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Escola Superior de Tecnologia e Gestão Instituto Politécnico de Viana do Castelo Relatório dos Trabalhos Práticos para Determinação do Valor Nutricional de Iogurte e de Cereais de Pequeno-Almoço Laboratórios de Química Alimentar Engenharia Alimentar Autores: Juceila Rodrigues Mariana Gomes Mónica Pinto Abril de 2018 1. Objetivos: - Efetuar a análise nutricional de um iogurte e de cereais de pequeno almoço, nomeadamente no que diz respeito à humidade relativa, à atividade da água (aw); ao teor de açúcares redutores; ao teor de gordura; e ao teor proteico. - Verificar a adequação dos métodos experimentais utilizados para os dois tipos de amostra 2. Procedimento Relativamente aos protocolos experimentais utilizados nas aulas práticas foram efetuadas as seguintes alterações: A amostra prevista era de queijo e as análises foram realizadas para um iogurte de aroma e cerais de pequeno almoço. A. Determinação da humidade e da atividade da água As massas iniciais das amostras foram alteradas tendo em conta a percentagem de água prevista e a obtenção de um valor de água mensurável. Tabela 1 – Alterações efetuadas relativamente às massas de amostra utilizadas na determinação da humidade relativa Método Massas previstas no protocolo (queijo) Massas utilizadas na alteração Iogurte Secagem em Estufa 5 g 5 g Bidwell-Sterling 10 g 5 g Cereais Secagem em Estufa 5 g 5 g Bidwell-Sterling 10 g 40 g Relativamente à preparação da amostra, os cereais foram triturados num almofariz. Para o iogurte foi necessário misturar com areia de forma a dispersar melhor a amostra e evitar a formação de crosta. O tempo de residência das amostras na estufa foi de 2 horas. B. Determinação do teor de açúcares redutores Relativamente à preparação das soluções padrão de glucose, a diluição da solução original de 1,50 g/l, não foi realizada para um volume de 50ml. Em alternativa, as diluições foram realizadas diretamente para os tubos de ensaio, para um volume final de 4ml, utilizando uma micropipeta. Novamente foram ajustados os valores de massa a utilizar, de forma a obter resultados mensuráveis. Tabela 2 – Alterações efetuadas relativamente às massas de amostra utilizadas na determinação do teor de açúcares redutores Amostra Massas previstas no protocolo (queijo) Massas utilizadas na alteração Iogurte 70 mg 300mg Cereais 70 mg 70mg Na preparação das amostras sem hidrólise, só foi realizado um ensaio, em vez dos dois indicados no protocolo. C. Determinação do teor de gordura Foram novamente ajustados os valores de massa a utilizar, de forma a obter resultados mensuráveis. Tabela 3 – Alterações efetuadas relativamente às massas de amostra utilizadas na determinação do teor de gorduras Amostra Massas previstas no protocolo (queijo) Massas utilizadas na alteração Iogurte 3 g 5 g e 10 g Cereais 3 g 5 g D. Determinação do teor proteico As atividades foram realizadas de acordo com os protocolos. Foi necessário padronizar a solução de ácido clorídrico utilizada, com Na2CO3. 3. Apresentação e análise dos resultados A. Determinação da humidade e da atividade da água A percentagem de humidade (H%) foi determinada utilizando dois métodos diferentes, a secagem em estufa e o método Bidwell-Sterling. Para a determinação pelo método de secagem em estufa foram usados os seguintes cálculos: 𝑚á𝑔𝑢𝑎 = 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 𝐻(%) = 𝑚á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 × 100 Tabela 4 – Humidade relativa do iogurte pelo método de secagem Amostras mamostra (g) mamostra seca(g) mágua (g) H(%) AVV2 4,950 0,8727 4,0773 82,37 AVV1 8,321 1,3392 6,9818 83,91 0.0.0 5,188 0,9187 4,2693 82,29 456 6,185 1,0958 5,0892 82,28 Tabela 5 – Humidade relativa dos cereais de pequeno almoço pelo método de secagem Amostras mamostra (g) mamostra seca(g) mágua (g) H(%) RicK 4,5397 4,3176 0,2221 4,892 Ana 4,1296 3,4334 0,6962 16,86 Bob 4,9741 4,7311 0,2430 4,885 Rock 4,6936 4,4681 0,2255 4,804 O valor da humidade relativa para a amostra “Ana” não foi contabilizado para a média, devido à imprecisão do valor obtido (apresenta um desvio muito grande). No método Bidwell-Sterling obtém-se o volume de água diretamente sendo necessário usar o valor da massa volúmica desta para o cálculo, assim, 𝑚á𝑔𝑢𝑎 = 𝜌 × 𝑉á𝑔𝑢𝑎, em que 𝜌(20℃) = 0,99825𝑔/𝑚𝑙 𝐻(%) = 𝑚á𝑔𝑢𝑎 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 × 100 Tabela 6 – Humidade relativa do iogurte pelo método de Bidwell-Sterling Amostras mamostra (g) Vágua (mL) mágua(g) H(%) I1 5,58 3,8 3,79 68 I2 5,60 3,9 3,89 70 Tabela 7 – Humidade relativa dos cereais de pequeno almoço pelo método de Bidwell-Sterling Amostras mamostra (g) Vágua (mL) mágua(g) H(%) C3 39,19 0,5 0,499 1,3 C4 39,41 2,0 1,997 5,1 De seguida apresentam-se os valores da densidade relativa como a média dos ensaios efetuados: Tabela 8 – Comparação da humidade relativa obtida em cada um dos métodos para os dois tipos de amostra Amostras H(%) método de secagem em estufa H(%) método Bidwell- Sterling Iogurte 82,71 69 Cereais 4,860 3,2 A diferença obtida entre o método de secagem em estufa e o método de Bidwell-Sterling é mais evidente para o iogurte. Esta diferença poderá explicar-se pelo o tempo de realização da ebulição no segundo método, que pode não ter sido suficiente para fazer uma boa separação da totalidade da água. Além disso algumas gotas podem ter ficado retidas no condensador, e uma vez que a quantidade medida é tão pequena, a percentagem de erro será grande. Por outro lado, o valor da massa volúmica da água utilizado foi para uma temperatura de 20℃, no entanto não foi medida a temperatura real da água. Relativamente ao método de secagem em estufa os valores podem estar inferiores aos reais, uma vez que, temperatura da estufa estava a 126ºC, enquanto que no protocolo indicava 130 a 133ºC, e, cumulativamente, o tempo de permanência na estufa foi apenas de 120 minutos (o tempo sugerido pelo professor é de 4h), o que poderá ter levado a que a quantidade de água evaporada tenha sido inferior à quantidade de água existente nas amostras. Estas podem ainda ter perdido humidade durante o manuseamento na pesagem. Ainda assim este será o método que apresenta resultados mais de acordo com o esperado. De referir ainda que, no caso dos cereais a trituração não ficou homogénea e os pedaços maiores podem não ter permitido uma boa evaporação da água. Foi ainda determinado o valor da atividade da água (aw), tendo-se obtido os seguintes resultados: Tabela 8 – Atividade da água para o iogurte e para os cereais de pequeno almoço Amostra aw Iogurte 0,970 cereais 0,352 De acordo com os resultados obtidos para a atividade da água podemos inferir a diferença entre o tipo de degradação/microrganismos que podem afetar a conservação do iogurte e dos cereais. Figura 1 – Velocidade relativa da reação de degradação em função com a atividade da água Fonte: http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgwmEAB/aula-1-tecnologia-alimentos-i-farmacia De acordo com a figura 1, no caso dos cereais (aw= 0,352), estes ficam mais sujeitos ao escurecimento não-enzimático e auto-oxidação lipídica. Já no que se refere ao iogurte, a sua elevada atividade da água (aw= 0,966) faz com que fique sujeito à ação de mofos, leveduras e bactérias, bem como à deterioração por reações enzimáticas,escurecimento não enzimático e auto-oxidação lipídica. B. Determinação do Teor de açúcares redutores Prepararam-se as soluções padrão de ácido 3,5-dinitro-salicílico (DNS) e foram lidos os respetivos valores de absorvâncias. Tabela 9 – Valores das concentrações das soluções padrão e respetivas absorvâncias Padrões C (g/L) Absorvâncias (540nm) P1 0,301 0,226 P2 0,602 0,574 P3 0,903 1,051 P4 1,204 1,355 P5 1,505 1,592 Com os valores obtidos traçou-se a reta de calibração. Figura 2 – Reta de calibração Com base nos valores de absorvância obtidos para as amostras foram depois inferidos os valores das respetivas concentrações (g/L) a partir da reta de calibração. A massa de açúcar foi determinada com base no valor da concentração de açúcares(C) e do volume das soluções (𝑉 = 0,05𝑙) usando a expressão 𝑚𝑎çú𝑐𝑎𝑟 = 𝑐 × 𝑉. y = 1,1671x - 0,0943 R² = 0,9861 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 A b so rv ân ci a Concentração (g/L) Calculou-se depois o teor de açúcares na amostra: % 𝐴çú𝑐𝑎𝑟𝑒𝑠 = 𝑚𝑎çú𝑐𝑎𝑟 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 × 100 Tabela 10 – Determinação do teor de açúcares no iogurte Amostras Absorvância concentração (g/L) maçúcar(g) mamostra(g) % açúcares 3.0 0,188 0,242 0,0121 0,2514 4,81 3.1 0,899 0,851 0,0426 0,3504 12,1 3.2 1,139 1,057 0,0528 0,3648 14,5 4.0 0,160 0,218 0,0109 0,2669 4,08 4.1 1,089 1,014 0,0507 0,3690 13,7 4.2 0,999 0,937 0,0468 0,2982 15,7 Tabela 11 – Determinação do teor de açúcares nos cereais Amostras Abosrvância concentração (g/L) maçúcar(g) mamostra(g) % açúcares 1.0 0,224 0,273 0,0136 0,0712 19,1 1.1 1,002 0,939 0,0470 0,0728 64,5 1.2 1,014 0,950 0,0475 0,0779 61,0 2.0 0,033 0,109 0,0055 0,0752 7,25 2.1 1,195 1,105 0,0552 0,0772 71,6 2.2 1,139 1,057 0,0528 0,0715 73,9 Os valores de absorvância/concentrações das amostras 1.0, 2.0, 3.0 e 4.0 deram valores elevados de açucares redutores, mesmo não se tendo realizado hidrólise, pois seria de esperar que estes valores fossem próximos de zero. No caso do iogurte, sendo feito a partir do leite, possui lactose, e esta é em parte redutora, o que significa que mesmo só dissolvido com água (sem hidrólise) existe uma pequena percentagem de açúcares redutores que é detetada por este método. Este é aliás uma das desvantagens deste método: quando existem na amostra outras substâncias que sejam redutoras pode haver um erro por excesso. Desta forma podemos concluir que também nos cereais podem estar presentes outros açúcares redutores para além da glucose. Por essa razão se indica na apresentação de resultados % de açúcares e não % de glucose. Por outro lado, os valores referidos anteriormente foram extrapolados relativamente à reta de calibração o que não é correto fazer-se. Tabela 12 – Comparação do valor médio do teor de açúcares redutores obtido experimentalmente no iogurte e nos cereais de pequeno almoço, com o valor indicado nos rótulos % açúcares Valor experimental Valor do rótulo iogurte 14,0 12,4 cereais 67,7 79,2 Os valores obtidos para os cereais possuem uma maior discrepância em relação ao valor do rótulo. Este facto pode explicar-se pela presença de polissacarídeos nos cereais, como o amido, que apenas tenham sofrido uma hidrólise parcial. Assim, parte dos açúcares não hidrolisados não é detetado por este método (que apenas deteta açúcares redutores). Ou seja, a utilização de um protocolo que estava definido para o queijo, pode não ser o mais indicado para este tipo de alimento, pelo que deveria ser utilizado um método de análise diferente. O valor experimental obtido para o iogurte, ligeiramente superior ao do rótulo, pode dever- se à presença de outros açúcares (como a lactose) que influenciam o resultado final. Os erros associados aos valores experimentais podem ainda estar relacionados com a preparação das soluções padrão e da obtenção dos valores de absorvância. Por exemplo, o valor das absorvâncias têm tendência a diminuir com o aumento do tempo de contacto com o DNS (Vasconcelos, 2013) C. Determinação do Teor de gorduras Para a determinação do teor de gorduras foi utilizado o método de Schmid-Bondzynski- Ratzlaff (extração com mistura de solventes). O cálculo foi efetuado do seguinte modo: %𝑔𝑜𝑟𝑑𝑢𝑟𝑎 = 𝑚𝑙í𝑝𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 × 100 Tabela 13 – Determinação do teor de gordura nos cereais mamostra (g) mlípidos (g) % gordura Iogurte I1 10,2602 ----- ----- I2 10,0276 ----- ----- I3 5,08780 0,0810 1,59 I4 5,09860 0,0818 1,60 cerais C5 5,01320 0,0765 1,53 C6 5,09600 0,0662 1,30 As amostras I1 e I2 foram descartadas pois a emulsão criada não permitiu uma conveniente separação. A utilização de uma massa mais de três vezes superior ao indicado no protocolo não foi por isso bem sucedida. Aliás, esta dificuldade de separação ocorreu praticamente em todas as amostras, devido ao limite de tempo, o que pode ter levado a uma recolha deficiente do total de lípidos. Parte dos lípidos foram ainda recolhidos com uma pipeta de Pasteur, no caso do iogurte, tendo alguma parte ficado aí retida e não tendo sido contabilizada. Os resultados comparativos da tabela14 mostram que os valores experimentais estão abaixo dos indicados no rótulo. Tabela 14 – Comparação do valor médio do teor de gordura obtido experimentalmente no iogurte e nos cereais de pequeno almoço, com o valor indicado nos rótulos %gordura Valor experimental Valor do rótulo iogurte 1,60 2,0 cereais 1,41 1,7 Outras hipóteses que permitem explicar esta diferença prendem-se com o facto de o tempo de hidrólise e o número de lavagens não terem sido suficientes. Para além disso, o iogurte estava já com bolor, o que pode alterar a sua composição. Por outro lado, alguns autores referem que a escolha do solvente e o tratamento químico inicial leva a diferenças significativas nos resultados. Por exemplo, o éter etílico pode extrair, para além de glicerídeos oxidados, aminoácidos e pigmentos. Assim, os resultados obtidos com este solvente deveriam ser sistematicamente maiores do que os obtidos com outros solventes (como o hexano). O tratamento químico (ácido clorídrico) pode levar à degradação de da amostra, nomeadamente de algumas lipoproteínas e fazer aumentar o valor obtido. Por exemplo, o iogurte escureceu durante o aquecimento com o ácido clorídrico, o que evidencia alterações na composição da amostra. De referir também que os valores apresentados nos rótulos podem não corresponder ao valor real da amostra em questão e ter também um erro associado à sua quantificação. D. Determinação do teor de proteínas Para a determinação do teor de proteínas foi necessário padronizar a solução de ácido clorídrico utilizada, com Na2CO3. Tabela 15 – Padronização da solução de ácido clorídrico Ensaio m (Na2CO3) (g) V(HCl)gasto (ml) [HCl] (mol/l) 1 0,1004 15,40 0,1230 2 0,1010 15,35 0,1242 3 0,0999 15,15 0,1244 4 0,1027 15,60 0,1242 Assim, a média dos ensaios será de [HCl] =0,1240 mol/l. Foi depois determinado o volume de HCl gasto na titulação de cada amostra (após o processo de digestão e da destilação), com o devido acerto para um branco do solvente. A massa de nitrogénio foi determinado tendo em conta o número de moles gasto de HCl, que, pela estequiometria das reações, será igual ao número de moles de N presente na amostra. 𝑛𝑁 = 𝑛𝐻𝐶𝑙 = 𝑉𝐻𝐶𝑙𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 × 10 −3 × [𝐻𝐶𝑙] 𝑚𝑁 = 𝑛𝑁 × 𝑀𝑁 = 𝑉𝐻𝐶𝑙𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜× 10 −3 × [𝐻𝐶𝑙] × 𝑀𝑁 O teor de proteína é determinado tendo em conta a massa de nitrogénio presente na amostra, multiplicada pelo fator de conversão(F) que tem em conta a composição proteica habitual dos produtos analisados: %𝑃𝑟𝑜𝑡𝑒í𝑛𝑎 = 𝑚𝑁 𝑚𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 × 100 × 𝐹 fator de conversão lacticínios 6,38 fator de conversão cereais 5,70 Tabela 16 – Determinação do teor de proteína no iogurte mamostra (g) VHCl gasto (ml) mN (g) % Proteína I4 0,5062 1,50 0,002604 3,28 I5 0,5726 1,40 0,002430 2,71 I6 0,5485 1,60 0,002778 3,23 Tabela 17 – Determinação do teor de proteína nos cereais mamostra (g) VHCl gasto (ml) mN (g) % Proteína C1 0,5898 5,30 0,009201 8,89 C2 0,5072 4,30 0,007465 8,39 C3 0,5005 4,55 0,007899 9,00 Tabela 18 – Comparação do valor médio do teor de gordura obtido experimentalmente no iogurte e nos cereais de pequeno almoço, com o valor indicado nos rótulos % Proteína Valor experimental Valor do rótulo iogurte 3,07 3,0 cereais 8,76 7,4 Os resultados obtidos mostram que o teor médio de proteína está dentro dos valores indicados no rótulo. No caso do iogurte este valor é superior aos mínimos estabelecido por lei para o iogurte (no caso do Brasil este valor é de 2,9%). A não alteração dos valores iniciais de massa de amostra prevista no protocolo permitiu que o processo de digestão fosse bem sucedido (principalmente no caso do iogurte onde a formação de espuma poderia interferir no resultado final). Relativamente aos cereais embora o valor obtido esteja ligeiramente acima do indicado no rótulo, é um resultado bastante aceitável, e consideramos que este método se adapta bem ao tipo de alimento. Além disso, o valor apresentado no rótulo provém de uma média que não é específica para o alimento contido em cada embalagem, pois este pode diferir em composição de acordo com a matéria prima utilizada. Conclusões Com base nos resultados obtidos podemos elaborar um rótulo com a informação nutricional de cada amostra (iogurte e cereais de pequeno almoço), onde facilmente analisamos a coerência dos mesmos: Tabela 19 – Valor nutricional (por 100g) obtido a partir dos resultados experimentais para o iogurte Io g u rt e Valor nutricional (por 100g) Energia (Kcal) 82,8 Energia (KJ) 352 Humidade 82,7 g Açúcares 14,0 g Gorduras 1,60 g Proteínas 3,07 g Tabela 20 – Valor nutricional (por 100g) obtido a partir dos resultados experimentais para os cereais de pequeno almoço ce re a is Valor nutricional (por 100g) Energia (Kcal) 319 Energia (KJ) 1354 Humidade 4,9 g Açúcares 67,7 g Gorduras 1,41 g Proteínas 8,76 g Efetuando alguns cálculos simples verificamos que a soma do teor de humidade, açúcares, gorduras e proteínas para cada alimento é, Tabela 21 – Comparação dos resultados globais obtidos para o iogurte e para os cereais de pequeno almoço Iogurte cereais Soma (%) 101,4 82,8 No caso do iogurte os resultados globais (soma) mostram que os resultados obtidos para cada parâmetro medido devem estar bem determinados pois a soma é bastante próxima dos 100%. É claro que os valores apresentados na tabela 19 são diferentes dos apresentados no rótulo do iogurte (ver anexo). Como já foi referido anteriormente, os valores dos rótulos são obtidos como um a média e são mantidos para vários batch produtivos. Assim, os valores apresentados no rótulo não são específicos da amostra analisada, uma vez que a composição da matéria prima em cada batch pode variar. Para além disso cada determinação está sempre associado um erro experimental. Estes factos permitem explicar as discrepâncias entre os valores obtidos e os do rótulo. No que concerne aos cereais de pequeno almoço, os resultados obtidos são mais discrepantes no teor de açúcares redutores, pelos factos referidos na análise dos resultados. Para além disso, o valor global (82,8%) resultante da soma do teor dos vários componentes apresenta uma diferença de 20% face aos 100% esperados. Existem várias hipóteses que explicam este resultado. Em primeiro lugar os métodos utilizados nas determinações estavam previstos para uma amostra de queijo. O facto de termos utilizado cereais de pequeno almoço e termos mantido os métodos pode levar a resultados abaixo dos esperados, por degradação da amostra, ou extrações incompletas (como parece ter sido o caso da incompleta hidrólise do amido presente e consequente diminuição no valor obtido para os açúcares redutores, ou a escolha do solvente utilizado na extração dos lípidos). Por outro lado, é provável que a quantidade de fibra presente nos cereais possa afetar o resultado global, pois não foi determinada. De acordo com o rótulo do produto seria de esperar um valor de 7,4% de teor de fibra o que reduziria substancialmente a diferença de resultados. Concluímos deste modo que as alterações efetuadas aos protocolos, no que respeita ao iogurte, foram bem conseguidas e os métodos utilizados adaptaram-se bem à utilização do iogurte em vez do queijo. No que concerne à utilização dos cereais de pequeno almoço deveria ser utilizado outro método para a determinação de açúcares que se coadune com o tipo de alimento e que permita determinar também os açúcares mais complexos (amido e celulose), incluindo a determinação do teor em fibras. Para a quantificação do amido podemos sugerir a utilização de enzimas específicas para a degradação de amido em glucose, ou então isolar o amido através de complexação com iodo. Para a quantificação das fibras (celulose) seria necessário eliminar, através de processos químicos adequados, todos os outros componentes e determinar posteriormente através da quantificação do resíduo seco. 4. Bibliografia ✓ Preciosa Pires, Protocolos Experimentais para as Aulas Práticas da Disciplina de Química Alimentar, Escola Superior de Tecnologia e Gestão, Instituto Politécnico de Viana do Castelo, Viana do Castelo, 2018 ✓ J. L. Multon, Analysis of Food Constituintes, Wiley-VCH,Inc, USA, 1997 ✓ Cerwyn S. James, Analytical Chemistry of Foods, Blackie Academic and Professional, London, 1995 ✓ Guilherme Moraes Dornemann, Comparação de Métodos para Determinação de Açúcares Redutores e Não-Redutores, Escola de Engenharia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2016 ✓ Maria Auxiliadora de Brito RODAS, Regina Maria Morelli Silva RODRIGUES, Harumi SAKUMA, Lana Zanetti TAVARES, Cássia Regina SGARBI, Welitania C.C. LOPES; CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA, HISTOLÓGICA E VIABILIDADE DE BACTÉRIAS LÁCTICAS EM IOGURTES COM FRUTAS; Campinas, 2001 Anexo 1 Figura 3 – Rótulo com as referências nutricionais da amostra de iogurte utilizada Figura 4 – Rótulo com as referências nutricionais da amostra de cereais de pequeno almoço utilizada
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