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Profa. Dra. Regina Brown UNIDADE I Bromatologia A palavra bromatos tem origem grega e significa “dos alimentos”. Bromatologia é uma ciência de conteúdo amplo que significa “estudo dos alimentos”. Dentro desse conteúdo, no presente curso, o foco será a análise química dos alimentos. Descrever os procedimentos analíticos que envolvem as determinações de cada componente do alimento. Discutir análises de alguns alimentos em particular. Introdução à Bromatologia Fonte: https://www.puntofape.com/wp- content/uploads/2013/06/dietas.jpg&imgrefurl Estudam-se componentes químicos estruturalmente definidos que compõem os alimentos, com especial ênfase àqueles presentes em grande quantidade (chamados de componentes centesimais – presentes em concentração maior que 1%). UMIDADE, CINZAS, LIPÍDEOS, PROTEÍNAS, FIBRAS, CARBOIDRATOS DISPONÍVEIS (g/100 g) Composição química dos alimentos Umidade ou compostos voláteis a 105 oC. Cinzas ou resíduo mineral fixo. Lipídeos (extrato etéreo). Proteínas (nitrogênio x fator de conversão). Fibra alimentar. Carboidratos disponíveis calculados por diferença. Componentes químicos analisados Fonte: autoria própria São ferramentas importantes, que servem de referência quanto à composição centesimal dos alimentos, em que constam as quantidades de nutrientes e outras informações específicas sobre a composição de gorduras e a presença dos aminoácidos na composição das proteínas, em especial para alimentos in natura. As tabelas mais usadas são: Tabela TACO – Tabela de Composição dos Alimentos da Unicamp. Tabela TBCA – Tabela Brasileira de Composição dos Alimentos – FCF/USP. Tabela USDA – National Nutrient Database for Standard Reference. Tabelas de composição de alimentos De acordo com a Resolução RDC nº 40, da Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Sanitária e Alimentar), de 21 de março de 2001, todos os alimentos industrializados devem trazer informações nutricionais em seus rótulos. Resolução RDC nº 359, de 23/12/2003 – Regulamento Técnico de Porções de Alimentos Embalados para fins de Rotulagem Nutricional. Resolução RDC nº 360, de 23/12/2003 – Regulamento Técnico sobre Rotulagem Nutricional de Alimentos. Rotulagem de alimentos Informações nutricionais Fonte: adaptado de: bromatopesquisas-ufrj Informação Nutricional Porção de 200 mL (1 copo) Quantidades por porção %VD (*) Valor energético 115 kcal – 483 kj 6% Carboidratos 9,0 g 3% Proteínas 6,2 9 8% Gorduras totais 6,0 g 11% Gorduras saturada 3,8 g 17% Gordura trans 0 g .. Fibra alimentar 0 g 0% Cálcio 234 mg 23% Sódio 141 mg 6% Para efeito de cálculo do valor energético, usam-se os fatores de ATWATER, que se referem à quantidade de energia liberada pela oxidação de 1 grama de carboidrato (4 kcal), por 1 grama de proteína (4 kcal) e por 1 grama de gordura (9 kcal). Fazendo o cálculo da energia por porção do leite integral mencionado: Carboidratos na porção de 200 mL: 9,0 g X 4 kcal/g = 36 kcal. Proteínas na porção de 200 mL: 6,2 g X 4 kcal/g = 24,8 kcal. Gorduras totais na porção de 200 mL: 6,0 g X 9 kcal/g = 54 kcal. Total de energia = 114,8 kcal = 482,2 kJ. Obs.: 1 kcal = 4,2 kJ. A energia deve ser expressa nas duas unidades. Cálculo do valor energético Ingestão Diária de Referência (IDR) é a quantidade de nutrientes que deve ser consumida diariamente para atender as necessidades nutricionais da maior parte dos indivíduos e grupos de pessoas de uma população sadia. % Valor Diário de Referência (%VD) é a percentagem de contribuição para IDR do valor energético de um nutriente. Para uma pessoa normal, cuja ingestão energética diária seja de 2.000 kcal, o IDR: Carboidratos 300 g 60% cal. diárias Proteínas 75 g 15% cal. diárias Gorduras totais 55 g 25% cal. diárias Gorduras saturadas 22 g Fibras alimentares 25 g Sódio 2.400 mg Ingestão Diária de Referência e % Valor Diário de Referência Garantir produtos de qualidade e em boas condições de higiene para toda a população brasileira, visando à manutenção da saúde. Facilitar a escolha de alimentos saudáveis, principalmente, para pessoas que possuem doenças como obesidade, diabetes, pressão alta, alergias alimentares etc. Objetivo do rótulo Nas informações nutricionais contidas no rótulo do produto: doce de leite da marca Viçosa constam os seguintes dados: porção de 20 g (1 colher de sopa) Quantidade por porção %VD Valor energético ? Carboidratos 13 g 4% Proteínas 2,0 g 3% Gorduras totais 1,3 g 2% Gorduras saturadas 0,5 g 2% Sódio 25 mg 1% Interatividade Calcule a energia em kcal e kJ que é liberada pela ingestão de uma porção de doce de leite. a) 124 kcal = 521 kJ. b) 27 kcal = 243 kJ. c) 72 kcal = 302 kJ. d) 74 kcal = 203 kJ. e) 219 kcal = 920 kJ. Interatividade Calcule a energia em kcal e kJ que é liberada pela ingestão de uma porção de doce de leite. a) 124 kcal = 521 kJ. b) 27 kcal = 243 kJ. c) 72 kcal = 302 kJ. d) 74 kcal = 203 kJ. e) 219 kcal = 920 kJ. Resposta A amostra selecionada deve ser verdadeiramente representativa de todo o lote do alimento a ser analisado. A coleta de amostras pode ter como finalidade: Diferentes ocasiões: durante a fabricação, o armazenamento, o transporte e a exposição à venda. Diferentes propósitos: controle de qualidade e análise fiscal. Amostragem – finalidades da amostragem Fonte: autoria própria Amostra bruta – colhida do lote de forma aleatória para evitar erros, depende da forma como o alimento se apresenta (a granel ou embalado). Amostra de laboratório – preparada conforme as necessidades específicas da amostra. Amostra para análise – alíquota deverá ser medida conforme as indicações padronizadas para cada tipo de alimento. As análises são feitas, pelo menos, em triplicata para se possa ter noção da exatidão e da precisão dos resultados, assim como da sua variabilidade por meio de cálculos estatísticos. Amostragem Sua constituição genética. Método de plantio. Condições de crescimento, como clima, solo, irrigação, fertilização, temperatura e insolação durante o crescimento. Idade ou maturidade no tempo da colheita. Extensão e condições de armazenagem antes do uso. Fatores que influenciam a composição dos alimentos de origem vegetal Fonte: https://interior4you.net/5- seater-sofa-set-designs-with-price/ As carnes variam em todos os seus constituintes, dependendo muito do seu conteúdo em gorduras. O mesmo corte em diferentes animais com a mesma alimentação, idade e tamanho, pode apresentar grandes diferenças. Fatores que influenciam a composição das carnes Fonte: https://www.turistplus.hr/hr/recepti/65 O primeiro passo para a preparação das amostras é a limpeza. A seguir, deve-se proceder a separação dos componentes líquidos e sólidos. Depois, faz-se a homogeneização. Quando se tratar de alimentos sólidos ou semissólidos, deve-se proceder a trituração ou moagem. Na etapa final, deve-se providenciar a conservação da amostra. Preparação da amostra para análise Amostras em triplicata: uma amostra fica com o detentor do produto (contraprova) e duas são encaminhadas para análise e perícia desempatadora. Como regra geral, adota-se para um lote de x unidades um número de amostras: Para grandes estoques: 12 a 36 amostras. Pequenas produções: amostra única é suficiente. Em vista da grande variabilidade entre amostras, recomenda-se: Cereais e produtos de cereais devem ser moídos em moinhos, depois peneirados em peneiras ou tamises nº 18 ou com aberturas de malha de 1 mm de diâmetro. Macarrões e produtos similares devem ser quebrados em fragmentos pequenos, depois moídos em moinhos de cereais e passados por peneiras nº 18. Peixes delicados podem ser moídos no liquidificador, desligando várias vezes para limpar as paredes. Chocolate é difícil de moer à temperatura ambiente. Recomenda-se resfriá-lo até ficar duro e ralá-lo ou fatiá-lo até ficar granulado. Vegetais de folhas frescas devem ser secos em forno e depois moídos, quando forem alvo de análise de minerais. Exemplos de preparação de amostras O quarteamento é empregado quando as amostras são heterogêneas e a cada análise se mistura bem a amostra, espalha-se em uma superfície de geometria regular, divide-se em quartos e se desprezam dois quartos opostos e a operação é repetida com os quartos que restaram até que se obtenha uma quantidade suficiente para a análise. O quarteamento garante homogeneidade aos resultados das análises de produtos heterogêneos. Quarteamento – produtos heterogêneos I II III IV Fonte: adaptado de: https://www.obaricentrodamente.com/2012/07/aspectos- geometricos-para-multiplicacao.html Os fatores que podem desencadear alterações nas amostras são: Evaporação ou absorção de umidade ou evaporação de componentes voláteis. Ação de enzimas, especialmente das enzimas hidrolíticas. Ação de microrganismos. Conservação das amostras Para evitar desidratação ou absorção de umidade – conservar as amostras em frascos hermeticamente fechados. Para evitar a ação enzimática depois da morte dos tecidos frescos deve-se procurar fazer análises imediatamente após a coleta. A determinação de certos constituintes como açúcares redutores na presença de sacarase, uma invertase ativa, é um caso em que a análise deve ser feita imediatamente. Para prevenir contra microrganismos podem ser adotadas várias medidas, dependendo da natureza do produto e de sua habilidade em promover o crescimento microbiano, estreitamente ligada ao seu teor de água. Agentes químicos conservantes podem ser usados, como ácido sórbico ou sorbatos, ácido benzoico ou benzoatos, ácido acético. Prevenção contra as mudanças nas amostras Congelamento é um método muito usado, mas depois do descongelamento podem ocorrer mudanças hidrolíticas em açúcares, proteínas e outros constituintes. A secagem é indicada para vegetais. Secagem a vácuo a 60 oC e evaporação em banho de vapor são processos adequados para carnes e produtos cárneos. Mesmo assim pode ocorrer atividade enzimática durante a secagem e a estocagem. Outras medidas de prevenção contra mudanças nas amostras Para podermos comparar resultados de pesquisas ou análises efetuadas em diferentes lugares ou países há necessidade de uma unificação de termos, o que pode ser encontrado no Official and Tentative Methods of Analysis. No Brasil, nossa referência em matéria de padronização de métodos é a publicação do Instituto Adolfo Lutz: BRASIL. Ministério da Saúde. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. “Métodos Físico-Químicos de Análises de Alimentos”/ ANVISA/Ministério da Saúde, Brasília, 2005, Instituto Adolfo Lutz. Official and Tentative Methods of Analysis (1904) Quais os fatores que podem desencadear alterações nas amostras e que conduzem a resultados falsos? a) Ação de insetos, roedores e perda de compostos voláteis. b) Ação de microrganismos patogênicos, reações químicas e hidrólise de açúcares. c) Reação de oxidação, reação enzimática e desidratação. d) Ação de microrganismos, ação de enzimas, desidratação ou absorção de umidade. e) Ação da temperatura, oxidação de gorduras e ação de fungos. Interatividade Quais os fatores que podem desencadear alterações nas amostras e que conduzem a resultados falsos? a) Ação de insetos, roedores e perda de compostos voláteis. b) Ação de microrganismos patogênicos, reações químicas e hidrólise de açúcares. c) Reação de oxidação, reação enzimática e desidratação. d) Ação de microrganismos, ação de enzimas, desidratação ou absorção de umidade. e) Ação da temperatura, oxidação de gorduras e ação de fungos. Resposta Podemos encarar a presença da água nos alimentos conforme o objetivo da análise: Quando o objetivo é a conservação dos alimentos, a determinação se refere à atividade de água relacionada à maneira como a água está presente no alimento. Quando o objetivo é a rotulagem, a determinação se refere à umidade, medida que reflete a quantidade de água possível de ser evaporada em condições padronizadas sem a preocupação de identificar a forma como a água se apresenta na matriz do alimento. Presença da água em alimentos A atividade de água é uma relação entre as pressões de vapor da água nos alimentos e na água pura sob as mesmas condições de temperatura e pressão. Representa a probabilidade de escape das moléculas de água presentes no alimento comparadas à probabilidade de escape das moléculas de água na água pura. As substâncias presentes nos alimentos tendem a reter as moléculas de água, dificultando sua evaporação. Quando a Aw está próxima de 1 significa que temos um alto conteúdo de água livre. Quando a Aw está próxima de 0 significa que temos um baixo conteúdo de água livre. Nos alimentos muito desidratados sempre haverá água na forma de água ligada ou como uma monocamada de moléculas de água envolvendo as macromoléculas. Atividade de água – simbolizada como Aw A água livre é aquela que está fracamente ligada ao substrato, funciona como solvente e agente dispersante, permite o crescimento de microrganismos e as reações químicas e bioquímicas, é removida por secagem convencional e contribui com mais de 95% do total de água presente nos alimentos. Na água livre predominam as pontes de hidrogênio. A água ligada é aquela que está fortemente ligada às macromoléculas (proteínas e polissacarídeos), comprometida com sua estabilidade, não congela, não permite o crescimento microbiano e não é suficiente para que nela ocorram reações químicas e bioquímicas, não funciona como solvente e não evapora facilmente. Água livre e água ligada A determinação de umidade é uma operação analítica simples, mas é também uma operação das mais difíceis. É difícil separar completamente toda a água do produto sem causar decomposição dele. Pode haver perda de constituintes voláteis. A água pode estar presente em uma variedade de combinações. A porcentagem de umidade de uma amostra de alimento caracteriza um dos seus padrões de qualidade e identidade. Por exemplo: a crocância de um biscoito tipo “cracker” depende da manutenção de seu teor de umidade abaixo de 4,1%. Umidade em alimentos Fonte: https://ell.stackexchange.com/qu estions/41638/cookie-or-biscuit Secagem em estufa a 105 oC até peso constante. Destilação direta com líquido imiscível de ponto de ebulição alto. Destilação direta com líquido imiscível. Destilação com refluxo com um líquido imiscível. Métodos elétricos. Métodos físicos. Métodos químicos. Molécula de água Umidade – métodos de determinação Fonte: Chem Sketch O método de secagem em estufa a 105 oC até que o peso permaneça constante requer um cuidado muito grande, embora seja um método de fácil execução. Conforme as dimensões a que foi reduzida a amostra, a evaporação da água pode ser muito lenta. A sensibilidade dos instrumentos de medida (balança analítica) é importante nessa determinação. Cálculo da % de umidade: Método de secagem em estufa a 105 oC Gráfico do comportamento da umidade em função da temperatura Fonte: NIELSEN, S. Suzanne, Food Analysis, 3. ed., Springer, USA, 2003. 14 13 12 11 109 8 7 6 5 P E R C E N T M O IS T U R E 115 130 150 155 185 220 270 280 TEMPERATURE, ºC Wheat flour Corn meal Corn starch Edestin (protein) Densimétricos. Polarimétricos. Refratométricos. Determinam o conteúdo de sólidos totais de produtos líquidos de açúcar, sendo, portanto, uma medida indireta. O método refratométrico oferece uma medida ágil quando a rapidez é mais importante que a exatidão. O refratômetro apresenta duas escalas paralelas, uma apontando o índice de refração e outra apontando o Brix, expressando gramas de sólidos solúveis em 100 g do produto em análise. Ex.: o mel apresenta cerca de 80o Brix = 80 g açúcares por 100 g de mel. Métodos físicos Refratômetro Fonte: Centro de Ciências Sociais, Saúde e Tecnologia, UFMA. Fonte: www/ ebah.pt/content/relatorio carboidratos/nildo liborio Fonte: wikipedia.org/wiki/refratômetro O método de Karl Fischer é empregado para determinar o conteúdo de umidade em amostras com baixa porcentagem de umidade (cereais, chocolate). Utiliza uma mistura de substâncias (1 parte de I2, 3 partes de SO2, 10 partes de imidazol e metanol como solvente). Basicamente, consiste em uma titulação da água contida no alimento com o iodo contido no reagente. O método depende da titulação do desconhecido com o reagente até o aparecimento da cor marrom do iodo livre. Como o reagente possui iodo, o primeiro excesso vai apresentar uma coloração marron avermelhada escura Cada mililitro de reagente corresponde a 3,5 mg de água. Método químico mais usado – Método de Karl Fischer Aparelho de Karl Fischer Fonte: NIELSEN, S. Suzanne. Food Analysis, 3. ed., Springer, USA, 2003. Uma análise gravimétrica de teor de umidade em amostras de sardinha inteira crua feita em uma estufa a 105 ºC até peso constante apresentou os seguintes resultados: Peso da amostra úmida = 5,0913 g Peso da amostra seca = 1,1914 g Calcule a % de umidade da amostra de sardinha. a) 23,9% b) 44,3% c) 19,8% d) 12,4% e) 76,6% Interatividade Uma análise gravimétrica de teor de umidade em amostras de sardinha inteira crua feita em uma estufa a 105 ºC até peso constante apresentou os seguintes resultados: Peso da amostra úmida = 5,0913 g Peso da amostra seca = 1,1914 g Calcule a % de umidade da amostra de sardinha. a) 23,9% b) 44,3% c) 19,8% d) 12,4% e) 76,6% Resposta Dos 90 elementos químicos da tabela periódica que aparecem naturalmente na crosta terrestre, 25 são considerados essenciais à vida e estão presentes nas células. Como os alimentos provêm de plantas e animais, deduz-se que esses 25 elementos estejam presentes nos alimentos também. Eventualmente, outros elementos podem estar presentes em alimentos provenientes do ambiente em que são cultivados ou como contaminantes incorporados durante a colheita, o processamento, o armazenamento ou mesmo presentes em aditivos intencionais adicionados aos alimentos. Teor de cinzas em alimentos C, O, H e N – os quatro elementos não minerais presentes nas moléculas orgânicas e na água e que constituem cerca de 99% do número total de átomos que compõem os sistemas vivos. Na+, K+, Cl- e F- – pertencentes aos grupos IA e VIIA da tabela periódica, existem em alimentos predominantemente sob a forma iônica. Os outros elementos da tabela periódica presentes em alimentos são: Mg, Ca, V, Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Si, P, As, S, Se, F e I. Minerais presentes em alimentos As cinzas representam o resíduo inorgânico remanescente da incineração de amostras em pressão atmosférica aberta. O teor de cinzas depende do método, do tempo de incineração e da temperatura. A presença de grandes quantidades de cinzas em produtos como: açúcar, amido, gelatina, frutas ácidas, pectina, torna os produtos suspeitos. Durante o refino da cana-de-açúcar são feitas várias determinações porque o conteúdo das cinzas interfere na cristalização do açúcar. Cinzas As cinzas são índices de qualidade de farinhas e cereais, assim como produtos de cereais. As cinzas são índices de qualidade da alimentação de aves e gado. O conhecimento da quantidade e da composição de cinzas de geleias de frutas é usado na determinação da percentagem de frutas usadas. Vinagre de frutas é diferente de vinagre destilado pelo conteúdo de cinzas e pela alcalinidade delas. É importante não só determinar as cinzas totais, mas também as cinzas solúveis em água, as cinzas insolúveis, a alcalinidade das cinzas solúveis e totais e a proporção de cinzas insolúveis em ácidos. Cinzas As cinzas de materiais provenientes de plantas são uma ferramenta importante para estudar a natureza e a distribuição dos constituintes minerais nas diversas partes das plantas. Para verificar contaminações que ocorrem por superfícies corrosíveis com as quais o alimento entra em contato durante o processo e depois de embalado (latas). Contaminações por inseticidas também podem ser constatadas pelas cinzas. Cinzas Fonte: https://creativecommons.org/lic enses/by-nc-nd/3.0/ Cinzas totais equivalem ao peso remanescente da incineração da amostra a uma temperatura suficientemente alta (em mufla) que permita que toda a matéria orgânica se queime sem decomposição apreciável dos constituintes das cinzas ou perda por volatilização. O aquecimento é mantido até que o resultado seja uniforme em cor (branca ou cinza e, às vezes, avermelhada ou verde) e livre de partículas de carbono não queimadas e de bolinhas fundidas. Cinzas totais Cinzas obtidas pela incineração de amostras de alimentos em laboratório, em mufla a 550 oC. Cadinhos com cinzas Fonte: autoria própria A água e os constituintes voláteis são vaporizados. Os constituintes orgânicos queimados em presença do oxigênio do ar se transformam em CO2 e óxidos de nitrogênio. O CO2, os óxidos de nitrogênio e o hidrogênio são vaporizados. O enxofre e o fósforo são transformados em óxidos. Composição das cinzas Método utilizado para a determinação da quantidade de frutas em geleias e conservas. Um dos critérios para determinar o conteúdo de frutas na fabricação de compotas e geleias é o seu teor de cinzas solúveis. Alcalinidade das cinzas: cinzas de produtos de frutas e vegetais são alcalinas, associadas à presença de sais de ácidos fracos como o cítrico, o tartárico e o málico e que na incineração são convertidos em carbonatos. Cinzas ácidas: provenientes de produtos cárneos. Cinza solúvel e insolúvel em água Utilizada em determinação de elementos traços que podem ser perdidos na cinza seca e também de elementos tóxicos. Digestão feita com ácidos: Ácido sulfúrico (a decomposição da amostra pode demorar porque o ácido sulfúrico não é um oxidante forte). Ácido nítrico. Mistura de ácidos sulfúrico, nítrico e perclórico (reagente universal). Cinza úmida Cinza seca – usada para determinação de cinza total. Útil para determinação dos metais mais comuns que aparecem em maiores quantidades. Técnica simples para análises de rotina. Demorada. Temperaturas mais altas (550 oC) com maior volatilização. Mais sensível para amostras naturais. Pode-se usar amostras grandes. Cinza seca Substâncias puras e alimentos muito refinados como óleos e açúcar (sacarose) não deixam resíduos de cinzas. Uma das formas de avaliar o conteúdo de frutas em geleias é pela análise das cinzas. Qual argumento sustenta essa afirmação, sabendo que os ingredientes da formulação incluem frutas, sacarose, pectina e ácido cítrico? a) Quanto mais frutas, maioro valor nutritivo da geleia. b) Entre os ingredientes, o único que apresenta minerais são as frutas, portanto, quanto maior a % de cinzas, maior a quantidade de frutas utilizadas. c) Essa afirmação não se sustenta. d) Dependendo do tipo de fruta, a geleia não apresentará cinzas. e) Geleias com adição de sacarose em excesso têm maior teor de cinzas. Interatividade Substâncias puras e alimentos muito refinados como óleos e açúcar (sacarose) não deixam resíduos de cinzas. Uma das formas de avaliar o conteúdo de frutas em geleias é pela análise das cinzas. Qual argumento sustenta essa afirmação, sabendo que os ingredientes da formulação incluem frutas, sacarose, pectina e ácido cítrico? a) Quanto mais frutas, maior o valor nutritivo da geleia. b) Entre os ingredientes, o único que apresenta minerais são as frutas, portanto, quanto maior a % de cinzas, maior a quantidade de frutas utilizadas. c) Essa afirmação não se sustenta. d) Dependendo do tipo de fruta, a geleia não apresentará cinzas. e) Geleias com adição de sacarose em excesso têm maior teor de cinzas. Resposta ATÉ A PRÓXIMA!
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