Introdução. Introdução. Introdução. Constantes físicas da água 27/5/2013. Água em alimentos. Teores de água de alguns alimentos

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1 INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA, EDUCAÇÃO E TECNOLOGIA ESPECIALIZAÇÃO EM CONTROLE DE QUALIDADE DE ALIMENTOS DISCIPLINA: PROCESSOS BIOQUÍMICOS APLICADOS NA INDUSTRIALIZAÇÃO DE ALIMENTOS PROF(A). ESP. NÍVEA MARIA DA COSTA SOUSA Água em Abundante na terra Líquido Gelo Vapor Introdução Essencial a vida Estabilidade da temperatura do corpo Transportador de nutrientes e dejetos Reagente Meio de reação Facilitador do comportamento dinâmico de macromoléculas Introdução Introdução Nos Um dos maiores componentes Várias funções: Solvente Meio de reação Mobilizador de reagentes Reagente Antioxidante Pró-oxidante Estrutural Influência Estrutura-textura Aparência Sabor Suscetibilidade a deterioração Para maior vida útil Adição de umectante Congelamento Desidratação Concentração Altera as propriedades dos Teores de água de alguns Alimento Teor de água (g/100g) Carnes Maçã, laranja Tomate, morango Cenoura, batata Aspargo, lentilha Arroz cru, milho cru Leite em pó, ovo desidratado 9-12 Queijo prato Pão francês Leite Fonte: Franco (1992). Constantes físicas da água Constantes físicas Valores Peso molecular 18,01534 Ponto de fusão (101,325 kpa) 0,00 ºC Ponto de ebulição (101,325 kpa) 100,00 ºC Ponto triplo Calor de fusão a 0 ºC e 101,325 kpa Calor de vaporização a 101,325 kpa Calor de sublimação a 0 ºC e 101,325 kpa Densidade Dilatação Relacionadas com a estrutura molecular de água 0,0099 ºC e 0,610 kpa 6,012 kj/kg 40,63 kj/kg 50,91 kj/kg 0,99 g cm-³ Anormal Fonte: adaptado de Fennema (1985). 1

2 Constantes físicas da água Difusividade Condutividade Velocidade que os sofrem mudanças de temperatura Habilidade dos materiais de conduzirem calor GELO 4x > ÁGUA GELO 11x > ÁGUA Tecidos congelam mais rápido do que descongelam Molécula de água Uma molécula de água consiste de dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio Formam ligações covalentes entre si São unidas por ponte de hidrogênio Associação entre as moléculas de água Estrutura do gelo e água Gelo: água cristalizada em uma estrutura aberta de baixa densidade Estruturas hexagonais Água líquida: Constante movimento (formação e ruptura das ligações) Vapor: Moléculas livres e mais afastadas, ocupando maior volume Gelo: Estrutura ordenada, retículo cristalino, sem moléculas livres Sistema dinâmico -183 C estabilizar Explica a atividade de certas reações mesmo sob congelamento Diagrama de fases da água Propriedades solventes da água A água é um dipolo elétrico Dissolve ou dispersa muitas substâncias; Sais cristalizados Rompem a estrutura da água, provocam queda no ponto de congelamento e elevação do ponto de ebulição Compostos iônicos NaCl unem-se por fortes atrações eletrostáticas Compostos não-iônicos Açúcares, álcoois simples, aldeídos e cetonas. 2

3 Acelerar o congelamento Interação com substâncias apolares Aumentar a temperatura de fervura Moléculas anfipáticas: possuem grupos hidrofóbicos e grupos fortemente polares Ácidos graxos e lipídeos A água dispersa compostos anfipáticos formando micelas Derreter gelo nas estradas No interior das micelas, as interações são de Van der Waals Interação da água e o alimento Interação da água e o alimento Água ligada Água livre Subdivisões da água ligada: Água constitucional: Representa uma pequena fração da água presente em com alto teor de umidade. Água ligada Água em contato com sólidos e outros constituintes não aquosos, que exibe mobilidade reduzida e não congela a -40 ºC. Água vicinal: Representa a próxima camada de água adjacente à água constitucional. Água de multicamadas: Representa a água ligada em menor intensidade que a água vicinal. Interação da água e o alimento Água livre Está disponível para o crescimento de microrganismos e para reações enzimáticas Não flui livremente do alimento quando o mesmo é cortado Atividade de água aproximada de alguns produtos lácteos à temperatura ambiente Capacidade de ligar água Capacidade de macromoléculas de aprisionar água e prevenir exsudação A estabilidade e a segurança de um alimento são mais previsíveis pela medida da atividade de água do que do teor de umidade Fonte: adaptado de WASLTRA & JENNESS (1984). 3

4 DESIDRATAÇÃO, CONCENTRAÇÃO E CONGELAMENTO A deterioração do alimento resulta: Do crescimento de microrganismos Da atividade enzimática Das reações químicas Baseados na redução do conteúdo de água Atividade de água Indica quanto de água está disponível no alimento Indica a intensidade com que a água está associada aos constituintes não aquosos. aω = p/p0 = n2/n1+n2 Onde: p = pressão de vapor da água no alimento p 0 = pressão de vapor da água pura na mesma temperatura, que deve ser sempre especificada n1 = n mols do solvente n2 = n mols do soluto P > P0 então haverá um escoamento da umidade do sólido para o ar e aw diminuirá. a ω = URE/100 Onde: URE = umidade relativa de equilíbrio P = P0 as umidades no sólido e no ar estarão em equilíbrio e portanto aw não se alterará. P < P0 haverá um escoamento da umidade do ar para o sólido e aw aumentará. Ou seja, a umidade relativa do ar na qual o alimento está armazenado pode alterar a atividade em água do alimento. Importância da atividade de água Indicará se o alimento ganhará ou perderá umidade em um dado ambiente. Permite estabelecer requisitos de embalagem Melhorar o processo de conservação e desidratação Permite planejar novos produtos mais estáveis Isotermas São gráficos que relacionam a atividade de água (aw) e umidade do produto em uma determinada temperatura. Alterações da isoterma Temperatura Composição do alimento Velocidade de absorção Teor de água removida 4

5 Zonas na isotermas de sorção Isotermas ZONA I ZONA II ZONA III ÁGUA CONSTITUCIONAL VICINAL ÁGUA MULTICAMADA ÁGUA LIVRE FORTEMENTE ADSORVIDA 3,1% 2,4% DA ÁGUA TOTAL 3 2 % ÁGUA MENOS LIGADA 95% GRANDE MUDANÇA EM Aw NECESSÁRIA PARA MUDANÇA DE UMIDADE SOLVENTE NÃO CONGELA A 0 C ÁGUA COMO SOLVENTE NÃO SOLVENTE ÁGUA - ÁGUA DISPERSANTE NÃO CONGELA -40 C ÁGUA - SOLUTO ÁGUA MANTÊM SUAS PROPRIEDADES de sorção Tipo I Isoterma Langmuir Típico de agentes antiaglomerante. Detém grande quantidade de água com baixa atividade de água. Uma vez preenchidos todos os sítios, há um pequeno aumento na umidade com grande aumento na atividade de água Tipo II Isoterma Sigmoide Obtida em produtos solúveis a w de 0,2 0,4 Acúmulo de multi-camadas de água Enchimento dos poros pequenos a w de 0,6 0,7 Dilatação Enchimento dos poros grandes Dissolução de solutos Tipo III Isoterma formato J Representa a isoterma de material cristalino como açúcares e sais. Ganho de umidade é muito baixo até o ponto onde os cristais começam a se dissolver na água absorvida na superfície do cristal (ponto de deliquescência) Típicas de com grande quantidade de açucar e Ex.: frutas e os doces de frutas 5

6 Tipo IV Descreve a adsorção por um sólido hidrofílico que se incha até a máxima hidratação dos seus sítios. As duas isotermas mais comumente encontradas em produtos alimentícios são Tipo II e Tipo IV Tipo V Isoterma de Adsorção de multi-camadas BET Observado pela adsorção de vapor água em carvão Relacionadas ao tipo II e III HISTERESIS Atividade de água e estabilidade dos Os são classificados em função da atividade de água em três grupos: Alimentos com baixa umidade (a ω até 0,60) Alimentos com umidade intermediária (a ω entre 0,60 e 0,90) Alimentos com alta umidade (a ω > 0,90) Fenômeno importante nos produtos desidratados que precisam ser reidratados para sua comercialização. Em com alto teor de água (a ω > 0,90) Formação de soluções diluídas com os componentes do alimento que serão substratos para os microrganismos crescerem. Estabilidade de um alimento em função da atividade de água 6

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