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Presidente do Conselho de Administração: Janguiê Diniz Diretor-presidente: Jânio Diniz Diretoria Executiva de Ensino: Adriano Azevedo Diretoria Executiva de Serviços Corporativos: Joaldo Diniz Diretoria de Ensino a Distância: Enzo Moreira Créditos Institucionais Todos os direitos reservados 2019 by Telesapiens Bromatologia Olá. Meu nome é Daniela Hartmann Jornada. Sou farmacêutica desde 2012, conclui o mestrado e o doutorado em Ciências Farmacêuticas na Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP, onde trabalhei com pesquisa e avaliação farmacológica de nutrientes. Trabalhei em indústria de suplementos alimentares como responsável técnica, principalmente nos assuntos regulatórios e de padronização de procedimentos. Sou apaixonada pelo que faço e adoro transmitir meus conhecimentos àqueles que estão iniciando em suas profissões. Por isso fui convidada pela Editora Telesapiens a integrar seu elenco de autores independentes. Estou muito feliz em poder ajudar você nesta fase de muito estudo e trabalho. Conte comigo! A AUTORA DANIELA HARTMANN JORNADA ICONOGRÁFICOS Esses ícones que irão aparecer em sua trilha de aprendizagem significam: RESUMINDO Breve descrição do objetivo de aprendizagem; Uma nota explicativa sobre o que acaba de ser dito; Uma síntese das últimas abordagens; Parte retirada de um texto; Sugestão de práticas ou exercícios para fixação do conteúdo; O conteúdo em destaque precisa ser priorizado; Um atalho para resolver algo que foi introduzido no conteúdo; Um jeito diferente e mais simples de explicar o que acaba de ser explicado; Explicação do conteúdo ou conceito partindo de um caso prático; Uma opinião pessoal e particular do autor da obra; Indicação de curiosidades e fatos para reflexão sobre o tema em estudo; O texto destacado deve ser alvo de reflexão. Informações adicionais sobre o conteúdo e temas afins; Resolução passo a passo de um problema ou exercício; Links úteis para fixação do conteúdo; Definição de um conceito; CITAÇÃO TESTANDO IMPORTANTE DICA EXPLICANDO DIFERENTE EXEMPLO PALAVRA DO AUTOR CURIOSIDADE REFLITA SAIBA MAIS SOLUÇÃO ACESSE DEFINIÇÃO + OBJETIVO OBSERVAÇÃO +++ SUMÁRIO Composição de alimentos: água minerais e vitaminas ......10 A água .....................................................................................11 Minerais e vitaminas ...............................................................16 Carboidratos e fibras ............................................................24 Análises de carboidratos e fibras .............................................28 Lipídios...................................................................................34 Adulterações em óleos e gorduras ..........................................42 Rancificação dos lipídios ........................................................42 Análises de lipídios .................................................................43 Características da qualidade dos lipídios ................................48 Proteínas ................................................................................49 Análise de proteínas ................................................................53 Bromatologia 7 UNIDADE 02 Bromatologia8 Agora que você aprendeu sobre a importância da análise de alimentos, a utilização do laboratório de bromatologia e garantia da qualidade, vamos aprender sobre quais são os constituintes dos alimentos. Agora que a amostra chegou ao seu laboratório...quais são os principais constituintes da amostra??? Você aprenderá sobre a composição centesimal dos alimentos, os nutrientes que devem ser encontrados e a importância da água na conservação e palatabilidade dos alimentos. Falaremos sobre os carboidratos e as fibras, o papel deles nos alimentos, em nosso organismo e as formas de análise laboratorial; os lipídios e seus constituintes, as principais adulterações e sobre o processo de rancificação. Você aprenderá sobre as proteínas, as principais proteínas que compõem os alimentos e as principais formas de quantificação delas, bem como sua importância na indústria de alimentos. E aí? Animado (a)? INTRODUÇÃO Bromatologia 9 1 2 3 4 Olá. Seja muito bem-vindo à Unidade 2. Nosso objetivo é auxiliar você no desenvolvimento das seguintes competências profissionais até o término desta etapa de estudos: OBJETIVOS Compreender o conceito de composição centesimal e a importância da água e dos minerais nos alimentos. Conhecer sobre os carboidratos e as fibras, sua importância na área de alimentos e sua forma de quantificação no laboratório de bromatologia. Conhecer sobre os lipídios e os grupos que os compõem, as principais adulterações, processo de rancificação e métodos laboratoriais de quantificação e detecção. Conhecer sobre as proteínas, a importância desses nutrientes na indústria de alimentos e sua forma de quantificação no laboratório de bromatologia. Então? Preparado para uma viagem sem volta rumo ao conhecimento? Ao trabalho! Bromatologia10 Composição de alimentos: água minerais e vitaminas Nessa unidade você saberá qual é a composição dos alimentos e como realizar as principais análises desses nutrientes. Além disso, aprenderá sobre o preparo de soluções e as principais metodologias de análise físico-química. E então, vamos lá? OBJETIVO A composição centesimal é a descrição dos nutrientes presentes nos alimentos na proporção de 100 g ou 100 de alimento (Núcleo de Estudos e Pesquisas em Alimentação , 2011). Os principais constituintes encontrados nos alimentos são: água, carboidratos, proteínas, lipídios, vitaminas e minerais. Sua determinação quantitativa é feita através de métodos analíticos que discutiremos nesta unidade. Além do consumidor e da indústria de alimentos, a composição centesimal é importante pois permite a análise de nutrientes ingeridos pela população, estudos nutricionais com pacientes, avaliação do estado nutricional, planejamento agropecuário, estudos epidemiológicos, entre outras. O projeto TACO, realizado como uma parceria entre a Unicamp e o Núcleo de Estudos e Pesquisas em Alimentação (NEPA), levou a criação de uma tabela de composição dos alimentos no Brasil, através de métodos analíticos confiáveis. Para saber mais, acesse: https://bit.ly/2rhonR8. https://bit.ly/2rhonR8. Bromatologia 11 A água Apesar de não ser considerada um nutriente, a água exerce papel importante nos alimentos e na análise dos alimentos. Sabe- se que o maior constituinte dos seres vivos é a água e, por isso, ela é encontrada em grande quantidade nos alimentos, tanto de origem vegetal quanto animal. O conteúdo de água nos vegetais pode chegar a 95%, enquanto na carne 70%. Produtos lácteos fluidos apresentam cerca de 87-91% de água em sua composição; queijos de 40-75%; sorvetes 65%; frutas 65-95%; carnes e peixes 50-70%; ovos 74%. VOCÊ SABIA? A molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. A alta eletronegatividade do átomo de oxigênio cria uma diferença de carga entre oxigênio e hidrogênio, fazendo com que se forme um dipolo, positivo no hidrogênio e negativo no oxigênio. Esse dipolo permite que a água tenha interações de hidrogênio (interações intermoleculares) com outras moléculas de água, de forma que os oxigênios possam interagir com hidrogênios e vice-versa. Além disso, essa molécula é capaz de interagir com as diversas classes de nutrientes que compõem os alimentos, como proteínas, carboidratos, lipídios, vitaminas e minerais. Bromatologia12 O que ocorre é que a molécula de água apresentará mais interações com grupos polares, como álcoois, aldeídos, grupos amino. Isso faz com que parte da água esteja em sua forma “ligada” aos alimentos e parte esteja na forma livre. A água ligada é a forma de água responsável pela formação da camada de hidratação, pois está interagindo fortemente com os nutrientes. Essa água não representa fontede meio de cultura para microrganismos (Bolzan, 2013). Por outro lado, a água livre, que faz menos interações com os nutrientes, representa foco de proliferação desses microrganismos e contribui para degradação do alimento. Água livre: faz poucas interações químicas com os outros nutrientes, serve como meio de cultura. Água ligada: serve como hidratação para o alimento, está interagindo com nutrientes que o compõem. IMPORTANTE Assim, a determinação da água livre é de extrema significância na análise de alimentos. Segundo o manual de análises bromatológicas do Instituto Adolfo Lutz, a análise de água é uma das primeiras a serem realizadas no alimento, é a partir dela serão feitas as outras determinações. A forma clássica de determinação da quantidade de água livre é através da determinação da porcentagem de umidade. Compreende na pesagem de um cadinho, da amostra (2 a 10 g em sua forma pulverizada) e inserção da ambos em estufa a 105°C Bromatologia 13 para dessecação. Após 3 horas, retira-se a amostra e coloca-se em dessecador, para resfriar sem adquirir umidade e depois faz- se a pesagem da amostra. Esse procedimento é repetido até que o valor pesado na balança analítica se apresente constante. Então utiliza-se o cálculo da porcentagem de umidade, que será descrito no exemplo a seguir. Esse ensaio exige poucos equipamentos e é de fácil execução. M. A. técnica de um laboratório de bromatologia, recebe uma amostra de cereais para determinação da porcentagem de umidade total. A funcionária tritura os cereais com auxílio de graal e pistilo, em seguida pesa três cadinhos e registra seus pesos em uma planilha. Ela então, adiciona cerca de 3 gramas da amostra em cada um dos cadinhos e pesa novamente, registrando em sua planilha. Os materiais são colocados em estufa à 105°C para evaporação e após 3 horas são feitas verificações de peso até a constância dos valores. A tabela 1 apresenta os resultados das análises realizadas por ela. EXEMPLO Tabela 1: Resultados das pesagens da análise de umidade de 3g da amostra de cereais. Fonte: A Autora Bromatologia14 A fórmula para o cálculo de umidade utiliza o peso inicial, que corresponde ao peso antes da dessecação, e o peso final, que é o peso após a constância de valores nas pesagens. Assim temos que: Onde peso inicial é antes da dessecação e peso final é após a constância nas pesagens. Análise 1: Análise 2: Análise 3: Média aritmética ± desvio padrão = 10,01±0,18% (m/m), que será descrito no laudo técnico. A determinação da quantidade de água em estufa apresenta algumas limitações, como por exemplo, a variação na temperatura interna do equipamento em diversos pontos. Além disso, substâncias voláteis também são inclusas nessa medida, mesmo não se tratando de água realmente. O aquecimento à 105°C pode gerar a decomposição de alguns nutrientes do alimento, levando à formação de água adicional. IMPORTANTE Além da avaliação da quantidade de água em estufa convencional, existem outros métodos de realizar-se essa Bromatologia 15 determinação, como estufa à vácuo. Essa determinação evita que ocorra a decomposição dos nutrientes. Na estufa a vácuo, a temperatura necessária para evaporação da umidade é reduzida, cerca de 70°C devido ao vácuo. Isso faz com que não haja aquecimento elevado da amostra e evita degradação de nutrientes. +++ EXPLICANDO DIFERENTE A determinação a partir de radiação de infravermelho também é uma alternativa, assim como uso de micro- ondas, métodos de destilação, métodos químicos, físicos (cromatografia gasosa, ressonância magnética nuclear) e uso de equipamentos que fazem mensuração da umidade e outros nutrientes simultaneamente (equipamentos de análise de multicomponentes). Existem diversos equipamentos multicomponentes, alguns capazes de mensurar umidade e gordura. Esses, apresentam baixo desvio padrão, sendo 0,4 % para gordura e 0,3% para umidade. VOCÊ SABIA? Bromatologia16 Apesar da ampla utilização, a determinação de umidade não é a melhor forma de determinar a vida de prateleira dos alimentos. Para isso utiliza-se a determinação da atividade de água (aW). A determinação da atividade de água avalia a quantidade de água livre no alimento, ou seja, a água que pode servir de meio de cultura. Por isso essa determinação é importante para determinação da vida de prateleira do alimento. IMPORTANTE Minerais e vitaminas Os minerais são encontrados em baixas concentrações nos alimentos. Apesar disso, são importantes no funcionamento de diversos mecanismos reguladores do organismo. Na área de alimentos, os minerais representam todos os componentes diferentes de hidrogênio, carbono, oxigênio, nitrogênio (que representam cerca de 99% do total dos alimentos). Eles são obtidos através da queima de todo o material orgânico, restando somente os minerais, que constituem a matéria inorgânica. Existem cerca de 90 elementos químicos de ocorrência natural no planeta, 25 deles são considerados elementos essenciais para o nosso organismo. Isso quer dizer que esses nutrientes não podem ser sintetizados pelo nosso organismo e por isso, precisam ser adquiridos através dos alimentos. Bromatologia 17 Os minerais são divididos entre macro e microelementos, os primeiros possuem ingesta diária entre 0,1-1,0 grama por dia, sendo fósforo, sódio, potássio, cálcio e magnésio os mais importantes. Já os microelementos, são aqueles que devem ser consumidos em quantidades reduzidas, menos de 0,1 grama por dia, como iodo, alumínio, ferro, manganês, cobre e selênio. A incorporação dos nutrientes no alimento pode ser de origem natural, quando obtidos através do próprio alimento e de ocorrência intencional, quando adicionados no processo de produção do alimento (suplementação). + OBSERVAÇÃO O método mais comum para detecção e quantificação de minerais é o chamado método de cinzas (cinzas secas ou resíduo mineral fixo). Este método baseia-se na incineração da amostra de alimento seco a uma temperatura mais baixa e em seguida à 550-600°C. À essa temperatura o material orgânico se decompõe, restando somente os resíduos minerais. Além disso, a incineração pode ser feita com auxílio do bico de Bunsen ou da mufla. Bromatologia18 A mesma técnica do laboratório de bromatologia, M. A deve analisar uma amostra de cereal e fazer a quantificação dos minerais totais presentes no alimento. Para isso, ela coloca luvas e então, pega 3 cadinhos (triplicata) e coloca na mufla a 550ºC, por meia hora. Deixa esfriar em dessecador e pesa em balança analítica até 0,1 mg. A técnica registra o peso do cadinho vazio e pesa 2 a 3 g de amostra seca em cada cadinho, depois coloca-os na mufla preaquecida a 550ºC, esperando até que o material se torne branco ou cinza-claro. Essa é uma indicação de que a cinza está pronta, então ela esfria o material no dessecador por cerca de 20 a 30 minutos e depois pesa o material frio na balança analítica até 0,1 mg, obtendo os valores apresentados na tabela abaixo. EXEMPLO Tabela 2: Resultados das pesagens da análise de cinzas de 2g da amostra de cereais. Fonte: A Autora A fórmula para o cálculo de cinzas utiliza o peso antes e depois da incineração e o peso da amostra utilizada no ensaio. Assim temos que: Bromatologia 19 Assim, M. A. calculou a porcentagem de cinzas de cada análise: Análise 1: Análise 2: Análise 3: Assim, o teor de cinzas da amostra será a média aritmética ± desvio padrão = 1,67±0,75% (m/m), que será descrito no laudo técnico. Neste caso, considerando uma amostra de cereais os principais minerais encontrados seriam cálcio, ferro, sódio, manganês, magnésio e cobre. Dependendo do tipo de amostra, pode ser necessário um preparo prévio, como por exemplo, amostras líquidas e úmidas que devem ser secas em estufa. Além disso, condimentos, que possuem muitos conteúdos voláteis, devem ser aquecidos aos poucos, a fim de gerar a fumegação. Alimentos como cereais apresentam cerca de 0,3-3,3% de conteúdode cinzas totais; produtos lácteos de 0,7-6,0%; carnes e produtos cárneos 0,5-6,7%; aves 1,0-1,2%; frutas frescas 0,3-2,1%; vegetais frescos 0,4-2,1%; óleos e gorduras de 0,0% (óleos e gorduras vegetais) a 2,5% (manteiga e margarina). VOCÊ SABIA? Bromatologia20 Além do método de cinzas secas existem diversos outros métodos que podem ser empregados na quantificação dos minerais. Entre eles a determinação de cinzas úmidas, que serve para quantificação de elementos que se encontram em muito baixa quantidade, como o iodo por exemplo. Neste método emprega-se substâncias químicas como ácido nítrico ou sulfúrico, ou mesmo a mistura de ambos. As quantidades variam de acordo com cada alimento, e a utilização dos ácidos tem como objetivo oxidar os constituintes da amostra. Após a análise de cinzas úmidas é possível fazer a determinação do teor de cada mineral especificamente. Para isso, utilizam-se equipamentos e técnicas experimentais de maior precisão, como absorção atômica, emissão de chama, colorimetria, turbidimetria e titulometria. De todos os métodos descritos, a titulometria é o mais barato e fácil de ser utilizado no laboratório. Mesmo assim, o método de cinzas secas é mais econômico e viável na implantação de rotina do laboratório de análises bromatológicas. + OBSERVAÇÃO A escolha do material dos cadinhos utilizados também é importante. Dependendo do tipo de material que os compõem, ele são mais ou menos resistentes à temperatura e dependendo do tipo de alimento, haja algum mais apropriado. Bromatologia 21 Cadinhos de ouro-platina (liga 90:10) resistem até 1100°C e à substâncias básicas, já cadinhos de porcelana resistem até 1500°C, mas podem rachar pois são sensíveis à bases. EXEMPLO Assim como os minerais, as vitaminas são substâncias orgânicas, indispensáveis ao funcionamento do organismo e que devem ser adquiridas de fontes alimentares, pois também não podem ser sintetizadas. Esses nutrientes, não possuem padrão estrutural e são divididas de acordo com a solubilidade em lipossolúveis e hidrossolúveis. As primeiras, possuem capacidade de solubilização em solventes apolares, por isso chamadas lipossolúveis e fazem parte delas as vitaminas: A (retinol), D (ergocalciferol), E (tocoferol) e K (filoquinona). Já as vitaminas hidrossolúveis, são capazes de solubilizar em solventes polares, entre elas encontramos a vitamina B1 (tiamina), B2 (riboflavina), B3 (niacina), nicotinamida, B5 (ácido pantotênico), C (ácido ascórbico), H (biotina), PABA (ácido para-aminobenzóico), B6 (piridoxina), B12 (cianocobalamina), inositol, colina. A determinação das vitaminas lipossolúveis será discutida no item de lipídios, por isso neste tópico falaremos das formas de análise das principais vitaminas hidrossolúveis: B1, B2 e C. A vitamina B1 (tiamina) é encontrada em alimentos como germe de cereais, nozes e leveduras. Segundo os métodos físico-químicos do Instituto Adolfo Lutz (2008), a determinação Bromatologia22 da vitamina B1 em alimentos é baseada em quantificação de fluorescência no espectrofotômetro de fluorescência. A tiamina reage com o solução alcalina de ferricianeto de potássio formando o composto tiocromo, que é detectado no equipamento. A vitamina B1 também é encontrada em alimentos como carne de porco, fígado, gema de ovo, amendoim, peixes, leguminosas, legumes, grãos integrais, frutos do mar, levedo de cerveja e cevada. Sua deficiência causa o beribéri (paralisia dos membros inferiores e problemas circulatórios). VOCÊ SABIA? Alimentos que possuem tiamina de forma natural, em que não houve adição como suplementação, necessitam de tratamento da amostra. Isso ocorre porque a vitamina B1 não está em sua forma livre, impossibilitando sua detecção. Assim, deve-se fazer a hidrólise ácida e enzimática do alimento, a fim de obter a tiamina livre. A vitamina fotossensível, deve-se tomar cuidado com a exposição à luz durante a análise. De forma semelhante à vitamina B1, a vitamina B2 (riboflavina) apresenta coloração amarelo-esverdeada na fluorescência e é sensível à luz. Seu doseamento é feito através de espectrofotômetro de fluorescência, mas devido à fotossensibilidade utiliza-se como solução padrão a fluoresceína. Essa substância é capaz de emitir fluorescência semelhante à vitamina B2 sem degradação. A riboflavina é indispensável no metabolismo de proteínas, carboidratos e lipídios. Sua carência pode causar lesões ocular, Bromatologia 23 queilose, estomatite, glossite e dermatite seborreica. É encontrada em alimentos como leite de vaca e derivados, vísceras, soja assada, carnes magras, ovos e vegetais folhosos. A vitamina C (ácido ascórbico) tem alta atividade antioxidante, além de atuar na produção de neurotransmissores. Sua quantificação pode ser feita através de dois métodos: quantificação com iodato de potássio (teores de vitamina > 5 mg), através da oxidação do ácido ascórbico pelo reagente; e método de Tillmans (teores de <5 mg de vitamina C) que utiliza a redução do sal sódico de 2,6-diclorofenol indofenol. A vitamina C é encontrada em frutas cítricas, kiwi, acerola, abacaxi, abóbora, batata-doce, pimentão verde, milho, couve- flor, espinafre, repolho, tomate, mamão papaia, manga e melão cantaloupe. Nesta seção você aprendeu sobre a composição dos alimentos, quais são os nutrientes encontrados e a importância da água nos alimentos. Falamos sobre os métodos de quantificação de água, principalmente o método de cinzas, a importância da atividade de água nos alimentos. Você também conheceu mais sobre os minerais que compõem os alimentos, como fazer a dosagem de cinzas totais, a escolha do material para secagem da amostra e outros métodos disponíveis. Sobre as vitaminas, falamos sobre vitaminas lipossolúveis e hidrossolúveis, e sobre a quantificação e importância das algumas das vitaminas hidrossolúveis: B1, B2 e vitamina C. RESUMINDO Bromatologia24 Carboidratos e fibras OBJETIVO Nesse tópico você conhecerá mais sobre os carboidratos, os monossacarídeos, dissacarídeos e polissacarídeos; além das fibras. Aprenderá sobre a principal forma de quantificação desses nutrientes, noções práticas de preparo de soluções e titulação das análises. E então, preparado (a)? Os carboidratos são compostos basicamente por carbono e hidrogênio e apresentam duas funções orgânicas: aldeído e álcool ou cetona e álcool, alguns deles possuem em sua estrutura átomos de nitrogênio, enxofre e fósforo. São compostos amplamente distribuídos entre os alimentos e possuem diversas funções na área de alimentos, como adoçantes naturais, matéria-prima para produtos fermentados, escurecimento de alguns alimentos e propriedades reológicas de alimentos de origem vegetal. No organismo, a função desses nutrientes está ligada ao fornecimento de energia, cerca de 4 kcal por grama de carboidrato. Além disso, parte dos carboidratos é composta por fibras dietéticas (serão discutidas a seguir), substâncias que não solubilizam por hidrólise ácida ou básica e são incapazes de serem digeridas em nosso organismo. As fibras dietéticas são importantes no processo de digestão, aumentando o peristaltismo do sistema gastrointestinal. Bromatologia 25 Esses nutrientes são divididos de acordo com o tamanho das cadeias carbônicas que os compõem: �Monossacarídeo: formados por uma unidade de poli-hidroxicetona ou poli-hidroxialdeído, sendo a glicose o monossacarídeo mais abundante. Sua fórmula molecular é C6H12O6, sendo também chamada de dextrose. Na área de alimentos essas substâncias apresentam algumas propriedades importantes: como a higroscopicidade, capacidade de adsorver umidade devido às interações polares que realizam com a molécula de água; poder edulcorante, relacionado à capacidade de adoçar dos carboidratos, em especial da frutose. No caso da higroscopicidade, para alimentos como produtos de confeitaria e panificação é uma propriedade desejável. Porém, no caso de produtos granulados torna-se indesejável.+++ EXPLICANDO DIFERENTE �Dissacarídeos: são formados de duas unidades de monossacarídeos, unidos por ligações glicosídicas. Recebem no nome o sufixo - oses e no organismo estão frequentemente acoplados à outras moléculas, como lipídios e proteínas (glicoconjugados); Bromatologia26 Os monossacarídeos e dissacarídeos formam os oligossacarídeos. Essas substâncias também apresentam higroscopicidade e poder edulcorante, principalmente a sacarose. Além disso, esse açúcar sofre o processo de “inversão do açúcar”, ou seja, em presença de meio ácido, básico ou elevação de temperatura é capaz de clivar sua ligação glicosídica, liberando seus monossacarídeos (glicose e frutose). A sacarose, açúcar de cozinha, é formada por uma unidade de glicose e outra de frutose. O açúcar do leite, lactose, é formado por uma glicose e uma galactose. VOCÊ SABIA? � Polissacarídeos: compostos de mais de 20 unidades de monossacarídeos, fazem parte desse grupo o amido, glicogênio, pectina e a celulose. São nutrientes de alto peso molecular e baixa solubilidade em água. O amido, um dos principais polissacarídeos, é formado por amilose e amilopectina. Ambas são formadas por cadeias de glicose, no entanto, a amilose possui cadeia linear, enquanto a amilopectina, ramificada. Apesar da baixa solubilidade em água, citada anteriormente para polissacarídeos, o amido é capaz de gelatinizar na presença de água e aquecimento. Essa propriedade se justifica porque ocorre rompimento parcial das ligações glicosídicas, que ficam expostas e disponíveis para interações com as moléculas de Bromatologia 27 água. Isso provoca aumento do volume e da viscosidade, dando o aspecto cremoso característico do processo de gelatinização. A gelatinização é um processo importante na fabricação de produtos de panificação, produtos à base de milho, arroz e feijão cozidos. Embora a propriedade seja de aparente utilidade na indústria de alimentos, a gelatinização natural não é estável. Após certo tempo, ocorrem os fenômenos de retrogradação, retorno do amido ao estado de sólido cristalino, e sinérese, expulsão das moléculas de água que participavam das interações. Em adição, a gelatinização natural só ocorre em temperaturas elevadas, sofre alterações dependentes dos outros nutrientes dos alimentos e é instável à processos que fazem parte da produção industrial, como congelamento, transporte, agitação e aquecimento. Retrogradação: retorno do amido ao estado sólido; Sinérese: expulsão das moléculas de água. Assim, surgiram os amidos modificados, como as dextrinas e amidos reticulados (pré-gelatinizados). Esses nutrientes são capazes de gelatinizar à temperaturas mais baixas, formam géis na presença de outros solutos e são mais estáveis às condições industriais. A celulose é um polissacarídeo composto por glicoses, mas sua estrutura é linear e as ligações glicosídicas são diferenciadas. Isso faz com que esse nutriente seja insolúvel e não possa ser digerido no sistema gastrointestinal humano. Seu derivado modificado, a carboximetilcelulose, possui alto poder de aumento de viscosidade, sendo muito utilizada na produção industrial de doces (pudins, flans, sorvetes). Já as hemiceluloses são formadas por oligossacarídeos diferentes, como glicose, galactose e xilose. São amplamente utilizadas na indústria de panificação, pois reduzem a força necessária para o amassamento das massas e são solúveis em água. Porém, são polissacarídeos de difícil digestão. Bromatologia28 Existem ainda, as pectinas e as gomas. As pectinas, são encontradas em alimentos de origem vegetal, como frutas cítricas e maçãs. São utilizadas na indústria de alimentos na produção de géis, principalmente na fabricação de pepino em conserva e sorvetes. As gomas também possuem a capacidade de geleificação e são formadas por diversos monossacarídeos, como manose, galactose, fucose, entre outros. As principais gomas da indústria de alimentos são a goma guar, goma arábica, goma xantana, ágar e goma dextrana. Sendo os principais alimentos a salsicha, bebidas, molhos, sobremesas entre outros. EXEMPLO Durante o processo de hidrólise dos alimentos, os constituintes incapazes de sofrer esse processo são as fibras dietéticas. Esses nutrientes, conforme comentado anteriormente, embora não possam ser digeridos, apresentam inúmeros benefícios ao sistema digestório. Entre eles a redução do colesterol do sangue, da glicemia e aumento do trânsito intestinal. Análises de carboidratos e fibras A principal análise dos carboidratos é a reação de Fehling, ou detecção de açúcares redutores. De modo geral, com exceção da sacarose, todos os açúcares são redutores. Nesse experimento eles reduzem o cobre do seu estado cobre II (cúprico), de coloração azul, para cobre I (cuproso), de coloração vermelha. Bromatologia 29 Antes da análise deve ser feita a retirada de interferentes (outras substâncias redutoras) da amostra de alimento. Isso pode ser feito através da utilização de “clarificadores”, como creme alumina, solução neutra ou básica de acetato de chumbo e ácido fosfotúnsgstico, que fazem a precipitação desses interferentes. M.A, ainda em análise dos cereais, inicia a análise de açúcares redutores através dos reagentes de Fehling. Para isso, ela pesa entre 2 a 5 g da amostra em um béquer de 250 mL, adiciona 50 mL de água destilada morna (aproximadamente 37ºC) e homogeneiza com bastão de vidro. Em seguida, ela transfere para um balão volumétrico de 100 mL e adicionar 2 mL de ferrocianeto de potássio a 6%(m/v) e 2 mL de acetato de zinco a 12%(m/v). Agita bem e completa o volume. Depois faz a filtração e insere o filtrado na bureta. Então ela pipeta (volumetricamente) 5 mL de Fehling A (solução de CuSO4) e 5 mL de Fehling B (solução de tartarato de sódio e potássio e NaOH) para um balão de titulação e algumas pérolas de ebulição. Depois ela adiciona mais 40 mL de água destilada, aquece até ebulição e goteja a solução da amostra até que o líquido sobrenadante fique levemente azulado. Mantendo a ebulição, adiciona uma gota de azul de metileno a 1% e continua a titulação até a descoloração do indicador, quando ela anota o volume utilizado. A análise foi feita em triplicata e a tabela 3 apresenta os resultados obtidos. EXEMPLO Bromatologia30 Tabela 3: Resultados das pesagens da análise de açúcares redutores da amostra de cereais. Fonte: A Autora Assim, M. A calcula a porcentagem dos açúcares redutores através da seguinte fórmula: Onde Va é o volume de solução da amostra (neste caso 250 mL); a é a massa de glicose que reage com 10 mL de solução de Fehling (padronizada em laboratório será considerada 0,047); Pa é o peso da amostra e Vg é o volume gasto da solução amostra. Assim, M. A descreveu no laudo a presença da média e desvio padrão dos açúcares redutores como 5,28±0,07%. No exemplo acima, utiliza-se o método de titulação de ácidos fortes com bases fortes. A titulação é um método analítico que utiliza a bureta e o Erlenmeyer. Na bureta insere-se a solução de concentração conhecida, e no Erlenmeyer a amostra a ser titulada. O conceito básico é a titulação ácido-base, em que se utiliza um indicador de pH, que nos permite saber o ponto de mudança do pH básico para ácido e vice-versa. É importante lembrar que no ponto em que ocorre a viragem do pH, o número de mols do ácido é equivalente ao número de mols da base. Isso é importante pois nos permite obter o valor de concentração de um a partir da titulação do outro. Bromatologia 31 Na análise de fibras, segundo o Instituto Adolfo Lutz, pode-se mensurar as fibras de um alimento através da técnica de detecção de fibra bruta. Para isso, utiliza-se o alimento após a análise de umidade e cinzas. Na realidade, as fibras constituem uma mistura de polissacarídeos e lignina, com exceção do amido, que são incapazes de serem digeridas no intestino delgado humano. Elas são divididas de acordo com a solubilidade em fibras solúveis, queaumentam a viscosidade do material gastrointestinal, retardando o esvaziamento gástrico e aumentando o tempo de absorção dos nutrientes; e insolúveis, que diminuem o tempo do transito gastrointestinal, aumentam o bolo fecal. As principais fibras solúveis são gomas, mucilagens, pectinas e algumas hemiceluloses; e as principais fibras insolúveis são a celulose, lignina, hemicelulose e algumas pectinas. EXEMPLO O método convencional de quantificação de fibras é o método de análise de fibra bruta, que utiliza algum tratamento químico da fibra (solução ácida, básica, entre outros). Bromatologia32 Continuando a análise dos cereais, a técnica M. A, pesa 2 g da amostra, envolve em papel de filtro e amarra com lã. Faz uma extração contínua em aparelho de Soxhlet (tópico 3.0 – Lipídios), usando éter como solvente. Adiciona 100 mL de solução ácida (ácido acético glacial (500 ml) + água (450 ml) + ácido nítrico (50 ml) + ácido tricloroacético (20 g)). Adapta o frasco Erlenmeyer a um sistema de refluxo por 40 minutos depois filtra em sistema a vácuo e lava com água fervente até que a água de lavagem não tenha reação ácida. Lave com 20 mL de álcool e 20 mL de éter. Aquece em estufa a 105°C, por 2 horas. Resfria em dessecador até a temperatura ambiente. Pesa e repete as operações de aquecimento e resfriamento até peso constante. Depois ela incinera em mufla a 550°C, resfria em dessecador até a temperatura ambiente, repetindo até obter o peso constante. A tabela 4 apresenta os dados da análise. Observação: O termo “Peso constante” significa que os valores obtidos em duas pesagens sucessivas diferem, no máximo, em 0,0005 g por grama de substância. EXEMPLO Tabela 4: Resultados das pesagens da análise de fibra bruta da amostra de cereais. Fonte: A Autora Bromatologia 33 O cálculo da fibra bruta foi feito a partir da equação: Onde Fb é fibra bruta pesada (diferença entre o resíduo seco e o resíduo pós incineração e constância do peso) e P é o peso da amostra. Dessa forma, no laudo da amostra a técnica descreveu a presença de 0,83±0,25% (m/m) de fibras brutas (média ± desvio padrão). Atualmente utiliza-se o método de fibras alimentares (método de fibra alimentar total). É um método enzimático gravimétrico, que utiliza enzimas que mimetizam as enzimas do sistema gastrointestinal e depois é feita a pesagem das fibras. Nesta seção você aprendeu mais sobre os carboidratos, que podem ser monossacarídeos, dissacarídeos ou polissacarídeos. Você descobriu que o açúcar de cozinha, o amido, e uma série de outros carboidratos possuem capacidade de gelatinização e que isso tem muito valor na indústria de alimentos. Além disso, vimos sobre os principais métodos de análise de carboidratos, como a quantificação de açúcares redutores utilizando reagentes de Fehling. Vimos algumas noções de preparo de soluções e titulação aplicados à análise de carboidratos e falamos também sobre as fibras brutas e fibras alimentares, sobre a forma de quantificação delas e os conceitos envolvidos. RESUMINDO Bromatologia34 Lipídios A unidade número 3 trata dos lipídios, quais grupos compõem esse nutriente, qual a importância neles na área de alimentos. Falaremos também sobre vitaminas lipossolúveis, métodos de detecção de adulterações nos lipídios e muito mais. E então, vamos lá? OBJETIVO Os lipídios representam um grupo muito variável em relação à estrutura química e grupos funcionais. Sua característica comum deve-se ao seu comportamento físico, ou seja, são imiscíveis (devido à baixa solubilidade) com a água e solúveis em solventes orgânicos. Lipídios são altamente solúveis em éter, éter de petróleo, clorofórmio, benzeno, e hexano, por exemplo. Esses nutrientes representam fonte de energia nos alimentos. Além disso, atuam no transporte de vitaminas lipossolúveis e desempenham funções tecnológicas, como formação de emulsões e contribuição com a viscosidade de determinados alimentos. Os principais lipídios encontrados nos alimentos são os ácidos graxos, de triacilgliceróis, glicerofosfolipídios e lipídios não saponificáveis. Os ácidos graxos (AG) são ácidos carboxílicos que contêm de 4 a 34 átomos de carbono em sua estrutura, e podem ser saturados ou insaturados. Os insaturados apresentam uma ligação dupla em sua estrutura química. Bromatologia 35 Figura 1: Estrutura do Ácido alfa linolênico Fonte: Wikimedia As propriedades físicas dos ácidos graxos estão relacionadas ao grau de saturação da cadeia carbônica e do comprimento dela. Quanto maior for a cadeia, maior a chance de o AG estar em sua forma sólida à temperatura ambiente, e o inverso é verdadeiro, quanto menor a cadeia carbônica, maior a chance do AG estar no estado líquido à temperatura ambiente. Com relação à saturação, à temperatura ambiente (25°C), AG com cadeias carbônicas de 12 a 24 átomos de carbono estão na forma de cera, ao contrário, os mesmos AG acrescidos de insaturações encontram-se na forma líquida. Isso se deve ao arranjo das moléculas, estruturas insaturadas possuem restrição conformacional, que dificulta o empacotamento das moléculas e a solidificação do AG. Bromatologia36 Ácidos graxos saturados são mais encontrados em lipídios de origem animal, as chamadas “gorduras”, como a banha, por exemplo. Esses lipídios apresentam ponto de fusão elevado e por isso, encontram-se em estado sólido à temperatura ambiente. Por outro lado, os ácidos graxos insaturados, são encontrados mais facilmente em alimentos de origem vegetal, como no óleo de soja, por exemplo. À temperatura ambiente esses lipídios encontram-se na forma líquida, pois seu ponto de fusão é menor do que o dos ácidos graxos saturados. +++ EXPLICANDO DIFERENTE A isomeria espacial cis-trans é outra particularidade dos ácidos graxos. Quando os grupos carbônicos estão para o mesmo lado, a isomeria do ácido graxo é cis, quanto estão em lados opostos é trans. Na verdade, de forma geral os ácidos graxos encontram- se na forma cis, apenas isomerizam para forma trans em caso de processo tecnológico, como aquecimento, por exemplo. No caso de alimentos como o leite e a carne, encontram-se ácidos graxos na forma trans, devido à fermentação no rúmen dos animais. Isômeros geométricos cis-trans ocorrem em compostos químicos que apresentam insaturações e pelo menos dois grupos químicos diferentes. Na verdade, a fórmula molecular das substâncias é a mesma, mas o arranjo espacial é diferente. Os triacilgliceróis (TGC) são ésteres de ácidos graxos derivados do glicerol, também chamados de triglicerídeos ou gorduras neutras e representam cerca de 95 a 98 % do total dos óleos e gorduras. A estrutura básica dessas substâncias é Bromatologia 37 Figura 2: Estrutura química dos triglicerídeos Fonte: Wikimedia composta por três ácidos graxos unidos por uma ligação éster à uma molécula de glicerol. Essas três posições são substituídas por mais ácidos graxos, que podem ser três AG iguais ou diferentes. Como as moléculas de álcool estão em ligação éster, os TGC são apolares e insolúveis em água. No organismo são responsáveis pelo armazenamento de energia e isolamento térmico. Em caso de necessidade os TGC são mobilizados dos adipócitos, através da hidrólise promovida por lipases, para o tecido ou órgão que apresenta carência energética. Os TGC compõe a maioria das gorduras naturais (óleos vegetais, leite e carne) e estão sob a forma de misturas de TGC. Já os glicerofosfolipídios (GFL), são lipídios de membrana, formados por ácidos graxos, ésteres de glicerol e unidades de fosfato e um composto nitrogenado. Em virtude desses dois últimos constituintes, os GFL são moléculas chamadas de “anfipáticas”, ou seja, são apolares e polares ao mesmo tempo. A fração apolar é composta pelos ácidos graxos e representa um sítio de interação com substâncias apolares. Já a porção polar é composta pelos grupos nitrogenados e representa pontos de interação com a água. Os principais GFLs são a lecitina, a cefalinae a cardiolipina. Bromatologia38 A lecitina de soja é o componente responsável pela solubilidade dos achocolatados, sua adição reduz a tensão superficial entre a fase sólida e a fase líquida. Essa habilidade da lecitina está ligada ao seu caráter anfipático, capaz de promover interações hidrofílicas (radical fosfato-colina) e hidrofóbicas (cadeia de ácido graxo). VOCÊ SABIA? Figura 3: Estrutura química dos glicerofosfolipídios lecitina Figura 4: Estrutura química da cefalina Fonte: Wikimedia Fonte: Wikimedia Bromatologia 39 Figura 5: Estrutura química da cardiolipina Fonte: Wikimedia O terceiro grupo lipídios são os não saponificáveis, que também são insolúveis em água, apresentam elevados pontos de fusão, mas não possuem ácidos graxos nem glicerol em sua estrutura química. Os esteróis são formados por 4 anéis fusionados (núcleo esteroide), sendo 3 de 6 carbonos e um de 4 carbonos. Esses lipídios são precursores para a produção de diversas substâncias no organismo, como os ácidos biliares, que atuam na digestão, e os hormônios sexuais, ou hormônios esteroides, que atuam nas características sexuais e funções reprodutivas do ser humano. A vitamina A é encontrada nos animais sob a forma de provitamina A, um carotenoide que confere cor aos alimentos, que vão de amarelo até o vermelho. Os carotenoides são constituídos de unidades de isopreno (C5H8), geralmente oito unidades que formam tetraterpenos. Os principais são o α e o β-caroteno. VOCÊ SABIA? Bromatologia40 A detecção e quantificação desses carotenoides pode ser feita através de extração em solventes orgânicos (ex: acetona), saponificação dessas frações, e, posterior isolamento em cromatografia em coluna e espectrometria de UV/VIS. Para saber os detalhes do procedimento experimental acesse: https:// bit.ly/33kTM2g. De modo geral, a técnica de cromatografia em coluna pode ser realizada de quatro formas, divididas de acordo com a natureza da fase estacionária: cromatografia de adsorção, partição, exclusão molecular (filtração e permeação em gel) e troca iônica. No caso do isolamento dos carotenoides, a separação ocorre com fase estacionária composta por óxido de magnésio e celite (cromatografia de adsorção). Assim, os carotenoides que possuem maior interação com a fase estacionária ficam mais retidos na coluna, enquanto as substâncias que interagem mais com o solvente (fase móvel) saem mais rapidamente da coluna. O primeiro carotenoide a sair é o α-caroteno (interage mais com o solvente – éter de petróleo), que possui coloração amarelada; e a segunda fração é o β-caroteno (alaranjado). Depois de recolher as frações, é feita a evaporação do solvente e elas são analisadas no espectrofotômetro UV/VIS. Acesse o site para observar as frações de cor formadas pelo alfa e betacaroteno da cenoura: https://bit.ly/2OMeOll. ACESSE https://bit.ly/33kTM2g. https://bit.ly/33kTM2g. https://bit.ly/2OMeOll Bromatologia 41 Conforme comentamos na Unidade 1, o espectrofotômetro é um equipamento que detecta absorção de luz ultravioleta por parte das substâncias químicas. Com base em sua estrutura química, o equipamento incide luz (energia) na substância, que através da absorção dessa energia emite fótons capazes de serem detectados em comprimentos de onda específicos. A parte das estruturas que faz essa absorção de energia são os elétrons pi (ϖ), que fazem parte das ligações duplas (insaturações). Figura 6: Espectrofotômetro Fonte: Wikimedia No caso da vitamina observamos que a estrutura química apresenta muitas ligações duplas, são esses os elétrons que absorvem energia e acabam emitindo luz. Com relação ao comprimento de onda, o equipamento trabalha entre o UV (200- 400 nm) e o VIS, que significa visível e fica na faixa de 400-700 nm. A vitamina A absorve em três comprimentos de onda: 425, 448 e 475 nm, todos na faixa do UV/VIS. Figura 7: Estrutura química da vitamina A Fonte: Wikimedia Bromatologia42 Adulterações em óleos e gorduras As principais alterações em óleos e gorduras estão relacionadas a adição de análogos de qualidade inferior, como adição de óleos vegetais de menor valor comercial. Além disso, informações referentes à rotulagem dos alimentos, como informações incorretas sobre colesterol e ácidos graxos. A detecção dessas irregularidades geralmente é feita por equipamentos de alta precisão como a cromatografia gasosa (CG) e a cromatografia em coluna de alta resolução (CLAE) (Almeida-Muradian & Penteado, 2015). Atualmente pesquisas tem indicado a aplicabilidade de técnicas de biologia molecular na detecção dessas fraudes. Rancificação dos lipídios A rancificação dos lipídios pode ocorrer através de hidrólise ou de oxidação, a reação ocorre no local onde há insaturações, pois são os locais susceptíveis às reações químicas. No primeiro caso, a reação ocorre nas ligações éster do TGC, formando glicerol e ácidos graxos livres. Estes conferem o odor característico no alimento “ranço” e são grupos químicos mais vulneráveis às reações de oxidação. A exposição ao oxigênio presente no ar leva à oxidação dos lipídios presentes no alimento. Neste caso, a reação química ocorre nas insaturações presentes na cadeia carbônica dos ácidos graxos e necessita do oxigênio molecular e um catalisador, como metais de transição (Fe2+, Cu2+). Essa reação química também é responsável pela formação do odor desagradável, resultante da oxidação dos ácidos graxos insaturados, formando compostos de cadeia curta, como aldeídos e ácidos carboxílicos. Ambos voláteis e que são rapidamente detectados pelo olfato. Uma técnica para incrementar o prazo de validade desses produtos é a hidrogenação parcial dos lipídios, em que se faz a hidrogenação de insaturações presentes na estrutura química, Bromatologia 43 tornando o lipídio parcialmente saturado. Porém, algumas gorduras tornam-se isômeros trans nesse processo, o que representa uma desvantagem já que o consumo de gorduras trans aumenta o risco de eventos cardiovasculares. A produção de margarina é feita através da hidrogenação de óleo vegetal e por isso recebe o nome de “gordura vegetal hidrogenada”. Análises de lipídios O principal método de análise de lipídios consiste na extração desses nutrientes com solventes à quente. Esse processo é realizado em três etapas: extração com o solvente orgânico, evaporação do solvente e quantificação (pesagem) da gordura extraída. Esse processo é dependente do tamanho da partícula e do volume do solvente, quanto mais particulado for, maior a penetração do solvente no alimento. O mesmo ocorre com a quantidade de solvente, quanto mais solvente se utiliza, maior a penetração do solvente, porém, deve-se avaliar a questão do alto custo dos solventes. Os principais solventes utilizados são éter etílico e éter de petróleo, por isso diz-se que a gordura obtida é o extrato etéreo, ou seja, extraído com éter. EXEMPLO O éter de petróleo é o solvente mais utilizado, principalmente na quantificação de triglicerídeos, pois o éter etílico tem custo superior e extrai também outros constituintes Bromatologia44 lipossolúveis (vitaminas, pigmentos clorofilados, esteroides e resinas). Pode-se utilizar a mistura de solventes, além disso, a escolha é dependente do tipo de alimento a ser analisado. A extração do teor de lipídios pode ser obtida através de três maneiras diferentes, conforme descrito a seguir: �Extração com equipamento de Soxhlet: é a forma mais utilizada, utiliza um equipamento de refluxo e faz extração de forma intermitente. A temperatura de refluxo não é tão elevada, pois não pode ocorrer evaporação do solvente, o benefício é que não degrada os lipídios presentes no alimento. Suas desvantagens incluem o uso de maior volume de solvente, pois este pode saturar-se em contato contínuo com a amostra; Um técnico de laboratório de análise e alimentos necessita determinar o teor de gordura total de uma amostra de biscoito. Para isso pesou 4 gda amostra diretamente em papel de filtro desengordurado, amarrou com fio de lã também desengordurado e colocou no extrator tipo Soxhlet. Conectou o balão de fundo previamente tarado a 105°C e adicionou éter etílico (volume suficiente para um Soxhlet e meio). Acoplou um condensador de bolas e manteve sob aquecimento em chapa elétrica, por 8 horas (4-5 gotas por segundo). Então retirou o cartucho amarrado e destilou o éter. O resíduo obtido foi colocado em estufa (105°C) por uma hora, então resfriou em dessecador até a temperatura ambiente. O procedimento foi realizado em triplicata e a tabela 5 apresenta os valores de massa obtidos nos procedimentos. EXEMPLO Bromatologia 45 Tabela 5: Massa obtida do extrato etéreo de biscoito (4 g) para quantificação de lipídios totais Fonte: A Autora Após a obtenção dos valores de massa o analista utilizou a fórmula do cálculo do extrato etéreo (descrita abaixo) para obter os respectivos valores de porcentagem, conforme observamos na terceira coluna da tabela 5. Dessa forma, o técnico descreveu no laudo que o teor médio de lipídios na amostra foi de 5,4±0,3 % (m/m). Observação: No caso de amostras líquidas deve-se pipetar o volume desejado, esgotando o restante em papel de filtro, que deve ser seco (estufa – 105°C por 1 hora). �Extração pelo método de Goldfish: é uma forma mais rápida, a extração é feita em temperaturas mais elevadas e o processo é contínuo, por isso utiliza menos solvente. A desvantagem do método está relacionada ao aquecimento exacerbado do solvente e possibilidade de degradação dos lipídios. Além disso, só pode ser utilizado em amostras no estado sólido; �Extração pelo método de Bligh-Dyer: utiliza a combinação de solventes no processo de extração: clorofórmio e metanol, que são adicionados à amostra na primeira fase, Bromatologia46 seguido da adição de água e mais clorofórmio. O que ocorre é a separação de fases, então é feita a retirada delas através de um funil de separação, evaporação do solvente e quantificação dos lipídios. A maior vantagem desse processo é a extração de lipídios com caráter mais polar, muito presentes em alimentos como a soja e o trigo. Além disso, como é feita à frio, não gera degradação de gorduras do alimento e a fração obtida pode ser utilizada para quantificação de vitaminas lipossolúveis e teste de detecção de peróxidos (discutida mais adiante). Além disso, não necessita de equipamentos especiais, a análise. Alguns de alimentos contém seus lipídios agregados com outros nutrientes, como as proteínas e os carboidratos. Neste caso é necessário realizar hidrólise ácida ou alcalina. Isso ocorre em alimentos como o leite (gordura em emulsão com a água) e o pão. + OBSERVAÇÃO Outras análises dos lipídios que determinam características de identidade incluem: � Índice de refração: específico para cada óleo, esse parâmetro está relacionado ao grau de saturação. Utiliza-se o refratômetro de Abbé, que possui circulação de água à 40°C. A amostra deve ser gotejada no equipamento, caso esteja sólida, deve ser fundida. Independentemente, deve ser filtrada para Bromatologia 47 remover as impurezas e os traços de umidade. Após a adição no equipamento, aguardar entre 1-2 minutos, que o aparelho marca o índice de refração à 40°C com quatro casas decimais; � Índice de iodo (método Wijs): fornece a medida de insaturação dos ácidos graxos. Essa medida é feita através da adição de iodo (ICl) à amostra solúvel. O halogenado que acompanha o iodo, por ser mais reativo, reage com a insaturação do ácido graxo e é feita uma titulação do halogenado remanescente; O reagente de Wijs é o cloreto de iodo, neste método é feita a adição de tiossulfato de sódio (Na2S2O3) e de amido, que atua como indicador. Utiliza-se a quantidade de 1 grama de amostra e o resultado é expresso em unidades de iodo. + OBSERVAÇÃO � Índice de saponificação: a adição de base aos ácidos graxos produz álcool e sais. O índice de saponificação é, na verdade, a quantidade de base necessária para gerar a saponificação dos ácidos graxos de alto e baixo peso molecular. O procedimento de saponificação consiste em aquecer a amostra em banho-maria com NaOH ou KOH em refluxo, com adição de fenoftaleína. A titulação do excesso de hidróxido é feita com solução padrão de ácido clorídrico. O resultado é expresso em número de miligramas de NaOH ou KOH necessários para saponificar 1 grama da amostra. Bromatologia48 Características da qualidade dos lipídios Existem alguns ensaios que são utilizados como critério de qualidade dos lipídios, pois são capazes de detectar a presença de impurezas. Alguns deles, serão descritos a seguir: �Matéria insaponificável: esse teste detecta substâncias lipossolúveis incapazes de sofrer saponificação. Esses compostos são substâncias de alto peso molecular, esteróis, pigmentos e hidrocarbonetos. O teste é feito através da adição de KOH em refluxo, o resíduo que não sofre saponificação é isolado e extraído com éter etílico. O extrato etéreo composto é lavado com água duas vezes, seco e sua massa é quantificada em balança analítica); �Acidez: a avaliação da acidez é muito importante como parâmetro de qualidade dos lipídios, pois está diretamente relacionada à conservação. Processos de decomposição através de oxidação, hidrólise ou fermentação, acompanham a liberação de ácidos graxos (a partir da quebra dos TGCs) e redução do pH; A detecção do valor de acidez é feita através de titulação e os resultados são expressos em mL de solução normal por cento ou em gramas do componente ácido principal �Rancidez: a detecção da rancidez pode ser feita a partir das seguintes análises: • Reação de Kreiss: determina oxidação lipídica em fases iniciais. É feita a partir do reagente floroglucina, que reage com aldeídos formados pela oxidação dos ácidos graxos e produz coloração rósea ou vermelha; • Índices de peróxidos: baseia-se na oxidação dos ácidos graxos insaturados que formam hidroperóxidos, as primeiras espécies reativas decorrentes da oxidação, e por isso essa análise determina a oxidação lipídica em fase inicial; A determinação do índice de peróxidos é feita a partir dos resultados da titulação com iodeto de potássio e tiossulfato de sódio. Bromatologia 49 A reação da p-anisidina é feita em meio acético e forma um complexo de cor amarela com aldeídos que tem ligações conjugadas (assim como os subprodutos da oxidação dos ácidos graxos). Nesta seção vimos o que são os lipídios, a importância deles na análise de alimentos e os grupos que compõem essa classe de nutrientes (ácidos graxos, triglicerídeos, glicerofosfolipídios e lipídios não saponificáveis). Você aprendeu que eles são muito solúveis em solventes orgânicos, como éter e por isso uma das formas de isolamento desses nutrientes é a obtenção do extrato etéreo através da extração com éter. Aprendeu também sobre os principais métodos de detecção de adulteração de óleos e gorduras, rancificação dos lipídios e alguns aspectos da prática laboratorial. Além disso, falamos sobre a quantificação de vitaminas lipossolúveis, em especial a vitamina A. RESUMINDO Proteínas Nesta seção você aprenderá sobre as proteínas, sua importância para o organismo e na indústria de alimentos. Falaremos sobre as principais propriedades das proteínas, sua estrutura primária, secundária, terciária e quaternária e as principais análises de proteínas. E então, preparado (a)? OBJETIVO Bromatologia50 As proteínas são nutrientes formados por aminoácidos, estruturas químicas com terminação de grupo amino (-NH) e ácido carboxílico (-COOH) no mesmo carbono. Existem, no total, 20 aminoácidos, que apresentam a estrutura base e variam apenas nos substituintes da porção R. De acordo com cada substituinte, temos um aminoácido diferente e a ligação entre eles é chamada de ligação peptídica, e ocorre entre o grupo carbonila de um aminoácido com o grupo amino de outro. Figura 8: Estruturageral dos aminoácidos, com a porção amino e carboxila e a porção R (variável) Fonte: Wikimedia Na estrutura dos aminoácidos é possível encontrar outros grupos químicos, como o grupo heme e minerais, como ferro, cobre e fósforo. Conforme discutimos na unidade 1, os aminoácidos são divididos entre essenciais, indispensáveis para diversas funções do organismo e que necessitam ser adquiridos da dieta, e não- Bromatologia 51 essenciais, não necessários na dieta. O sequenciamento desses aminoácidos determina a formação de diversas substâncias, como proteínas, enzimas, anticorpos e a diversidade de suas atividades biológicas. O aminoácido mais simples é a glicina, que possui um átomo de hidrogênio no grupo R. Os aminoácidos podem ser formados por cadeias alquílicas simples até grupos com estruturas cíclicas e anéis aromáticos. Assim como os lipídios, as proteínas também fornecem energia ao nosso organismo, cerca de 4 Kcal por grama de proteínas. Mas nos alimentos, esses nutrientes possuem atividades relacionadas ao sabor e a à textura dos alimentos. Diferentemente de outros nutrientes, as proteínas apresentam elevada complexidade estrutural. Inicialmente, são compostas por sua estrutura primária, ou seja, a composição e ordem dos aminoácidos unidos por ligações peptídicas. A estrutura secundária é formada pelo arranjo geral dos aminoácidos, e a conformação da proteína em relação ao próprio eixo, formando as alfa-hélices e as folhas beta- pregueadas. o colágeno é uma proteína que apresenta estrutura secundária em forma de uma folha β-pregueada. Já a estrutura terciária é determinada pelas interações entre as cadeias laterais de aminoácidos, incluindo o meio em que estão dispersas. A estrutura quaternária trata-se da conformação final de toda a estrutura, considerando as outras proteínas, as moléculas próximas e suas interações. Diante de alguns fatores, as proteínas podem sofrer a quebra de uma ou mais estruturas responsáveis pela sua conformação. Temperatura elevada, ácidos, bases, radiação são agentes capazes de promover a desnaturação das proteínas e rompimento de parte ou toda estrutura conformacional. Bromatologia52 A desnaturação de proteínas leva à precipitação delas em meio aquoso. A desnaturação leva à perda da atividade biológica das proteínas. Nos alimentos isso pode ser desejável, como no caso do glúten, em que melhora o amassamento dos produtos de panificação ou indesejável, quando a proteína perde a capacidade emulsificante. Com relação às propriedades funcionais, essas dependem do meio em que as proteínas se encontram, como pH, a temperatura e a presença de outros nutrientes que permitam interação entre as moléculas. Proteínas são moléculas capazes de interagir com a água, por isso mantêm a condição de hidratação do alimento. Além disso, algumas possuem maior capacidade de solvatação em meio aquoso, dispersando-se rapidamente e de forma homogênea (sem precipitação). A viscosidade é outra propriedade desses nutrientes, e está relacionada com a resistência em fluidificar-se, ou seja, através da cremosidade conferida pelas proteínas nos alimentos. A solubilidade das proteínas é um parâmetro importante na fabricação de molhos, sopas e bebidas, por exemplo. De forma semelhante, a viscosidade é outro fator importante em alimentos como cremes, sopas e molhos. EXEMPLO A capacidade de geleificação (formação de géis) é verificada em alimentos como queijos, embutidos cárneos, salsichas e gelatinas. Neste caso, as proteínas foram previamente Bromatologia 53 desnaturadas. Outras propriedades incluem a formação de massa, emulsificação e capacidade espumante. A primeira delas é mais nítida no caso do glúten, a proteína derivada do trigo e da cevada, que é capaz de conferir a textura visco-elástica dos produtos de panificação quando adicionada água. Para saber mais sobre o glúten e sua importância no setor de panificação acesse: https://bit.ly/2pPOo9T. Com relação à emulsificação, considerando a diversidade das estruturas dos aminoácidos, as proteínas possuem habilidade de formar emulsões, ou seja, estabilizam misturas não homogêneas entre o soluto e o solvente. Isso ocorre porque a diversidade estrutural também reflete diversidade de propriedades físico- químicas. Já em relação ao poder espumante, esse efeito está ligado a habilidade de estabilizarem as dispersões de gás em meio líquido ou semissólido. Análise de proteínas A forma de detecção e quantificação de proteínas é feita através da análise de átomos que fazem parte dos aminoácidos, como carbono e nitrogênio ou através de grupos como detecção de aminoácidos e ligações peptídicas. A partir dos valores obtidos, utiliza-se um fator para conversão em valores estimados de proteínas. O método mais utilizado é o método de detecção de nitrogênio, chamado de método Kjeldahl. Esse ensaio foi criado em 1883, e desde então vem sendo modificado, mas utiliza basicamente 3 etapas: digestão, em que a amostra é digerida, liberando o conteúdo de nitrogênio na forma de sal amoniacal; a destilação, que serve para liberar o nitrogênio do sal amoniacal, transferindo-o para uma solução ácida de concentração conhecida e titulação, em que é feita a determinação do nitrogênio pela titulação do excesso de ácido. https://bit.ly/2pPOo9T. Bromatologia54 O laboratório de bromatologia recebe uma amostra de aveia e o técnico T. O. é responsável por sua análise. Foi solicitada a determinação de proteínas totais, e para isso, o técnico decide utilizar o método clássico de Kjeldahl. Assim, ele pesa 1 g da amostra em papel de seda e transfere para o balão de Kjeldahl (papel+amostra). Em seguida ele adiciona 25 mL de ácido sulfúrico e cerca de 6 g da mistura catalítica. Leva ao aquecimento em chapa elétrica, na capela, até a solução se tornar azul-esverdeada e livre de material não digerido (pontos pretos). Ele deixa aquecer por mais uma hora, depois deixa esfriar e faz a destilação do material por arraste. O destilado é recolhido em 25 mL de solução de ácido sulfúrico 0,05M (com indicador vermelho de metila). Ele destila o conteúdo até a solução passar do vermelho para o amarelo. Então ele titula o excesso de ácido sulfúrico 0,05 M com solução de hidróxido de sódio 0,1 M, usando vermelho de metila até que a solução volte para vermelho. A tabela 6 apresenta os dados dos ensaios (triplicata) e os volumes de NaOH utilizados nas titulações. Considera-se que o conteúdo de nitrogênio dos alimentos é cerca de 12%, por isso o fator de conversão do nitrogênio para gramas de proteínas é 6,25%. No entanto, alguns autores preferem utilizar as tabelas específicas de cada categoria de alimento, com valores calculados para cada um deles. EXEMPLO Bromatologia 55 Tabela 6: Resultados da análise de proteínas totais pelo método de Kjeldahl para 1 grama de aveia. Fonte: A Autora O cálculo da porcentagem de proteínas totais é feito a partir da equação: Onde f é o fator de conversão de nitrogênio em proteínas, que o técnico utilizou o de aveia (tabela do Instituto Adolfo Lutz na página anterior) 5,83. P é o peso da amostra e V é o volume de NaOH utilizado na titulação. Assim, ele calculou os valores de porcentagem, incluiu na terceira coluna da tabela acima e descreveu no laudo a presença de 27,12±0,21% (m/m) de proteínas totais na amostra (média ± desvio padrão). Algumas modificações do método de Kjeldahl incluem a adição de catalisadores, como óxidos de mercúrio, cobre ou selênio. A utilização do mercúrio é a preferida, pois apresenta efeito catalisador superior ao cobre, porém necessita de uma etapa adicional para precipitação do mercúrio com tiossulfato de sódio. A adição de sulfato de potássio é utilizada para aumentar a temperatura de ebulição do ácido e aumentar o efeito digestivo da primeira etapa. Mas o excesso desse reagente pode gerar perda de nitrogênio se a temperatura for muito elevada, devendo-se manter entre 370-410°C. Bromatologia56O ácido bórico é utilizado no lugar da solução ácida de recolhimento do destilado. Isso facilita o procedimento, pois somente uma solução deverá ser padronizada, pois a quantidade e concentração do ácido bórico não necessitam ser precisas. + OBSERVAÇÃO Outro método disponível é o de Dumas que utiliza a detecção de gás nitrogênio. Essa análise é sujeita a erros, uma vez que a quantidade de amostra analisada é muito pequena. Nas análises por grupos, o principal ensaio utilizado é o de biureto, que se baseia no fato de que as ligações peptídicas formam complexos com cobre em meio alcalino. Esses complexos formam cor azulada, sendo facilmente analisados em colorímetro. As vantagens do método de biureto incluem a especificidade, simplicidade e custo. Como desvantagens necessita de curva de calibração com padrão de proteína conhecida (realizado pelo método de Kjeldahl) e a cor do complexo formado não é sempre igual. Existe ainda o método de Follin-Ciocalteau-Lowry, ou método por fenol, que utiliza fenol e cobre. O princípio é a reação colorimétrica de oxidação entre os aminoácidos aromáticos e o cobre, fazendo formar coloração azulada. A vantagem do método é a sensibilidade (cerca de 100 vezes mais sensível que o método de biureto), baixa quantidade de interferentes (somente a sacarose interfere). Bromatologia 57 As desvantagens do método do fenol incluem a utilização de padrão conhecido de proteína para construção de curva padrão, excesso de manipulação da amostra, lentidão e destruição da amostra. + OBSERVAÇÃO A espectrofotometria de ultravioleta também é utilizada, já que a maioria das proteínas possui aminoácidos com ligações pi, como triptofano, tirosina e fenilalanina. Essa análise é rápida, simples e não destrutiva, porém, os resultados não são muito precisos, ácidos nucleicos podem ser interferentes e o preparo da amostra exige muitas etapas. Os métodos turbidimétricos também representam uma alternativa na detecção das proteínas. Eles se baseiam na precipitação das proteínas com um agente precipitante, como ácido tricloroacético, ferricianeto de potássio e ácido sulfossalicílico. A vantagem dos métodos turbidimétricos é a simplicidade e facilidade de execução, principalmente para amostras líquidas, como o leite, por exemplo. No entanto, podem sofrer com interferentes que precipitam simultaneamente, ainda precisa da curva padrão com proteína conhecida, os resultados variam de acordo com cada proteína. Além disso, não há justificativa de execução em caso de amostras sólidas. Bromatologia58 O método de Bye-binding envolve a precipitação das proteínas com um corante. Neste caso, quanto mais precipitado colorido, maior é o teor de proteínas. Esse sólido é separado (centrifugação ou filtração) e quantificado. Bye-binding é utilizado em alimentos como cereais, sementes oleaginosas, produtos vegetais e animais, e laticínios. E então? Gostou do que lhe mostramos? Aprendeu mesmo tudinho? Agora, só para termos certeza de que você realmente entendeu o tema de estudo deste capítulo, vamos resumir tudo o que vimos. Você deve ter aprendido sobre as proteínas, sua importância para o organismo e na indústria de alimentos. A estrutura das proteínas, que elas são compostas por aminoácidos, e que o sequenciamento dessas moléculas determina uma série de atividades e propriedades físico-químicas das proteínas. Falamos sobre as principais análises de proteínas e o método mais utilizado, o método de Kjeldahl. Esse método é baseado nas etapas de digestão, destilação e titulação. Você aprendeu que existem variações desse método e que se utiliza o fator de correção para converter o valor de nitrogênio em gramas de proteínas. Além disso, vimos sobre outros métodos disponíveis, como ensaio de biureto, fenol, entre outros. RESUMINDO Bromatologia 59 Bromatologia60 REFERÊNCIAS Almeida-Muradian, L. B., & Penteado, M. d. (2015). Ciências Farmacêuticas - Vigilância Sanitária: Tópicos especiais sobre legislação e análise de alimentos (2° ed.). Rio de Janeiro, RJ, Brasil: Guanabara Koogan LTDA. Alvarenga, G. (2007). A importância dos nutrientes para uma vida saudável. Cartilha de nutrição, 1-23. Rio de Janeiro. Acesso em 15 de setembro de 2019 Baccan, N., de Andrade, J. C., Godinho, O. E., & Barone, J. S. (2001). Química Analítica Quantitativa Elementar (3° ed.). São Paulo, São Paulo, Brasil: Editora Edgard Blücher LTDA. Bolzan, R. C. (2013). Bromatologia. Frederico Westphalen, Rio Grande do Sul, Brasil: Universidade Federal de Santa Maria e Colégio Agrícola de Frederico Westphalen. Cecchi, H. M. (2003). Fundamentos teóricos e práticos em análise de alimentos (2° ed.). Campinas, SP: Unicamp. Holden, J. M. (1997). Assement of The quality of data in nutritional databases. Sociedade Brasileira de Ciência e Tecnologia de Alimentos., 31(2), pp. 105-108. Instituto Adolfo Lutz. (2008). Métodos físico-químicos para análise de alimentos (4° ed.). São Paulo, SP. Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2006). Lehninger Principles of Biochemistry (4° ed.). (A. A. Simões, & W. R. Lodi, Trads.) São Paulo, São Paulo, Brasil: Sarvier. Bromatologia 61 Núcleo de Estudos e Pesquisas em Alimentação . (2011). Tabela Brasileira de Composição de Alimentos - TACO (4° ed.). Campinas, São Paulo, Brasil: BookEditora. Pavia, D. L., Lampman, G. M., Kriz, G. S., & Vyvyan, J. R. (2012). Espectroscopia no ultravioleta. Em D. L. Pavia, G. M. Lampman, G. S. Kriz, & J. R. Vyvyan, Introdução à espectroscopia (p. 367). São Paulo: Cengage Learning. Rodrigues, A. P., Carvalho, E. F., Da Silva, J. D., Da Silva, T. E., & Mazeto, T. K. (dezembro de 2015). Vitaminas Hidrossolúveis. Revista Saberes, 3(Especial), pp. 72-82. Solomons, T. W. (2011). Organic Chemistry (10° ed.). Hoboken, New Jersey, United States of America: Wiley. Vissotto, F. Z., Montenegro, F. M., Santos, J. M., & Oliveira, S. J. (6 de julho de 2006). Avaliação da influência dos processos de lecitinização e de aglomeração nas propriedades físicas de acholatado em pó. Ciência e Tecnologia de Alimentos, 26(3), pp. 666-671. Bromatologia62 Composição de alimentos: água minerais e vitaminas A água Minerais e vitaminas Carboidratos e fibras Análises de carboidratos e fibras Lipídios Adulterações em óleos e gorduras Rancificação dos lipídios Análises de lipídios Características da qualidade dos lipídios Proteínas Análise de proteínas
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