Atividade de gua e Reaes bioqumicas

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Influência da Atividade de 
Água nas Reações 
Químicas e Bioquímicas 
Tânia M. M. Shibata 
 
 
Decagon Devices LatAm. 
Presenter
Presentation Notes
Decagon Devices Inc., empresa norte-americana com sede no Estado de Washington, desde1983 a Divisão AquaLab desenvolve e fabrica equipamentos com aplicações nas áreas de alimentos, farmacêuticas, cosmética, materiais,  ração animal, etc.
Sinônimo de atividade de água (aw), o AquaLab tornou-se o instrumento mais utilizado nas indústrias, instituições de ensino, e centros de pesquisa de todo o mundo, sendo que 80 de cada 100 empresas de alimentos utilizam o AquaLab. 
Com representação em mais de 62 países, a Decagon está em fase de implementação de sua subsidiária para a América Latina, que está sendo instalada na cidade de São José dos Campos - polo tecnológico da região, localizada a cerca de 80 KM da cidade de São Paulo - de onde passará a atender diretamente os clientes da Decagon no Brasil e América Latina.
Entre os serviços a serem oferecidos pela nova subsidiária estão: consultoria pré-venda, venda de equipamentos, manutenção, calibração, certificacao, seminários, suporte técnico
O que você deseja ? 
Algumas 
perguntas antes 
de iniciarmos a 
apresentação 
Alimentos, Fármacos e Cosméticos 
Presenter
Presentation Notes
A maioria dos alimentos, cosméticos, fármacos são compostos por polímeros, carboidratos, proteínas, lipídeos, micro-nutrientes como vitaminas, ferro, fósforo, cálcio, etc. e em comum a água. Como a água se comporta dentro desse materiais?
Por que… 
o leite em pó empedra? o pão embolora? 
o cabelo enrola e arma? a maquiagem mofa? 
o comprimido quebra? 
Presenter
Presentation Notes
Por que alguns produtos se desidratam e outros se hidratam? Porque todo produto tende a entrar em equilíbrio com o ambiente a sua volta, tanto em temperatura quanto em umidade relativa. Portanto se UR do ar é mais alta que a do produto, este ganha a umidade do ar e a UR for mais baixa, o produto perde água para o ambiente. Qual a consequência em se ganhar ou perder água?
Nós temos um higrômetro natural que é o cabelo. O cabelo é um polímero que tende a entrar em equilíbrio com a UR.
 Em dias frios os produtos ressecam ou hidratam? 
Fatores que influenciam na velocidade do 
equilíbrio 
 Área superficial – tamanho das 
partículas 
 
 Velocidade do ar 
 
 Temperatura 
 
 Pressão atmosférica 
Presenter
Presentation Notes
Sempre ocorrerá o equilíbrio com o meio ambiente e para alcançar esse equilíbrio os fatores que mais influenciam são: o tamanho das partículas, a velocidade do ar a temperatura e pressão.
Atividade de água ≠ Umidade 
Atividade de água 
Medida do estado da energia da água em um sistema. 
(Qualitativa). 
Uma qualidade interna que não depende da 
quantidade de amostra. 
 
Umidade 
Quantidade de água presente em uma amostra sobre 
base seca ou úmida. 
Uma propriedade extensiva que depende da 
quantidade de amostra. 
 
Presenter
Presentation Notes
Atividade de água antigamente era definida como água livre.
Umidade é importante para os cálculos nutricionais em base seca e base úmida.
Atividade de água ≠ Umidade 
Atividade de água 
Padronização com soluções salinas 
 
Umidade 
Não tem padrão 
Presenter
Presentation Notes
Atividade de água antigamente era definida como água livre.
Umidade é importante para os cálculos nutricionais em base seca e base úmida.
Definindo 
Atividade de água - aw 
Definições de aw 
µ = µo + RT ln (f/fo) 
Fugacidade 
Constante 
Gases Temperatura 
Potencial 
químico 
Potencial químico 
de uma substância pura 
Presenter
Presentation Notes
A termodinâmica nos informa que quando um sistema com multi-fases está em equilíbrio, o potencial químico µ1 individual dos componentes é o mesmo em todas as fases. Por isso para determinar o potencial químico é suficiente medir qualquer fase. 
A maioria dos alimentos é um sistema multi-fase sendo a água um componente importante. A descrição da água do alimento através da termodinâmica leva ao conceito de atividade definida por Lewis e Randall (1961) como “atividade é, a uma dada temperatura, a razão da fugacidade f de uma substância e a sua fugacidade f0, em um estado que por conveniência foi escolhida como estado-padrão”.
existe relação entre o parâmetro atividade (definido acima) e outras propriedades termodinâmicas definidas como energia livre, entalpia, potencial químico, pressão osmótica e outros.
Lewis e Randall (1961) : conceito de atividade. 
 A fugacidade é igual a pressão vapor 
(f = p) 
aw = f/fo = p/po 
 
Pressão de vapor da água na amostra a ºC 
aw = —————————————————— 
Pressão de vapor da água pura ºC 
 
aw = URE (%) /100 
 
Definições de aw 
Presenter
Presentation Notes
Atividade de água é a pressão de vapor parcial da água de uma amostra em razão da pressão de vapor da água pura a mesma temperatura.
Fugacidade é medida da tendência ao escape de uma substância. Isso pode ser substituído pela pressão de vapor p, desde que o vapor se comporte como um gás ideal. O termo estado-padrão refere-se a amostra sendo caracterizada sobre condições bem definidas, que foram escolhidas para utilização como referência. Note que a medida de referência é na mesma temperatura da amostra em estudo, indicada por T. 
Atividade de água 
Água pura 
Presenter
Presentation Notes
Atividade de água a da água pura = 1,00 e de outros alimentos. Produtos com aw mais alto se coloca na geladeira.
Alguns cosméticos:Máscara facial = 0,987;
Rinse de limpeza = 0,992
Creme noturno = 0,964
Creme p/ olhos = 0,974
Delineador de olhos = 0,998
Loção p/ face e corpo = 0,989
Pós = <0,50
aw e Reações químicas 
A água nos produtos se comportam 
como: 
 Reagente: ex. hidrólise da sacarose 
 Solvente: ex. diluição de substratos, 
diminuindo a velocidade de reação. 
 Modificador da mobilidade dos reagentes: 
afeta a viscosidade. 
 Alteração da matriz do sólido. 
 Formação de pontes de hidrogênio ou 
complexos com reagentes especiais: ex. 
oxidação de lipídeos 
Oxidação lipídica 
Presenter
Presentation Notes
A oxidação do lipídeo ocorre pela presença de luz, oxigênio e água.
Aw baixa - mais rápida oxidação devido ao menor número de ligação de hidroperóxidos à água�Aw alta - mais rápida oxidação devido à dissolução aumentando íon metálico catalisadores (formadores de radicais livres) e aumento da mobilidade molecular.
A quantidade de água presente na matriz pode afetar a estabilidade oxidativa dos lipídios.
Dados experimentais permitiram verificar que as velocidades mais baixas do processo de oxidação dos lipídios se observam para valores de atividade da água (aw) compreendidos entre 0,2 e 0,3 7. A velocidade de oxidação aumenta para valores inferiores e muito próximos de zero (estado de desidratação), ou superiores. O primeiro caso pode explicar-se pela formação de canais na matriz como resultado da eliminação de água, através dos quais é favorecida a migração do oxigênio. O segundo resulta provavelmente do favorecimento de reações de oxidação enzimática e da capacidade de mobilização de metais
de transição (pró-oxidantes) pela água.
Componentes intermediários da reação de escurecimento não enzimático agem como anti-oxidantes.
Degradação de nutrientes 
Presenter
Presentation Notes
Tendência genérica da degradação da vitamina com o aumento da aw.
Labuza, T. P. 1974. Storage stability and improvement of intermediate moisture foods. NAS Contract 9-
125-60, Phase II, Final Report:10-81. 
Degradação de nutrientes 
Presenter
Presentation Notes
Experimento Dr. Labuza sobre o comportamento da vitamina C em diferentes aw. A velocidade de degradação a 0,84aw foi de menos de 24h e a 0,32aw de muitos dias. 
Degradação de nutrientes 
Kirk, J. R. (1981). Influence of water activity on stabilityof vitamins in dehydrated foods. In: Water 
Activity: Influences on Food Quality Rockland, L. B. and Stewart, G. F. eds. Academic Press, New York 
p.631. 
Presenter
Presentation Notes
K= constante da velocidade de reação de 1° ordem (isotérmica).
A velocidade de reação das vit A, B1, B2 e C aumentaram conforme aumentou a aw de 0,24 para 0,65.
A vit. B é mais estável a aw do que a A e a C.
Reação de escurecimento não enzimática / 
Reação de Maillard 
Presenter
Presentation Notes
Escurecimento não enzimático: fonte de açúcar redutor + H2O + temperatura. exemplo caramelização do açúcar
Reação de Maillard precisa de fonte de C, N, H2O e temperatura. Exemplo frango cozido e assado.
Reação de escurecimento não enzimática / 
Reação de Maillard 
Presenter
Presentation Notes
Escurecimento não enzimático: fonte de açúcar redutor + H2O + temperatura. exemplo caramelização do açúcar
Reação de Maillard precisa de fonte de C, N, H2O e temperatura. Exemplo frango cozido e assado.
Atividade da enzima 
Presenter
Presentation Notes
A atividade enzimática aumenta com o aumento da aw.
Aw influencia a mobilidade do substrato e a reação dos produtos.
A estabilidade, armazenagem ou inativação da enzima são influenciadas pela aw. 
Atividade da enzima 
Presenter
Presentation Notes
A atividade enzimática aumenta com o aumento da aw.
Aw influencia a mobilidade do substrato e a reação dos produtos.
A estabilidade, armazenagem ou inativação da enzima são influenciadas pela aw. 
Atividade da enzima 
(days) 
Hidrólise de lecitina 
Acker, L. & Kaiser, H. (1959). Zeitschrift Fuer Lebensmittel-
Untersuchung Und -Forschung. 110:349-356. 
Presenter
Presentation Notes
Aw menor do que 0,30 previne a desnaturação proteica e o crescimento microbiano enquanto previne a atividade enzimática.
Atividade enzimática e estabilidade 
 Atividade enzimática 
 A água pode: 
 Dissolver o substrato 
 Aumentar a mobilidade do 
substrato 
 Ser um reagente 
 Influenciar a seletividade 
da reação 
 Estabilidade da enzima 
A água pode influenciar a 
 Desnaturação 
 Hidrólises 
 Desaminação 
 Oxidação 
 
Formação de butil butirato (%) (esterificação) e ácido butírico (%) 
(hidrólise) em 2 aw (0,33 e 0,96) como função do tempo de incubação 
em 100 mM substrato, 0,05 g C. rugosa lipase a 40C. 
(Chowdary,G.V., andS.G.Prapulla. 2002. The influence of water 
activity on the lipase catalyzed synthesis of butyl butyrate by 
transesterification. Process Biochemistry 38(3):393-397). 
Drapron, R. (1985) Enzyme activity a a function of water activity. In Properties of Water in Foods. Simato, 
D. and Multon, J.L. (ed.), Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, The Netherlands. 
Atividade da enzima 
Presenter
Presentation Notes
A lipase é ativa até aw muito baixa 0,025 quando o óleo de oliva, trilaurino e trioleina é utilizada como substrato. Semelhante estudo com óleo de girassol a oxidação enzimática catalisada por lipoxigenase ocorreu a aw 0,05. Isso se deve a mobilidade do sistema oleoso.
Denaturação de proteínas, gelatinização e 
retrogradação do amido 
Presenter
Presentation Notes
Quanto maior a aw menor a temperatura para denaturar as proteínas.
A gelatinização não ocorrerá se não houver a presença de água nas vizinhas. A temperatura para gelatinização é maior com menor aw e menor a velocidade de retrogradação.
Perda de crocância de salgadinhos 
Algodão doce em diferentes UR 
Textura do alimento em função da 
região de sorção na isoterma 
Região 1 
(baixa umidade) 
Seco 
Duro 
Quebradiço 
Encolhido 
Região 2 
(umidade intermediária) 
Seco 
Firme 
Flexível 
Região 3 
(alta umidade) 
Úmido 
Macio 
Inchado 
Pegajoso 
 Para se manter as propriedades de fluidez e 
prevenir o empedramento de pós 
 Estabelecer o valor de aw crítico 
 Tratamento dos pós para valores abaixo 
do aw crítico. 
 Utilizar embalagem de alta barreira a umidade 
 Armazenar em baixas temperaturas 
 Saches dessecantes 
 Adição de agentes antiumectantes 
Fluidez do pó e empedramento 
Quanto mais alto aw mais rápidas a velocidade de 
reação, portanto mais curta a vida de prateleira. 
Para a maioria dos alimentos secos, 
um aumento de aw 
de 0,1 diminui a vida de 
Prateleira em 2 ou 3 vezes. 
Vida de prateleira – valor crítico aw 
Bell, L. N. and Labuza, T. P. (1994). 
Influence of the low-moisture state on pH 
and its implication for reaction kinetics. 
Journal of Food Engineering. 22:291-312. 
Controle de atividade de água 
 Desidratação do Produto 
 Revestimento com filmes 
comestíveis 
 Prevenir a migração da 
água entre os ingredientes 
em amostra com multi 
componentes. 
 Agentes modificadores de aw 
 
 Sais: NaCl; KCl. 
 
 Açúcares: Sacarose; Glucose; 
 
 Umectantes: Gliceróis; Sorbitol. 
 
 Antiumectantes: Alumínio Silicato de 
Sódio; Carbonato de Cálcio; Carbonato 
de Magnésio. 
 
 Plastificantes: Monoglicerídeos 
acetilados; Citratos de alquila 
(embalagens); Óleos vegetais. 
Instrumentos Decagon 
AquaLab Series 4TE DUO 
Atividade de água e Umidade 
PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO 
AQUALAB SERIES 4 
Ponto de Orvalho 
O espelho se resfria até que se forme o orvalho. 
Célula fotoelétrica detecta o ponto exato da primeira 
condensação no espelho. Um termopar grava a 
temperatura na qual ocorreu a condensação. 
AquaLab então emite um sinal sonoro e apresenta os 
valores de atividade de água final e temperatura. 
 
Presenter
Presentation Notes
AquaLab utiliza a técnica do ponto de orvalho em espelho resfriado para medir a atividade de água das amostras. No instrumento que utiliza a técnica de ponto de orvalho, a amostra é colocada dentro de uma câmara selada e entra em equilibrio com o espaço vazio que contém um espelho e um meio de detecção de condensação no espelho. No equilíbrio, a umidade relativa do ar na câmara é a mesma que a atividade de água da amostra. No AquaLab, a temperatura do espelho é precisamente controlada pelo sistema termoelétrico (Peltier). A detecção do ponto exato na qual aparece a primeira condensação no espelho é observada com uma célula fotoelétrica. O foto detector sente a mudança na reflexão quando ocorre a condensação no espelho. Um termopar ligado ao espelho grava a temperatura na qual ocorreu a condensação. AquaLab então emite um sinal sonoro e apresenta os valores de atividade de água final e temperatura. 
Em adição a técnica descrita acima, AquaLab utiliza uma ventoinha interna para circular o ar dentro da câmara de amostra para reduzir o tempo de equilíbrio. Desde que ambas as temperaturas do ponto de orvalho e da superfície da amostra são simultaneamente medidas, é eliminada a necessidade do equilíbrio térmico completo, o que reduz o tempo de medida para menos de cinco minutos. 
Constante dielétrica 
AquaLab PRE Cap Pawkit 
Sensores dielétricos 
A umidade altera as propriedades elétricas de um 
material higroscópico em equilíbrio com o ar que 
está sobre a amostra. 
Constante dielétrica ou Capacitância 
Eletrodo Poroso 
Eletrodo Poroso 
Polímero 
Higroscópico 
Cabos Elétricos 
Mais algumas 
perguntas antes 
de encerrarmos 
a apresentação 
Agradecemos a sua participação 
Decagon Devices LatAm 
R. José Alves dos Santos, 281 
Sala 102 Floradas de S. José 
12.230-081 
S.J dos Campos – SP 
Fone: (12) 3307-1016 
  tania@decagon.com.br 
	Influência da Atividade de Água nas Reações Químicas e Bioquímicas
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	Por que…
	Fatores que influenciam na velocidade do equilíbrio
	Atividade de água ≠ Umidade
	Atividade de água ≠ Umidade
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	Slide Number 10
	Slide Number 11
	Atividade de água
	aw e Reações químicasA água nos produtos se comportam como:
	Slide Number 15
	Slide Number 16
	Slide Number 17
	Slide Number 18
	Reação de escurecimento não enzimática / Reação de Maillard
	Reação de escurecimento não enzimática / Reação de Maillard
	Slide Number 21
	Slide Number 22
	Slide Number 23
	Atividade enzimática e estabilidade
	Slide Number 25
	Denaturação de proteínas, gelatinização e retrogradação do amido
	Perda de crocância de salgadinhos
	Algodão doce em diferentes UR
	Textura do alimento em função da região de sorção na isoterma
	Slide Number 30
	Vida de prateleira – valor crítico aw
	Controle de atividade de água
	Instrumentos Decagon
	AquaLab Series 4TE DUO�Atividade de água e Umidade
	Princípio de medição AquaLab series 4
	Slide Number 36
	Slide Number 37
	Slide Number 38
	Mais algumas perguntas antes de encerrarmos a apresentação
	Agradecemos a sua participação