Aula 1 - Ementa- Água

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Bioquímica dos alimentos! 
Prof. Áquila Matheus
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Abordagem das aulas – Conceitos básicos x aplicação em alimentos.
Apresentação da ementa
O que é Bioquímica?
A Bioquímica é uma ciência que faz ponte entre a Química, estudo das estruturas e interações entre átomos e moléculas, e a Biologia, estudo das estruturas e interações das células e organismos vivos.
Visto que todos os seres são constituídos por moléculas "inanimadas", a vida é no seu nível mais básico um fenômeno bioquímico.
O que é Bioquímica dos alimentos?
O ato de obter substratos para as reações orgânicas básicas que ocorrem no interior das células dos seres vivos, em suma, constitui a alimentação.
Basicamente, os nutrientes de origem alimentar são fornecidos pelos carboidratos (açúcares), lipídios (gorduras) e proteínas que possuem função primordial a produção de energia na célula.
Outros nutrientes fundamentais à vida são as vitaminas e os minerais.
A água corresponde ao elemento químico em maior quantidade nos seres vivos (cerca de 70% do peso total) e é o solvente dos demais compostos químicos celulares. É, portanto, indispensável na alimentação.
Água: estrutura e composição
A estrutura da molécula da água é muito simples: dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio – H2O
Cada átomo de hidrogênio liga-se ao átomo de oxigênio compartilhando um par de elétrons. Dessa forma, os átomos de hidrogênio adquirem caráter positivo – próton.
 Flashback: Como o oxigênio dispõe ainda de dois pares de elétrons não compartilhados, um deles pode ser compartilhado em outras reações químicas por ligação covalente dativa.
O átomo de oxigênio é mais eletronegativo que o de hidrogênio. Isso significa que ele tem mais afinidade por elétrons. 
Tais características tornam polar a molécula da água, propriedade importante nos diferentes sistemas de reações químicas e bioquímicas. 
Água: estrutura molecular.
Água: estrutura e composição
A molécula da água apresenta uma estrutura equivalente à de um tetraedro, cujo centro é ocupado pelo átomo de oxigênio.
A molécula de água é um dipolo, Por ser angular, existe uma pequena fração de carga negativa no oxigênio central, assim como pequenos resíduos de cargas positivas nos átomos terminais de hidrogênio, o que possibilita a separação de cargas na molécula e resulta em um polo positivo e um negativo, ou dois polos ou um dipolo. 
Isso acontece porque o átomo de oxigênio tende a atrair os elétrons, ou cargas negativas das ligações entre O-H, tornando-se mais negativo e deixando o hidrogênio mais positivo. 
Água: estrutura molecular.
Curiosidade 
Se a estrutura da molécula de água não fosse angular e sim linear, ela não seria um liquido à temperatura ambiente; e mesmo que o fosse, não seria capaz de dissolver o sal ou o açúcar. Seria miscível em azeite, gasolina, gorduras... Compostos hidrofóbicos. 
Água: estrutura e composição 
A adição de solutos dissociáveis como o sal ou o açúcar promove alterações na estrutura tetraédrica das moléculas de água e afeta suas propriedades físicas, como congelamento e o ponto de ebulição.
“Bota sal no gelo do isopor de cerveja pra gelar mais rápido”. (PAPUDINHO, 2019)
Em linha gerais, isso ocorre porque a ligação entre os átomos de hidrogênio e oxigênio com os de sódio e cloro, presentes no sal, provoca mudanças no ângulo de ligação entre os átomos de O e H, que determinam a necessidade de mais energia para que as moléculas de água passem do estado sólido para o líquido, perdendo mais calor e resfriando melhor e mais rapidamente o produto.
Propriedades químicas da água
A água é uma molécula "polar“. 
Umas das propriedades mais importantes da água líquida é sua capacidade de dissolver substâncias polares ou iônicas para formar soluções aquosas. O oceano, o sangue ou um chá são exemplos de soluções aquosas, assim como todas que ocorrem no nosso organismo.
Solvente universal.
Solvente: é uma substância que atua separando agregados ou cristais de outras substâncias. 
Propriedades químicas da água
Tensão superficial: 
Líquido se comporta com se tivesse uma membrana elástica em sua superfície devido a coesão entre as moléculas de água. 
As ligações por ponte de hidrogênio entre moléculas de água propiciam propriedades físicas bem específicas, como temperatura de ebulição, tensão superficial, viscosidade, entre outras.
Sua maior tensão superficial faz com que gotas de água sejam esféricas e que insetos caminhem sobre elas. 
Pontes de hidrogênio: É a ligação mais forte de todas, devido à alta eletropositividade do hidrogênio e à alta eletronegatividade do flúor, oxigênio e nitrogênio.
Tensão superficial
Propriedades químicas da água
Ao se esfriar uma massa de água, diminui-se gradativamente a energia do sistema e os movimentos moleculares. 
Ademais, o pequeno movimento entre moléculas minimiza as trocas/reações químicas e bioquímicas, fundamentando, assim, o uso de baixas temperaturas, especialmente as de congelamento (abaixo de 0°) na preservação e na conservação de alimentos.
O gelo também conduz a energia calorífica a uma maior velocidade porque, no estado sólido, a condutibilidade térmica da água é maior. Isso explica porque uma bebida se resfria mais rapidamente quando se colocam pedras de gelo. A condutibilidade térmica no estado sólido (0°) chega a ser 4x maior do que no estado líquido (25°)
Pontes de Hidrogênio.
Propriedades químicas da água
O calor aumenta a energia das moléculas permitindo que elas se afastem e amplia a velocidade de ruptura e de formação de pontes de hidrogênio. Ao se atingir a temperatura de ebulição, a energia é suficiente para romper as pontes de hidrogênio e promover a passagem das moléculas que se encontram na superfície para a fase de vapor. 
A energia necessária para o rompimento das pontes de hidrogênio corresponde à do calor latente de vaporização. 
No estado de vapor, as moléculas de água não formam o mesmo sistema de agrupamento realizado por pontes de hidrogênio; elas ficam muito afastadas, e o volume ocupado por elas se torna maior.
Estados físicos da água
Interações químicas com a água.
Na gastronomia quando se usa a cocção a vapor ou com reduzido teor de líquidos ou quando se faz a redução de molhos, o excesso de aquecimento pode catalisar reações químicas indesejáveis como aparecimento de compostos que comprometem o sabor e o aroma, também podem ocorrer a perda de suculência dos produtos. 
Muitos compostos não iônicos são solúveis em água como por exemplo o etanol presente nas cervejas nos vinhos nas cachaças. 
Tais produtos são misturas homogêneas de água e etanol (álcool), que também apresenta uma ligação polar O-H que permite à molécula fazer ligações intermoleculares com a água.
Interações químicas com a água.
De forma semelhante, o açúcar, que não é uma substância iônica e sim uma molécula, dissolve-se em Água, isso ocorre porque como a água a sacarose é uma molécula polar, isto é tem regiões com cargas elétricas positivas (prótons) e negativas (elétrons) e permitem interagir com moléculas de água por meio de ligações do tipo dipolo-dipolo.
Interações químicas com a água.
No entanto, existem muitas substâncias que não são solúveis em Água, as gorduras são exemplo clássico. Isso ocorre porque a natureza Apolar de algumas moléculas é incompatível com as moléculas de água.
Praticamente todos os alimentos contém ou são formados pela disseminação de seus componentes em um fluido - a água - no qual os alimentos são solúveis formandos sistemas monofásicos que não podem ser vistos a olho nu (soluções) ou polifásico que podem ou não serem vistos a olho nu (Suspensões).
A disseminação de componentes num fluido insolúvel forma micelas que são as partículas das dispersões coloidas, os mais importantes sistemas reguladores do conteúdo e do tipo de água presente nos alimentos.
Como ocorre a formação da partícula de micela para a dispersão coloidal
Curiosidade 
Os coloides, ou sistemas coloidais, são misturas em que as partículas dispersastêm um diâmetro compreendido entre 1 nanômetro e 1 micrometro, partículas estas que podem ser átomos, íons ou moléculas. O nome coloide vem do grego “kolas”, que significa “que cola” e foi criado pelo químico escocês Thomas Graham, descobridor desse tipo de mistura.
Interações químicas com a água.
De acordo com o tipo de partícula coloidal, os coloides podem ser classificados em:
Aerossol – dispersão de um sólido ou um líquido em um gás. Como exemplo de aerossol pode-se citar a fumaça proveniente da queima de materiais e o nevoeiro.
Espuma – dispersão de um gás em um sólido em um líquido. A espuma líquida e o creme de leite batido, mais conhecido como chantilly são exemplos de espuma.
Emulsão – dispersão de um líquido em um sólido ou outro líquido. Os exemplos mais comuns desse tipo de coloide são o queijo, a manteiga e a maionese.
Sol – dispersão de um sólido em um líquido. Exemplo: tintas e vidros coloridos.
Gel – sólido de textura gelatinosa e elástica formado por uma dispersão coloidal, em que o disperso apresenta-se no estado líquido e o dispersante no estado sólido.
Principais produtos alimentícios nesse processo.
Leite
Maionese
Vinagrete
Clara em neve
Sorvete
Chantilly
Margarina e manteiga
Mousse...
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CONTINUA....
A água nos alimentos 
A água nos alimentos 
O conteúdo de um alimento é determinado pelo valor total de água que ele contém. Entretanto esse valor não permite saber como estão distribuídas as suas propriedades.
A água nos alimentos 
Teoricamente, a velocidade de deterioração desses alimentos deveria ser a mesma. Entretanto é necessário considerar em que grau essa água favorece o desenvolvimento microbiano e como favorece as reações químicas e enzimáticas em cada um deles. Isso permite admitir a existência de moléculas de água com propriedades e distribuição diferentes e um mesmo alimento.
Essa diferença de propriedade e distribuição fazem com que a água seja classificada nos alimentos em:
Água livre
Água ligada
Água capilar
Água vicinal 
Água de multicamada.
Flashback
As enzimas são substâncias do grupo das proteínas e atuam como catalisadores de reações químicas. Catalisador é uma substância que acelera a velocidade de ocorrência de uma certa reação química.
O conhecimento das propriedades e da distribuição da água em um alimento é mais importante do que seu conteúdo total. Essas observações explicam as frequentes divergências quando se determina o conteúdo de água total nos alimentos e o associa aos possíveis fatores envolvidos na sua deterioração ou na sua conservação. 
Água livre
 Também conhecida como  umidade de superfície, geralmente está  presente na superfície externa do alimento e  entre os espaços e poros do material, funciona como agente dispersante para substâncias coloidais e como solvente em compostos cristalinos. Essa água é facilmente evaporada, é congelável, funciona como solvente e está disponível para o crescimento dos micro-organismos. Ela é fracamente ligada aos substrato e entre si.
É também meio para reações químicas e enzimáticas; permite desenvolvimento microbiano.
Facilmente eliminada.
Água ligada
Fortemente ligada ao substrato e não é fácil de ser eliminada. Não é congelável e não está disponível para os micro-organismos e nem como solvente em reações químicas e enzimáticas. Está envolvida quimicamente com outras substâncias, dificilmente é determinada pelos métodos de umidade.
Não é utilizável por micro-organismos.
A velocidade das reações tende a zero.
Água capilar
Conhecida como umidade adsorvida, que é a água localizada no interior do alimento, presente nas superfícies de macromoléculas, como amido, pectina, celulosa e proteína, ligadas por forças de Van der Waals e pontes de hidrogênio e que não combina com outros elementos quimicamente. Também funciona como solvente e influência no crescimento dos micro-organismos.
Água vicinal 
Representa a próxima camada de água adjacente à água constitucional.
Água de multicamada.
representa a água ligada em menor intensidade que a água vicinal. Seria a água ligada de forma mais fraca aos constituintes não aquosos do alimento, mas que ainda possui uma intensidade de ligação com os solutos que não lhe permite comportar-se como água pura. 
Atividade de água
É possível estabelecer uma estreita relação entre o teor de água livre no alimento e sua conservação. O teor da água livre é expresso como atividade de água (Aw) e é a relação entre a pressão de vapor de água em equilíbrio sobre o alimento (P) e a pressão de vapor de água pura (P0) à mesma temperatura, devendo esta ser especificada. Assim Aw = P/P0.
Atividade de água
Na água pura o valor máximo de Aw é 1. Em alimentos ricos em Água, a atividade de água corresponde a valores acima de 0.9 nessas condições são formadas as soluções diluídas entre água livre e os constituintes dos alimentos que favorecem o desenvolvimento microbiano porque a água transporta as substâncias para o interior da célula, os produtos residuais são descartados para fora da célula, as reações químicas enzimáticas tem sua velocidade diminuída devido à baixa concentração dos reagentes (diluição do meio pela grande quantidade de água Livre). Essa diluição ocorre porque as moléculas de água estão fracamente ligadas e se movem rapidamente alojando-se entre os componentes macromoleculares e entre os compostos solúveis.
Atividade de água
Alimentos com valores de atividade de água entre 0,4 e 0,8 haverá possibilidade, então, de ocorrência de reações químicas e enzimáticas pelo aumento da concentração dos reagentes enquanto que com atividade de água próximo a 0,6 haverá pouco ou nenhum desenvolvimento microbiano, isso se deve ao aumento das forças de União das moléculas de água.
Atividade de água
Valores de atividade de água inferiores a 0.3 correspondem a zona de adsorção primária (região em que átomos moléculas ou íons são retirados da superfície de sólidos ou interações de natureza química ou física) onde as moléculas de água poderão ligar-se a grupos polares de outras substâncias alimentares e ainda há mais três moléculas de água Pontes de hidrogênio essa água está fortemente ligada ao alimento formando uma monocamada nessa situação as reações químicas tem velocidade tendendo a 0.
Atividade de água
A atividade de água expressa a quantidade de água no alimento. De maneira geral, quanto maior o teor de Água, maior a atividade de água e maior a sensibilidade para de teorização.
A maioria dos métodos de preservação e conservação dos alimentos baseia-se na remoção de água, (secagem e desidratação) na redução da mobilidade das moléculas de água (congelamento) ou na adição de solutos, como sal e açúcar.
Atividade de água x umidade
Aw – parâmetro qualitativo.
Umidade – parâmetro quantitativo.
Fala-se em atividade de água de um produto com base no estado de energia das moléculas de água. 
Fala-se em umidade de um produto com base na quantidade de água que se perde em uma determinada amostra.
Atividade de água
Do ponto de vista microbiano, os alimentos podem ser classificados quanto a Aw em: alimentos de Aw elevada, intermediária e baixa.
Elevada: > 0,85
Intermediária: 0,6 < aw < 0,85
Baixa < 0,6
Para bactérias – Aw ótima > 0,8
Para bolores – Aw ótima 0,75 – 0,70
Atividade de água
Água nos alimentos
Importantes funções
Veículo transmissor de calor – tornar os nutrientes do alimento mais digeríveis; características sensoriais 
Hidratante – por se combinar com elementos do alimento.