artigo TRANSIÇÕES DE FASES EM ALIMENTOS

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Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.7, n.1, p.83-96, 2005 
ISSN 1517-8595 
 
 
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TRANSIÇÕES DE FASES EM ALIMENTOS: INFLUÊNCIA NO 
PROCESSAMENTO E NA ARMAZENAGEM 
 
 
Juliana Tófano de Campos Leite1, Fernanda Elisabeth Xidieh Murr2; Kil Jin Park3 
 
 
RESUMO 
 
Alimentos são compostos por uma combinação de diferentes componentes e, por essa razão, 
geralmente existem em um estado de não-equilíbrio amorfo. A transição vítrea é a principal 
transição de fases observada em componentes amorfos e, portanto, a mais comum em alimentos. 
A transição vítrea em materiais amorfos ocorre em uma faixa de temperaturas, mas geralmente é 
associada a um único valor – a temperatura de transição vítrea (Tg). Essa temperatura varia com 
a composição dos alimentos, principalmente com a concentração de água. O conhecimento do 
comportamento da temperatura de transição vítrea em função da umidade dos alimentos é 
essencial para a determinação das melhores condições de processamento e armazenagem dos 
alimentos. 
 
Palavras-chave: transição vítrea, diagramas de estado, atividade de água, plastificação pela 
água 
 
 
PHASES TRANSITIONS IN FOODS: INFLUENCE IN THE 
PROCESSING AND STORAGE 
 
ABSTRACT 
 
Food is composed by a combination of several components and, for this reason, generally in at a 
non-equilibrium amorphous state. The glass transition is the main phases transition observed at 
amorphous materials; therefore it is the most common in food materials. The glass transition in 
amorphous materials occurs at a range of temperatures, but it is often referred to the single 
temperature value – the glass transition temperature (Tg). This temperature varies with the food 
composition, mainly with the water content. The knowledge of the glass transition temperature 
behavior in function of the food moisture content is very important to determine the best 
conditions for food processing and storing. 
 
Keywords: glass transition, phase diagrams, water activity, plasticizing by water 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
____________________________ 
Protocolo 150 Protocolo 100 de 10 /01 / 2005 
1
 Doutoranda em Engenharia de Alimentos Departamento de Engenharia de Alimentos – Faculdade de Engenharia de Alimentos – 
 Universidade Estadual de Campinas. Caixa Postal 6121. CEP: 13083-970. Campinas-SP, Brasil. E-mail: juliana@agr.unicamp.br 
2
 Professora - Departamento de Engenharia de Alimentos – Faculdade de Engenharia de Alimentos – Universidade Estadual de Campinas. 
 Caixa Postal 6121. CEP: 13083-970. Campinas-SP, Brasil. E-mail: fexmurr@fea.unicamp.br 
3
 Professor Titular - Faculdade de Engenharia Agrícola – Universidade Estadual de Campinas. Caixa Postal 6011. CEP: 13084-971. 
 Campinas-SP, Brasil. E-mail: kil@agr.unicamp.br 
Transições de fases em alimentos:Influência no processamento e na armazenagem Leite et al. 
 
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INTRODUÇÃO 
 
A estabilidade é uma característica 
extremamente desejável em alimentos. Ao 
adquirir um produto, o consumidor deseja que 
ele mantenha a sua qualidade pelo maior tempo 
possível, tanto do ponto de vista 
sensorial, quanto do microbiológico. 
Termodinâmica-mente, um material estável é 
aquele que se encontra em equilíbrio com as 
condições de temperatura e pressão do 
ambiente, de forma que ele não apresente 
alterações em seu estado físico ao longo do 
tempo. 
Compostos, quimicamente puros, 
geralmente, são estáveis. No entanto, os 
alimentos são formados por uma combinação 
de diferentes componentes e, por essa razão, 
geralmente, existem em um estado de não-
equilíbrio amorfo. Materiais amorfos são 
compostos susceptíveis às mudanças de 
temperatura e pressão do ambiente, de modo 
que pequenas variações nas condições 
ambientes podem provocar mudanças de estado 
em alguns componentes, causando mudanças 
estruturais indesejáveis. 
A mudança de fase mais comum em 
alimentos é a transição vítrea, que consiste em 
uma transição de fase de segunda ordem de um 
estado sólido-vítreo para um estado semi-
líquido gomoso. A transição vítrea de um 
composto ocorre a uma certa temperatura, 
denominada temperatura de transição vítrea 
(Tg), que é variável com a composição do 
alimento, principalmente, com o teor de água. 
A textura é um dos atributos sensoriais de 
maior importância em alimentos e está 
diretamente relacionada com o seu estado 
físico. Durante o processamento e a 
armazenagem, os alimentos estão sujeitos a 
uma série de variações na sua composição e nas 
condições de temperatura e pressão do 
ambiente, as quais levam a alterações no seu 
estado físico e, consequentemente, na sua 
textura. O conhecimento da temperatura de 
transição vítrea em função da concentração de 
água é de extrema importância na formulação e 
na determinação das condições ideais de 
processamento e armazenagem de alimentos, de 
forma a manter a qualidade do produto pelo 
maior tempo possível. 
Diagramas de estado são diagramas de 
fase simplificados obtidos pela sobreposição da 
curva de transição vítrea (Tg versus 
concentração) ao diagrama de equilíbrio, 
permitindo visualizar os pontos de transição 
entre os estados sólidos amorfos de não-
equilíbrio da matéria, ou seja, os estados vítreo 
e gomoso. Esses diagramas são extremamente 
úteis no estudo das transições de fase em 
alimentos, pois permitem visualizar a influência 
das condições de umidade e temperatura do 
ambiente sobre o estado físico dos alimentos. 
Por essa razão, são ferramentas indispensáveis 
na determinação das condições ideais de 
processamento e armazenagem dos alimentos. 
O objetivo desse trabalho é demonstrar, 
através dos trabalhos científicos, a importância 
de se conhecer o comportamento da 
temperatura de transição vítrea em função da 
concentração de água nos alimentos. 
 
Transições de fase em alimentos 
 
Transições de fase são alterações no 
estado físico dos materiais que têm efeito 
significativo sobre as suas propriedades físicas. 
Existem três estados físicos básicos: sólido, 
líquido e gasoso. O termo transição refere-se à 
mudança, no estado, provocada por uma 
alteração de temperatura ou pressão. As 
transições de fase em alimentos ocorrem, 
geralmente, como um resultado de mudanças na 
composição ou na temperatura, durante as 
etapas de processamento ou armazenagem 
(Roos, 1995a). 
A estabilidade é uma característica 
extremamente desejável em alimentos. Ao 
adquirir um produto, o consumidor deseja que a 
sua qualidade seja mantida pelo maior tempo 
possível, tanto do ponto de vista microbioló-
gico, quanto do sensorial. No entanto, os 
alimentos são formados por diversos 
componentes que estão sujeitos às variações de 
condições do ambiente e, consequentemente, a 
uma série de alterações que podem resultar na 
perda de qualidade e até na completa 
deterioração desses materiais. 
Termodinamicamente, um material 
estável é aquele que se encontra em equilíbrio 
com as condições de pressão e temperatura do 
ambiente, isto é, que não apresenta mudanças 
em seu estado físico em função do tempo. No 
equilíbrio, a estrutura molecular desses 
materiais se encontra organizada da melhor 
forma possível, de modo que se obtenha o 
menor nível de energia para o sistema. Em 
geral, materiais em equilíbrio são compostos 
puros, a uma determinada temperatura e pressão 
(Roos, 1995a). 
Alimentos são sistemas complexos, pois 
não são compostos puros, mas sim uma 
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combinação de uma grande variedade de 
componentes, tais como carboidratos, lipídeos, 
proteínas, fibras e água. De acordo com Roos 
(1995a), o estado físico dos alimentos, 
geralmente, é governado pela transição de fase 
dos seus principais componentes. Uma vez que 
a água é o principal componente e diluente, na 
grande maioria dos alimentos, ela deve afetar, 
significativamente, o estado físico e a as 
propriedades dos demais compostos. 
A maior parte dos alimentos, assim como 
uma grande quantidade de polímeros sintéticos, 
existe em um estado de não-equilíbrio amorfo, 
que pode ser definido como uma falta de 
organização das moléculas, sendo o oposto ao 
estado cristalino, o qual se caracteriza pelo 
melhor arranjo da estrutura. Esses materiais são, 
geralmente metaestáveis, de modo que seu 
estado físico e suas propriedades físico-
químicas mudam de comportamento, durante as 
etapas de processamento, estocagem, 
distribuição e consumo (Roos, 1995a; Slade & 
Levine, 1991). 
De acordo com Roos (1995a), materiais 
amorfos podem ser obtidos como resultado de 
diversos processos. Sua formação ocorre, 
através de uma mudança no material, a qual 
deve ocorrer em uma velocidade, suficiente-
mente alta, de maneira que não haja tempo para 
que o produto se ajuste às mudanças que 
ocorreram na vizinhança e, portanto, saia do 
estado de não-equilíbrio para o estado de 
equilíbrio. 
Materiais amorfos podem ser formados 
em processos onde a temperatura é reduzida 
abaixo do ponto de fusão ou quando ocorre 
remoção de água por evaporação ou por 
congelamento (Slade & Levine, 1991). O 
resfriamento rápido de alimentos com alto teor 
de água, também, resulta na formação de 
materiais amorfos, através de uma diminuição 
na mobilidade molecular do material, evitando 
a cristalização da água. Materiais amorfos, 
também, são obtidos da fusão de polímeros 
cristalinos, podendo ser resfriados para um 
estado viscoelástico (gomoso) ou para um 
estado sólido (vítreo) (Roos, 1995). 
 
Transição vítrea 
 
Em alimentos, a mudança de fase mais 
importante, que é característica de materiais 
amorfos, é a transição vítrea, que consiste em 
uma transição de fase de segunda ordem de um 
estado sólido-vítreo para um estado semilíquido 
gomoso. Termodinamicamente, a transição 
vítrea pode ser definida como uma 
pseudotransição de fase de segunda ordem, pois 
apresenta características típicas desse tipo de 
transição, como mudança na tangente de 
expansão do volume (a primeira derivada da 
energia livre), a descontinuidade do coeficiente 
de expansão térmica e a descontinuidade do 
calor específico (segunda derivada da energia 
livre). Ela não pode ser classificada como uma 
transição termodinâmica verdadeira por ser 
afetada pela cinética de formação da forma 
vítrea, como as velocidades de aquecimento ou 
resfriamento (Roos, 1995a). 
A transição vítrea ocorre através de uma 
faixa de temperaturas, embora seja, freqüente-
mente, referida a uma única temperatura. A 
temperatura, a uma dada umidade, à qual é 
atribuída essa transição é denominada 
temperatura de transição vítrea – Tg 
(Kauzmann, 1948; Sperling, 1992). Na ciência 
clássica de polímeros, a Tg é, freqüentemente, 
associada à temperatura do ponto médio 
(midpoint) da variação do calor específico do 
material (Cp), entre os estados vítreo e líquido 
(Wunderlich, 1990). Roos & Karel (1991e) 
atribuíram os valores de Tg ao ponto inicial da 
transição, por se tratar da temperatura em que 
os autores observaram rápidas mudanças na 
viscosidade do sistema. 
Os valores da temperatura de transição 
vítrea de compostos amorfos e alimentos são 
mais freqüentemente determinados pela técnica 
de calorimetria diferencial de varredura (CDV). 
Essa metodologia detecta uma mudança típica 
no calor específico da amostra à temperatura de 
transição vítrea. O valor da Tg de uma única 
amostra depende do seu histórico térmico, de 
forma que um mesmo método de análise pode 
fornecer diferentes valores de Tg. Geralmente, 
o valor considerado como a temperatura de 
transição vítrea é a temperatura inicial ou a 
temperatura média da faixa de variação de Tg 
(Bhandari et al., 1997; Roos, 1995b). 
O conhecimento da temperatura de 
transição vítrea é de grande importância em 
materiais amorfos, pois muitas propriedades 
físicas desses materiais podem ser relacionadas 
ao seu valor (Slade & Levine, 1991). Em 
alimentos, a Tg está diretamente ligada à 
alteração de textura dos materiais, que é uma 
das propriedades mais relevantes do ponto de 
vista sensorial. 
Quando materiais amorfos se encontram 
sob baixas temperaturas (estado vítreo) eles são 
duros e quebradiços, com características vítreas, 
similares às observadas em plásticos duros, lãs 
de vidro ou biscoitos crocantes (crisp crackers) 
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(Labuza, 2004; Sperling, 1992). Um aumento 
na temperatura pode causar nesses materiais 
uma transformação para o estado gomoso, um 
estado menos viscoso, à temperatura de 
transição vítrea (Tg). 
A crocância característica de alimentos 
no estado vítreo é altamente desejada em 
biscoitos, batatas fritas, cereais matinais e 
alimentos desidratados. Já a maciez associada 
ao estado gomoso é desejável em alguns 
produtos desidratados, como damasco e banana, 
e, também, em produtos industrializados, como 
é o caso de alguns biscoitos e recheios (Baroni, 
2004; Labuza, 2004). A determinação das 
propriedades de estado em alimentos, em 
função da temperatura e da concentração de 
água, fornece informações valiosas no 
estabelecimento da formulação, processamento, 
embalagem e estocagem para que seja evitada a 
mudança de fase (vítreo-gomoso), mantendo o 
alimento na forma desejada para o consumo 
pelo maior tempo possível (Roos, & Karel, 
1991a). 
A teoria da transição vítrea da ciência dos 
polímeros pode ajudar na compreensão das 
propriedades texturais de alimentos e explicar 
as alterações que ocorrem durante o 
processamento e a armazenagem, tais como a 
pegajosidade, o empelotamento, o amoleci-
mento e o endurecimento (Labuza, 2004; Roos 
& Karel, 1991a, 1991b, 1991c, 1991d, 1991e; 
Slade & Levine, 1989; Sperling, 1992). 
Uma vez que a maior parte dos polímeros 
é termoplástica e sujeita a plastificação pela 
água, suas propriedades físicas são governadas 
pela temperatura e pela quantidade de água 
(Slade & Levine, 1991). Na Figura 1, pode-se 
observar um diagrama representativo da 
transição entre os estados vítreo e gomoso. 
 
 
 
 
Figura 1 – Diagrama representativo da transição entre os estados vítreo e gomosos para um material 
amorfo (Adaptado de Labuza et al., 2004) 
 
A partir da observação da Figura 1, 
percebe-se que a transição do estado vítreo para 
o gomoso pode ocorrer, tanto pelo aumento da 
temperatura, como pelo aumento na 
concentração do plasticizante, no caso, a 
concentração de água (umidade). À temperatura 
de transição vítrea ocorre uma mudança drástica 
no movimento local das cadeias de polímeros, 
resultando em inúmeras diferenças entre as 
propriedades dos estados vítreo e gomoso. 
Quando um alimento é submetido a um 
ambiente de elevada umidade relativa e 
temperatura constante, ele absorve água, 
havendo um aumento na concentração desse 
plasticizante. Com isso, ocorre uma redução na 
sua viscosidade e um consequente aumento na 
mobilidade molecular, dentre outras modifica-
ções. Analogamente, em um material submetido 
a um aumento da temperatura acima da Tg, com 
umidade constante, observam-se várias 
alterações, tais como:aumento de volume livre, 
decréscimo da viscosidade, aumento do calor 
específico e aumento da expansão térmica 
(Kauzmann, 1948; White & Cakebread, 1966). 
Dentre as transformações observadas, 
aquelas que mais afetam o comportamento dos 
alimentos estão relacionadas ao aumento 
exponencial da mobilidade molecular e ao 
decréscimo de viscosidade (Ross & Karel, 
1991; Slade & Levine, 1991). Esses fatores 
governam uma série de transformações 
estruturais dependentes do tempo e, muitas 
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vezes, relacionadas à viscosidade, tais como: 
pegajosidade, colapso (perda de estrutura, 
escoamento sob a força da gravidade) e 
cristalização durante o processamento e a 
armazenagem. 
 Alimentos que se encontram no estado 
vítreo possuem viscosidades muito elevadas, da 
ordem de 1012Pa, o que provoca uma 
imobilização das moléculas e não permite os 
rearranjos necessários para a formação de 
estruturas cristalinas. Por essa razão, supõe-se 
que tais materiais sejam estáveis abaixo da 
linha da Tg. Quando, pela absorção de água ou 
pelo aumento da temperatura, os materiais 
atingem uma viscosidade entre 106 e 108Pa, eles 
começam a apresentar algum tipo de 
escoamento (Downton et al., 1982; Roos, 
1995a). Conforme um sistema passa do estado 
vítreo para o gomoso, sua viscosidade cai de 
valores da ordem de 1012 para valores da ordem 
de 103Pa, à temperatura de transição vítrea 
(Sperling, 1992). A viscosidade reduzida 
confere uma maior mobilidade aos reagentes e 
às cadeias de polímeros (Labuza et al., 2004). 
O aumento da mobilidade molecular 
melhora a difusão, resultando em uma 
cristalização dos componentes amorfos 
dependente do tempo (Bhandari et al., 1997; 
Labuza et al., 2004; Roos, 1995a). A 
cristalização, por sua vez, causa as mais 
drásticas variações nas propriedades físicas de 
polímeros alimentícios. Ela pode afetar, 
consideravelmente, a estabilidade dos alimentos 
e pode promover características de reidratação 
em pós, além de afetar as propriedades texturais 
(Kim et al., 1981; Roos & Karel, 1992; Roos et 
al., 1996). 
A porção de volume livre, definida 
como a parcela de espaço associada com um 
sistema que não é ocupada por cadeias de 
polímeros propriamente ditas, também oscila 
entre os estados vítreo e gomoso (Labuza et al. 
2004). O volume livre disponível em um 
sistema vítreo é estimado em valores entre 2 e 
11,3% do volume total e acredita-se que esse 
valor aumenta substancialmente à temperatura 
de transição vítrea, devido a um aumento 
dramático no coeficiente de expansão térmica 
(Ferry, 1980). Esse aumento no volume livre 
deve permitir uma difusão mais rápida dos 
reagentes. Baseado no volume requerido para 
difusão, o tamanho da molécula difusora 
também deve ser um fator importante na 
definição das taxas de difusão. 
A temperatura de transição vítrea da 
maior parte dos componentes alimentícios 
solúveis em água (polímeros, polissacarídeos e 
proteínas) é elevada e aumenta com o aumento 
do peso molecular. Uma vez que esses materiais 
tendem a se decompor em temperaturas 
menores que Tg, muitas vezes o valor da Tg de 
polímeros alimentícios anidros não pode ser 
determinado. 
 O estado físico e as propriedades fisico-
químicas dos alimentos mudam seu 
comportamento durante as etapas de 
processamento, de distribuição e de 
armazenagem. A remoção de água por 
evaporação e a desidratação por 
imersão/impregnação ou congelamento 
geralmente resultam na formação de produtos 
no estado amorfo (Slade & Levine, 1991). 
 
Efeito da plasticização da água sobre a 
transição vítrea em alimentos 
 
 Não existem dúvidas de que a 
temperatura, a quantidade de água e o tempo 
são fatores que têm forte influência sobre o 
estado físico e a qualidade de materiais 
biológicos e alimentos. De acordo com Labuza 
et al. (2004), a partir da década de 60, as formas 
mais comuns de deterioração de alimentos; tais 
como modificações físicas e fisico-químicas, 
crescimento microbiológico e reações das fases 
lipídica e aquosa; foram tidas como resultado 
da disponibilidade termodinâmica de água, ou 
atividade de água (aw), e da quantidade total de 
água presente no alimento (Teor de água). De 
acordo com Roos et al. (1996), a estabilidade 
em alimentos é, significativamente, afetada pela 
pressão relativa de vapor d’água, que 
corresponde à atividade de água, aw, sob 
condições de equilíbrio. 
A diferença no potencial químico da 
água (µ) entre dois sistemas resulta na troca de 
água entre eles. Hyman & Labuza (1998) 
Quando uma micro-região atinge valores 
superiores ou inferiores ao da aw local, ocorre 
uma mudança de estado físico Labuza et al. 
(2004). 
As isotermas de sorção de água são 
curvas que mostram a relação entre a atividade 
de água e o teor de água do material, sob uma 
temperatura constante. São, portanto, 
ferramentas que permitem caracterizar as 
relações entre o teor de água de um material e a 
sua disponibilidade de água. Estudos de 
modelos para as isotermas de sorção são 
particularmente importantes na predição da vida 
de prateleira de alimentos com teor de água 
baixo ou intermediário (Labuza et al., 1970; 
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Labuza, 1980; Simatos & Karel, 1988; Roos & 
Karel, 1996). 
 Produtos amorfos, em geral, sofrem 
efeito de plasticização pela água. Nesse caso, o 
teor de água dos materiais tem forte influência 
sobre a sua temperatura de transição vítrea. A 
água provoca uma redução drástica na Tg de 
polímeros alimentícios (Slade & Levine, 1991), 
e mesmo a presença de traços de água pode 
significar reduções significativas no valor da 
Tg. O efeito plasticizante da água (Roos, 
1995b) é típico de carboidratos com baixo peso 
molecular, oligossacarídeos, polissacarídeos, 
proteínas e polímeros plastificáveis. 
 A plasticização pela água pode ser 
observada pela depressão da temperatura de 
transição vítrea com o aumento do conteúdo de 
água (umidade), melhorando a perceptibilidade 
da transição. A predição da depressão da Tg 
como resultado da plasticização pela água é útil 
na avaliação dos efeitos da composição dos 
alimentos sobre a Tg, uma vez que as alterações 
relacionadas à transição vítrea podem afetar o 
tempo de prateleira e a qualidade Roos et al. 
(1996). 
 Sobral & Menegalli (2002) relatam que 
vários modelos explicam o fenômeno de 
plastificação pela água. De acordo com os 
autores, muitos consideram que a entrada do 
solvente na matriz polimérica causa um 
aumento na mobilidade molecular, reduzindo o 
valor da Tg. 
 Roos et al. (1996) afirmam que alguns 
modelos de plasticização aplicados em sistemas 
poliméricos não são aplicáveis para a 
plasticização da água, pois são baseados na 
similaridade das propriedades dos compostos da 
mistura, o que é raro entre os compostos dos 
alimentos. O efeito da água sobre a Tg de vários 
alimentos tem sido predito pela equação de 
Gordon & Taylor (1952) citados por Zimeri & 
Kokini (2003) (Equação 1), a qual foi 
originalmente desenvolvida para descrever a 
dependência da Tg com a composição binária 
de polímeros miscíveis (Zimeri & Kokini, 
2003). 
 
21
2211
kxx
TkxTx
T ggg +
+
=
 (1) 
 Onde xi é a fração mássica do i-ésimo 
componente, Tgi é a temperatura de transição 
vítrea do i-ésimo componente e k é uma 
constante de ajuste. No estudo do efeito da água 
sobre a Tg, x1 é a fração mássica de água e x2, a 
de sólido. 
 Couchman & Karasz(1978) basearam-
se na teoria termodinâmica da transição vítrea 
de misturas de polímeros para propor um 
modelo de plasticização ilustrado na Equação 
2. 
 
2121
221211
)/(
)/(
xCpCpx
TxCpCpTx
T ggg ∆∆+
∆∆+
=
 (2) 
 
 Na Equação (2), ∆Cpi é a mudança no 
calor específico do i-ésimo componente à 
temperatura Tgi. 
 Comparando-se as equações (1) e (2), 
nota-se que a equação proposta por Couchman 
& Karasz (1978) é igual à de Gordon & Taylor 
(1952) citados por Zimeri & Kokini (2003), 
com 
k = ∆Cp2/∆Cp1. 
 A equação de Gordon & Taylor tem se 
mostrado particularmente útil no ajuste de 
dados experimentais da Tg e da composição de 
açúcares amorfos (Roos, & Karel, 1991b, 
1991e; Roos, 1993) e maltodextrinas (Roos, & 
Karel, 1991d, 1991e, além de outros 
ingredientes e alimentos em geral. 
 Roos (1993) demonstrou que o uso 
combinado da equação de Gordon & Taylor e 
dos modelos das isotermas de sorção permite 
avaliar a estabilidade dos alimentos sob várias 
condições de armazenagem, baseando-se no 
fato de que há perda de estabilidade acima da 
Tg. O autor sugeriu o uso combinado dos 
modelos matemáticos utilizados em isotermas 
de sorção e da equação de Gordon-Taylor para 
a descrição da plasticização pela água. Os 
modelos podem ser ajustados aos dados 
experimentais e utilizados para mostrar a Tg e a 
isoterma de sorção em um único gráfico, como 
pode ser observado na Figura 2, que foi 
adaptada de dados experimentais de Joupilla & 
Roos (1994) para leite em pó desnatado. 
 
 
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Figura 2 – Temperatura de transição vítrea, Tg, como uma função da atividade de água, aw, e isoterma 
de sorção a 24ºC leite em pó desnatado. (Adaptado de JOUPILLA & ROOS, 1994) 
 
 
Roos, et al. (1996) ressaltam que a 
relação entre Tg e aw sob uma temperatura 
constante fornece um método simples para 
predição dos efeitos da umidade relativa 
durante a armazenagem sobre a Tg. Tal 
predição é de grande utilidade na avaliação da 
estabilidade de vários alimentos com baixo teor 
de umidade, como pós, cereais, frutas 
desidratadas, dentre outros. 
Roos (1987) estabeleceu uma relação 
linear entre a atividade de água e a temperatura 
de transição vítrea. Roos & Karel (1991c) e 
ROOS (1993) observaram que essa linearidade 
se aplica a valores de aw entre 0,1 e 0,8. No 
entanto, para toda a faixa de aw, essa relação é 
sigmoidal, como pode ser observado na Figura 
2. 
As informações contidas na Figura 2 
são de grande utilidade na localização de 
valores críticos para a atividade de água e para 
a umidade, definidos como aqueles que 
reduzem a Tg para a temperatura ambiente 
(Roos, 1993; Jouppila & Roos, 1994; Roos, 
1995a). Na Figura 2, por exemplo, se o leite em 
pó for armazenado em um ambiente com 
atividade de água de 0,37, ele atingirá uma 
umidade de 7,6g/100g de sólidos e a sua 
temperatura de transição vítrea será reduzida 
para 24ºC. Isso significa que a atividade de 
água crítica é de 0,37, pois o produto sofreria 
alterações estruturais à temperatura ambiente, 
reduzindo o seu tempo de prateleira. 
 Zimeri & Kokini (2002) estudaram o 
efeito da umidade sobre a cristalinidade e a 
temperatura de transição vítrea da inulina. 
Foram avaliados ambientes com atividade de 
água variando entre 0 e 0,93. Os autores 
observaram que a temperatura de transição 
vítrea da inulina diminuiu com o aumento da 
umidade, confirmando o efeito plastificador da 
água. 
 Roos & Karel (1991d), estudando o 
efeito da umidade sobre o comportamento 
térmico e a cristalização de alimentos amorfos, 
também, observaram um decréscimo na Tg com 
o aumento de umidade. Zimeri & Kokini (2003) 
estudaram o efeito da umidade sobre a transição 
vítrea de amido gelatinizado e também 
observaram o efeito plastificante. 
 
DIAGRAMAS DE ESTADO 
 
 Uma fase pode ser definida como um 
estado fisico e quimicamente homogêneo de um 
material que se encontra claramente separado 
de outra matéria. Uma transição de fase pode 
ser observada de uma mudança na energia 
interna, no volume, no número de moles ou na 
massa. A mudança na fase ocorre como 
resultado de uma mudança na temperatura ou 
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na pressão. Um estado de equilíbrio entre fases 
requer que ambas estejam sob as mesmas 
condições de temperatura e pressão (Roos, 
1995a). 
 Quando a água interage com um soluto 
dissolvido ou com um material amorfo ou 
cristalino, a termodinâmica do sistema muda de 
tal forma que a energia livre da água sofre uma 
redução. Essa situação se manifesta, através de 
um decréscimo, na pressão de vapor d’água, na 
fase gasosa, de uma redução na linha de 
congelamento, em função da concentração de 
reagente, bem como de um aumento nos pontos 
de ebulição e de fusão de qualquer soluto. Essas 
interações representam as condições de 
equilíbrio termodinâmico em um ponto de 
concentração de água/temperatura e podem ser 
utilizadas para construir um diagrama de fases 
representativo com três linhas de equilíbrio 
(ponto de ebulição, ponto de congelamento ou 
formação de gelo e ponto de fusão ou 
cristalização do soluto) (Labuza et al., 2004). 
 A relação entre os estados físicos, a 
pressão, a temperatura e o volume pode ser 
mostrada em diagramas de fases 
tridimensionais. Tais diagramas mostram 
superfícies que indicam valores para as 
variáveis de estado sob condições de equilíbrio. 
Nesses diagramas, é possível perceber que, na 
maior parte das situações de equilíbrio, duas 
fases coexistem, ou seja, existe um equilíbrio 
sólido-líquido, sólido-gás ou líquido-gás. As 
projeções bidimensionais dos diagramas de fase 
são muito úteis para aplicações práticas (Roos, 
1995a). 
Na Figura 3, observa-se um diagrama 
de fase bidimensional esquemático, onde são 
mostradas as linhas de equilíbrio para 
temperatura e pressão de cada fase. Em 
alimentos, um dos diagramas bidimensionais de 
maior importância é o da água. 
 
 
 
 
Figura 3 – Diagrama de fase esquemático mostrando as curvas de equilíbrio entre vários estados 
físicos e a sua dependência da temperatura e da pressão (Adaptado de Roos, 1995a) 
 
 Quando uma curva de transição vítrea 
de um componente sólido é inserida em um 
diagrama de equilíbrio apropriado, é possível 
visualizar os pontos de transição entre os 
estados sólidos amorfos de não-equilíbrio da 
matéria, isto é, os estados vítreo e gomoso 
(Labuza et al., 2004). O diagrama resultante 
dessa composição é chamado diagrama de 
estado. 
Roos (1995a) define os diagramas de 
estado como diagramas de fase simplificados 
que descrevem a dependência da temperatura de 
transição vítrea com a concentração de solutos 
ou alimentos sólidos e a relação entre a 
formação de gelo e a concentração de soluto 
sob baixas temperaturas. De acordo com Franks 
(1972), diagramas de estado são a combinação 
do convencional diagrama de fase com as 
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curvas de transição vítrea em função da 
composição, em uma só figura. A Figura 4 
mostra um exemplo de um diagrama de estado 
esquemático típico de alimentos sólidos. 
 
 
 
 
Figura 4 – Diagrama de estado esquemático típico de alimentos sólidos (Adaptado deRoos, 1995a) 
 
 De acordo com Roos (1995a), 
Rasmussen & Luyet (1995) utilizaram os 
diagramas de fase para mostrar a dependência 
com a temperatura de transições térmicas em 
soluções congeladas e Franks et al. (1977) , 
citados por (Roos, 1995a)enfatizaram que o 
termo “estado” deveria ser utilizado no lugar de 
“fase” devido à natureza de não-equilíbrio do 
estado físico de materiais biológicos 
concentrados por congelamento. 
Em ciências dos alimentos, os diagramas 
de estado representam as diversas situações em 
que o sistema pode existir como função da 
temperatura, da concentração de sólidos, do 
tempo e da pressão. Dessa forma, ele pode ser 
utilizado como um mapa para a seleção das 
melhores condições para o processamento, o 
congelamento e o armazenamento refrigerado 
de alimentos (Slade & Levine, 1988; Slade & 
Levine, 1989). 
Os diagramas de estado são importantes 
ferramentas no estabelecimento das condições 
adequadas de processamento e armazenagem de 
alimentos desidratados e congelados. Eles 
também podem ser aplicados na definição das 
condições apropriadas de liofilização (Roos, 
1995a). Segundo Roos & Karel (1991c), 
diagramas de estado são particularmente úteis 
na caracterização do estado físico de açúcares e 
na dependência das temperaturas de transição 
com a concentração de água. 
Segundo Labuza et al. (2004), os 
diagramas de estado podem ser utilizados para 
ilustrar algumas mudanças de estado físico de 
alimentos em função da umidade (ou 
concentração de plasticizante) durante 
quaisquer processos de remoção de água 
(secagem, cozimento, extrusão, evaporação) ou 
mesmo durante a armazenagem. O diagrama de 
estado define a região de umidade/temperatura 
na qual o domínio do alimento ou ingrediente é 
vítreo, gomoso, soluto cristalino, congelado, 
etc. 
Labuza et al. (2004) ressaltam que uma 
complicação na utilização dos diagramas de 
estado para alimentos reside no fato de esses 
não serem soluções homogêneas ou isotrópicas, 
apresentando-se, a nível molecular, como 
micro-domínios heterogêneos que nunca 
existirão em equilíbrio verdadeiro. Essas 
regiões em alimentos podem existir como 
líquidos com solutos dissolvidos ou como 
sólidos no estado sólido amorfo, que não são 
estados reais de equilíbrio e podem resultar em 
observações anômalas. 
 
 
 
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APLICAÇÃO DOS DIAGRAMAS DE 
ESTADO EM ALIMENTOS 
 
Um fato extremamente indesejável, no 
que diz respeito a alimentos, é modificação 
textural. Quem nunca teve a desagradável 
sensação de morder um biscoito completamente 
murcho? A crocância é uma característica que o 
consumidor espera encontrar em todos os 
biscoitos do tipo crisp cracker e é essencial para 
a sua qualidade. No entanto, quando a 
embalagem de biscoito é aberta e fica exposta 
às condições ambientes, em pouco tempo a sua 
textura se torna macia e ele perde a sua 
crocância característica. 
As modificações texturais sofridas por 
alimentos estão, diretamente, ligadas às 
alterações estruturais sofridas ao longo do seu 
tempo de prateleira. A água, devido ao seu 
efeito plasticizante, é um dos principais 
elementos responsáveis por essas alterações. 
Durante a armazenagem, muitos alimentos 
trocam umidade com o ambiente, o que resulta 
em alterações estruturais como a transição entre 
os estados vítero e gomoso. É essa a causa da 
perda de crocância de biscoitos tipo crisp 
cracker pouco tempo após a abertura da 
embalagem, se a mesma não for armazenada 
corretamente. A troca de umidade com o 
ambiente faz com que o alimento passe do 
estado vítreo para o gomoso, havendo perda de 
qualidade. 
O efeito plasticizante da água também 
afeta a qualidade de produtos em pó, 
principalmente aqueles com alta concentração 
de açúcares. Os processos de secagem por 
liofilização ou spray dryer, devido à rápida 
remoção de umidade, resultam em produtos no 
estado vítreo. Açúcares no estado amorfo são 
produtos altamente higroscópicos e absorvem 
água quando expostos a ambientes com elevada 
umidade relativa. Esse processo resulta em 
alterações estruturais, como a cristalização e o 
empelotamento, que resultarão em produtos 
com texturas indesejáveis, como a pegajosa e a 
granular, de acordo com as condições de 
temperatura e umidade do ambiente. Essas 
alterações estruturais são indesejáveis, pois 
interferem na habilidade de dissolução e no 
escoamento livre dos pós. Além disso, as 
transições de fase em pós podem ocasionar a 
perda de componentes voláteis ou à oxidação de 
lipídeos encapsulados (Saltmarch & Labuza, 
1980; Douwnton et al., 1982; Bhandari et al., 
1997; Labuza et al., 2004). De acordo com 
Labuza et al. (2004), atividades de água entre 
0,3 e 0,4, à temperatura ambiente, são 
suficientes para provocar alterações estruturais 
como o empelotamento de pós e a perda de 
crocância. 
Labuza et al. (2004) apresentaram a 
importância do uso de diagramas de estado no 
estudo da cristalização de algodão doce, do 
endurecimento de biscoitos macios e no 
amolecimento de alimentos crocantes. A perda 
de textura do algodão doce está diretamente 
associada à cristalização do açúcar, ocasionada 
pela absorção de umidade. Labuza et al. (2004) 
concluíram que o açúcar que forma o algodão 
doce (sacarose) cristaliza rapidamente e perde 
sua estrutura quando, devido à absorção de 
umidade, é levado a ambientes com temperatura 
superior à de transição vítrea. Estudos 
mostraram que a adição de inibidores da 
cristalização, como os açúcares trehalose e 
rafinose, pode aumentar o tempo de prateleira 
desse produto. 
As alterações texturais sofridas por 
biscoitos macios (soft crackers) ou por 
alimentos crocantes (batatas chips, pipoca, crisp 
crackers), durante o processamento e a 
armazenagem podem ser melhor compreendidas 
através do estudo dos diagramas de estado. Na 
Figura 5 é apresentado um diagrama de estado 
hipotético, onde são mostradas as regiões de 
equilíbrio e as regiões amorfas. 
Na Figura 5, um material que se encontre 
na posição 1 estará no estado gomoso, como é o 
caso de uma massa para biscoitos. Labuza et al. 
(2004) citam o exemplo de uma massa de 
biscoitos sendo assada. Durante esse processo, 
o produto sofrerá um aumento de temperatura, 
seguido pela perda de umidade e posterior 
refriamento até a temperatura ambiente (linha 
pontilhada). O estado físico do material, após o 
resfriamento, irá depender da perda de umidade 
sofrida durante o processamento. Biscoitos 
crocantes (crisp crackers) deverão ser assados 
até o estado vítreo (posição 3), ao passo que 
biscoitos com textura mais macia, como é o 
caso de cookies com gotas de chocolate, 
deverão continuar no estado gomoso (posição 
2). 
 
 
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Legenda: • Posição 1; Posição 2; ∫ Posição 3 
 
Figura 5 – Diagrama de estado hipotético mostrando as regiões de equilíbrio e as regiões amorfas 
(Adaptado de Labuza et al.(2004). 
 
Em alguns alimentos, é possível observar 
a co-existência dos estados vítreo e gomoso. 
Um exemplo típico Labuza et al. (2004) são os 
biscoitos recheados, nos quais o recheio é 
macio e encontra-se no estado gomoso e os 
biscoitos, mais crocantes, encontram-se no 
estado vítreo. Hyman & Labuza (1998) 
afirmam que, caso haja diferença entre as 
atividades de água dos materiais em contato, 
ocorrerá uma troca de umidade entre eles. O 
biscoito irá absorver umidadee perder 
crocância (deslocamento no diagrama para a 
esquerda), enquanto o recheio irá ficar mais 
duro e ressecado devido à perda de umidade 
(deslocamento no diagrama para a direita). 
De acordo com Labuza et al. (2004), 
biscoitos macios (soft cookies) são alimentos 
com uma umidade final, após assados, entre 7 e 
10% e uma atividade de água entre 0,5 e 0,65. 
Logo que são retirados do forno, esses biscoitos 
são extremamente macios e apresentam alta 
mastigabilidade. No entanto, após cerca de 24 
horas, eles se tornam secos e com textura dura e 
esfarelenta, sem que haja qualquer alteração na 
umidade. No caso desses biscoitos, o 
endurecimento é provocado pela cristalização 
da sacarose, que ocorre durante a vida de 
prateleira do produto. Durante a mistura e o 
cozimento dos biscoitos, a sacarose se dissolve 
e, enquanto a umidade é perdida, ela passa para 
o estado amorfo (posição 2, na Figura 5) e 
permanece nele enquanto o material se mantiver 
acima da temperatura de transição vítrea 
(1990). De acordo com o diagrama de estados, 
ao longo da vida de prateleira dos biscoitos, a 
sacarose dissolvida sofre uma cristalização, 
resultando em uma redução do volume de 
plasticizante e consequentemente, nas 
alterações texturais observadas. 
Biscoitos crocantes (crisp crackers) 
apresentam alterações na textura com o ganho 
de umidade. Katz & Labuza (1981) estudaram a 
textura desses biscoitos em função da atividade 
de água e observaram que alimentos crocantes 
(pipocas, biscoitos de água e sal, batatas chips) 
apresentaram alterações texturais quando a 
atividade de água excedeu a faixa de 0,35-0,50. 
Labuza et al. (2004) afirmam que a teoria da 
transição vítrea permite uma melhor 
compreensão das alterações texturais 
ocasionadas nesses produtos, devido ao 
aumento da umidade. Se um material amorfo 
existe no estado vítreo, ele é duro e quebradiço, 
o que, para alimentos tipo snacks à base de 
cereais, representa uma textura crocante ou 
dura. No estado amorfo gomoso, esses 
alimentos apresentam uma textura macia e 
elástica que pode ser definida como empapada e 
é totalmente indesejável. A transição do estado 
vítreo para o gomoso ocorre quando o alimento 
absorve umidade suficiente para que a sua 
temperatura de transição vítrea caia abaixo da 
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temperatura ambiente, de acordo com o 
diagrama de estados. Na Figura 5, a posição 3 
representa o alimento no estado vítreo. O ganho 
de umidade, a uma temperatura constante, faria 
o alimento passar da posição 3 para a posição 2, 
se ele estivesse armazenado a uma temperatura 
superior à Tg, nessa umidade. 
Baroni (2004) ressalta a importância dos 
diagramas de estado para as novas formulações, 
uma vez que o conhecimento do 
comportamento dos constituintes do alimento 
na região de mudança de estado pode ser de 
grande valia na predição de estabilidade e de 
mudanças da textura, quando o produto é 
submetido a várias condições de temperatura e 
umidade relativa. De acordo com a autora, os 
diagramas de estado mostram as relações entre 
a composição do produto e seu estado físico, 
fornecendo informações fundamentais para a 
sua adequada formulação, de modo que se 
obtenha um produto final sob as melhores 
condições de estabilidade e qualidade. 
 
CONCLUSÃO 
 
A transição vítrea é a transição de fases 
mais importante em alimentos, pois está 
diretamente ligada às alterações estruturais 
sofridas durante as etapas de processamento e 
armazenagem. Dessa forma, o conhecimento da 
variação da temperatura de transição vítrea com 
a composição dos alimentos é de fundamental 
importância na definição da formulação dos 
alimentos, bem como das condições ideais de 
processamento e armazenagem, de modo que se 
obtenham produtos de qualidade. 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 Agradecemos à FAPESP, ao CNPq e à 
UNICAMP. 
 
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