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UNIVERSIDADE PAULISTA Cursos de Farmácia e Biomedicina Apostila de Bromatologia e Análise de Alimentos Profª Marina Figueiredo Ferreira de Souza SANTOS 2019 1 CONCEITO E IMPORTÂNCIA DA BROMATOLOGIA Bromatologia é a ciência que estuda a composição química dos alimentos. A palavra é originada do grego: “bromatos” (alimento) e “logia” (estudo). Para os profissionais da área da Saúde, é de extrema importância o conhecimento da composição química dos alimentos, na forma como se apresentam na natureza e depois de sofrerem mudanças pelo processamento na indústria de alimentos. Através desse conhecimento podemos entender as influências que possam exercer no organismo. Todos os países adotam normas e padrões para alimentos “in natura” ou processados, reunidos numa Legislação Bromatológica, que se preocupa com a qualidade dos alimentos oferecidos à sua população. Existe atualmente uma conscientização geral ligando a alimentação de uma população com a freqüência de determinadas doenças. Estudos epidemiológicos mostram que existe uma correlação estatística entre os recursos nutricionais disponíveis em determinadas regiões e a freqüência com que certas doenças se manifestam. O conhecimento destas tendências permite prevenir, minimizar seus danos e reeducar o povo quanto à sua alimentação. A tecnologia de alimentos, utilizando os conhecimentos envolvidos na bromatologia, se preocupa em desenvolver alimentos seguros e adequados para grupos específicos de consumidores. Nas áreas da saúde, a bromatologia desempenha um papel preponderante na prevenção de doenças, na formulação de dietas, na manutenção de organismos saudáveis, envolvendo profissionais das mais diversas formações: bioquímicos, farmacêuticos, nutricionistas, dentistas, médicos, engenheiros químicos e de alimentos. Definição de Bromatologia: É a ciência que estuda e identifica os componentes dos alimentos englobando todas as atividades pertinentes a esta. Etimologicamente a palavra BROMATOLOGIA deriva do grego: Bromato = Alimentos Logia= ciência Importância da Bromatologia: Possibilita a investigação da composição e valor nutricional dos alimentos: - tabelas de composição - tabela nutricional Possibilita a fiscalização e controle da produção de alimentos pelos órgãos governamentais e pelas indústrias que produzem alimentos. - fiscalização de adulterações (contaminações) - interferências de processos tecnológicos na composição e características dos alimentos. Indústrias – controle de qualidade, controle de processos em águas, alimentos, matérias-primas, produto acabado, embalagens, vida-de-prateleira, etc); Universidades e Institutos de pesquisa - desenvolvimento de metodologia, controle de processos em pesquisas, prestação de serviços, etc. Órgãos Governamentais – registro de alimentos, fiscalização na venda e distribuição, etc Existem três tipos de aplicações da análise de alimentos: Análise de alimentos envolve o desenvolvimento dos métodos de identificação e qualidade com técnicas adequadas para uso no laboratório de controle para A BROMATOLOGIA está baseada na análise qualitativa e quantitativa dos alimentos assegurar a uniformidade do alimento processado e para futuras melhorias no produto. Existe uma tendência crescente para substituir procedimentos exatos, reprodutíveis e objetivos pelos critérios subjetivos de sabor, aroma, textura, cor e outras qualidades. Os métodos de análise sensorial em alimentos estão melhorando com a introdução e o desenvolvimento de testes sensoriais estatísticos (avaliação de cerveja, vinho, café por métodos sensoriais). Alguns atributos dos alimentos como cor e textura podem ser medidos objetivamente, outros, como o aroma, não podem ser medidos por métodos químicos ou físicos, dependendo de métodos sensoriais. Não há conhecimento suficiente da composição química dos componentes voláteis ou não voláteis responsáveis pelo aroma, mas novos métodos de separação por cromatografia gasosa são uma perspectiva futura de se conhecer a química dos constituintes flavorizantes de produtos lácteos, de vegetais, frutas, carnes, peixes. • Controle de qualidade de rotina: é utilizado tanto para checar a matéria prima que chega, como o produto acabado que sai de uma indústria, além de controlar os diversos estágios do processamento. Nestes casos, de análises de rotina, costuma- se, sempre que possível, utilizar métodos instrumentais que são bem mais rápidos que os convencionais. •Fiscalização: é utilizado para verificar o cumprimento da legislação, através de métodos analíticos que sejam precisos e exatos e, de preferência, oficiais. • Pesquisa: é utilizada para desenvolver ou adaptar métodos analíticos exatos, precisos, sensíveis, rápidos, eficientes, simples e de baixo custo na determinação de um dado componente do alimento Áreas relacionadas à Bromatologia: Análise de Alimentos Fiscalização de alimentos BROMATOLOGIA Microbiologia de Alimentos Química e bioquímica Controle de qualidade Tecnologia de Alimentos Considerações sobre os alimentos existem em todas as partes do mundo, mas, de acordo com o lugar, pode ter enfoques diferentes. Nas regiões subdesenvolvidas, os povos se dedicam à produção de alimentos, mas não se preocupam com a qualidade e a quantidade adequada dos nutrientes básicos. Nas regiões desenvolvidas, a produção de alimentos é altamente mecanizada e apenas pequena parte da população está envolvida nesse tipo de atividade. O alimento é produzido em abundância, a maior parte é processada e o uso de aditivos químicos é comum. Nesses lugares privilegiados, as considerações sobre os alimentos são centradas principalmente no custo, qualidade, variedade, distribuição e nos efeitos do processamento e da adição de substâncias químicas e, principalmente, no valor nutritivo. Todos esses conceitos estão relacionados com a ciência dos alimentos ligada às propriedades físicas, químicas e biológicas e com a estabilidade, custo, qualidade, processamento, segurança, valor nutritivo, benefícios à saúde e distribuição. O analista de alimentos ou bromatologista se apóia no conhecimento das ciências acima mencionadas para estudar e controlar as substâncias biológicas como fontes de alimento para o homem. O conhecimento das propriedades inerentes às substâncias biológicas e os métodos de manipulá-las, são interesse comum às duas especialidades: analistas de alimentos e biólogos. Os bromatologistas estão voltados às substâncias biológicas que estão mortas ou morrendo (fisiologia das plantas pós-colheita e fisiologia “post mortem” do músculo) e as modificações que elas sofrem quando expostas a uma grande variedade decondições ambientais. Como exemplo, temos a manutenção da vitalidade durante a comercialização de frutas e vegetais. Os bromatologistas estão ligados às transformações que ocorrem em alimentos cujos tecidos foram rompidos, injuriados, triturados: farinhas, sucos de frutas e vegetais, constituintes isolados e modificados e alimentos manufaturados. Também estão ligados a fontes alimentares provenientes de células únicas (ovos e microrganismos) e ao fluido biológico mais importante, o leite. Conceitos importantes para o estudo dos alimentos ALIMENTO: “toda a substância ou mistura de substância, que ingerida pelo homem fornece ao organismo os elementos normais à formação, manutenção e desenvolvimento”. Outra definição seria aquela que diz que alimento “é toda a substância ou energia que, introduzida no organismo, o nutre. Devendo ser direta ou indiretamente não tóxica”. ALIMENTOS SIMPLES: São aquelas substâncias que por ação de enzimas dos sucos digestivos são transformadas em metabólitos (açúcares, lipídios, proteínas). METABÓLITOS: são os alimentos diretos, ou seja, são substâncias metabolizadas depois de sua absorção (água, sais, monossacarídeos, aminoácidos, ácidos graxos). ALIMENTOS COMPOSTOS: São substâncias de composição química variada e complexa, de origem animal ou vegetal, ou formada por uma mistura de alimentos simples (leite, carne, frutas, etc). ALIMENTOS APTOS PARA O CONSUMO: São aqueles que respondendo às exigências das leis vigentes, não contém substâncias não autorizadas que constituam adulteração, vendendo-se com a denominação e rótulos legais. Também são chamados de alimentos GENUÍNOS. Alimentos NATURAIS são aqueles alimentos que estão aptos para o consumo, exigindo-se apenas a remoção da parte não comestível (“in natura”). A diferença entre alimentos genuínos e naturais radica em que sempre os alimentos genuínos devem estar dentro das regulamentações da lei; no entanto, nem sempre o alimento natural pode ser genuíno, como por exemplo uma fruta que está com grau de maturação acima da maturação fisiológica permitida. ALIMENTOS NÃO APTOS PARA O CONSUMO: São aqueles que por diferentes causas não estão dentro das especificações da lei. Podem ser: a) ALIMENTOS CONTAMINADOS: são aqueles alimentos que contém agentes vivos (vírus, bactérias, parasitas, etc.) ou substâncias químicas minerais ou orgânicas (defensivos, metais pesados, etc.) estranhas à sua composição normal, que pode ser ou não tóxica, e ainda, componentes naturais tóxicos (sais como nitratos, etc.), sempre que se encontrem em proporções maiores que as permitidas. b) ALIMENTOS ALTERADOS: são os alimentos que por causas naturais, de natureza física, química ou biológica, derivada do tratamento tecnológico não adequado, sofrem deteriorações em suas características organolépticas, em sua composição intrínseca ou em seu valor nutritivo. Como exemplo de alimentos alterados temos o odor característico da carne início do estágio de decomposição, o borbulhar do mel (fermentação), ou latas de conservas estufadas (enchimento excessivo ou desenvolvimento de microorganismos) c) ALIMENTOS FALSIFICADOS: São aqueles alimentos que tem aparência e as características gerais de um produto legítimo e se denominam como este, sem sê- lo ou que não procedem de seus verdadeiros fabricantes, ou seja, são alimentos fabricados clandestinamente e comercializados como genuínos (legítimos). Pode acontecer que o alimento falsificado esteja em melhores condições de qualidade que o legítimo, mas por ser fabricado em locais não autorizados ou por não proceder de seus verdadeiros fabricantes, é considerado falsificado e, portanto, não apto ao consumo. d) ALIMENTOS ADULTERADOS: São aqueles que tem sido privado, parcial ou totalmente, de seus elementos úteis ou característicos, porque foram ou não substituídos por outros inertes ou estranhos. Também a adição de qualquer natureza, que tenha por objetivo dissimular ou ocultar alterações, deficiências de qualidade da matéria-prima ou defeitos na elaboração, que venham a constituir adulteração do alimento. A adulteração pode ser por acréscimo de substâncias estranhas ao alimento (por exemplo água no leite ou vísceras em conservas de carnes, amido no doce de leite, melado no mel), por retirada de princípios ativos ou partes do alimento (retirada da nata do leite ou cafeína do café) ou por ambas as simultaneamente. 2 COMPOSIÇÃO CENTESIMAL DE ALIMENTOS A composição centesimal de alimentos consiste na composição de nutrientes por 100 g do alimento, ou seja, na quantidade de determinados nutrientes em 100 g do produto (normalmente considera-se apenas as partes comestíveis, excluindo-se cascas, por exemplo). A declaração da composição centesimal, que também é conhecida por composição química do alimento pode ser feita em gramas do nutriente por 100 gramas do alimento (g/ 100g) ou em porcentagem do nutriente no alimento (%). Os nutrientes que compõem o alimento, para fins de composição centesimal são: Água (umidade) Proteínas Lipídeos (gorduras) Carboidratos Cinzas Fibra alimentar * *em alguns casos Á água é determinada por meio do teor de umidade, em laboratório, normalmente pelo método de secagem em estufa a 105° C. O teor de proteínas é obtido por meio de análise laboratorial, utilizando-se por padrão o método de Kjeldahl. A determinação dos lipídeos é realizada também por análise laboratorial, podendo ser utilizados os métodos de Soxhlet ou Bligh Dyer. As cinzas são obtidas em laboratório, geralmente após a incineração da matéria orgânica em Mufla (550° C), obtendo-se o resíduo mineral fixo. As fibras alimentares, quando determinadas a parte, são obtidas pelo método enzimático-gravimétrico, o qual simula a digestão do alimento no trato gastrintestinal com o uso de reagentes químicos, sobrando, ao final da digestão, as fibras não digeridas (solúveis e insolúveis separadamente). Quando as fibras não são contabilizadas a parte, estão contidas no teor de carboidratos, uma vez que a maior parte destas são de natureza glicídica (possuem estrutura química de carboidratos). Os carboidratos são determinados por cálculos, ou seja, sem análise em laboratório. Para se chegar ao resultado, basta somar o teor de todos os componentes citados anteriormente (em gramas) e subtrair o resultado de 100g: CARBOIDRATOS (g) = 100 g – ( UM g + PTN g + LIP g + CIN g + FA g) O cálculo também pode ser feito diretamente em porcentagem. Os valores numéricos são os mesmos. CARBOIDRATOS (%) = 100 % – ( UM % + PTN % + LIP % + CIN % + FA %) Para o cálculo do valor energético, é necessário multiplicar os conteúdos dos nutrientes carboidratos, proteínas e lipídeos por, 4, 4 e 9, respectivamente: 1 g Carboidrato → 4 Kcal 1 g Proteína → 4 Kcal1 g Lipídeo → 9 Kcal Após a multiplicação deve-se somar os 3 resultados: Valor energético = Kcal CHO + Kcal PTN + Kcal LIP Exemplo: Um alimento foi analisado no laboratório e foram obtidos os seguintes resultados: Por 100 g do produto Quantidades Valor Energético (Kcal) 368,7 Umidade (g ou %) 12,5 Carboidratos (g ou %) 76,7 Proteínas (g ou %) 3,5 Lipídeos (g ou %) 5,5 Cinzas (g ou %) 0,7 Fibra Alimentar (g ou %) 1,5 Qual é o teor de carboidratos? E o Valor energético? CHO = 100 – (12,5+3,5+5,5+0,7+1,5) CHO = 76,3 g ou % Valor energético: CHO x 4 => 76,3 x 4 = 305,2 Kcal PTN X 4 => 3,5 x 4 = 14 Kcal LIP x 9 => 5,5 x 9 = 49,5 Kcal Valor energético = 305,2 + 14 + 49,5 = 368,7 Kcal/ 100g de alimento 3 ROTULAGEM NUTRICIONAL E LEGISLAÇÃO Rotulagem nutricional: É toda descrição destinada a informar o consumidor sobre as propriedades nutricionais do alimento. Regulamentada pelas legislações: RDC n° 359 de 23 de dezembro de 2003. Aprova Regulamento Técnico de Porções de Alimentos Embalados para Fins de Rotulagem Nutricional. RDC n° 360 de 23 de dezembro de 2003. Aprovar o Regulamento Técnico sobre Rotulagem Nutricional de Alimentos Embalados, tornando obrigatória a rotulagem nutricional, conforme Anexo. RDC n° 54 de 12 de novembro de 2012, Fica aprovado o Regulamento Técnico sobre Informação Nutricional Complementar, nos termos do anexo desta resolução. É obrigatória a declaração do conteúdo e valor diário de referência (%VD) dos componentes: Valor energético, carboidratos, proteínas, gorduras totais, gorduras saturadas, gorduras trans, fibra alimentar e sódio. A declaração deve ser feita por porção caseira do alimento (RDC n° 359). Para o cálculo do VD deve-se utilizar as recomendações diárias de referência da legislação (RDC n° 360). A Rotulagem geral de alimentos é regulamentada pela RDC n° 259 de 20 de setembro de 2002. Aprova o Regulamento Técnico sobre Rotulagem de Alimentos Embalados. Há ainda outras legislaçõe, como relativa à alimentos com Organismos Geneticamente Modificados (transgênicos); declaração de corante tartrazinha, gluten etc. Para mais informações sobre rotulagem de alimentos entrar em: http://portal.anvisa.gov.br/wps/portal/anvisa/anvisa/home/alimentos, acessar o item legislação e rotulagem. 4 INTRODUÇÃO À ANÁLISE DE ALIMENTOS: MÉTODOS, AMOSTRAGEM E PREPARO DE AMOSTRAS Em análise de alimentos, os objetivos se resumem em determinar um componente específico do alimento ou vários componentes, como no caso da determinação da composição centesimal. A determinação do componente deve ser realizada por meio da medida de alguma propriedade física, como: medida de massa ou volume, medida de absorção de radiação, medida do potencial elétrico, etc. Existem dois tipos básicos de métodos em análise de alimentos: métodos convencionais e métodos instrumentais. Os primeiros são aqueles que não necessitam de nenhum equipamento sofisticado, isto é, utilizam apenas a vidraria e reagentes, e geralmente são utilizados em gravimetria e volumetria. Os métodos instrumentais, como o próprio nome diz, são realizados em equipamentos eletrônicos mais sofisticados. São utilizados, sempre que possível os métodos instrumentais no lugar dos convencionas. OBJETIVOS DA ANÁLISE DE ALIMENTOS: Determinar um componente especifico ou vários componentes (ex. composição centesimal) • Medida de massa (gravimetria) ou volume (volumetria) • Medida da absorção de radiação • Medida de potencial elétrico (potenciometria) Tipos básicos de métodos Métodos Convencionais • realizados com uso de materiais e reagentes básicos de laboratório (vidrarias, reagentes e gravimetria e volumetria) Métodos Instrumentais • equipamentos eletrônicos mais sofisticados (HPLC, CG, etc) Em, alimentos, a escolha do melhor método de análise é um passo muito importante, pois o alimento é, geralmente, uma amostra muito complexa, em que os vários componentes da matriz podem estar interferindo entre si. Por isso, em muitos casos, um determinado método pode ser apropriado para um tipo de alimento e não fornecer bons resultados para outro. Portanto a escolha do método vai depender do produto a ser analisado. A escolha do método analítico vai depender de uma série de fatores: → Quantidade relativa do componente desejado: Os componentes podem ser classificados em maiores (mais de 1%), menores (0,01 – 1%), micros (menos de 0,01%) e traços (ppm e ppb) em relação ao peso total da amostra. No caso dos componentes maiores, são perfeitamente empregáveis os métodos analíticos convencionais, como os gravimétricos e volumétricos. Para os componentes menores e micros, geralmente é necessário o emprego de técnicas mais sofisticadas e altamente sensíveis, como os métodos instrumentais. →Exatidão requerida: Os métodos clássicos podem alcançar uma exatidão de 99,9%, quando um composto analisado se encontra em mais de 10% na amostra. Para componentes presentes em quantidade menores que 10%, a exatidão cai bastante, e então a escolha do método deve recair sobre os instrumentais Amostragem Sistema de processamento da amostra Reações químicas Mudanças físicas Separações Medidas Processamento de dados Avaliação estatísica →Composição química da amostra: A presença de substâncias interferentes é muito constante em alimentos. A escolha do método vai depender da composição química dos alimentos, isto é dos possíveis interferentes em potencial. Em análise de materiais de composição extremamente complexa, o processo analítico se complica com a necessidade de efetuar a separação dos interferentes antes da medida final. Na maioria das determinações em alimentos, as amostras são complexas, necessitando de uma extração ou separação prévia dos componentes a ser analisado. →Recursos disponíveis: muitas vezes não é possível utilizar o melhor método de análise em função do seu alto custo, que pode ser limitante em função do tipo de equipamento ou até mesmo ao tipo de reagente ou pessoal especializado. ETAPAS DA ANÁLISE QUANTITATIVA Fluxograma da análise quantitativa: Amostragem • Conjunto de operações das quais se obtém uma amostra representativa do produto a ser analisado. • Amostra: Uma porção limitada do material tomada do conjunto – o universo na terminologia estatística – selecionada de maneira a possuir as características essenciais do conjunto • Amostra bruta: quantidade inicial da amostra da qual será obtida a amostra representativa (ex.: parte do lote do produto)• Amostra representativa – quantidade pequena para fins de laboratório que represente todo o conjunto da amostra (homogênea) Medida de uma quantidade de amostra • A quantidade de amostra deve ser conhecida (peso, volume) Sistema de processamento da amostra • Tratamento da amostra para análise o Moagem ou trituração de sólidos o Filtração de partículas sólidas em líquidos (ex.: suco de fruta com semente, gominhos) o Eliminação de gases (bebidas gaseificadas) Reações químicas ou mudanças físicas • Fazem parte da preparação do extrato para análise. • Extração com água, solvente, produtos químicos (ex.: extração da fração lipídica do alimento para determinar o perfil de ácidos graxos). Separações • Eliminação de substâncias interferentes. • Maneiras de eliminar uma substância interferente: o Transformação em um substância inócua (oxidação, redução, complexação) o Isolamento físico (extração com solventes, uso de filtros) Medidas • Quantificação do componente desejado no extrato. Processamento de dados e avaliação estatística • O resultado da análise é expresso de maneira apropriada com indicação do seu grau de incerteza (média, desvio padrão e coeficiente de variação). 5 LAUDOS BROMATOLÓGICOS O laudo bromatológico é o documento que contém todas as informações referentes à análise, serve para atestar o resultado de forma oficial, contendo assinatura do responsável pelas análises e pelo laboratório. Os itens que devem aparecer no laudo são: - Identificação do Laboratório - N° de protocolo; - Tipo de análise, características; - Nome do produto analisado; - Identificação: Data de fabricação, validade, lote, registro, fabricante; - Nome dos solicitantes da análise; - Data de análise; - Descrição da amostra - Nome da análise, referência (legislação, métodos), valor de referência; - Resultado e Conclusão da análise – ex.: adequado/ inadequado/ satisfatório; - Conclusão geral (para o caso de terem várias análises) - Observações - Nome e Assinatura dos responsáveis 6 ÁGUA, UMIDADE E ATIVIDADE DE ÁGUA EM ALIMENTOS A água faz parte da estrutura das células e sem ela, não há metabolismo, não há vida. A água é estabilizante da temperatura corpórea, transporta nutrientes, transporta produtos de excreção e é veículo da maioria das reações bioquímicas celulares. Em alimentos, o conteúdo de água e a localização da água, exercem influência na estrutura, na aparência, sabor e suscetibilidade à deterioração. Nas frutas, verduras e alguns vegetais, a água pode representar mais de 90% na porção comestível. Nas carnes, a água contribui com 50 a 70%, dependendo do seu teor de gordura. Nos cereais, a água está presente em quantidades menores, cerca de 10 a 12%. Óleos e gorduras apresentam apenas traços de água, enquanto produtos processados com elevados teores de gordura (maionese, margarina), apresentam elevados teores de água (15 a 40%). O teor de água em produtos processados é fator determinante da sua qualidade e estabilidade. Quanto menor seu teor de água, maior a estabilidade, porque a água é essencial ao crescimento de microrganismos, às reações enzimáticas e reações de oxidação. Os métodos de conservação de alimentos se baseiam na remoção ou na imobilização da água, seja por métodos de secagem, liofilização, concentração, congelamento. As operações de processamento em que se deve controlar a umidade, são: extração, moagem, concentração, secagem e liofilização. Atividade de água A água nos alimentos é um valor obtido pela determinação da água total contida no alimento, por aquecimento em estufa a 105°C até peso constante. A secagem completa de um alimento se dá em duas etapas com níveis de energia diferentes. a) Na primeira etapa, a eliminação da água consome energia equivalente ao calor latente de vaporização. b) Na segunda etapa, com menos água a eliminar, é necessário um nível maior de energia. Nos alimentos, parte da água não é congelável, não permite o crescimento de microrganismos e não serve como meio de reações químicas e enzimáticas. O conhecimento das propriedades e distribuição da água no alimento, é mais importante que o simples valor total do conteúdo de água. Água livre A água livre é aquela que: • Está fracamente ligada ao substrato • Funciona como solvente e agente dispersante • Permite o crescimento microbiano e as reações químicas e bioquímicas • É removida por secagem convencional • Contribui com mais de 95% da água total presente nos alimentos • Nela predominam ligações de hidrogênio. Água parcialmente ligada Essa é a água da camada intermediária, ligada aos componentes dos alimentos por pontes de hidrogênio ou por forças de Van der Waals. Ocupa as primeiras camadas e outras camadas adicionais em torno dos grupos hidrofílicos de constituintes não aquosos. Essa água tem baixa capacidade como solvente, representa 2 a 3% da água total e pode permitir reações e crescimento microbiano, mas numa velocidade muito lenta. Água ligada A água ligada ocorre nas vizinhanças dos solutos e componentes não aquosos dos alimentos. Possui propriedades diferentes da água livre presente e é também chamada água de hidratação da camada monomolecular em torno dos componentes dos alimentos. Inclui a água presente em microcapilares com menos de 0,1μm de diâmetro. • Essa água não congela a -40°C • Não funciona como solvente • Equivale a cerca de 0,5 a 0,4 % da água total presente no alimento •Não permite a realização de reações bioquímicas e crescimento de microrganismos A água contida nos alimentos pode ser medida em laboratório e expressa em termos de umidade, porém apenas a umidade não reflete sua estabilidade. A disponibilidade da água em participar de reações de degradação, definida pela atividade de água do produto, é o que determina a vida de prateleira do alimento. 6.1 Reações de deterioração em alimentos e sua relação com a atividade de água Este assunto será abordado no item 7 (fatores que interferem na deterioração dos alimentos). 6.2 Métodos de determinação de umidade e atividade de água em alimentos Métodos de determinação de umidade Secagem em estufas ❖ Método mais utilizado, conhecido também como método gravimétrico PRINCIPIO DO MÉTODO: remoção da água por aquecimento Preparo das amostras Amostras devem ser moídas para facilitar a evaporação da água. Amostras líquidas: devem ser evaporadas em banho-maria até a consistência pastosa para então serem colocadas na estufa (pode-se adicionar areia). Amostras açucaradas: formam uma crosta dura na superfície, que impede a saída da água do interior. Neste caso, costuma-se adicionar areia, asbesto ou pedra pome em pó misturada na amostra, para aumentar a superfície de evaporação. Peso da amostra:varia entre 2 a 10 g dependendo da quantidade de água do produto, e ela deve ser bem espalhada no cadinho formando uma camada fina. Condições de secagem ➢ Estufa simples: temperatura um pouco acima de 100ºC ( 105ºC) ➢ Estufa à vácuo: ~ 70ºC Tempo: 3 a 18 horas, ou peso constante. Pesagem: deve ser realizada com a cápsula ou cadinho secos após esfriá-los no dessecador. Limitações do método: A perda de substâncias voláteis será computada como perda de água. Existem outros métodos pouco utilizados (que tal como quaisquer outros métodos apresentam vantagens e desvantagens). Umidade = produto úmido – produto seco Outra medida também importante em alimentos são os sólidos totais: Sólidos totais = peso total da amostra – umidade Existem outros métodos menos utilizados (que tal como quaisquer outros métodos apresentam vantagens e desvantagens). Seguem abaixo: Destilação a) Destilação direta com líquido imiscível de Ponto de Ebulição alto - amostra aquecida com óleo mineral com Ponto de Ebulição muito superior à temperatura de ebulição da água. - A água que destila é condensada, coletada e medida num recipiente graduado. b) Destilação direta com um líquido imiscível - amostra é aquecida com xileno, tolueno, benzeno ou outro solvente similar - a mistura aquecida água mais solvente, na forma de vapor, condensa e é coletada num frasco de modo que a água (líquido mais pesado) possa ser separada e se possa medir o seu volume c) Destilação com refluxo com um líquido imiscível - Este é o melhor método e pode ser efetuado de dois modos. - Pode ser feita com um solvente cuja densidade seja inferior à densidade da água, como tolueno e xileno. - Outra forma é feita com solvente cuja densidade seja superior à densidade da água, como tetracloroetileno. Pontos negativos dos métodos: • Recuperação incompleta da água por causa da formação de emulsão (água + solvente). • Retenção de gotículas de água no tubo condensador ou nos lados do tubo graduado. • Decomposição da amostra com produção de água. Índice de refração (método físico) - O índice de refração de uma substância pura é uma constante, mantidas as condições de temperatura e pressão e, como tal, pode ser usado como meio de identificação da mesma; - Pode ser usado para avaliação da qualidade de óleos, gorduras e óleos essenciais; - é utilizado para determinar os sólidos de soluções de açúcares, sucos de frutas, geléias e mel; - O índice de refração da água a 20°C é 1,333 (0° Brix). A presença de sólidos solúveis na água resulta numa alteração do índice de refração. - Logo, determina-se a quantidade de soluto pelo conhecimento do índice de refração da solução aquosa; Refratometria Pulfrich - Quando um raio de luz incide sobre uma superfície plana, pode ser refletido ou refratado. - A medida é feita com base no ângulo formado pelo raio de luz refratado - A capacidade de refração é referente à quantidade de sólidos da amostra - o resultado é dado em índice de refração Abbe - Há duas escalas: índice de refração e 0º Brix. - inicialmente o refratômetro deve ser calibrado com água destilada (índice de refração = 1,3330 e 0º Brix a 20ºC). - Procedimento – colocar a amostra entre os prismas, e a rotação deve ser feita até que o raio crítico esteja centrado no “X” do visor. Método de Karl Fisher (método químico) - O reagente de Karl Fischer é uma mistura de iodo + piridina + SO2 , em solução de metanol. - O método depende da titulação da amostra com o reagente até o aparecimento da cor marrom do iodo livre (a reação acaba quando não há mais água e ocorre aumento na corrente) - Com base no volume do reagente necessário para a titulação, calcula-se a umidade (é necessário uma padronização) - Hoje, há potenciômetros especiais para serem usados com o reagente de Fischer (que indicam o ponto final da reação) - usado em álcool combustível, alimentos (matérias-primas) e diversos materiais não alimentícios (plásticos, amostras biológicas, tintas) A determinação da Atividade de Água pode ser realizada por: - Medidores eletrônicos de Atividade de Água: Adicionar 7,5 ml de amostra (sólida, líquida, grãos, etc.) em uma cápsula de amostra, colocar a cápsula no medidor de atividade de água, fechar a tampa da câmara sobre a amostra e esperar pelo equilíbrio de vapor. Um feixe infravermelho focado em um pequeno espelho determina o ponto de orvalho preciso da amostra. A temperatura do ponto de orvalho é então traduzida em atividade de água. - Interpolação gráfica: amostras de alimentos são mantidas em temperatura constante no interior de dessecadores, contendo soluções saturadas de diferentes sais, que permitem a obtenção de ambientes com umidades relativas constantes. As amostras são pesadas em diferentes intervalos de tempo, registradas no gráfico (as curvas representam o ganho de água ou a perda ao longo do tempo) em relação as varias Aw em estudo. Quando não mais houver variação de peso da amostra, então, este ponto corresponde à sua Aw. (Fundamento do método: Um alimento ganha umidade se colocado em um ambiente com uma atividade de água superior a sua e perde água quando colocado em um ambiente onde a atividade de água é menor que a sua. Dessa forma, quando o alimento é colocado em um ambiente com temperaturas e atividade de água conhecidas, é possível avaliar a sua atividade de água através da variação de sua massa.) 7 FATORES QUE INTERFEREM NA DETERIORAÇÃO DOS ALIMENTOS Deterioração: • Reações químicas (alimento) • Reações enzimáticas (alimento e/ou microbiano) • Crescimento microbiano Aproximadamente 40% da produção agrícola brasileira é perdida por razões fisiológicas, transporte inadequado ou por longas distâncias, e pelas condições de armazenamento. Os microrganismos podem causar malefícios (deterioração, DTA) ou benefícios (pães, queijos, iogurtes) e isso depende da espécie. - Formas de contaminação: • Homem • Utensílios • Equipamentos - Adição intencional - Autóctones → contaminação no local de manipulação - Fatores que afetam o crescimento microbiano Fatores intrínsecos → alimento Fatores extrínsecos → ambiente → Atividade de água (intrínseco) • Água combinada/ ligada (parcialmente ou fortemente) • Água livre (usada pelo microrganismo) – Atividade de água (Aw) A agua presente nos alimentos é comumente expressaem termos de atividade de água, que corresponde à relação entre a pressão parcial de vapor de água na superfície do alimento (P) e a pressão parcial de vapor de água pura (P0) a uma dada temperatura, representada pela equação: P = pressão de vapor no soluto P0 = pressão de vapor do solvente Figura 1- Velocidade de reações e de crescimento de microorganismos em função da atividade de água. A velocidade de todas as reações, exceto a oxidação lipídica, tende a aumentar à medida que a Aw aumenta. Valores de atividade de água → atividade de água baixa (Aw < 0,30): tem-se a água da monocamada (a água está fortemente ligada ao alimento) que não esta disponível para as reações químicas e enzimáticas e nem para o crescimento de microorganismos. → atividade de água moderada (Aw entre 0,40 e 0,80): haverá possibilidade de reações químicas e enzimáticas a velocidades rápidas, pelo aumento da Po P Aw = concentração dos reagentes. Em aw < 0,60 o crescimento de microorganismos é mínimo. → atividade de água alta (Aw > 0,90): poderão formar-se soluções diluídas que servirão de substrato para os microorganismos crescerem. Nesta faixa de atividade de água, as reações químicas e enzimáticas podem ter sua velocidade reduzida em função da baixa concentração dos reagentes. valor máximo = 1 - relativo à água pura; 0 < Aw < 1,0 Aw bactéria > Aw levedura > Aw fungo Aw 0,6 é o valor mínimo para multiplicação de qualquer microrganismo Valores mínimos de Aw para o crescimento de microrganismos Grupo Aw Bactérias deterioradoras 0,9 Leveduras deterioradoras 0,88 Bolores 0,8 Bactérias halofílicas 0,75 Bolores xerofílicos 0,65 Leveduras osmofílicas 0,61 Aw de alguns alimentos Alimento Aw • Frutas frescas e vegetais > 0,97 • Aves e pescado frescos > 0,98 • Carnes frescas > 0,95 • Ovos 0,97 • Pão 0,95 a 0,96 • Queijos (maioria) 0,91 a 0,99 • Queijo parmesão 0,68 a 0,76 • Geléia 0,75 a 0,80 • Frutas secas 0,51 a 0,89 • Cereais 0,10 a 0,20 → pH (intrínseco) • bactérias 6,0 – 7,0 • leveduras fermentativas 4,0 – 4,5 • fungos 2,0 – 8,5 Potencial de óxido-redução (EH) e tensão de O2 (maior capacidade de doar ou receber elétrons e pressão parcial de oxigênio no alimento) • aeróbio – depende do O2, EH+ • anaeróbio – sem O2, EH– (O2•, •OH, H2O2) • facultativo – sobrevive com ou sem O2 • microaerofílico – [O2] – 15% → Presença de nutrientes a) Alimentos energéticos: açúcares simples, lipídeos e proteínas b) Promotores do crescimento: nitrogênio c) Alimentos complementares: vitaminas → Fatores inibidores (podem ser intrínsecos ou extrínsecos) Naturais • ácido benzóico • lisozima • acidez • lacteninas (presente no leite de vaca) Artificiais (extrínsecos) • benzoatos • ácido sórbico • SO2 e derivados • Nitritos e nitratos • Antibióticos → Temperatura (extrínseco) • psicrotrófico: 0 – 7 º C • psicrófilo: 10 –15 º C • mesófilo: 25 – 45 º C (maioria das espécies patogênicas) • termófilo: 45 – 65 º C (Bacillus e Clostridium) → Constituintes antimicrobianos (podem retardar ou impedir a multiplicação microbiana). a) Naturais Alimento Substância cravo, canela eugenol alho alicina canela aldeído cinâmico orégano timol e isotimol clara de ovo lisozima leite lactoferrina leite lactoperoxidase- tiocianato e H2O2 b) Produzidas por microrganismos Substância Microrganismo ácido propiônico bactéria propiônica ácido lático bactéria lática Álcool levedura Antibiótico bolores Bacteriocinas vários, especialmente bactérias gram positivas água oxigenada estreptococos e lactobacilos Métodos de detecção de microrganismos em alimentos: Os principais métodos de análise de alimentos para qualidade microbiológica são: - microrganismos indicadores - Contagem total de mesófilos (PCA) - Coliformes fecais e totais (NMP) - Pesquisa de S. aureus ( - Pesquisa de bolores e leveduras - Pesquisa de Salmonelas MICRORGANISMOS INDICADORES São grupos ou espécies de microrganismos que, quando presentes em um alimento, podem fornecer informações sobre a ocorrência de contaminação de origem fecal, sobre a provável presença de patógenos ou sobre a deterioração potencial do alimento, alem, de poderem indicar condições sanitárias inadequadas durante o processamento, produção ou armazenamento. INDICADORES DE CONTAMINAÇÃO FECAL OU DA QUALIDADE HIGIENICO SANITARIO DO ALIMENTO ➢ O indicador ideal de contaminação fecal deveria preencher os seguintes pré requisitos: ➢ Ter como habitat exclusivo o trato intestinal do homem e outros animais de sangue quente ➢ Ocorrer em números elevados nas fezes ➢ Apresentar alta resistência ao ambiente extra-interal ➢ Ter técnicas rápidas, simples e precisas para sua detecção e/ou contagem. ➢ Deve estar presente quando o patógeno associado estiver ➢ Ser de rápida e fácil detecção. SIGNIFICADO DOS CONTAMINANTES MICROBIANOS EM ALIMENTOS Pode-se avaliar microbiologicamente um produto sob diferentes diretrizes, que são: ✓ ASPECTOS HIGIENICOS são as determinações microbianas que permitem avaliar higienicamente um produto, no que se refere à aplicação de Práticas de Higiene em toda sua cadeia de produção e exposição ao consumo. Baseia-se em determinações analíticas de contagem total de bactérias (mesófolos e/ou termófilos e/ou psicrotróficos), contagem de fungos (bolores e leveduras). ✓ PRESENÇA DE INDICADORES FECAIS – avalia a qualidade e a presença de contaminação fecal, direta ou indireta. Esse grupo de indicadores é composto por coliformes a 45ºC, E. coli e o Clostridium perfringens. ✓ INDICADORES DE PROCESSAMENTO E/OU MANIPULAÇÃO – pertencem a esses indicadores vários grupos de microrganismos, na dependência do produto e respectivo processamento. ✓ MICRORGANISMOS UTEIS – são usados nos processos de transformação de matérias-primas em produtos alimentícios. São microrganismos controlados, cujo metabolismo sobre os componentes da matéria-prima em questão dá como resultado final um metabolito não tóxico, porem alimentício. São usados para a fermentação de massa de pão e similares, fabricação de cerveja, iogurte, queijos e de outros produtos designados de fermentação. ✓ INDICADORES DE RISCO são microrganismos que podem produzir toxina no produto, como a enterotoxina estafilocócica, ou causar uma toxi-infecção ( Bacillus cereus, clostridium perfringens) ou uma infecção (Salmonella) ✓ TOXINAS BIOLOGICAS - essa avaliação compreende toxinas de varias origens ✓ ASPECTOS SANITÁRIOS/MICRORGANISMOS PATOGENICOS os possíveis patógenos presentes nos alimentos são bactérias, víruse parasitos. MICRORGANISMOS PATOGENICOS EM ALIMENTOS Ao lado dos microrganismos envolvidos em processos de deterioração, também existem inúmeras espécies patogênicas, que podem contaminar os alimentos e transmitir doenças. • Doenças ocasionadas por microrganismos que usam o alimento como veículo de transmissão. Brucelose; Cólera; Febre Q; Febre tifo. • Doenças ocasionadas por microrganismos que usam o alimento como meio de crescimento, podendo causar: a) Infecções alimentares – são ocasionadas por toxinas elaboradas por certos microrganismos depois que o alimento foi ingerido. Há portanto, necessidade da ingestão de células viáveis do microrganismos (106); Ex: Salmonella; Shigella; Streptococcus; Vibrio; Proteus; Pasteurella. b) Intoxicações alimentares – ocorrem quando certas toxinas elaboradas por microrganismos são ingeridas juntamente com o alimento. Não há, portanto, necessidade de ingestão de células viáveis, pois a própria toxina é responsável pelo sintoma. Ex: Clostridium botulinum; Clostridium perfringens; Staphylococcus áureos; Bacillus cereus; Aspergillus flavus. 8 CINZAS EM ALIMENTOS: CONCEITO, IMPORTÂNCIA Cinzas de um alimento: é o nome dado ao resíduo inorgânico que permanece após a queima da matéria orgânica, entre 550 – 570ºC. A matéria orgânica é transformada em gases → CO2, H2O e NO2. CINZAS são o mesmo que MINERAIS? A análise de cinzas fornece informações prévias sobre o valor nutricional do alimento, no tocante ao seu conteúdo em minerais e é o primeiro passo para análises subseqüentes de caracterização destes minerais. Mas não são o mesmo que minerais. Exemplo do teor (%) de cinzas em alguns alimentos Cereais: 0,3 a 3,3% Laticínios: 0,7 a 6,0% Peixes: 1,2 a 3,9% Frutas: 0,3 a 2,1% Nozes: 1,7 a 3,6% Óleos: 0% Açúcares: 0 a 1,2% Constituição das cinzas: A composição da cinza vai depender da natureza do alimento. Relembrando: os minerais podem ser classificados em: - macrominerais (K, Na, Ca, P, K, S, Na, Cl e Mg) - microminerais (AI, Fe, Cu, Mn e Zn) - elementos-traço: Ar, I, F, Cr, Co, Cd OBS: Principais minerais tóxicos → alumínio, arsênio, cádmio, mercúrio e chumbo (resultantes da contaminação ambiental). Fontes de cinzas ricas em: - Ca: produtos lácteos, nozes, cereais, alguns peixes e certos vegetais - P: produtos lácteos, grãos, nozes, carnes, ovos, peixes e legumes - Fe: grãos, carne, aves, frutos do mar, peixes, ovos e legumes - Na: Sal, produtos lácteos, frutas, cereais - S: Alimentos ricos em proteínas - Zn: Frutos do mar Para que determinar cinzas em alimentos? - Para se calcular o valor nutritivo de um alimento (composição centesimal) - Para avaliar critérios de segurança de um alimento (ex.: resíduos metálicos provenientes de inseticidas e outros agrotóxicos; estanho proveniente de corrosão de latas, etc.) - Para avaliar parâmetros de qualidade (ex: índice de refinação de açúcares e farinhas) - Para avaliar pureza e adulteração de alimentos (ex: presença de areia, talco, sujeira em condimentos). - Para fins de controle de qualidade: Métodos de cinzas solúveis/insolúveis em água e HCl (ácido). 8.1 Métodos de determinação de cinzas em alimentos A determinação dos constituintes minerais nos alimentos pode ser dividida em duas classes: Determinação de cinza seca ou resíduo mineral fixo Analisa os minerais em sua totalidade, sendo uma importante avaliação para a composição centesimal dos alimentos. Pode ser realizada para posterior análise individual de alguns minerais. → técnica simples e útil para análise de rotina; → é demorada; → necessita menor supervisão. Preparo das amostras - amostras líquidas ou úmidas devem ser secas em estufa antes da determinação de cinzas; - costuma-se usar a amostra que foi utilizada para a determinação de umidade; - é recomendada a realização de uma incineração prévia a baixa temperatura para que não haja perda de amostra. Peso da amostra: Cerca de 2 gramas. Temperaturas de incineração na mufla 525 ºC: frutas e produtos de frutas, carne e produtos cárneos, açúcar e produtos açucarados e produtos de vegetais. 550 ºC: produtos de cereais, produtos lácteos (com exceção da manteiga, que utiliza 500 ºC), peixes e produtos marinhos, temperos e condimentos e vinho. 600 ºC: grãos e ração. Tempo de incineração - varia com o produto; - a carbonização está terminada quando o material se toma completamente branco ou cinza e o peso da cinza fica constante; - geralmente “over night”. Pesagem da cinza Deve-se tomar todo o cuidado no manuseio do cadinho com a cinza antes de pesar, porque ela é muito leve e pode voar facilmente. Outro método de determinação de cinzas: Determinação de cinza úmida A cinza obtida por via úmida pode ser utilizada para a análise individual de minerais. Normalmente são utilizados reagentes muito corrosivos. Os minerais podem ser analisados separadamente, sendo que para cada um, há uma metodologia específica. Por exemplo: determinação de Ca, Mg, Fe e Zn por espectrofotometria de absorção atômica. determinação de Na e K por fotometria de chama. determinação de fósforo por espectrofotometria. 9 CARBOIDRATOS EM ALIMENTOS: ESTRUTURA E CLASSIFICAÇÃO (AÇÚCARES E POLISSACARÍDEOS) Conceito O termo carboidrato deriva da terminologia “hidratos de carbono”, pois contém C, H e O. O carboidrato é determinado pela fórmula: Exemplo: glicose (C6H12O6) Na natureza, os carboidratos são sintetizados pelas plantas, através do processo de fotossíntese: 6CO2 + 6H2O + energia solar = C6H12O6 + 6O2 Os carboidratos constituem ¾ do peso seco de todas as plantas terrestres e marinhas e estão presentes nos grãos, verduras, hortaliças, frutas e outras partes de plantas consumidas pelo homem. A maioria dos carboidratos da dieta é proveniente de alimentos de origem vegetal, com exceção da lactose. FUNÇÕES DOS CARBOIDRATOS → principal fonte de energia; → reserva de energia → em um adulto, cerca de 300g de carboidratos são armazenados no fígado e músculo sob a forma de glicogênio, e aproximadamente 10g estão presentes como açúcar sanguíneo circulante; → economizadores de proteína → a presença de carboidratos suficiente para satisfazer a demanda energética impede que as proteínas sejam desviadas para esta proposta; → “antiácidos" → carboidratos são essenciais para a completa oxidação das gorduras do corpo (quando ausentes, há acúmulo de ácidos provenientes do metabolismo intermediário das gorduras, gerando acidose); → uma quantidade constante de carboidratosé necessária para o funcionamento normal do SNC; → são utilizados como alimento (substrato) pela flora microbiana sintetizadora de diversas vitaminas; → podem ser utilizados como adoçantes naturais; → são utilizados como matéria-prima para alimentos fermentados; → participam de reações de escurecimento em muitos alimentos; Cx (H2O)y → propriedades reológicas na maioria dos alimentos de origem vegetal (polissacarídeos). PROPRIEDADES DOS CARBOIDRATOS → geralmente sólidos cristalinos, incolores e têm sabor doce. São compostos naturais bastante comuns e a sacarose seja talvez o adoçante mais antigo que se conhece; → são facilmente solúveis em água; → alguns carboidratos formam estruturas rígidas em plantas (celulose, pectina, hemicelulose), exercendo a mesma função dos ossos dos animais. CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS Tipos de classificação De acordo com o nº de moléculas de sacarídeos: ▪ monossacarídeo: 1 molécula de sacarídeo; ▪ dissacarídeo: 2 moléculas de sacarídeo; ▪ oligossacarídeo: de 3 a 10 moléculas de sacarídeo; ▪ polissacarídeo: mais de 10 moléculas de sacarídeo. De acordo com o tipo de monossacarídeo: ▪ homopolissacarídeos: formados por um único tipo de monossacarídeo (amido, glicose e celulose) ▪ heteropolissacarídeos: contêm mais de um tipo de monossacarídeo (pectina). 9.1 Métodos de determinação de açúcares em alimentos Nas tabelas de composição de alimentos, o conteúdo de carboidratos tem sido calculado como CARBOIDRATOS TOTAIS por diferença, isto é, de um total de 100 são subtraídas as porcentagens de umidade, proteína, lipídeo e cinzas. OU Métodos qualitativos de identificação Os testes qualitativos para açúcares estão baseados em: → reações coloridas provenientes da condensação de produtos de degradação dos açúcares em ácidos fortes com vários compostos orgânicos; → propriedades redutoras do grupo carbonila. Reação de Fehling Carboidratos totais = 100 – (umidade + proteína + lipídeo + cinzas) Amido = 100 – (umidade + proteína + lipídeo + cinzas + fibras) Baseia-se na redução de soluções alcalinas de CuSO4 em presença de tartarato de sódio e potássio, com formação de um precipitado cor de tijolo. Reação de Barfoed O reagente de Barfoed é uma solução fracamente ácida de CuSO4 e permite distinguir qualitativamente monossacarídeos de dissacarídeos redutores, pela velocidade de reação. Reação de Seliwanoff A reação de Seliwanoff se baseia na formação de compostos coloridos quando furfural e hidroximetilfurfural, obtidos pela ação de ácidos sobre pentoses e hexoses respectivamente reagem com compostos aromáticos como o resorcinol e anilina. Métodos quantitativos Munson-Walker Método gravimétrico baseado na redução de cobre pelos grupos redutores dos açúcares. O precipitado é filtrado, lavado com água quente, seco e pesado. Tabelas relacionam o peso do precipitado do óxido de cobre com a quantidade de açúcar para cada tipo de açúcar. Resultados: açúcar total e redutor em termos de glicose. Lane-Eynon Método titulométrico também baseado na redução de cobre pelos grupos redutores dos açúcares. O resultado é obtido de tabelas ou padronizando-se a mistura de Fehling com uma solução de açúcar com concentração conhecida (expresso em glicose). Somogyi Método microtitulométrico baseado também na redução do cobre por açúcares redutores. Determina pequenas quantidades de açúcares. Determinação por diferença → medição de um reagente colocado em excesso, mas em quantidade conhecida, que não tenha reagido com os açúcares redutores. Métodos cromatográficos Açúcares são determinados individualmente. Cromatografias: em papel, em camada delgada, em coluna, gasosa e cromatografia líquida de alta eficiência. Métodos ópticos Refratometria, polarimetria, densimetria. Determinação enzimática de amido total GOD/POD/ABTS [glucose oxidase/ peroxidase at 1.5 unit mL-1 and 2,2’-azino-bis (3- ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) amostra homogeneizada KOH 2,0 M e agitar sob temperatura ambiente por 30 minutos tampão acetato de sódio 0,4M (pH 4,75) adicionar amiloglicosidase e incubar sob agitação por 45 min a 60ºC centrifugar a 1500g por 15min determinar o amido total como glicose livre com GOD/POD/ABTS (glicose oxidase e peroxidase) (espectrofotômetro) multiplicar a glicose encontrada pelo fator de correção 0,9 (adequar quantidade de H2O) 9.2 Reações de escurecimento (Maillard e Caramelização) REAÇÃO DE MAILLARD Reação envolvendo açúcares redutores (aldeído) e grupos amina de aminoácidos, peptídeos e proteínas, seguida de várias etapas e culminando com a formação de pigmentos escuros (melanoidinas). Desejável: quando os produtos da reação tornam o alimento mais aceitável (doce de leite, cor da crosta do pão, tostagem de cereais); Prejudicial: quando a cor e sabor do alimento alterado não são aceitáveis (HMF em suco de laranja é prejudicial, pois provoca efeitos graves sobre o sabor e cor do suco). A reação de Maillard, também chamada de REAÇÃO DE ESCURECIMENTO NÃO- ENZIMÁTICO: é a principal causa do escurecimento desenvolvido durante o aquecimento e armazenamento prolongados do produto; reduz a digestibilidade da proteína, pois alguns compostos produzidos não são digeridos enzimaticamente; destrói nutrientes como aminoácidos essenciais e ácido ascórbico; interfere no metabolismo de minerais, mediante a complexação de metais pelas melanoidinas. ácido ascórbico quando aquecido produz HMF pH baixo do suco de laranja inibe essa reação. EFEITO DA TEMPERATURA reação lenta a baixas temperaturas; elevação da temperatura: velocidade duplica a cada aumento de 10ºC entre 40 e 70ºC. EFEITO DO pH A intensidade da reação de Maillard aumenta quase que linearmente na faixa de pH 3 a 8 e atinge um máximo na faixa alcalina (pH 9 a 10). pH baixo: formação da espécie –NH3+, diminuindo a velocidade da reação de Maillard; pH elevado: par de elétrons do nitrogênio do aminoácido livre (-NH2) para que a reação ocorra. TIPOS DE AMINA PRESENTE Reatividade: aminoácido básico (glicina) > aminoácido ácido (glutâmico) > aminoácido neutro (glicina). Também depende do pH. TIPOS DE AÇÚCARES PRESENTES Reatividade: pentose > hexose (glicose > frutose) > dissacarídeo; Quantidade da forma acíclica do açúcar presente na solução influencia a reação. ATIVIDADE DE ÁGUA A taxa de escurecimento é baixa ou mesmo zero em valores para atividade da água elevada ou muito baixa. Aumenta de forma rápida em valores intermediários (Aw entre 0,5 e 0,8). SULFITO Dióxido de enxofre (SO2) é eficienteno controle da reação de Maillard. Atua como inibidor da reação bloqueia a carbonila previne a condensação dos compostos através da formação irreversível de sulfonatos, interrompendo a formação da melanoidina. CARAMELIZAÇÃO envolve a degradação do açúcar na ausência de aminoácidos ou proteínas. os açúcares no estado sólido são relativamente estáveis ao aquecimento moderado, mas em temperaturas acima de 120ºC, são pirolisados para diversos produtos de degradação de alto peso molecular e escuros, denominados caramelo; reações envolvidas hidrólise, degradação, eliminação e condensação; caramelização sem catalisador (200-240ºC) caramelos de baixa intensidade de cor, mais usados como agentes flavorizantes; caramelização com catalisador (130-200ºC) caramelos de alta intensidade de cor, sendo usados como corantes; a sacarose é usada para produção de aromas e corantes de caramelo, via reação de caramelização. Ela é aquecida em solução com ácido ou sais de amônio para a produção de vários produtos usados em alimentos e bebidas, como por exemplo, refrigerante tipo “cola” e cervejas. essa reação é facilitada por pequenas quantidades de ácidos (pH: 2-4) e de certos sais, porém, sua velocidade é maior em meios alcalinos (pH: 9-10). Paralelismo com a reação de Maillard algumas das reações que ocorrem na formação do caramelo também podem ocorrer na formação das melanoidinas. Exemplos de reações de escurecimento químico (Maillard e caramelização) em alguns alimentos LEITE E DERIVADOS conseqüência negativa: durante o tratamento térmico industrial e/ou doméstico ocorre a alteração da cor, além da destruição da lisina (tempo e temperatura dependente); CARNE E DERIVADOS são relativamente resistentes às reações de escurecimento não-enzimático, em razão da acidez natural e do baixo teor de açúcares reativos; em peixes, as reações são mais intensas, pelo fato de possuírem alto teor de ribose ou pelo aumento do pH em razão de alterações verificadas “post mortem”. CEREAIS E DERIVADOS processamento destruição da lisina, mas promove a formação de “flavor” e de coloração desejáveis, em razão das reações de Maillard e de caramelização; secagem de macarrão, cozimento de pão etc. VEGETAIS E DERIVADOS em produtos esterilizados como frutas enlatadas não ocorre escurecimento significativo, em razão do elevado teor de água e da acidez do meio (pH 3-4). Nestas condições, as reações de escurecimento não-enzimático não são importantes, exceto se estas contiverem antocianinas, como em picles e sucos. CAFÉ torrefação de café dependendo da temperatura, do tempo e da luminosidade, um produto final escuro ou mais claro pode ser obtido. Reação de Maillard e a caramelização são responsáveis pela formação de aroma e sabor característicos de alguns alimentos. aroma aminoácido aldeído isolado 100ºC 180ºC glicina Formol caramelo açúcar queimado alanina acetaldeído caramelo açúcar queimado valina isobutírico pão preto chocolate leucina isovalérico doce, chocolate, pão queijo queimado treonina Láctico chocolate queimado metionina metional batata batata fenilglicina benzaldeído amêndoas amargas felilalanina o-toluico violetas violetas prolina proteína queimada pão ac. aspártico bala dura caramelo cisteína carne 9.3 Gelatinização do amido, reações de modificação do amido AMIDO Teor de amilose em alguns amidos Amido % amilose em relação ao total de amido Milho 25% Arroz 16% Batata 18% Arroz ceroso 0 Milho ceroso 0 Trigo 24% GELATINIZAÇÃO → os grãos de amido incham e formam soluções viscosas • Nos grãos de amido a amilose e amilopectina se dispõem em camadas alternadas, com a formação de pontes de H entre as moléculas → formação de regiões cristalinas (opacas). As regiões não cristalinas são chamadas de amorfas • A água fria acomoda-se nas regiões amorfas dos grãos sem afetar a parte cristalina. Os grãos de amido não são solúveis em água fria • Ao aumento da temperatura, as moléculas de amido vibram, rompendo as pontes de H intermoleculares, dando lugar à água, que entra nas regiões cristalinas. Quanto mais a temperatura aumenta, mais pontes de H são rompidas, levando à perda total das regiões cristalinas → a dispersão fica transparente • Faixa de temperatura de gelatinização → é a faixa de temperatura que inicia a formação do gel. Nem todos os grãos gelatinizam ao mesmo tempo e temperatura (grãos menores primeiro) Amido Faixa de temperatura (ºC) Milho 61 – 72 Batata 62 – 68 Batata doce 82 – 83 Mandioca 59 – 70 Trigo 53 – 64 Arroz 65 - 73 • O aumento da viscosidade ocorre devido à resistência do fluxo de água entre os grânulos de amido inchados. Se a viscosidade for máxima pode haver degradação da estrutura do amido. Se a pasta viscosa for agitada, os grânulos podem se desintegrar, diminuindo a viscosidade • A gelatinização melhora a digestibilidade do amido, por aumentar a suscetibilidade às amilases • Quando a pasta é resfriada a viscosidade aumenta devido à formação de pontes de H intermoleculares, formando um gel. A dureza do gel depende da composição e concentração do amido • Durante o resfriamento, pode ocorrer a aproximação das moléculas de amilose e amilopectina, devido às pontes de H, levando à redução do volume e expulsão de água entre as moléculas (sinérese) e formação de zonas cristalinas. Esse fenômeno é denominado RETROGRADAÇÃO do amido. • A retrogradação leva também ao aumento da firmeza do gel, é irreversível e ocorre mais rápido a 0ºC. O amido retrogradado é insolúvel em água fria e resistente à digestão. • Os efeitos da retrogradação podem ser parcialmente revertidos com aquecimento → restauração parcial do estado amorfo, a estrutura aberta que confere maciez à pasta • As moléculas de amilose (lineares) são mais facilmente retrogradáveis pois se aproximam mais. A amilopectina só permite que isso ocorre em sua periferia Fatores que afetam a gelatinização e retrogradação do amido: - atividade de água: é necessário que a água esteja livre para que ocorra a gelatinização - presença de açúcares: competem pela água da mistura evitando que seja utilizada na formação do gel - presença de Lipídeos neutros: se ligam à amilose reduzindo absorção de água pelos grãos - presença de sais: influenciam pouco a formação dos géis, por serem neutros - Ocorrem mais rápidos em faixa de pH 5-7 - pH > 7: o amido degrada-se - pH ácido (<3): o amido é hidrolisado HIDRÓLISE DO AMIDO E AMIDO MODIFICADO → para aumentar a resistência à condições físicas impostas pela indústria, os amidos são quimica e/ou fisicamente modificados. Os amidos de milho, batata e mandioca são os principais usados para a produção de amidos modificados. Xarope de milho: O amido é hidrolisado na presença de ácidos, calor e enzimas, produzindo o xarope. Pode ser produzido por três métodos: - Adição de ácidos → aquecimento → neutralização → centrifugação → filtração→ concentração. - O mesmo processo anterior seguido por tratamento com as enzimas. Dependendo do xarope desejado utiliza-se um tipo de enzima: - α e β-amilases: xarope rico em maltose - α-amilase e amiloglicosidase: xarope rico em glicose - Para xaropes com alto teor de amilose: Adição de ácidos → neutralização→clarificação → β-amilases → inativação por calor Dextrina Resultante da degradação parcial do amido. Amido modificado mais solúvel em água fria que forma soluções menos viscosas (géis mais moles) e tem maior temperatura de gelatinização. - hidrólise ácida em temperaturas mais baixas que de gelatinização, ocorre nas regiões amorfas não afetando as cristalinas, atinge mais a amilopectina. - são utilizados em balas de gomas e confeitos devido à habilidade de formar pastas concentradas que gelificam firmemente no resfriamento Amido oxidado - O amido é tratado com um agente oxidante, aumentando a repulsão entre as cadeias de amilose, reduzindo a retrogradação. Esses amidos formam géis mais moles e mais claros. - São espessantes adequados para sistemas que requerem géis de baixa rigidez Amidos com ligações cruzadas - alguns reagentes são capazes de formar ligações covalentes com as hidroxilas de duas cadeias vizinhas de amido, formando uma ponte → amido com ligações cruzadas - as ligações evitam que o amido aumente de volume, que é mais resistente e estável ao calor, agitação, hidrólise e reduz a tendência à ruptura - usado principalmente em alimentos infantis, temperos para saladas, coberturas com a função de espessar e estabilizar - vantagem sobre amido comum: manutenção do alimento em suspensão após o cozimento, mais resistentes a gelificação, ao congelamento-descongelamento e não sofrem retrogradação Amido pré-gelatinizado: Após a gelatinização o amido é seco e pulverizado e o produto resultante é solúvel em água fria e forma géis sem aquecimento - útil em preparações que o cozimento não é normalmente utilizado: pudins e sopas instantâneos, recheios de bolos Função do amido Aplicação Adesão Produtos empanados Espessante Recheios e sopas Estabilizante Bebidas e molhos para salada Gelificante Flans, balas de goma Moldagem Balas de goma Revestimento, cobertura Pães, chicletes Umectante Pães CELULOSE 100 a 200 unidades de glicose ligadas em ligações tipo β, que não são suscetíveis à digestão As moléculas podem organizar-se em paralelo, formando regiões cristalinas: as cadeias formam pontes de H intramoleculares (entre moléculas paralelas) → insolubilidade e baixa reatividade CELULOSES MODIFICADAS → preparados sintéticos derivados da celulose com propriedades úteis para a tecnologia de alimentos, pois atuam como agentes espessantes e estabilizantes de emulsões. → atuam como ligantes e espessantes em recheios de tortas, pudins, além de ter uma boa retenção da água (em produtos gelados evitam a formação de cristais de gelo). CARBOXIMETILCELULOSE (CMC): A celulose é tratada com NaOH (permite a e posteriormente com monocloroacetato de sódio. É o derivado da celulose mais utilizado na indústria de alimentos → A modificação aumenta o grau de substituição de OH na molécula, aumentando a solubilidade em água fria. Forma fluido cuja viscosidade diminui com o aumento da temperatura. - Utilizada para solubilizar proteínas como em gelatina, a caseína do leite e proteínas da soja - em pudins, queijos fundido e recheios. Em sorvetes e sobremesas evita a formação de cristais de gelo - Retarda o crescimento de cristais de açúcar em confeitos, coberturas e xaropes e promove aumento de volume em bolos e tortas METILCELULOSE: preparada basicamente como a CMC, mas, ao invés de usar monocloroacetato de sódio, utiliza-se cloreto de metila (CH3Cl). - solúvel em água fria, mas insolúvel em água quente (forma gel quando frio, mas volta a ser solução quando aquece) - útil em produtos emulsionados como cremes aerados (chantilly) HEMICELULOSES: polissacarídeos encontrados em paredes de células vegetais menores que as celuloses. Encontram-se associadas à celulose e à lignina (componente das paredes celulares não carboidrato). - Em pães e bolos produzidos com farinha integral as hemiceluloses auxiliam na capacidade de absorção de água pela farinha e auxiliam na incorporação de proteína, aumentando o volume PECTINA Obtida a partir da extraçã com ácidos frutas cítricas (20 – 30%) e maçã (10 – 15% de pectina) → pectina + celulose + hemicelulose → material estrutural das paredes celulares de vegetais; → permite a confecção de geléias em meio ácido e em concentração de 60% de açúcar, precipita-se como um cristal maleável e transparente; → a pectina contribui com a viscosidade de pastas e com espessamento de alimentos; → pectinas lentas → possuem baixo teor de metoxilação (BTM) e geleificam na presença de íons como o cálcio; útil em produtos que necessitem formação de gel dietéticos (pois não necessita de açúcar) → pectinas rápidas → possuem alto teor de metoxilação (ATM) e formam géis estáveis na presença de açúcar em meio ácido. São rápidas pois formam gel mais rápido PROTOPECTINA → insolúvel em água e por aquecimento em meio ácido forma os ácidos pécticos e ácidos pectínicos; → presente em maior grau nas frutas verdes e à medida que a maturação avança vai sendo enzimaticamente degradada a ácidos pectínicos e pécticos → perda de rigidez. ➔ Utilizada após tratamento enzimático para a produção de: ÁCIDOS PECTÍNICOS – são as pectinas utilizadas para formação de géis → possuem grupos metoxílicos → dependendo do grau de metoxilação, estes compostos podem formar géis na presença de açúcar em meio ácido ÁCIDOS PÉCTICOS → estes compostos não possuem metoxilações → existem em frutas muito maduras (desintegração da fruta) POLISSACARÍDEOS DE ALGAS: GOMAS Polímeros de carboidratos de cadeia longa, elevado peso molecular. Principal interesse: propriedades espessantes e geleificantes. CARRAGENANAS: polímeros de galactose fortemente sulfatados que são obtidos de diferentes espécies de algas rodofíceas do gênero Chondrus. Aplicação terapêutica e dietética. ÁGAR-ÁGAR: complexo obtido de algas rodofíceas dos gêneros Gelidium, Gracilaria, Gelidiella e Pterocladia. Esses polissacarídeos dispersam-se coloidalmente em meio aquoso a quente, formando, por resfriamento, um gel espesso não-absorvível, não fermentável e atóxico, utilizado como laxante devido à capacidade de aumentar o volume e hidratação do bolo fecal. 9.4 Fibras alimentares: definição e métodos de determinação Classificação dos carboidratos Carboidratos são classificados de acordo com grau de polimerização e divididos em três grupos principais: CLASSE (GP) SUBGRUPO COMPONENTES AÇÚCARES (1-2) Monossacarídeos Glicose, galactose,
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