua decomposição, iniciando as alterações organolépticas – odor característico.
3) Terminação: consumo de O2 tende a diminuir, diminui-se a concentração de peróxidos. Nesta fase há forte alteração organoléptica, com alteração de cor e viscosidade.
Estruturas e transformações químicas de vitaminas e suas consequências. 
Ver material resumo apostila.
Estruturas, propriedades e alterações de corantes naturais. 
Vantagens: sem evidência de efeito nocivo à saúde humana. Possuem propriedades antioxidantes, antimutagênicas.
Desvantagens: baixa estabilidade e alto custo.
Compostos tetrapirrólicos: clorofilas – pigmento verde. Grande importância comercial, podendo ser utilizados tanto como pigmentos quanto como antioxidantes. Pouca estabilidade à luz, aquecimento, oxigênio e deagradação química. Lipossolúvel
Compostos isoprienóides (terpenóides): representados pelos carotenóides, são utilizados em alimentos, rações, medicamentos. Os carotenoides oxidam com muita facilidade na presença de luz, calor, metais, enzimas, devido à presença do grande número de ligações duplas conjugadas. Lipossolúveis, mas existem processos tentando alterar sua solubilidade.
Derivados benzopiranos (flavonóides e antocianinas): As antocianinas são os pigmentos mais importantes; eles produzem cor do laranja ao azul em pétalas, frutas, folhas e raízes. Solúveis em água. Em solução aquosa, as antocianinas se encontram comumente na forma de uma mistura de diferentes estruturas químicas em equilíbrio: cátion flavilium 34 (vermelho), base anidra quinoidal (azul), pseudo-base carbitol (incolor), e chalcona (incolor ou levemente amarela). A principal desvantagem é a degradação sofrida durante a extração do vegetal, processamento e estocagem. A estabilidade das antocianinas é maior sob condições ácidas.
Os flavonoides possuem baixo poder de tingimento e não contribuem muito na coloração dos alimentos. 
Betalaínas - Produzem coloração vermelha, amarela, “pink” e laranja em flores e frutas, sendo que a beterraba constitui a principal fonte deste pigmento.
Carmim: O termo carmim é usado mundialmente para descrever complexos formados a partir do alumínio e do ácido carmínico. Esse ácido é extraído a partir de fêmeas dessecadas de insetos da espécie Dactylopius coccus. Bastante estável ao calor e a luz, resistente a oxidação e não sofre alterações significativas pela ação do dióxido de enxofre. 
Química de aroma e de sabor. 
Sabor - Ligação entre os compostos do alimento e os grupos receptores da proteína da mucosa bucal.
Azedo : Ácidos – possibilidade de produzir prótons por ionização 
Doce: 2 átomos ou grupo át. dos quais 1 é receptor e outro doador de prótons 
Salgado: Relacionado a sais de sódio / potássio 
Amargo : Receptores de prótons
Ligação entre os compostos do alimento e os grupos rceptores da proteína da mucosa bucal
Flavorizantes salgados: Glutamato monosódico: Sabor umani - Tem um receptor específico - Aumenta a percepção das notas de peixes e carnes - Consumo em excesso pode causar dores de cabeça e gota.
Flavorizantes doces: Maltol: Imita caramelo; Aumenta a percepção do sabor de alimentos ricos em carboidratos; Permite a diminuição do conteúdo de açúcar em até 50%.
Flavorizantes
refrescantes: Mentol: Estimula receptores de frio - É o mais potente agente refrescante - 9 microgramas já estimula os receptores - Há um efeito retronasal - Em altas concentrações sensação de ardência.