Água 1

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Água
Unidade 2: ÁGUA
2.1. Propriedades física da água
2.2. Estrutura molecular
2.3. Associação entre as moléculas de água – Ponte de Hidrogênio
2.4. Estrutura nos estados sólido, líquido e gasoso
2.5. Interações de água com sólidos
2.6. Atividade da água e a conservação dos alimentos
funções
Manutenção da temperatura corporea
Transporte
Reagente ou meio para reações químicas
Nos alimentos
Textura
Sensibilidade a deteriorização química ou biológica
sabor
conservação
Secagem (retirar a água)
Congelamento (diminui o movimento das moléculas de água)
Adição de solventes
Propriedades químicas
Momento dipolar
Pontes de H
Alta ebulição e fusão
Tetraedro distorcido 104,5º
A molécula é altamente polar, podendo induzir polaridade nas moléculas vizinhas.
Cada molécula de água tende a atrair 4 moléculas próximas, formando um agregado de massa 5 vezes maior . As moléculas de água ficam unidas entre si por fracas forças eletrostáticas, as ligações de hidrogênio, cujo valor energético é de apenas 4,5 kcal, comparado com 110 kcal para as ligações covalentes. 
Propriedades físicas da água
Alta 
EBULIÇÃO
FUSÃO
CONDUTIVIDADE TERMICA
DENSIDADE
PROPRIEDADES FÍSICAS
Expansão
Na solidificação ocorre expansão
Dano estrutural do alimento congelado
Água sólida
Simétrica hexagonal 109º
Capacidade de sublimação
Solubilidade
Hidrofílicos
Hidrofóbicos 
A água como solvente
Por quê a água dissolve sais? A estrutura cristalina dos
sais é mantida por forças iônicas; 
O cristal de NaCl 
desfaz-se à medida que
 as moléculas de
 água se amontoam
 ao redor dos íons 
cloreto e sódio
As cargas 
iônicas são 
parcialmente
 neutralizadas
 e as atrações 
eletrostáticas 
entre os íons de
 cargas opostas
 são
 enfraquecidas
Solventes com altas constantes dielétricas podem solvatar (“envolver”; no caso da água “hidratar”) as moléculas do soluto, conforme ilustrado pelo esquema abaixo:
A dissolução de substâncias polares sem carga elétrica segue um esquema semelhante; neste caso a água enfraquece as interações não-iônicas entre as moléculas do soluto (pontes de hidrogênio, por exemplo)
A água tende a hidratar a porção polar; ao mesmo tempo tende a excluir a porção apolar (hidrofóbica) 
A porção apolar força as moléculas de água circundantes a assumir um estado altamente ordenado
De um modo geral, no entanto, as estruturas lipídicas tendem a agrupar-se, reduzindo a superfície em contato com a água 
As porções apolares são estabilizadas por interações hidrofóbicas que resultam da tendência de excluir a água 
As micelas são um bom exemplo de estruturas que expõem à água apenas os grupos hidrofílicos (polares) e escondem completamente os grupos apolares
A interação da água com moléculas anfipáticas
Atividade de água
aw - Indica a intensidade das forças que unem a
água com outros componentes não-aquosos 
e, conseqüentemente, a água disponível para
o crescimento de microorganismos e para
que se possam realizar diferentes reações
químicas e bioquímicas. 
Atividade de água
Livre
Ligada
capilar
Água livre
Propriedades semelhantes a da água
Não escorre dos alimentos
Reações , crescimento microbiano
Água ligada
Quimicamente ligada a solutos
Mobilidade reduzida
Não ocorre reações enzimáticas
Não ocorre crescimento microbiano
Água ligada
Constitucional – ligada mais fortemente
Vicinal – camada mais próxima a constitucional
Multicamadas – ligação mais fraca
Categoria de águas e suas propriedades
Propriedades
Descrição geral
Ponto de congelamento
Capacidade solvente
% de água total (alta umidade)
Água vicinal
Interage fortemente com sítios específicos dos constituintes não aquosos por associações água-íon e água-dipolo.
Não se congela a –40oC.
Nula.
0,4 a 0,5%
Água da camada intermediária
Água que ocupa sítios remanescentes da primeira camada, formando várias camadas adicionadas em torno dos grupos hidrofílicos dos constituintes não aquosos. Predominam as ligações hidrogênio água-água e água-soluto.
A maioria não se congela a –40oC.
Leve a moderada.
2 a 3%
Água livre
Água que ocupa as regiões exteriores dos constituintes não aquosos. Predomina as ligações hidrogênio água-água. Tem propriedades similares à das águas de soluções salinas diluídas, seu fluxo macroscópico encontra-se impedido.
Congela-se, mas com moderada redução do ponto de congelamento.
Grande.
Aproximadamente 96%
Água capilar
Confinamento físico
Mobilidade reduzida
Atividade de água
Água disponível 
Pressão e temperatura constante
Água pura é igual a 1, portanto em produtos com água a atividade será menor
Água não pura – menor mobilidade
Indicador para análise de risco de contaminação
Atividade de água
Congelamento diminui a atividade de água
Aumento na concentração de soluto diminui a atividade de água
O termo atividade da água (aw) foi implantado para se ter o valor da intensidade com que a água se associa a diferentes componentes não aquosos.
Quando se adiciona um soluto à água pura, as moléculas de água orientam-se na superfície do soluto e inter-relacionam-se com ele. Como conseqüência, diminui o ponto de congelamento, aumenta o ponto de ebulição e reduz a pressão de vapor, segundo a lei de Raoult, que diz: “a diminuição relativa da pressão de vapor de um líquido ao dissolver-se em um soluto é igual “a fração molar do solvente”.
Atividade de água
Um líquido puro em contato com ar, perde (evapora) parte de suas moléculas = Fugacidade.
Em ambiente fechado o que ocorre = condensação = pressão de vapor.
Ao adicionar um soluto ao líquido a evaporação para a fase gasosa diminui = diminui a pressão de vapor.
Atividade de água
Aw = P/Po
P – pressão de vapor da água no alimento
Po – pressão de vapor da água pura
Atividade de água
Baixa umidade – aw – 0,6
Menor risco de contaminação
Umidade intermediária – 0,6 a 0,9
Alta umidade – acima de 0,9
Atividade de água X ALIMENTO
Menor aw – maior estabilidade
Amolecimento de biscoitos
Baixa aw – maior risco de oxidação (ranço) 
Atividade de água X ALIMENTO
Atividade de água e conservação dos alimentos
Atividade de água mínima para proliferação de alguns microrganismos
Atividade de água de alguns alimentos e suscetibilidade à deterioração
Faixa de Aa
Microorganismos capazes de se desenvolver
Alimentos com Aa na faixa indicada
1,00 – 0,95
Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Shigella, Klebsiella, Bacillus, Clostridium perfringers e algumas leveduras.
Alimentos muito perecíveis (frutas frescas, vegetais, carnes, peixe), lingüiças, salsichas e pães cozidos, alimentos contendo até 40% de sacarose e 7% de sal.
0,95 – 0,91 
Salmonella, V. parahaemolyticus, C. Botulinum, Serratia, Lactobacillus, Pediococcus, alguns fungos, Rhodotorula, Pichia.
Alguns queijos (cheddar, suíço, provolone), carnes curadas (presunto), concentrado de frutas, alimentos contendo até 55% de sacarose ou 12% de sal.
0,91 – 0,87
Muitas leveduras (Candida, Torulopsis, Hansenula), Micrococus.
Embutidos fermentados (salames), bolos confeitados, queijos desidratados, margarina, alimentos contendo até 65% de sacarose ou 15% de sal.
0,87 – 0,80
A maioria dos fungos, Staphylococcus aureus, a maioria das Saccharomyces spp., Debaryomyces.
Concentrados de frutas, leite condensado, xaropes de chocolate e frutas, farinha, arroz, granulados contendo 15 a 17% de umidade, bolos de frutas, presuntos caseiros, foundies e confeitos açucarados.
0,80 – 0,75
A maioria das bactérias halófilas.
Geléias, marmeladas, marzipã, glacê de frutas e marshmallow.
0,75 – 0,65
Fungos xerofílicos (Aspergillus chevalieri, A. candidus, Wallemia sebi), Saccharomyces bisporus.
Flocos de aveia contendo 10% de umidade, cremes para recheio, geléias, marshmallow, melaço, caldo de cana de açúcar, algumas frutas secas e castanhas.
0,65 – 0,60
Leveduras osmofílicas (Saccharomyces rouxii),poucos fungos (Aspergillus echinulatus, Monascus, Monascus bisporus).
Frutas secas contendo de 15 a 20% de umidade: algumas balas, caramelos e mel.
0,50
Sem proliferação microbiana.
Macarrão e massa similares, contendo 12% de umidade, temperos com 10% de umidade.
0,40
Sem proliferação microbiana.
Ovo em pó com 5% de umidade.
0,30
Sem proliferação microbiana.
Biscoitos e torradas com 3-5% de umidade.
0,20
Sem proliferação microbiana.
Leite em pó (2 – 3% umidade), vegetais desidratados (5% umidade), flocos de milho (5% umidade), sopas desidratadas
Atividade de água e Temperatura
A medida que aumenta a temperatura o mesmo ocorre com aw, porque cresce a pressão de vapor.
Isotermas de sorção de água
As isotermas de sorção de água são gráficos que relacionam a quantidade de água de um alimento com sua atividade de água, o que é o mesmo, em função da umidade relativa da atmosfera que circunda o alimento, uma vez alcançado o equilíbrio e a uma temperatura constante.
A maioria das isotermas de sorção de água dos alimentos apresenta forma sigmóide, com pequenas variações conforme a estrutura física, a composição química, a temperatura e a capacidade de retenção de água do alimento.
Há alimentos que apresentam uma zona mais plana na primeira parte da curva: essas curvas, em forma de J, são típicas de alimentos com grande quantidade de açúcar e solutos e que apresentam pouca adsorção por capilaridade, como as frutas e os doces de frutas.
Quando se coloca o alimento em ambiente com umidade relativa (UR) superior à umidade relativa de seu equilíbrio (URE), ele fixa o vapor de água, tendendo a alcançar o equilíbrio, isto é, absorve água (adsorção).
Ao contrário, se o alimento é colocado em um ambiente cuja UR é inferior URE correspondente ao conteúdo de água do produto, este cede água mediante o processo chamado dessorção.
Isotermas de sorção de água
As moléculas da água podem associar-se através de pontes de hidrogênio
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As propriedades físicas da água são resultantes das pontes de hidrogênio intermoleculares
Na água líquida a molécula de H2O reorienta-se uma vez a cada 10-12 segundo
A água líquida consiste numa rede rapidamente flutuante de moléculas de H2O unidas por pontes de hidrogênio, a qual, em distâncias curtas, assemelha-se ao gelo
A água é muitas vezes chamada de solvente universal
Poucos solventes dissolvem tantas substâncias, o que não significa que a água seja capaz de dissolver toda e qualquer substância
A água dissolve melhor substâncias polares, também chamadas hidrofílicas
Substâncias apolares, não solúveis em água, são chamadas de hidrofóbicas
Há substâncias com parte apolar e outra polar: são chamadas de anfipáticas: sua solubilidade em água depende de vários fatores