UMIDADE E SÓLIDOS TOTAIS

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1 UMIDADE E SÓLIDOS TOTAIS

2 UMIDADE É uma das medidas mais importantes e utilizadas na análise de alimentos. ESTABILIDADE, QUALIDADE E COMPOSIÇÃO

3 A umidade pode afetar ESTOCAGEM, EMBALAGEM E PROCESSAMENTO

4 ALIMENTO UMIDADE Produtos lácteos fluidos 87%-91% Leite em pó 4% Queijos 40%-75% Manteiga 15% Creme de leite 60%-70% Sorvetes 65% Margarina e maionese 15% Molhos de salada 40%

5 ALIMENTO UMIDADE Frutas 65%-95% Vegetais 66% em média Carnes e peixes 50%-70% Cereais abaixo de 10% Macarrão 9% Pães e produtos de padaria 35%-45% Açúcar 1% ou menos Ovos 74%

6 SÓLIDOS TOTAIS São obtidos pela diferença entre o peso total da amostra e o conteúdo de umidade.

7 MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE UMIDADE Não existe nenhum método que seja ao mesmo tempo exato, preciso e prático

8 ATIVIDADE DE ÁGUA (Aa ou Aw) é possível estabelecer uma relação entre o teor de água livre nos alimentos e sua conservação. O teor de água livre é expresso como a=vidade de água que é dada pela relação entre a pressão de vapor de água em equilíbrio no alimento e a pressão de vapor da água pura na mesma temperatura. A medida desse valor baseia- se no fato de que a pressão P do vapor de água sobre um alimento, após a=ngir o equilíbrio a uma temperatura T, corresponde a umidade rela=va de equilíbrio (URE) do alimento. A a=vidade da água será então igual a URE e é expressa por URE/100.

9 ATIVIDADE DE ÁGUA E CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS - O valor máximo da Aa é 1, na água pura. Nos alimentos ricos em água, com Aa > 0,90, podem formar soluções diluídas que servirão de substrato para os microorganismos poderem se desenvolver. Nesta situação as reações químic0as podem ter sua velocidade diminuída em função da baixa concentração dos reagentes. Quando a Aa baixar para 0,40-0,80, haverá possibilidade de reações químicas e enzimá=cas a velocidades rápidas, pelo aumento da concentração dos reagentes. Com Aa inferior a 0,30 estará a=ngindo a zona de adsorção primária, onde a água está fortemente ligada ao alimento. De acordo com a a=vidade de água no alimento, ocorre o desenvolvimento de certos =pos de microorganismos, como:

10 Tipo de Microorganismo Aa bactérias 0,90 leveduras 0,88 fungos (mofos) 0,80 osmozlicos 0,62

11 ATIVIDADE DE ÁGUA (Aa ou Aw) - é possível estabelecer uma relação entre o teor de água livre nos alimentos e sua conservação. O teor de água livre é expresso como a=vidade de água Aw ALIMENTOS Microrganismos 0,98 e superior Carnes e pescados frescos, verduras, leite Mul=plica- se a maioria dos microrganismos que alteram os alimentos e todos os patógenos transmi=dos por alimentos. 0,98 0,93 Leite evaporado, pão, embu=dos cozidos Mul=plicam- se as enterobacteriaceas, incluindo Salmonella, nos níveis superiores desta faixa. Flora de alteração, com freqüência bactérias ácido- lác=ca. 0,93 0,85 Carne bovina seca, leite condensado Mul=plica- se Staphylococcus aureus e muitos fungos produtores de micotoxinas. Leveduras e fungos são os microrganismos primários da alteração. 0,85 0,60 Farinhas, cereais, vegetais desidratados Não se mul=plicam bactérias patogênicas. Alteração por microrganismos xerófilos, osmófilos, halófilos. Inferior a 0,60 Confeitos, massas, biscoitos, leite em pó, ovos em pó, etc Não se mul=plicam os microrganismos embora possam seguir sendo viáveis por muito tempo.

12 DIFICULADADES ENCONTRADAS NA DETERMINAÇÃO DE UMIDADE Separação incompleta da água do produto. Decomposição do produto com formação de água além da original. Perda das substâncias voláteis do alimento que serão computadas com peso em água.

13 NA PRÁTICA Preferência por um método que determine um maior valor da umidade, proveniente da decomposição de componentes orgânicos. Ao invés de Um método em que a água e negligenciada ou removida incompletamente.

14 A água pode estar no alimento em três formas diferentes: ÁGUA LIVRE: Está presente nos espaços intergranulares e entre os poros do material. Essa água mantém suas propriedades físicas e serve como agente dispersantes para substâncias coloidais e como solvente para compostos cristalinos.

15 ÁGUA ABSORVIDA: Está presente na superfície das macromoléculas como amido, pectina, celulose e proteína por forças de Van der Waals e pontes de hidrogênio. ÁGUA DE HIDRATAÇÃO OU LIGADA: Está ligada quimicamente com outras subst6ancias do alimento e não é eliminada na maioria dos métodos de determinação de umidade.

16 A água que será efetivamente medida Vai depender Método analítico empregado Somente a água livre é medida com certeza em todos os métodos. Resultado da medida de umidade: deve ser acompanhado do método utilizado e das condições empregadas, como tempo e temperatura.

17 METODOLOGIA Secagem em estufas MÉTODOS POR SECAGEM Secagem por radiação infravermelha Secagem em fornos de microondas Secagem em dessacadores MÉTODOS POR DESTILAÇÃO MÉTODOS QUÍMICOS MÉTODOS FÍSICOS

18 MÉTODOS POR SECAGEM A) SECAGEM EM ESTUFAS Método mais utilizado em alimentos. Remoção água por aquecimento, sendo o ar quente absorvido por uma camada muito fina do alimento e então conduzido para o interior por condução.

19 Condutividade térmica dos alimentos é baixa. Método lento. 6 a 18 horas entre 100 o C e 102 o C, ou até peso constante.

20 LIMITAÇÕES Evaporação por um determinado tempo: remoção incompleta da água. Evaporação até peso constante: superestimação da umidade por perda de substâncias voláteis ou por reações de decomposição.

21 A exatidão do método é influenciada por vários fatores Temperatura de secagem; Umidade relativa e movimentação do ar dentro da estufa; Vácuo na estufa; Tamanho das partículas e espessura da amostra; Construção da estufa;

22 A exatidão do método é influenciada por vários fatores Número e posição das amostras da estufa; Formação de crosta seca na superfície da amostra; Material e tipo de cadinhos; Pesagem da amostra quente.

23 TEMPERATURA DA ESTUFA Estufa normal: um pouco acima de 100 o C Estufa a vácuo: ~ 70 o C (preserva a amostra e evita a formação de crosta na superfície) PARTÍCULA DOS ALIMENTOS Menor espessura possível

24 ESTUFAS Simples, simples com ventilador e a vácuo VELOCIDADE DE EVAPORAÇÃO Maior em cadinhos de alumínio do que de vidro e porcelana, maior em cadinhos rasos do que fundos e maior com estufas com ventilação. PESAGEM Deve ser feita somente após de ser esfriada completamente no dessecador.

25 CADINHOS Porcelana Alumínio Vidro

26 PROCEDIMENTO 1. Pesar uma quantidade definida de amostra num cadinho previamente seco e tarado. 2. O transporte do cadinho deve ser sempre feito com pinça ou papel para não passar umidade da mão. 3. Colocar o cadinho na estufa à temperatura conveniente e deixar até que toda a água seja evaporada (até peso constante).

27 4. Retirar o cadinho da estufa com uma pinça e colocar num dessecador para esfriar. 5. Pesar, depois de frio, o conjunto cadinho mais amostra seca. 6. Descontar o peso do cadinho vazio para obter o peso da amostra seca.

28 O peso da água evaporada vai ser igual à diferença entre o peso da amostra úmida e o peso da amostra seca. Os sólidos totais serão a diferença entre o peso total da amostra e o peso da água. Resíduo seco: determinação de gordura e fibra bruta.

29 PREPARO DA AMOSTRA AMOSTRAS LÍQUÍDAS: evaporadas em banhomaria até consistência pastosa para então serem colocadas na estufa. AMOSTRAS AÇUCARADAS: formam uma crosta dura na superfície, que impede a saída da água do interior (Adição de areia em pó à amostra, para aumentar a superfície de evaporação). PESO DA AMOSTRA: varia entre 2 g e 5 g (Formar uma camada fina no cadinho).

30 CONDIÇÕES DE SECAGEM TEMPERATURA: varia entre 70 o C E 155 o C. TEMPO: depende da quantidade de água no produto (6 a 7 horas, até peso constante).

31 LIMITAÇÕES DO MÉTODO 1. Produtos com alto conteúdo de açúcar e carnes com alto teor de gordura: temperatura que não exceda de 70 o C. Açúcares: a levulose se decompõe a cerca de 70 o C, liberando água. 2. Não serve para amostras com alto teor de substâncias voláteis: como condimentos. 3. Variação de até 3 o C nas diferentes partes da estufa.

32 4. Alguns produtos são muito higroscópicos. 5. Açúcares: reações de caramelização com liberação de água (stufa a vácuo a 60 o C). 6. Açúcares redutores e proteínas: escurecimento por reação de Mailard, com formação de compostos voláteis como CO 2 e compostos carbonílicos e produtos intermediários. 7. Estufas com exaustão forçada: acelerar a secagem a peso constante (queijos, produtos marinhos e carnes).

33 B) SECAGEM POR RADIAÇÃO INFRAVERMELHA É mais efetivo e envolve a penetração do calor dentro da amostra. Encurta o tempo de secagem em até 1/3 do total. Lâmpada de radiação infravermelha com 250 a 500 watts. Temperatura entre 700 o C.

34 Distância entre a lâmpada e amostra: 10 cm (decomposição) Espessura: 10 mm e 15 mm. Tempo de secagem: 20 minutos para produtos cárneos 10 minutos para grãos Peso da amostra: 2,5 e 10 g, dependendo do conteúdo de amostra. Equipamentos: balança com leitura direta do conteúdo de umidade por diferença de peso.

35 DESVANTAGEM: Processo lento por secar uma amostra de cada vez. Repetibilidade não muito boa: variação de energia elétrica durante as medidas.

36 C) SECAGEM EM FORNOS DE MICROONDAS Método novo e muito rápido, porém não é um método padrão. Energia do microondas: Radiação eletromagnética entre 3 Mhz e Ghz. Mecanismos de um material dielétrico: Rotação dipolar e polarização iônica.

37 Quando uma amostra úmida é exposta à radiação de microondas, moléculas com cargas elétricas dipolares, tais como a água, giram na tentativa de alinhar seus dipolos com rápida mudança do campo elétrico. Fricção resultante: calor, que é transferido para moléculas vizinhas. MICROONDAS: aquece o material mais rapidamente e mais seletivamente.

38 Distribuição uniforme do calor na superfície e no interior do alimento. Facilita a evaporação e evita a formação de crosta na superfície. A amostra deve ser misturada com cloreto de sódio (evita que a amostra seja espirrada para fora do cadinho) e óxido de ferro (absorve fortemente a radiação de microondas, acelerando a secagem).

39 Método bastante rápido e simples. Grande vantagem: poder da energia radiante e o tempo de secagem podem ser calibrados para os diferentes tipos e quantidades de amostra.

40 TIPOS DE AMOSTRAS ALIMENTOS COM ALTA UMIDADE FRUTAS E VEGETAIS: aplicação limitada (superaquecimento com caramelização, devido à alta concentração de açúcares solúveis). Amostras de cerca de 20 g. SEMENTES E PLANTAS SECAS: amostras de baixa umidade (água ligada), necessidade de moer os grãos.

41 CARNES: alta umidade, porém a falta de parede celular melhora a permeabilidade do vapor. Presença de gordura diminui a absorção das energias de microondas. LACTICÍNIOS E ALIMENTOS PROCESSADOS: amostras uniformes, porém com alta concentração de sal ou de água ligada.

42 D) SECAGEM EM DESSACADORES São utilizados com vácuo e compostos químicos absorventes de água. Secagem a temperatura ambiente: muito lenta e alguns casos pode levar meses. Utilização de vácuo e temperatura (50 o C).

43 MÉTODOS POR DESTILAÇÃO Existe há mais de 70 anos, mas não é muito utilizado por sua grande demora. Vantagens: protege a amostra contra a oxidação pelo ar e diminui as chances de decomposição causada pelas altas temperaturas. Utilizado para grão e condimentos.

44 PROCEDIMENTO 1. Pesar uma quantidade de amostra que dê entre 2 e 5 ml de água. 2. Colocar num frasco, com o solvente de ponto de ebulição maior que o da água cobrindo a amostra. 3. Ligar o frasco no condensador e aquecer.

45 4. A destilação chega ao fim quando aparecer, no frasco graduado de coleta, os dois níveis, o de água e o de solvente. 5. Deslocar a água que fica retida nas paredes de vidro com um fio de cobre em espiral. 6. Destilar por mais 5 minutos e deixar esfriar para tomar a leitura do volume de água no frasco coletor, que é graduado em ml, com uma precisão de até 0,01 ml.

46 DIFICULDADES DO MÉTODO 1. Precisão relativamente baixa do frasco coletor. 2. Dificuldades na leitura do menisco. 3. Aderência de gotas de água no vidro. 4. Solubilidade da água no solvente de destilação. 5. Evaporação incompleta da água. 6. Destilação de produtos solúveis em água (com ponto de ebulição menor que o da água).

47 OBSERVAÇÕES SOBRE O MÉTODO 1. Solventes recomendados: tolueno (PE = 111 o C), tetracloroetileno (PE = 121 o C), xileno (PE = 137 o C a 140 o C). 2. O equipamento deve estar extremamente seco. 3. O frasco coletor deve ser calibrado com destilações sucessivas de quantidades conhecidas de água. 4. A escolha entre os vários tipos de frascos coletores vai depender do volume de água esperado na destilação, do grau de calibração requerida, da facilidade de escoamento.

48 MÉTODOS QUÍMICOS Emprega o reagente Karl Fischer (1936). Iodo, dióxido de enxofre, piridina e um solvente que pode ser metanol (I 2 : 3 SO 2 : 10 C 5 H 5 N). Procedimento do método se baseia numa titulação visual ou eletrométrica. I 2 é reduzido para I na presença de água. Quando toda a água da amostra for consumida, a reação cessa.

49 TITULAÇÃO VISUAL: a solução da amostra permanece amarelo-canário enquanto houver água presente, mudando para amarelo-escuro e, no ponto final, para amarelo-marrom, característico do iodo em excesso. Método menos preciso.

50 TITULAÇÃO ELETROMÉTRICA: são utilizados equipamentos que empregam eletrodos de platina (bateria, resistor variável, galvanômetro e eletrodos de platina) Titulação: presença de água - o ânodo é despolarizado e o cátodo polarizado. No PF, o pequeno excesso de iodo despolariza o cátodo, resultando no aparecimento de corrente.

51 OBSERVAÇÕES DO MÉTODO 1. Piridina, dioxano e dimetilformamida podem ser empregado como solventes da amostra. 2. Titulação direta: fornece a água total (água livre mais água de hidratação). 3. O método não pode ser empregado para materiais que contenham substâncias que reagem com iodo (Ácido ascórbico). 4. Alguns vegetais desidratados, como condimentos, contêm aldeídos e cetonas ativos, que reagem com o metanol de Karl Fischer, produzindo água.

52 O método de Karl Fischer é aplicado em amostras que não dão bons resultados pelo método de secagem a vácuo. Frutas e vegetais desidratados, balas, chocolates, café torrado, óleos e gorduras. Produtos ricos em açúcares (mel e cereais). Pode ser aplicado em produtos com níveis intermediários de umidade: produtos de padaria, misturas para bolo ricas em gordura, e produtos com altos níveis de óleos voláteis.

53 MÉTODOS FÍSICOS ABSORÇÃO DE RADIAÇÃO INFRAVERMELHA: a medida da absorção da radiação em comprimentos de onda na região do infravermelho (3,0 µm e 6,1 µm)obtém a quantidade de água na amostra (sensibilidade ppm). CROMATOGRAFIA GASOSA: é muito rápida (5 minutos) e pode ser aplicada em alimentos com larga faixa de umidade (8% a 65%), como cereais, produtos de cereais, frutas e produtos derivados de frutas.

54 RESSONÂNCIA NUCLEAR MAGNÉTICA: requer equipamento caro e sofisticado, mas oferece medidas muito rápidas. ÍNDICE DE REFRAÇÃO: bastante simples e rápido, feito no refratômetro, e está baseado no ângulo de refração da amostra. DENSIDADE: método simples, rápido e barato, mas pouco preciso. Amostras com alto teor de açúcar.

55 CONSTANTE DIELÉTRICA: amido, proteínas e componentes similares têm uma constante dielétrica de cerca de 10, enquanto a constante dielétrica da água é de 80. O método é rápido e muito utilizado em farinhas, porém pouco preciso. CONDUTIVIDADE ELÉTRICA: quantidade de corrente elétrica que passa por alimento será proporcional à quantidade de água no alimento. Método rápido, mas pouco preciso.