Escurecimento alimentos

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REAÇÕES DE ESCURECIMENTO 
EM ALIMENTOS
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REAÇÕES DE ESCURECIMENTO EM ALIMENTOS
 Dois tipos:
	1 - Escurecimento Enzimático
	2 – Escurecimento Não Enzimático
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Reações de Escurecimento Enzimático
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Reações de Escurecimento Enzimático
“O escurecimento enzimático de vegetais inicia-se em resposta a injúrias físicas e fisiológicas (impactos, abrasões, “chilling”, excesso de CO2) como resultado da oxidação de compostos fenólicos. As lesões provocadas durante o processamento mínimo levam ao colapso celular e à consequente descompartimentação dessas células, promovendo o contato dos compostos fenólicos com enzimas associadas ao escurecimento”.
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Reações de Escurecimento Enzimático
Duas enzimas são relevantes na degradação oxidativa dos compostos fenólicos por causarem a produção de polímeros de coloração marrom (melaninas):
Polifenoloxidases (PPO)
Peroxidases (POD)
Conseqüências:
Perdas Econômicas
40-50% da Perda de Frutas Tropicais no Mundo
Alteração de Propriedades Sensoriais
Perda da Qualidade Nutritiva
Diminuição da Vida Útil
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PPO
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Polifenoloxidases (PPO)
Também chamadas: tirosinase, polifenolase, fenolase, catecol oxidase, creolase ou catecolase, dependendo dos substratos utilizados na reação de escurecimento dos tecidos vegetais.
Glicoproteínas;
Massa molecular: 57 a 62kDa (exceção cogumelo: 128kDa)
Catalisa a oxidação tanto de monofenóis (tirosina, fenol, etc.) como difenóis (catecol, L-dopa, dopamina, adrenalina, etc.).
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Escurecimento é indesejável:
alimentos minimamente processados
grãos
farelos
frutas e vegetais em geral
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Escurecimento é desejável:
Passas, ameixas, cacau, café, chá, cidra de maçã
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Polifenoloxidases (PPO)
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Polifenoloxidases (PPO)
A enzima PPO é encontrada em praticamente todos os tecidos vegetais, em concentrações especialmente altas em cogumelo, batata, pêssego, maçã, banana, manga, folhas de chá, abacate e café. Sua atividade pode ser variada em função:
 Da variedade;
 Das condições de cultivo;
 Tempo da ruptura.
 Do estado de maturação (aumenta com o grau de maturação até o estágio entre verde e maduro, diminuindo em estágios avançados de maturação devido à degradação parcial da atividade dessa enzima).
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Mecanismo da Ação Enzimática PPO
A enzima PPO possui cobre (Cu++) no centro ativo e funciona como oxidases de função mista, catalisando dois diferentes tipos de reação:
(1) Monoxigenase, que atua na hidroxilação de monofenóis para diidroxifenóis.
(2) Oxidase, que atua oxidando os difenóis para quinona.
A formação da QUINONA é dependente do oxigênio e da enzima. Uma vez formada, as reações subsequentes ocorrem espontaneamente, não dependendo mais da enzima nem do oxigênio
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Mecanismo da Ação Enzimática PPO
O produto inicial da oxidação é a quinona, que rapidamente condensa, formando pigmentos escuros insolúveis, denominados melanina.
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A O-quinona formada pode interagir com grupos amina e tiol, reduzindo a disponibilidade da lisina, metionina, tiamina e de outros nutrientes essenciais.
Produtos poliméricos e melanina.
Enzima inativa
Enzima ativa
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Enzima ativa
Enzima inativa
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As quinonas são compostos amarelados, instáveis e reativos que podem: reagir entre si formando polímeros com alta massa molecular de cor escura, denominados melaninas; formar complexos com aminoácidos ou proteínas; e oxidar compostos com baixo potencial de oxidoredução.
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Peroxidase
Do mesmo modo que as polifenoloxidases, as peroxidases (POD) (E.C. 1.11.1.7) têm atividade típica na reação de oxidação de compostos fenólicos em presença de peróxido de hidrogênio. Também são obtidas quinonas como produto, as quais são instáveis e após a oxidação não enzimática na presença de O2 polimerizam-se formando as melaninas
SUBRAMANIAN et al. (1999) apontaram que a concentração interna de peróxido de hidrogênio nas plantas é pequena, sendo processos lentos como o escurecimento interno de frutas.
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Peroxidases
Destruição de Vitamina C e carotenoides
Controle: enzima termorresisitente (altas temperaturas), pH, inibidores químicos (CO2 sulfitos)
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Métodos de Controle
Em alguns casos... o escurecimento enzimático é benéfico para que haja a aceitação de certos alimentos como no desenvolvimento do sabor e da cor do chá preto, na diminuição do amargor e adstringência dos produtos do cacau e formação de aldeídos de aminoácidos.
Mas na maior parte dos casos... as atividades das polifenoloxidases e das peroxidases são indesejáveis em frutas e hortaliças porque a coloração parda que produzem não é agradável. Por esta razão buscam-se métodos para inibir o escurecimento enzimático
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Métodos de Controle
Escurecimento Enzimático:
 Enzima + Substrato + Oxigênio
Diversos métodos têm sido desenvolvidos para inibir o escurecimento enzimático, baseados na eliminação de um ou mais de seus componentes essenciais: o oxigênio, a enzima, o cobre ou o ferro do centro catalítico da PPO e da POD, respectivamente, ou o substrato, bem como as condições extrínsecas de armazenamento.
Poucos métodos são utilizados pela indústria de alimentos contra o escurecimento enzimático porque geralmente levam ao aparecimento de “sabor” desagradável e toxidez nos alimentos, além das questões econômicas.
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pH
O pH ótimo da polifenoloxidase varia com a fonte da enzima e a natureza do substrato. Na maioria dos casos, o pH ótimo de atuação encontra-se na faixa de 4,0 a 7,0, sendo a enzima inativada em pH 4,0 ou abaixo.
Abaixamento do pH pela adição de ácido cítrico por exemplo.
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Temperatura
Abaixamento de Temperatura:
A refrigeração constitui o meio mais tradicional para diminuir tanto a atividade da PPO quanto da POD.
 
As baixas temperaturas (0-4ºC) estão longe do ponto ótimo para essas enzimas, dificultando o acoplamento enzima-substrato pela diminuição da energia cinética das moléculas
Cuidado: injúrias causadas pelo frio (“chilling”),
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Temperatura e pH
PPO Temperatura ótima 30 a 50oC
 pH ótimo 4,0 a 7,0
		Inativação 55 a 80oC
POD Temperatura ótima 40 a 55 oC
 pH ótimo 4,0 a 6,0
		Inativação 80 a 100oC
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Temperatura
POD: termorresistente (indicadores de branqueamento)
PPO: não termorresistente. Exposição por curto tempo do tecido à temp. de 70 a 90ºC é suficiente para a destruição completa de suas atividades catalíticas (e de outras enzimas)
O aquecimento aplicado no processamento (branqueamento, temperatura elevada/tempo curto) é utilizado em pré-tratamentos de frutas e vegetais para enlatamento, congelamento e desidratação.
Problemas: cozimento de frutas e vegetais / alteração de sabor.
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Agentes Químicos
Os inibidores químicos de escurecimento podem ser classificados de acordo com seu modo de ação primária como:
Agentes Antioxidantes;
Agentes Acidulantes;
Quelantes ou Complexantes (EDTA, ;
Inibidores Enzimáticos;
Uso Restrito (Concentração dependente):
Toxicidade
Efeito negativo na textura, aroma, gosto e custos.
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Agentes Químicos
Agentes Antioxidantes:
Sulfitos, Ác. Ascórbico, tióis (...)
Reduzem o o-benzoquinona de volta para a forma o-diidroxifenol;
Ácido Ascórbico
Complexa com o cobre do grupo prostético da PPO, causando sua inibição;
Redução das quinonas a sua forma anterior de fenóis, impedindo a formação dos pigmentos escuros
Pode ser combinado a ác. cítrico, cisteína, calcio HCl;
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Agentes Químicos
Agentes Antioxidantes:
Sulfitos: 
Podem inibir irreversivelmente a enzima;
Interação direta com intermediários (ex: quinona);
Evita a oxidação do ascorbato pela ascorbato oxidase e outras enzimas;
Excesso: corrosão e aparecimento de sabor estranho;
Reações Alérgicas e asma; dores de cabeça e abdominais, náuseas, urticária, tonteiras
Provocam a destruição davitamina B1;
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Agentes Químicos
Agentes Acidulantes:
Ácidos cítrico, málico e fosfórico
Abaixamento do pH do tecido, diminuindo, assim, a velocidade da reação de escurecimento;
Os grupos ionizáveis da estrutura protéica das enzimas são afetados pelo pH do meio;
Ácido cítrico + ácido ascórbico ou sulfito
Inibidor químico do escurecimento enzimático
Complexação com Cu do centro ativo da enzima
Ácido cítrico < ac. Málico < ac. Ascorbico (300mg/500g)
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Agentes Químicos
Agentes Quelantes
A PPO tem um átomo de cobre no seu centro ativo e a POD um de ferro. A remoção desses metais por agentes quelantes, a exemplo dos ácidos sórbico, etileno diamino tetraacético (EDTA) e policarboxílicos (como o málico e o tartárico) causam a inativação dessas enzimas. Alguns desses também atuam como redutores de pH ou antioxidantes dos produtos da reação de escurecimento, como o ácido ascórbico e o cítrico
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Remoção do Oxigênio
A enzima PPO requer oxigênio para iniciar a reação de escurecimento. Portanto, procedimentos capazes de eliminar ou de evitar o contato do produto com oxigênio são úteis na prevenção do escurecimento.
Embalagens Impermeáveis;
Exclusão do oxigênio em sucos e bebidas pelo N
Prevenção do acesso do oxigênio aos tecidos provocado por danos mecânicos – transporte e armazenamento.
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Centrifugação ou filtração
Suco de maçã
Previnir o escurecimento!
Imergir maçã fatiada ou cortada em solução de 1 % de Ác. Ascórbico 
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REAÇÕES DE ESCURECIMENTO
NÃO ENZIMÁTICO
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REAÇÕES DE ESCURECIMENTO
 NÃO ENZIMÁTICO
Mecanismos de reação:
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REAÇÕES DE ESCURECIMENTO
 NÃO ENZIMÁTICO
Indesejáveis: 
Ponto de Vista Nutricional e Estético
Provocam significantes perdas de certos a.a. (lisina, arginina, histidina, triptofano), diminuição da digestibilidade da proteína, e portanto, redução do valor nutritivo, formação de alguns inibidores e compostos tóxicos.
Leite e derivados, sucos, vegetais...
Desejáveis:
Produção de flavor agradável, aroma e coloração.
Crosta do pão (destruição 70% lisina), café torrado, chocolate, cerveja, carne, peixe assado
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REAÇÕES DE MAILLARD
É o escurecimento provocado pela reação entre a carbonila e os grupo amina livre, com formação do pigmento denominado melanoidina. 
Ocorre principalmente entre açúcares redutores e aminoácidos ou proteínas.
Estão associadas com aquecimento e armazenamento.
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Reação de Maillard
Desejável 
Indesejável
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REAÇÕES DE MAILLARD
Influenciam a reação:
Qtde açúcares redutores;
Temperatura
pH
Umidade
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Reações de Maillard
Ocorre entre um Açúcar Redutor e grupos amina (a.a., peptídeos e proteínas), com várias etapas posteriores levando à formação do pigmento escuro.
A reação de Maillard compreende três fases: Inicial, Intermediária e Final.
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As redutonas são componentes com características de agentes redutores, sendo, portanto, facilmente oxidáveis. 
A degradação de Strecker ocorre em compostos dicarbonílicos por sua interação com aminoácidos.
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Fase Final
 Desenvolvimento de cor, aroma e sabor. 
 Diferentes sabores e aromas são produzidos nessa reação, em função de diferentes aminoácidos.
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Reações de Maillard
Reação desejável – aroma e sabor característicos
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Reações de Maillard
Reação indesejável em leite em pó, ovos e derivados desidratados.
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Reação de Maillard
Desejável 
Indesejável
Reação desejável em café, cacau, carne cozida, pão, bolos, pois confere aroma e cor característicos.
Reação indesejável em leite em pó, ovos e derivados desidratados.
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REAÇOES DE MAILLARD – INIBIÇÃO E CONTROLE
Utilização de agentes químicos
Alteração do teor de água (otimo: aw 0,5 a 0,8)
pH do meio (aumenta na faixa de 3 a 8 e tem seu máximo de 9 a 10 – ponto isoelétrico)
Temperatura
Aplicação de Sulfito
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Reações de Maillard
De todas as formas utilizadas no controle, o procedimento mais empregado na inibação da reação de Maillard é a aplicação do sulfito, que combina a habilidade de controle destas reações com outras de importância tecnológica (conservante e antioxidante)
 Atua como inibidor da reação, bloqueando a carbonila e prevenindo a condensação destes compostos pela formação irreversível de sulfonatos e a consequente formação da melanoidina
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Reação de Caramelização
Degradação do açúcar na ausência de a.a. ou proteínas;
Em temperaturas acima de 120ºC açúcares são pirolisados para diversos produtos de degradação de alto PM e escuros, denominados caramelo;
A reação se inicia pela desidratação do açúcar redutor com rompimento das ligações glicosídicas, introdução de ligação dupla e formação de intermediários incolores de baixo PM
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Reação de Caramelização
A reação de caramelização é essencialmente iônica, podendo ser catalisada por ácidos (pH 2-4) ou bases (pH 9-10). A velocidade da reação é maior em meio alcalino
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Em meio ácido ou alcalino, o açúcar redutor isomeriza e enoliza. 
Numa segunda etapa em meio ácido, desidrata,"encolhe" e forma o HMF; em meio alcalino se fragmenta em compostos lábeis. Na terceira etapa formam-se polímeros que são as melanoidinas coloridas. São reações autocatalizadas pelo desprendimento de água, aceleradas pelo calor e umidade.
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Oxidação da Vitamina C
A vitamina C oxida rapidamente em solução aquosa por processos enzimáticos e não enzimáticos, especialmente quando exposta ao ar, calor e à luz.
Catalisadores: íons metálicos (Fe e Cu)
A oxidação do acido ascórbico é um tipo de escurecimento que ocorre numa situação particular. O alimento deve conter ácido ascórbico ou vitamina C e ser suficientemente ácido na faixa de pH 2,0 a 3,5. Geralmente ocorre em sucos de frutas como o limão, laranjas e pomelos.
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Oxidação da Vitamina C
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Oxidação da Vitamina C
Certas enzimas, tais como a peroxidase e ácido ascórbico oxidase presentes nos alimentos também aceleram a oxidação do ácido ascórbico. Essas enzimas devem ser inativadas para prevenir as perdas oxidativas do ácido ascórbico. 
oxidação indireta: ação das quinonas oriundas da oxidação de compostos fenólicos pelas PPOs.
A oxidação aeróbica do ac. Ascórbico produz, além do DAA, peróxido de hidrogênio. 
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Oxidação da Vitamina C
Em frutas e vegetais desidratados, o escurecimento ocorre com a interação do DAA com a.a. e, ou, proteínas através de reações envolvendo a.a., de duas maneiras:
(1) pela formação do deidroácido ascórbico, o qual reage com a.a., formando compostos coloridos.
(2) pela conversão para 2-aldeidofurano, o qual se escurece rapidamente, principalmente na presença de a.a.
Em alimentos ricos em ác. Ascórbico, a perda está associada com reações de escurecimento não-enzimático.
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Oxidação da Vitamina C
No processamento de frutas a utilização de sulfito reduz as perdas de ác. Ascórbico durante processamento e armazenamento.
Sulfito: reduz peróxido de hidrogênio protegente indiretamente a oxidação do ac.
Sulfito + DAA = DAA-SO2 (diminui reação)
Geralmente o ác ascorbico em frutas é mais estável que em vegetais em razão de sua maior acidez
Destruição Anaeróbica: frutose, frutose 1,6 difosfato, sacarose, frutose caramelizada
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Reações de Escurecimento em Alimentos
Leite e Derivados:
Muito sensíveis ao escurecimento Não Enzimático (alto teor de lactose e proteínas termossensíveis (soro))
Alteração da cor
Destruição da Lisina (3% Leite pasteurizado; 8 a 12% esterilizado)
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Reações de Escurecimento em Alimentos
Carne e Derivados:
Resistentes ao escurecimento não enzimático
Ácidez natural e baixo teor de açúcares reativos
Peixes: reações mais intensas devido ao alto teor de ribose, aumento do pH post mortem.
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Reações de Escurecimento em Alimentos
Cereais e Derivados:
Reações de Maillard e Caramelização são desejáveis: flavor e coloração
Destruição da Lisina
Hidrólise do Amido eadição de açúcares redutores
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Reações de Escurecimento em Alimentos
Vegetais e Derivados:
Vegetais não ácidos ou de baixa acidez e ricos em açúcares e a.a. são suceptíveis a sofrer reação
Produtos enlatados não ocorrem escurecimento significativo devido ao alto teor de água e acidez do meio (pH 3 a 4).
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Reações de Escurecimento em Alimentos
Café:
Na torrefação os grãos são submetidos a condições variáveis de ºC, para se obter sabor, cor e flavor agradáveis;
Açúcares redutores e polissacarídeos são precursores da reaçao
O grão verde não possui aroma típico do café
Sabor: cafeína, ácidos (acético, fórmico, clorogênico e cítrico). Substâncias fenólicas e voláteis formados durante tratamento térmico
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