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Água
HNT0205 – Produção e Composição de Alimentos
2017
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Natureza da água
H2O
Dois átomos de hidrogênio ligadoscovalentemente a um de oxigênio
É dipolar◦ Negativa no lado do O
◦ Positiva nos lados do H+
Forma ligações de hidrogênio
H +
Oxygen
H +
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Água nos Alimentos
Solvente
Transferência de calor
Congelamento
Agente de limpeza
Promotora de mudanças químicasEx.
◦ Ionização de sais
◦ Fermento em pó
Reações de Hidrólise
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Água também confere ao alimento:
• Textura
• Disponibilidade de macro e micro nutrientes
• Palatabilidade
• Estabilidade
• Maior peso.
Entretanto, pode ser o principal fator intrínseco
na decomposição do produto.
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Qual alimento tem o maior conteúdo de água?
X
7% 16%
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Qual alimento tem o maior conteúdo de água?
X
87% 87%
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Formas da água em alimentos
Químicamente cada forma de água é a mesma (H2O), mas há diferenças nas condições fisico-químicas em que cadaágua existe.
A forma na qual a água ocorre no alimento determinapropriedades físicas no alimento.
Por ex. Leite líquido e maçãs contém aprox. a mesmaquantidade de água mas possuem diferentes estruturasfísicas.
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CONTEÚDO MÉDIO DE ÁGUA EM ALGUNS ALIMENTOS
PRODUTO ÁGUA % PRODUTO ÁGUA %
Tomate 95 % Queijo (Gouda, Edam) 40-46%
Alface 95 % Pão 35%
Repolho 92 % Geléia 28%
Laranja 87 % Mel 20%
Maçã 87 % Manteiga 16%
Leite 87% Farinha de Trigo 12%
Batata 78 % Arroz cru 12%
Banana 75% Grão de café torrado 5%
Frango 70% Leite em pó 4%
Carne bovina 65% Gordura vegetal 0%
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Água
Todos os alimentos contém alguma quantidadede água
Água livre◦ Maior parte da água nos alimentos◦ Retida dentro das células◦ Fracamente ligada a outras moléculas◦ Pode ser removida por pressão◦ Facilmente removida por secagem
Água Ligada◦ É parte da estrutura molecular◦ Mobilidade reduzida◦ Não tem as mesmas propriedades da água livre◦ Fortemente ligada a polissacarídeos e proteínas
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Água
Livre
ÁguaLigada
Macromolécula
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Água
Livre
ÁguaLigada
Macromolécula
Camada
intermediária
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Água ligada
Não congela a temperaturas abaixo de 0⁰C, usualmente a −20⁰C
Indisponível como solvente
A quantidade de água não congelável, baseada no conteúdo de proteína, varia de um alimento para outro
Por ex., entre 8-10 % do total de água em tecido animal está indisponível para formação de gelo.
Maioria das frutas e vegetais contém menos de 6% de águanão congelável.
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Medida da concentração de água refere-se à medição de
sua atividade (aw), ou seja, medição do teor de água
livre no alimento.
Em outras palavras, a Atividade de Água provê a medida
da disponibilidade de água para reações químicas e
enzimáticas, sejam estas no próprio alimento ou
catalisadas por microrganismos presentes nele.
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Atividade de água (aw)
Atividade de água◦ Razão entre a pressão de vapor da água em um
alimento, a uma temperatura específica e a pressão de vapor da água pura na mesma temperatura
◦ Está associada a quantidade de água livre no alimento.
◦ Assim, a relação entre o conteúdo de água ligada é inversamente proporcional a aw
◦ Quanto maior a quantidade de água ligada, menoratividade de água
aw = r/ro
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A determinação da atividade de água permite estimar
• inibição da reprodução microbiana,
• reações enzimáticas, oxidativas e hidrolíticas
• Importante no desenvolvimento de embalagens e estabelecimento de
condições de armazenamento adequados.
• O produto com atividade de água estabelecida pode apresentar maior
qualidade e rendimento, melhor preservação e tempo de vida determinado
com maior rigor.
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Equipamento para medida de águalivre em uma amostra
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Alimentos com maior atividade de água sãomais perecíveis
◦ Para reduzir aw Secar
Congelar
Adicionar açúcar ou sal
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Atividade de água - Limite de solubilidade
para solutos comuns
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Propriedades de ligação da água
• Efeitos coligativos ou interação de solutos
• Efeito matricial ou interação de superfície
• Efeitos capilares
A combinação destes fatores no alimento
reduz a energia de sua água em comparação com
a água pura.
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Atividade de Água X Umidade
• Umidade – Quantidade de água Total em uma
amostra
• Atividade de Água – Estado de energia da água em
um sistema
Atividade de Água fornece informação sobre:
• Crescimento microbiano;
• Migração da Água
• Estabilidade Química e Bioquímica
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Em termos simples, aw é a medida da umidade relativa (UR)
Multiplicando aw por 100, a umidade relativa(UR ) de equilíbrio entre o ambiente e o alimento (UR % or URE) é obtido.
A URE de um produto é definida como a umidade relativa do ar que circunda o alimento na qual o produto não ganha nemperde sua umidade natural e está emequilíbrio com o ambiente.
URE = UR (%) = 100 X aw
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Atividade de água de alguns produtos
Alimento aw
Água pura 1
Carne fresca 0.985
Leite 0.970
Pão 0.960
Batata chips 0.800
Farinha 0.720
Uva passa 0.600
Macarrão 0.450
• Alguns alimentos são estáveis a baixa umidade enquantooutros são mais estáveis a umidade relativa alta
• Ex: Pães (baixa)Verduras (alta)
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O comportamento microbiano frente à aw é
extremamente variável, sendo que as
bactérias são mais exigentes, quanto à
disponibilidade de água livre, em relação aos
fungos e leveduras.
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Os substratos com aw inferior a 0,600 estão
assegurados quanto à contaminação microbiana.
•Leveduras osmoresistentes ~ 0.60
•Levedura ~ 0.88
•Bolores ~ 0.70
•Bactérias ~ 0.91
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A partir de aw 0,650 começa a ocorrer a proliferação de
microrganismos específicos, sendo que, até aw 0,750, somente
algumas bactérias halofílicas (de desenvolvimento em terrenos
salgados), leveduras osmofílicas e fungos xerofílicos (de
desenvolvimento em ambientes secos) podem se desenvolver.
Chromohalobacter beijerinckii
Bactéria encontrada em peixes
salgados (anchovas, por ex.
Não patogênicaRequer 8 a 10% de sal para desenvolver
Suporta até 25% (4.2 M)
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Estabilidade química e bioquímica
• Escurecimento não enzimático
• Oxidação lipídica
• Degradação de nutrientes
• Reações enzimáticas
aw influencia velocidades de reações:
Água atua como:
• solvente;
• reagente
• modifica a mobilidade dos reagentes (viscosidade)
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A velocidade das reações químicas,
desejáveis ou não, depende da mobilidade e
concentração dos compostos e enzimas envolvidos,
que são conferidas pela quantidade de água livre.
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Atividade de água de soluções de NaCl a 25°C
Molaridade aw Molaridade aw
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Escurecimento não enzimático
• Reações de Maillard: complexa série de reações
• Ocorre entre açúcares e aminoácidos básicos (principalmente)
• Forma compostos nitrogenados com cor escura
• Perda máxima de nitrogênio Arg e Lys ocorre a aw 0.65-0.70
• Perda reduzida a alta e baixa aw
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Excesso de umidade nos grãos representa perda do
produto devido à ativação de sistemas enzimáticos que
levam à degradação de reserva do grão (germinação)
No caso de sementes a umidade leva ao
aumento da atividade de alfa-amilase e
degradação do amido.
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Alimentos com alto teor de lipídeos, que
apresentam atividade de água na faixa de
0,300 a 0,400, são mais estáveis à
oxidação química e microbiana.
Baixo conteúdo de água livre diminui
mobilidade de moléculas oxidantes
• Oxigênio
• Metais
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A atividade de água tem um papel importante napreservação dos alimentos.
Cada microrganismo tem uma aw crítica abaixoda qual não ocorre o crescimento
Assim, a aw é importante em alimentos e representa um fator para a degradação dos mesmos
Baixa aw retarda o crescimento de microrganismos, reduz reações catalisadas porenzimas e retarda o escurecimento nãoenzimático.
Taxas de Oxidação lípidica são altas em valoresde aw de 0.3 – 0.4 até aw 0.8
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Com aw em 0.3, o produto é mais estável quanto a oxidação lipídica, escurecimento não enzimático, reações enzimáticas e crescimento microbiano.
Com o aumento da aw aumenta a probabilidade de ocorrer deterioração
Diminuição da aw aumenta a vida de prateleira (shelf life) . Isso pode ser conseguido também com o uso de aditivos alta capacidade de ligação a água(umectantes)
Sal comum, glycerol e sacarose tem uso comoumectantes
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Atividade de água está relacionada a quantidade de umidade de modo não linear, também conhedicocomo isoterma de sorção
A relação entre conteúdo de água e aw é indicadapela isoterma de sorção de um alimento
A curva que representa a captação é denominadaadsorção e a perda de água é denominadadessorção. Ambas provêm um registro da aw de um alimento em uma temperatura particular sob níveisvariáveis de umidade em um ambiente
A curva de adsorção não é idêntica a de dessorção
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adsorçãodessorção
aw
um
ida
de
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Se tomarmos como exemplo um alimento de baixa aw
Cream Cracker
Olhando as isotermas, entre 0,4-0,8 aw
Uma pequena variação na umidade faz o produto aumentar
rapidamente a aw
O mesmo pode ser dito na diminuição da aw (dessorção)
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adsorçãodessorção
aw
um
idad
e
Mas, o conteúdo de umidade no produto
será diferente para a mesma aw, se ele está
em processo de adsorção ou dessorção
Ex: Cream Cracker
aberto e deixado sobre
mesa em local úmido.
(adsorção)
Depois, colocado em
um recipiente fechado
em local seco
(dessorção)
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CONGELAMENTO
• < 0°C
• Mudança do estado líquido para sólido
1. Baixa temperatura reduzirá degradação.
2. Água se torna indisponível para microrganismos e reações química ouenzimáticas.
3. Aumento da vida de prateleira
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Congelamento
Congelamento é a operação na qual a temperatura é reduzida a ponto de umaproporção significativa da água alimento passarpara a forma de cristais de gelo.
A imobilização da água como gelo e a resultanteconcentração de solutos dissolvidos na parte nãocongelada, reduz a atividade de água (aw) do alimento.
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Preservação é alcançada pela combinação:
◦ Baixa temperatura + baixa aw
e, em alguns casos, combinada com branqueamento prévio
Preservação. Tempo médio – 3 meses
Temperatura deve ser mantida entre -18oC e -25oC.
Congelamento
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Efeitos do congelamento no alimento
Baixas temperaturas não afetam significativamenteo valor nutricional do alimento
Contudo, o pré-branqueamento pode reduzir Vit. C e tiamina (B1).
No caso de peixes, ocongelamento lento podelevar a ruptura de células eextravasamento de líquidocontendo nutrientes, quandoo produto é descongelado.
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Como congelamento afeta o
alimento
Mudanças químicas e enzimáticas◦ Enzimas em vegetais
◦ Enzimas em frutas
◦ Rancidez
Mudanças de textura◦ Expansão da água no alimento
◦ Formação de cristais de gelo
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Modelo do arranjo da molécula de
água na formação do gelo
As moléculas se arranjam conforme
as ligações de hidrogênio que
formam.
Um dos resultados é o grande
volume de espaço vazio nos cristais
Cada molécula de água pode fazer 4
ligações de hidrogênio: 2 pelo O e 1
para cada H
Porque o volume do gelo é maior do que o ocupado
pela água líquida?
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1. Reações químicas e enzimáticas podemocorrer em partes não congeladas do alimento
Formas de minimizar:
A. Branqueamento
B. Retirar oxigênio da embalagem
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Cuidados com alimentos congelados
(cont.)
2. Mudanças físicas indesejadas
A. Frutas e vegetais perdem crocância
B. Perda de sumo em carnes e quebra de emulsões
Formas de minimizar:
Congelamento rápido
Evitar flutuações de temperatura no armazenamento
Uso de amido modificado e emulsificantes
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2. Mudança físicas indesejadas(cont.)
C. Queimadura de frio
Formas de minimizar:
Embalagem apropriada
Evitar flutuações de temperatura no armazenamento
D. Oxidação
Formação de off flavors
Perda de vitaminas
Escurecimento
E. Recristalização
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3. Mudança físicas indesejadas(cont.)
E. RecristalizaçãoEx. Sorvete. Flutações de temperatura podem levarao degelo parcial e novo congelamento. Formação
de cristais grandes de gelo.
Textura arenosa
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O maiores grupos de alimentos congelados
• Frutas (frutos vermelhos, polpas de frutas)• Vegetais (ervilhas, milho, brocolis, cenoura, batatas)• Peixes e frutros do mar• Carnes (bovina, aves, suina, ovina, caprina, etc) • Pães, tortas• Comidas preparadas (pizzas, massas, sopas, etc).
Um grande desafio é adequar a técnica de congelamento ao produto.
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Efeito do congelamento nos tecidos
Alimentos não tem um ponto de congelamentobem definido, mas congelam em um intervalo de temperatura que depende do conteúdo de água e da composição celular
O congelamento rápido e o armazenamento semflutuações de temperatura leva a formação de pequenos cristais de gelo com consequentemanutenção dos tecidos e mínimo dano a membranas celulares
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Congelamento rápido Congelamento lento
Congelamento lentoCongelamento rápido
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Efeito do congelamento nosmicrooganismos
O crescimento de microorganismos em alimentos à temperaturas abaixo de –12oC tem sidoconfirmado. Por isso o armazenamento de alimentos congelados –18oC e abaixo podeprevenir a decomposição microobiológica.
Embora números de microorganismos são geralmente reduzidos durante o armazenamento congelado e congelamento (com exceção de esporos), os alimentos congelados não são estéreis e pode estragar mais rapidamente como o produto descongelado se temperatura é suficientemente alta e tempos de armazenamento a estas temperaturas são excessivos.
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Métodos de congelamento
Técnicas de congelamento incluem:
1. O uso de rajadas de ar frio ou gases em baixas temperaturaque entram em contado com o alimento. (congelador tipotunel, leito fluidizado, espiral)
2. Congelamento por contato indireto, ex: congeladores de placas, onde alimentos embalados ou líquidos sãocolocados em contato com superfícies metálicasultraresfriadas devido a circulação de líquido refrigerante.
3. Imersão direta do alimento em líquido refrigerante ouaspersão de líquido refrigerante sobre o alimento (ex: N2
líquido, freon, soluções de açúcar ou sal).
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Tipos de Congelamento
1. Ar Congelante – Tantodo tipo estático como arforçado.
• Mais barato
• Estático, lento, maioresmudanças no produto
• Ar forçado, rápido, o maisusado
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Tipos de Congelamento
1. Contato Indireto- Alimentocolocado em contato com superfície metálica resfriada
• relativamente rápido
• mais caro
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Tipos de Congelamento
3. Contato direto – Alimento colocado emcontato direto com refrigerante(Nitrogênio líquido, freon, CO2 neve)
• rápido
• caro
• melhor método para gerar cristais pequenos
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