ANALISE DE AGUA

Prévia do material em texto

ANÁLISE DE ALIMENTOS
ATIVIDADE DE ÁGUA-Aw
Um dos principais componentes dos alimentos é a água, que exerce influência importante na
conservação de alimentos. O termo atividade de água foi criado para denominar a água
disponivel para o crescimento microbiano e reações que possam deteriorar o alimento. Os
alimentos possuem diferentes curvas de conteúdo de umidade em função da atividade de
água, essas curvas são levantadas à temperatura constante denominadas como isotermas
de sorção de umidade.
Neste trabalho estudou os métodos de medidas de atividades de água existentes abordando
os seguintes aspectos:
● princípio de funcionamento;
● manuseio do equipamento;
● tempo para realização da medida.
● faixa de medida
● calibração do equipamento;
● repetibilidade e reprodutibilidade;
● custo do equipamento;
Métodos: -Medida do abaixamento do ponto de congelamento de uma solução e posterior
conversão de Aw .
-Medida da umidade relativa de equilíbrio -métodos que requerem equipamentos
comuns e métodos que requerem equipamentos especializados.
Água Disponivel = Água livre
Existem várias formas de se controlar a água livre: removida por secagem/ solidificada por
congelamento ou indisponibilizar pela adição de eletrólitos como NaCL (Cloreto de sódio),ou
não-eletrólitos como a sacarose.
Os microrganismos não conseguem se desenvolver se não houver água livre no alimento.
ÁGUA INDISPONIVEL= ÁGUA COMBINADA
Água não congelável, baixa pressão de vapor, alta energia de ligação, não disponibilidade
como solvente, reduzida mobilidade molecular e propriedades dielétricas diferentes das
água livre.
No equilíbrio existe uma relação entre a Aw de um alimento e a umidade relativa no
equilíbrio (U.R.E) do ar (expressa como porcentagem) no ambiente fechado em que esse se
encontra, sendo 100 vezes maior que o valor da atividade de água. A relação entre U.R.E e
a A.w permite prever quais alimentos irão ganhar ou perder umidade, quando forem
expostos a um ar com determinada umidade.
Os fungos são os microrganismos mais resistentes à diminuição da atividade de água,
sendo os principais responsáveis pela deterioração de alimentos na faixa de atividade de
água 0.6-0.7.
Para enlatados são considerados ideais: Aw 0,85 e ph 4,5 classificados dentro de 4
categorias, essas categorias são definidas pela possibilidade de crescimento de bactérias
patogênicas principalmente Clostridium botulinum.
Estudos de Scott; Bernard (1983): Influência da temperatura na medida da Aw.
● Aw maior o efeito da temperatura tende a ser menor.
● A temperatura é um fator muito importante na comparação de valores de laboratórios
diferentes e na medida da Aw na região próxima a valores críticos.
● Temperatura padrão para a medida da Aw é de 30ºC
Adsorção* ou fenômeno de interface é o processo físico-químico em que as moléculas de
uma substância ficam retidas na superfície da outra.
MÉTODOS PARA A MEDIDA DA ATIVIDADE DE ÁGUA
A medida da atividade de água está baseada nas propriedades coligativas das soluções. De
acordo com Prior (1979), classifica-se 2 tipos de medidas:
1. medida de abaixamento do ponto de congelamento de uma solução e posterior
conversão em valores de Aw.
2. Medida da umidade relativa de equilíbrio (U.R.E) de um sólido ou líquido. Nesse
caso os métodos subdividem em métodos que utilizam instrumentos comuns de
laboratório e os que utilizam equipamentos especiais.
1. MEDIDA DO ABAIXAMENTO DO PONTO DE CONGELAMENTO.
O ponto de congelamento de uma solução é menor que o da água pura (na mesma
temperatura e pressão). Isso pode ser explicado pela lei de Raoult: na diminuição da
pressão de vapor há o abaixamento do ponto de congelamento da solução, caracterizando a
diminuição da atividade de água de forma proporcional à pressão do ponto de
congelamento. A medida do abaixamento do ponto de congelamento é realizada em um
crioscópio que pode ser tanto um equipamento construído no próprio laboratório como um
equipamento especializado.
● Utiliza-se um termômetro de precisão de pelo menos 0,1ºC para cálculo de
atividade de água com 3 casas decimais;
● Calcula-se o erro da atividade de água;
● A amostra é resfriada vários graus abaixo de seu ponto de congelamento num
banho que pode ser de álcool ou de uma solução concentrada de sal e açúcar que
permanece líquida a -15ºC. O congelamento é então induzido pela adição de cristais
de gelo à solução ou pela agitação interna da solução.
● A temperatura inicial de congelamento é medida e a partir dessa medida é calculada
a atividade de água.
● É necessário a construção de uma curva de calibração do aparelho, usando-se
soluções de Aw conhecidas para que se obtenha a Aw.
● Em frutas, verduras e carnes a temperatura de congelamento depende mais do
conteúdo de sólidos solúveis do que da estrutura.
● Alguns autores relacionam a atividade de água de sucos de frutas com depressão do
ponto de congelamento.
● O ponto de congelamento na maioria dos alimentos se dá pela concentração aquosa
de baixo peso molecular que podem ser extraídos dos alimentos sólidos com água,
separados dos componentes insolúveis e colocados no crioscópio para que o ponto
de congelamento seja medido.
LATICÍNIOS:
Adulteração do leite por adição de água. A casca é retirada e utiliza-se a parte interna
triturada, ao queijo triturado é adicionado água e centrifugado. Após a centrifugação a
mistura é levada a geladeira para que a camada superior de gordura endureça-se. A
temperatura de congelamento é medida na faixa intermediária (entre a camada inferior de
matéria insolúvel e a gordura solidificada da camada superior). O resultado concorda com
os valores obtidos em um psicrômetro confirmando que é possível a utilização pelos
laticínios da temperatura de congelamento para cálculo de atividade dos queijos.
CARNES
Método crioscópico para medida da atividade de água de produtos cárneos.
Em um cilindro com tampas rosqueadas nas duas extremidades é colocada a amostra, por
uma abertura na tampa superior é introduzido um sensor de temperatura, posteriormente o
tubo cilíndrico com a amostra é colocado em um banho refrigerante com -40ºC, o sensor
envia um sinal a um microcomputador que determina o ponto de congelamento da amostra
por derivação da curva de tempo por temperatura, com a temperatura de congelamento o
sistema calcula automaticamente o valor da atividade de água a 25ºC. Trabalha-se na faixa
de 0,780-0,999, com o tempo de medida variando pela amostra entre 8-30 minutos
(reduz-se o tempo quando a amostra for guardada em geladeira).
Crioscópico
Usado para medidas de atividade de água acima de 0,80 que representa a faixa em que há
maior risco de crescimento microbiano, alta precisão com erro médio de +- 0,002 unidades
de atividade de água. Uma vantagem deste método é que a amostra pode ser reutilizada
para o teste. Esse método é mais utilizado para alimentos líquidos, entretanto pode ser
utilizado para alimentos sólidos desde que o abaixamento do ponto de congelamento seja
influenciado pela concentração dos sólidos solúveis (não tanto pela estrutura do alimento).
A medida da depressão do ponto de congelamento é pouco utilizada por ser trabalhosa,
contudo é uma das poucas alternativas viáveis relativamente rápida quando o alimento
contém substâncias que interferem nos sensores usados nas medidas (etanol, glicerol, ácido
acético).
MEDIDA DE UMIDADE RELATIVA DE EQUILÍBRIO
MÉTODO DOS PAPÉIS DE FILTRO IMPREGNADO COM SAIS.
Um sal dissolve apenas se a umidade do ambiente em que ele se encontra for igual à
umidade de saturação do sal. Método de medida simples, no qual são preparadas soluções
saturadas de sais usadas para impregnar tiras de papel de filtro. As tiras são expostas ao
ambiente para que sequem, após a secagem as tiras são fixadas à tampa de uma mesma
placa de petri plástica com fita adesiva, no fundo da placa adiciona a amostra. a placa é
então selada mergulhando-se as bordas em acetona (com a acetona há a colagem das
bordas pela reação como plástico) as amostras são equilibradas por 20 horas a 20ºC. Após
esse período algumas tiras de papel de filtro estarão molhadas e outras secas, a atividade
de água da amostra estará entre a atividade de água da tira úmida da maior atividade de
água e a da tira seca de menor atividade de água.
● A precisão varia com o tipo de sal utilizado e a faixa medida, método não destrutivo
para as amostras.
● A mudança da aparência dos papéis de filtro de seco para molhado é reversível
sendo possível acompanhar as mudanças na atividade de água durante o
armazenamento do alimento e portanto em estudos de embalagem.
● Pode ser usado para acompanhar a variação da atividade de água durante o
congelamento de um alimento.
● Temperatura e faixa de trabalho ajustáveis de acordo com a necessidade do
projeto.
● O método não fornece um valor exato apenas uma faixa que ela está contida.
● O método não é adequado para determinação de valores da atividade de água .
● é simples e de baixo custo, podendo ser montado em larga escala.
● Resultados aproximados de atividade de água relativamente rápida.
● monitoração de um dia para o outro (sem expor o amostra com o ambiente externo).
MÉTODOS DAS MUDANÇAS DE COR INDUZIDAS PELA UMIDADE
O tiocianato de cobalto sofre alterações de cor em função da umidade relativa de
equilíbrio. Nesse método o papel filtro é impregnado com o Tiocianato de Cobalto. A
partir de valores de atividade de água conhecida é montada uma escala padrão
equilibrando-se os papéis de filtro com sais escolhidos de modo que sejam
representativos na faixa de trabalho desejada por 2 horas. Os papéis são montados
em óleo num vidro opalescente. Para conhecer a atividade de água de uma
determinada amostra basta colocá-la por 2 horas em um recipiente fechado com um
papel de filtro impregnado com tiocianato de cobalto. O papel é então imediatamente
montado em óleo num vidro opalescente e comparado com a escala padrão.
● método indicativo
● aplicado em uma faixa de 0,30-1,00
● A precisão na faixa de 0,70-1,00 é de 0,05 unidade de Aw (com 95% de
confiança).
● faixa de 0,30-0,70 a precisão é de 0,15 unidade de Aw (resultado ruim).
● Método aproximado (relativamente rápido).
● Baixa precisão com valores relativamente diferentes (dependendo do
avaliador).
EQUILÍBRIO BITÉRMICO
Método que estabelece uma destilação em regime permanente entre uma solução a
25ºC e água pura a uma temperatura conhecida mais baixa. Quando o regime é atingido a
pressão dos dois lados é igual. Se a pressão de vapor da água pura a t1 for p1 então a
pressão da solução a 25ºC também é p1. A pressão de vapor da água pura a 25ºC também
é conhecida (p2).
● o equipamento consiste em 2 sinos de cobre formados de um domo e uma base
plana. os sinos são banhados em prata (interna) e são conectados por um fino tubo
flexível originalmente era de cobre.Em um dos sinos é colocado a placa de solução e
no outro a água pura, os sinos são então selados com graxa e faz-se vácuo no
sistema. Cada sino é posto em um banho, estando no banho a 25ºC o que contém a
solução e no banho a t1 o que contém a água. A destilação é mantida por 36-48
horas, a solução ao final é pesada e sua concentração de equilíbrio determinada.
● Demorado e trabalhoso.
ISOTERMAS DE SORÇÃO
É a curva que indica (no equilíbrio e para uma determinada temperatura) a quantidade de
água retida pelo alimento em função da umidade relativa do ambiente que o cerca. mediante
a isoterma de sorção de um alimento é possível estimar sua atividade de água. Para
construir a isoterma de sorção de um alimento são utilizados dessecadores.
3 tipos de isoterma:
● isoterma de adsorção: alimento seco é exposto a ambientes de umidade crescente.
(a amostra deve ser secada em uma estufa a vacuo por 48 horas a 30ºC ou colocada
num dessecador com um dessecante (sulfato de cálcio)por no minimo de 3
semanas).
● isoterma de dessorção: alimento muito úmido é exposto a ambientes de umidade
crescente. (nesse caso as amostras são umidificadas ao máximo, ficando em um
ambiente fechado com água por um período de no mínimo 48 horas)
● Isoterma de trabalho: Determina inicialmente a umidade da amostra e se faz a
exposição aos diferentes ambientes de umidade relativa de modo que abaixo de seu
conteúdo inicial de umidade a amostra vai sofrendo dessorção e acima adsorção.
● No fundo dos dessecadores são colocadas soluções saturadas de sais escolhidos de
forma que abranjam atividades de água de 0-1,0.
● Levanta-se o isoterma em duas temperaturas para estimar como o alimento reage a
mudanças de temperatura.
● Temperaturas mais comuns 20-40ºC.
● O tempo de equilíbrio em amostras em pó ou granuladas é mais rápido.
● As amostras são colocadas em placas e pesadas, (cada dessecador 2 amostras),
alocados em um ambiente de temperatura controlada até o equilíbrio ser atingido,
para isso é feito várias pesagens das placas com as amostras.
● Nas umidades relativas mais altas o tempo necessário é maior e há risco de
desenvolvimento microbiano.
● Observações: o dessecador precisa resistir ao vácuo e a junção entre a tampa e o
corpo do dessecador deve ser lubrificada para que a abertura seja facilitada.
● Trabalhoso e demorado, precisa-se de repetição para cada alimento estudado.
● Simples e aplicável, baixo custo.
DESSECADORES COM PROTEÍNA/CELULOSE MICROCRISTALINA
Procedimentos para proteína e celulose semelhantes.
Usa-se o método dos dessecadores com soluções saturadas de sais ou de ácido sulfúrico, a
isoterma de adsorção da celulose/proteína é levantada no caso da proteína a curva é refeita
a cada novo lote. No fundo do dessecador é colocado a amostra do alimento analisado,
junto com o alimento são colocados placas com as amostras previamente seca, é feito
vácuo dentro do dessecador e este é equilibrado por 24 horas em temperatura constante,
com o ganho de massa da substância de referência é possível usando-se o isoterma
padrão saber a atividade de água do alimento.
● Usado para análises de atividades entre 0,85-0,98 com uma precisão de 0,002
unidades de Aw (com celulose microcristalina).
● para Aw acima de 0,90 sua precisão é maior que a do higrômetro eletrônico.
● Celulose microcristalina como material de referência (simples e barato).
● Boa precisa de faixa pouco ampla.
● vários ensaios por vez, simplicidade instrumental e baixo custo.
INTERPOLAÇÃO GRÁFICA
Aw abaixo de 0,90
Amostras pesadas do alimento são colocadas em recipientes fechados de umidades
relativas diferentes. Para obtenção de diferentes umidades relativas podem-se utilizar tanto
soluções saturadas de sais como solução de ácido sulfúrico. O equilíbrio não precisa ser
alcançado, o período de teste varia de 1-24 horas e com temperatura constante. A diferença
entre a massa inicial e a massa final da amostra é plotada em relação à umidade relativa de
equilíbrio e uma reta é traçada unindo os pontos.
● A atividade de água da amostra é aquela em que não houve ganho nem perda de
massa.
● É possível realizar com vários conteúdos iniciais de umidade (construindo a isoterma
de sorção do alimento).
● baixa precisão, vantagem é que não é necessário esperar atingir o equilíbrio.
● Para melhorar a precisão é necessário ser preciso nas medidas da massa antes e
depois do contato com o ambiente de U.R deve-se atentar a preparação das
soluções.
● O tempo de contato com o ambiente é um parâmetro: quanto mais longo menor
chance de erro.
CÉLULA DE EQUILÍBRIO POR PROXIMIDADE
Aw é alta com possibilidade de se desintegrar. Faixa de utilização do método foi 0,40-0,98
Taxa de transferência do vapor de água de uma superfície para outra é proporcional ao
comprimento do caminho da difusão, contudo se o caminho percorrido pelo vapor de água
for curto e direto tem-se ótima condição para transferência da água dentro da câmara.
Célula de equilíbrio: consiste em um pote plástico dentro do qual se coloca a solução
saturada de um sal no fundo e acima dessa placa de pesagem de alumínio, a placateve seu
círculo recortado do seu fundo e esse foi substituído por um papel de filtro sobre o qual se
coloca a amostra, o papel de filtro permite a passagem de vapor de água.
● O papel de filtro absorve água, o que implica erro na pesagem da amostra.
● pesa-se a cada 24 horas até o peso constante.
● Há uma redução do tempo quando se compara com o dessecador.
● O papel filtro é secado em forno por 2 horas a 130ºC.
● Filtros de mesmo lote
● Para que se possa saber a Aw a isoterma de adsorção do papel é levantada.
● Alimentos com componentes como etanol, glicerol, propileno e glicol são absorvidos
pelo papel filtro interferindo na medida da variação.
MÉTODO DINÂMICO PARA A MEDIDA DA ATIVIDADE DE ÁGUA
A amostra do alimento é exposta a uma corrente de ar com uma umidade relativa constante
e conhecida. O ar é comprimido e atravessa 2-3 garrafas que contém ácido sulfúrico, depois
passa por um tubo de lã de vidro (retém gotículas) e finalmente por um tubo em U que
contém 20-40g de amostra finamente dividida. O tubo em U é pesado em intervalos
regulares de algumas horas até que se tenha massa constante.
● tempo para atingir o equilíbrio 18-96 horas.
● verificação constante do ar, e renovação do ácido após alguns ensaios
As células ficam em um banho termostatizado e têm uma base de bronze que garante um
bom equilíbrio térmico, as células são conectadas por tubos de cobre nos quais se
encontram os diafragmas e que têm um comprimento suficiente para que o ar esteja na
temperatura do banho ao entrar na próxima célula a amostra é uma fatia fina do alimento
que é pendurada no centro da célula.
● O tempo de equilíbrio é de 12-48 horas.
● faixa de umidade relativa que vai de 88-98%
● Em comparação aos métodos em que o ar fica estático este fornece resultados mais
rápidos.
● O método estima apenas o isoterma de sorção e não atividade de água.
MÉTODO TERMOMÉTRICO
Nesse método uma gota de solução referência é exposta ao ambiente em torno da amostra,
sendo aquecida ou resfriada por evaporação ou condensação, dependendo se a atividade
de água da amostra é maior ou menor que a da solução de referência. A gota é renovada
para cada medida.
O sensor consiste em dois termopares, sendo um referencial e o outro detecção, esse de
detecção tem uma proteção porosa que é molhado com a solução de referência entre uma
medida e outra. Este termopar fica protegido do ambiente por uma capa de teflon na h da
realização da medida o termopar é abaixado para ficar exposto ao ambiente. O sinal dos
termopares é gravado por um microvoltímetro.
a amostra é acondicionada em um recipiente de poliestireno o sensor encaixa no recipiente
como uma tampa e um anel de vedação garante o fechamento hermético, uma seringa é
introduzida no bocal de entrada da solução e o termopar é lavado com a solução de
referência, após o detetor é inserido no recipiente que contém a amostra e o aumento na
pressão faz com que o excesso de solução de referência retorne pelo canal e seja expelido
pelo bocal deixando a ponta do termopar de detecção úmida. O conjunto é incubado a 25ºC
em banho maria até que se atinja o equilíbrio térmico, indicado por um sinal constante do
termopar. O eixo é pressionado para abaixar a ponta do detetor. Um resfriamento indica que
a atividade de água da amostra é menor que a referência e um aquecimento que a atividade
de água da amostra é maior que a referência.
Para obtenção do valor de Aw basta comparar o pico de sinal obtido com picos de amostras
de atividade de água conhecida.
TÉCNICA PARA A MEDIDA DA ATIVIDADE DE ÁGUA ACIMA DE 100ºC
A atividade de água afeta importantes condições de processo: a atividade de água define a
temperatura local do produto ou a temperatura local do produto ou a temperatura de
superfície e consequentemente a taxa de transferência de calor, a cinética de muitas
reações, depende da Aw tais como inativação de enzimas, destruição de microrganismos,
reação de maillard etc..
Mede-se a Aw em temperaturas acima de 100ºC, amostras com alto conteúdo inicial de
umidade é secada a uma temperatura elevada constante, num ambiente de vapor da água
praticamente puro numa pressão conhecida até que se tenha equilíbrio. A amostra é
colocada em uma garrafa de vidro com uma rolha em que existe um capilar inserido, a
garrafa é colocada em um forno sobre uma placa suspensa, onde uma balança conectada à
placas suspensa registra as variações de peso do conjunto durante todo o ensaio.
● Termopares finos são usados para medir a temperatura externa da garrafa e a
temperatura da amostra, a pressão é aferida com barômetro.
● A amostra seca pesada é misturada com água desmineralizada em excesso para
garantir que o ambiente em volta da amostra seja de vapor de água pura durante
todo o processo.
● o equilíbrio é atingido quando não houver mais diferença entre duas pesagens
consecutivas
● A duração varia dependendo da temperatura do forno e da taxa de circulação do ar
dentro do forno.
● ocorrem mudanças quimicas e físicas durante o processo em decorrência da
temperatura.
● curvas isóbaras de sorção e não isotermas como é mais usual.
● utilizado na indústria de alimentos
●