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Matéria P1 Química de Alimentos (Atividade de água (Aw) (Isotermas de…
Matéria P1
Química de Alimentos
Proteínas
Organizados por aminoácidos de diferentes maneiras e possuem diferentes propriedades
Estruturas das Proteínas e Fontes Alimentares
Carbono-a, a-amino, a-carboxila e hidrogênio (a=alfa)
Grupo R - Cadeira lateral variável: 20 tipos
Apolares
Polares sem carga
Polares com carda positiva
Polares com carga negativa
Peptídeos:
Cadeias de aminoácidos unidas por ligações peptídicas que ocorrem entre um grupo amino e um grupo ácido carboxílico desprotonado, com liberação de água.
Organização tridimensional em 4 níveis estruturais
Primária:
Colar de pontas
Secundária:
Ligações de H entre os átomos da lig. peptídica entre diferentes aminoácidos
Terciária:
Aglomeração de unidades secundárias, domínio
Quaternária:
Aglomeração de estrutura terciária formando uma proteína funcional
Fontes
Carne, leite e derivados, feijões, legumes, nozes, sementes e grãos.
Propriedades das Proteínas
Valor Biológico e Digestibilidade
Aminoácidos Essenciais:
não são produzidos naturalmente pelo organismo humano e precisam ser consumidos
Proteínas de alto valor biológico:
grande presença de aminoácidos essenciais (teor)
Valor biológico deve ser combinado com a digestibilidade, pois só são absorvidos monopeptídeos, dipeptídeos e, ocasionalmente, tripeptídeos.
Desnaturação
Desorganização da estrutura proteica com perda de função sem hidrólise de ligações peptídicas.
Há quebra das estruturas 2ª, 3ª e 4ª. A estrutura 1ª é mantida.
No estômago, há HCl, Calor e movimentos peristálticos. Ocorre a HIDRÓLISE das proteínas, que é diferente de desnaturação.
Agentes desnaturantes:
Calor, solvente orgânico, agitação mecânica, ácidos ou bases fortes, detergentes, uréia,
Coagulação: Caseínas
Fosfoproteínas hidrofóbicas. Associadas a ións cálcio e fosfato --> formam micelas
pI = 4,6 pH do leite = 6,6 --> carga negativa
kapa-caseína: única glicosilada (açucares): parte polar
Cálcio:
faz ponte com grupo fosfato, agregando as proteínas no meio (+ apolar) --> forma nanocluster de caseína com as kapa caseínas voltadas para fora.
Coagulação Ácida
(iogurte)
Bactérias homofermentativas produzem enzima lactas, que quebra a lactose em glicose e galactose. Gera o ácido pirúvico, que gera ácido lático.
Meio ácido: protona a kapa caseína, neutralizando a carga e causando perda de estabilidade. A micela se colapsa. Apolar, pesa muito mais, o cálcio é liberado --> a caseína se compacta, liberando água (sinerese)
Pode ser utilizado qualquer tipo de leite, pois não há dependência da estrutura da caseína.
Coagulação Enzimática
(queijo)
1ª fase: enzimática:
usa coalho (renina/quimosina), uma enzima que cliva a parte polar da kapa-caseína
Não pode ser usado leite UHT: a caseína deve ter sua estrutura preservada para que que ocorra a clivagem pela quimosina
2ª fase: não enzimática
As micelas continuam estáveis, porém com superfície fortemente apolar. Se agregam por conta da ação dos íons cálcio.
Diferentes tipos de queijo:
Criação do animal, tipo do leite (vaca, cabra, etc) prensagem da massa, envelhecimento (diferentes microrganismos, enzimas, temperaturas, umidade). 400+ tipos.
Gelificação: gelatina (colágeno)
Forma irreversível do colágeno parcialmente HIDROLISADO. Extraído da pelo, tecido conjuntivo, e ossos de animais. Em água ou ácido diluído.
Hidrólise pode ser ácida (pele de porco), básica (pele bovina) ou enzimática.
Colágeno:
3 polipeptídeos (cadeias alfa) que se enrolam e formam uma tripla hélice. Variações na cadeia dão origem a diferentes tipos de colágeno
Elasticidade: Glúten
Formado por prolaminas (globular) e glutelinas (fibrilar), associado ao amido de vários grãos: trigo, centeio, aveia, cevada
Elasticidade de massas: facilita o crescimento e fornece textura macia.
Prolamina:
Faz pontes dissulfeto com glutelina
fornecendo estrutura elástica
--> sovar a massa
Fatrinhas fortes: Até 17% de proteína: bolos e pães.
Farinhas normais: Até 10% de proteína: cookies e biscoitos
Metaloproteínas: Hemoglobina e Mioglobina
Grupo Prostético:
não é proteína:
se ligam a um metal (Ex: Anéis pirrólicos e Fe(II))
Grupo heme: se liga ao Gás carbônico e ao oxigênio.
Mioglobina: mais oxigenada --> vermelha. Oxigênio dosmúsculos.
Atividade enzimática
Maior parte das enzimas é proteína
Proteases: Amacia a carne e clarificam cervejas.
Podem ser usadas industrialmente para a fabricação de alimentos.
Deficiências e excessos de ingestão proteica
1,4 g/kg/dia em crianças
+0,2 g/kg/dia em gestantes
-1,2 a 2,0 g/kg/dia em praticantes de exercício
0,8 g/Kg/dia em inativos
Dieta pobre em proteínas: corpo começa a degradar as proteínas menos importantes (albumina do sangue, queratina). Edema. Barriga inchada devido a presença de água (ilumina não segura mais a água no sangue)
Marasmo: deficiência cronica em calorias, pode ocorrer na ingestão adequada de proteínas. Pouca massa muscular e aparência de velho. Perda de crescimento.
Excessos:
deve ser realizado com atividade física, para torneamento dos músculos. Lipídios podem ser formados a partir de proteínas, caso não haja metabolização.
Atividade de água (Aw)
Aw ~ P/Po, onde P é a pressão do vapor de água no alimento e Po é a pressão de vapor da água pura na mesma temperatura
Slide 18
RPV = P/Po = %ERH/100; ERH propriedades da atmosfera estabelecida com a amostra
Número adimensional de 0 a 1
Conceitos
Atividade de água representa a qtt de água livre, não lidada, que influencia na ocorrência de reações deteriorantes --> shelf life
O aumento de 0,1 Aw diminui a vida de prateleira de 2 a 3 vezes
pH, temperatura, uso de conservantes influenciam na preservação dos alimentos :!:
Diferente de umidade
: qtt de água total em um alimento
Cientistas preferem "pressão de vapor relativa" (RVP) --> não se trata de equilíbrio.
É diretamente proporcional à temperatura
Atividade de água representa a qtt de água livre, não ligada, que influencia na ocorrência de reações deteriorantes --> shelf life
Alimentos como a carne possuem Aw altos, por isso degradam facilmente
Mobilidade Molecular
.
Movimento translacional ou rotacional
Limitante para a estabilidade dos alimentos
Resfriamento > Menor Mm > difusão restrita --> redução dos processos que dependem da difusão
Complementa a RVP na previsão da estabilidade
Uma menor temperatura, maior concentração ou maior tamanho levam a menor mobilidade molecular
-T, +C, +TAMANHO --> MENOR MOBILIDADE
Isotermas de Sorção de Umidade (ISU)
A
umidade
pode se relacionar com a atividade de água em uma temperatura constante através delas
"quanto de água eu tenho no alimento e quanto daquilo é água livre" (Palavras da RAINHA Eloah)
Curva sigmoidal, determinada experimentalmente, intrínseca a cada protuto
Histerese:
Nem sempre as isotermas de adsorção e dessorção de sobrepõem (não detectável em T>80ºC)
Slide 29
I - Zona Seca:
água fortemente ligada e menos móvel. Interações íon/dipolo e dipolo/dipolo. Água não congela mesmo à -40ºC, não age como solvente. Parte do sólido.
Entre I e II:
: Quantidade de água para formar monocamada sobre sítios hidrofílicos na matéria seca --> teor de umidade mais estável
II - Zona de umidade baixa a intermediária
: água interagindo com a monocamada ou com o soluto, principalmente por ligações de hidrogênio. Mais móvel, porém maior parte não congela a -40ºC. Efeito plastificante.
Limite entre II e III:
Formação de monocamada verdadeira de hidratação
III - Alta Umidade:
grande diminuição da viscosidade, elevada Mm e aumento de reações. Água pode congelar, age como solvente e permite o crescimento de microrganismos.
Curvas mais comuns em alimentos
Tipo II - Sigmóide:
Comum em produtos solúveis. Aw maior que umidade. Duas regiões de inflexão:
Aw 0,2-0,4
--> Acúmulo de multicamadas de água.
Aw 0,6-0,7
--> dissolução de solutos, dilatação
Tipo IV:
Adsorção por sólido hidrofílico que se incha até hidratação máxima de seu sítios.
Utilidades
1) Estudar e controlar processos de concentração e desidratação de alimentos
2) Evitar a transferência de umidade entre diferentes ingredientes de uma mistura (Ex: recheio de uma bolacha e o biscoito)
3) Definir os materiais de embalagem
4) Determinar o teor de umidade que reduzirá o crescimento de microrganismos
5) Prever estabilidade em relação ao conteúdo de água
6) Estimar o efeito da adição de soluto na Aw final e calcular a quantidade de soluto necessária para atingir a Aw.
Influência da Aw na qualidade dos alimentos
Vida de Prateleira
Crocância. empedramento, aglomeração dureza do alimento
Importância na velocidade das reações
Slide 38
Bactérias crescem em Aw > 0,9
0,6< Aw < 0,85 : não há crescimento de bactérias patogênicas.
Aw<0,60: Microbiologicamente estáveis
Reação (de escurecimento) de Maillard
Ocorre entre um grupo amino (de proteína ou aminoácido) e um açúcar. São produzidos compostos com cheiro de "tostado", e ocorre escurecimento do alimento.
Raramente ocorre em Aw<0,2
Oxidação Lipídica
Em baixa Aw: melhor para oxigênio se ligar ao lipídeo
Em alta Aw: alta mobilidade e catálise metálica das reações e formação de radicais livres.
Como controlar a Aw nos alimentos
Equilíbrio com a atmosfera (=), desidratação(-) ou adição de umectantes (+)
Como medir a Aw?
Higrômeros (resistência, capacitância, ponto de orvalho)
Manômenro
Método do dessecador
Necessário de 6 a 9 diferentes níveis de Aw
1 a 3 semanas para atingir o equilíbrio. Lento, trabalhoso, ocupa espaço, poucos dados.
Como medir a umidade do alimento?
Método grafimético: peso seco x peso úmido
Titulação de Karl-Fisher
Lipídios
Principais Lipídios nos Alimentos
Ácidos Graxos
Grupo Carboxila(polar) e cadeia carbonica apolar.
Reduzem estabilidade oxidativa
Reduzem ponto de fumaça
Baixo peso molecular: voláteis e dão odor desagradável
Elevado Peso Molecular: Sabão
Saturados e Trans:
Cadeias lineares: Maior interação entre as moléculas: Sólido.
Insaturados:
Cadeia curvada: menor interação entre as moléculas: líquido.
Carbonos : Instaurações (delta) : posição das insaturações
:warning:
Nomenclatura ômega:
numera os carbono sem ordem inversa à da IUPAC (Ácidos ômega 3 e ômega 6)
Triacilgliceróis (TAG)
Principal lipídio dos alimentos.
Reserva energética, isolamento térmico, proteção mecânica
Têm pouco sabor devido à baixa volatilidade, porém, dão a sensação de saciedade.
Sabor é dado por produtos de oxidação de lipídeos e impurezas.
Lipídios de Membrana
Podem ser TAG
São Anfipáticos: parte pequena polar e restante apolar.
Colesterol
Maior parte é esterificado
Anéis Planares, Ácidos Biliares, Hormônios.
Fitoesteróis:
competem pela absorção com o colesterol, mas devido à mudanças na cadeia, não são absorvidos.
Vitaminas Lipossolúveis
Vitaminas A, D, E e K são mais solúveis em meio lipídico, evidenciando a importância destas moléculas no corpo.
Processos de modificação dos lipídios nos alimentos
Para atingir o intervalo plástico ideal para cada tipo de Alimento
Mistura:
Diferentes fontes de TAG para obter a consistência desejada. Usado em óleos e margarinas
Intervenções dietéticas:
"muda a fonte" - ração de porcos e galinhas. Não funciona em ruminantes (bactérias hidrogenam o AG)
Manipulação Genética:
Transgênicos, provoca alteração das rotas enzimáticas que produzem AG insaturados.
Fracionamento:
Manter em temperatura que favoreça a precipitação dos AGs de cadeia mais longa. No líquido ficam os insaturados e os AGs de cadeia mais curta.
Hidrogenação:
Quebra da dupla ligação com níquel como catalisador. --> cria gorduras TRANS. Pode ser usado no branqueamento de gorduras - eliminação de dupla ligação nos carotenóides.
Interesterificação:
Alternativa à hidrogenação. Rearranjo aleatório dos grupos acil. Substituição de ácidos graxos esterificados ao glicerol pela reação química entre TAG e diacilglicerol. Produto contém resíduos químicos prejudiciais. Reduz HDL (colesterol bom) e a produção de insulina no corpo.
Alternativos:
Interesterificação enzimática usando lipases ou triacilglicerol hidrolases. Mais caro e demorado, gera produtos com propriedades nutricionais superiores --> usado em produtos de alto valor e formulações infantis.
Deterioração Química dos Lipídios
-Deterioração oxidativa de lipídios insaturados
-Importante ação sobre as membranas celulares
-Causa rancidez nos alimentos
Oxidação é catalisada por íons metálicos.
Oxigênio ataca formando hidroperóxidos de lipídeos que acabam quebrando a molécula, formando aldeídios e cetonas com odor de ranço.
RANCIFICAÇÃO
Enzimas também podem deteriorar os lipídios.
Rancidez hidrolítica:
Liberação de AG dos TAG por lipases, calor ou extremos de pH. Reduzem ponto de fumaça, espuma e maior oxidação.
Colesterol exposto forma compostos potencialmente citotóxicos.
Antioxidantes
Impedem ou limitam a ação oxidativa às moléculas
Reação química direta
: o antioxidante é consumido na reação (Vitamina E, C, glutationa, fenólicos)
Vitamina E:
Lipossolúvel, antioxidante de membranas, pequena proporção: 1 tocoferol (V-E) por 1000 AG na membrana celular.
Vitamina C:
Regenera o radical tocoferila. Radical ascorbila gerado é pouco reativo. Hidrossolúvel.
Diminuição da disponibilidade de íons metálicos --> diminui efeito catalisador. Ex: +EDTA
Quelantes devem estar na forma completamente ionizada (depende do pH). Dependendo da relação metal-quelante, aumentam ou diminuem o efeito oxidante.
EDTA:Ferro <1: pró-oxidante
EDTA:Ferro>1: anti-oxidante
Enzimas que removem espécies reativas de oxigênio
Processamento de Lipídios na Indústria Alimentícia: Refinamento de Óleos
TAG:
Extraídos de fontes animais e vegetais
Fluidização:
tratamento térmico para romper estruturas celulares e liberar TAG
TAG de plantas:
isolados por pressão (azeite), por solventes ou ambos.
Óleo bruto
- Terão outros lipídios além de TAG e materiais não lipídicos
1) Degomagem:
remoção de fosfolipídeos que funcionam como emulsificantes --> turbidez
add água de 1-3%, 60-80ºC, 30-60 min
add pouco de ácido
2) Neutralização:
Remoção de ácidos graxos livres: reação com base forte gerando sabão
3) Branqueamento:
Pigmentos são indesejáveis ou facilitam oxidação. Misturam-se os óleos quentes com argilas neutras, silicatos, carvão ativado seguido de filtração.
4) Desodorização:
Voláteis são removidos por destilação por arraste de vapor, em temperaturas elevadas e pressões baixas. Destroem-se hidroperóxidos lipídicos, aumentando a estabilidade oxidativa do ódeo. Pode gerar AG trans.
Classificação
1) Número de Carbonos
Par ou ímpar.
Cadeia curta (2 - 8 C)
Cadeia Média (8 - 14C)
Cadeia Longa (>14 C)
2) Necessidade na dieta
Essenciais e Não-essenciais
3) Grau de saturação
Saturados: Sem ligações duplas
Insaturados: com ligação dupla: cis trans
Monoinsaturados
Poli-insaturados
