07/04/2011
Composição centesimal
Determinação dos componentes principais
contido nos alimentos
Água
Minerais
Fibras
Proteínas
Açúcares
Lipídeos
Ma. Milene T. Barcia
UMIDADE
Teor de água de um alimento constitui-se em um dos
mais importantes e mais avaliados índices em
alimentos.
É de grande importância econômica por refletir o teor
de sólidos de um produto e sua perecibilidade.
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Água nos alimentos
O conteúdo de água de um alimento é expresso pelo valor
obtido na determinação da água total contida no
alimento.
Existem moléculas de água com
propriedades e distribuição
diferentes num mesmo alimento.
Água nos alimentos
Alimentos
% Umidade
Produtos lácteos
87-91
Leite em pó
4
Queijos
40-75
Manteiga
15
Creme de leite
60-70
Sorvetes
65
Margarina e maionese
15
Frutas
65-70
Hortaliças
85
Carnes e peixes
50-70
Cereais
<10
Macarrão
9
Pães e outros produtos de
padaria
35-45
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Água nos alimentos
Usualmente a quantidade de água nos alimentos é
expressa pelo valor da determinação da água total contida
no alimento.
Porém, este valor não fornece informações de como está
distribuída a água neste alimento nem permite saber se
toda a água está ligada do mesmo modo ao alimento.
Há também o fato de uma parte da água não ser
congelável.
Isso nos leva a crer que existem moléculas de água com
propriedades e distribuição diferentes no mesmo
alimento.
Água nos alimentos
Formas de apresentação da água no alimento:
• Água livre - está presente nos espaços intergranulares.
• Água de hidratação ou combinada – está ligada
quimicamente com outras substâncias do alimento .
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Atividade de água
(Aa ou Aw)
É o teor de água livre, que é a relação entre a pressão de
vapor da água do alimento e a pressão da água pura na
mesma temperatura.
Umidade ≠ Atividade de água
* Uma salmoura com 90% de água, tem Aa baixa ou alta???
Umidade
Importância da umidade
• Estabilidade do alimento
• Qualidade do alimento
• Composição do alimento
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Reações nos alimentos em função
da atividade de água
Umidade pode afetar:
Estocagem:
alimentos estocados com alta
umidade irão deteriorar mais rapidamente que os
possuem baixa umidade.
- Deterioração
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Umidade pode afetar:
Embalagem: alguns tipos de deterioração podem
ocorrer em determinadas embalagens se o alimento
apresentar uma umidade excessiva.
- velocidade do escurecimento
- Permeáveis á luz e oxigênio
Umidade pode afetar:
Processamento:
a quantidade de água é
importante no processamento de vários produtos
Rendimento do processamento: a água pode ser
utilizada como uma medida indireta do rendimento
de processamentos na indústria.
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Umidade
É a medida total de água contida no alimento
Metodologia
Depende do método analítico o tipo de água que
efetivamente será medido.
Os métodos são fundamentalmente baseados na
secagem da amostra, em reações químicas com a água,
em destilação da água e na interação física da água.
Tipos de métodos:
1- Métodos por secagem
2- Métodos por destilação
3- Métodos químicos
4- Métodos físicos
Considerações
para a escolha
do método:
Composição do
produto
Rapidez/Praticidade
Exatidão
Equipamentos
Forma da água
Quantidade de água
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Métodos por secagem
Tipos:
A- Secagem em estufa
B- Secagem por radiação infravermelho
C-Secagem em fornos de microondas
Métodos por secagem
+
utilizado
Secagem em estufas
Água é eliminada por aquecimento, onde o ar quente é
absorvido por uma camada muito fina do alimento, então
conduzido para o interior por condução, ocorrendo assim
a evaporação da água.
TEMPO (horas)
TEMPERATURA (>100°C)
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Secagem em estufa
Tipos de estufas:
1. Simples
2. Simples com ventilador
3. A vácuo
Tipos de Cadinhos:
1. Porcelana
2. Alumínio
3. Vidro
Métodos por secagem
Remoção da água por aquecimento
Parâmetros importantes:
Temperatura;
Umidade relativa e movimentação do ar na estufa;
Disposição do material na estufa;
Material e tipo de cadinhos;
Tamanho das partículas e espessura da amostra;
Formação de crosta na superfície da amostra.
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Secagem em estufa
Preparo da Amostra
Amostras líquidas: evaporadas em banho-maria.
Amostras açucaradas: adiciona-se areia misturada
com amostra para aumentar a superfície da
evaporação.
Peso da amostra: depende da quantidade de água.
Secagem em estufa
PROBLEMAS
SOLUÇÕES
Amostragem
Absorção de umidade
Cápsulas com tampa e pesagem
rápida
Perda de umidade durante preparo da
amostra
Pesar antes e depois da
preparação ou
usar moinho de facas que diminui
perdas
Formação de crostas
Usar asbesto ou areia
Reações de decomposição ou
polimerização
Temperaturas baixas ou outros
métodos
Perda de compostos voláteis
Outros métodos que não secagem
Volatilização incompleta da água
Tempo/temperatura adequados ou
distribuição não uniforme no
cadinho
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Secagem em estufa
VANTAGENS
DESVANTAGENS
Análise simultânea de grande
número de amostras
Não aplicável para amostras com
alto teor de voláteis
(condimentos, óleos essenciais)
Rapidez
Decomposição térmica de
compostos
Simplicidade
Só determina água livre
Equipamento barato
Adsorção de umidade após
secagem
Secagem por radiação infravermelha
Consiste numa lâmpada de radiação infravermelho com
250 a 500watts, cujo filamento desenvolve uma
temperatura de 700°C.
É mais efetivo e envolve
penetração de calor dentro da
amostra, o que encurta o
tempo de secagem em até
1/3 do total.
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Secagem por radiação infravermelha
A distância entre a lâmpada e a amostra deve ser de 10 cm;
A espessura da amostra deve ser entre 10 a 15 mm.;
O tempo de secagem varia com amostra;
O peso da amostra varia entre 2,5 a 10 g.;
Possui uma balança que faz leitura direta;
Seca uma amostra de cada vez.
Secagem por fornos microondas
Quando uma amostra úmida é exposta à radiação de
microondas, moléculas bipolares (H2O), giram na
tentativa de alinhar seus dipolos (rotação), liberando
calor, e assim as moléculas de água passam para o
estado gasoso.
O calor é distribuído tanto na superfície como
internamente, evaporando sem formar crosta na
superfície.
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Secagem por fornos microondas
Radiação eletromagnética
3MHz a 30.000GHz
Novo e muito rápido
Cloreto de sódio e Óxido de ferro
Poder de energia radiante e o tempo podem ser
calibrados
Método por destilação
Existe a mais de 70 anos
Pouco utilizado
Envolve o aquecimento da amostra na presença de
um solvente orgânico imiscível com água.
Medida direta da quantidade de água
removida pela evaporação.
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Método por destilação
Condenser
Solvent
Cold water
Toluene
Refluxing & Water
Separation Method
Graduated Trap
Samples & Solvent
Heating Mantle
Método por destilação
Demorado
Baixa precisão
Dificuldade de leitura
Evaporação incompleta da água
Aderência de gotas de água no vidro
Protege a amostra
Poder de energia radiante
e o tempo podem ser
calibrados
Amostra e tolueno (PE = 111°C)
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Método por destilação
VANTAGENS
DESVANTAGENS
Feito em atmosfera inerte, o que diminui
a oxidação pelo ar
Solubilidade parcial da água nos
solventes empregados
Decomposição térmica é menor, reduz
reações químicas
Baixa precisão do frasco coletor, da
leitura de meniscos (volume de água
muito pequeno)
Em amostras com alto teor de voláteis Aderência de gotas de água nas paredes
não conduz a grandes erros
do frasco coletor
Destilação de compostos solúveis em
água, com ponto de ebulição menor que
da água
Possibilidade de formar emulsão
Evaporação incompleta da água
Tempo de análise longo
Uso de solventes inflamáveis
Método químico
Nestes métodos um reagente químico é
adicionado
ao
alimento
que
reage
especificamente com água produzindo uma
mudança mensurável volume, pressão, pH, cor,
condutividade.
Karl Fisher
visual e eletrométrica
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Método químico
Baseados na reatividade
química da água.
Karl Fischer
usa o reagente de Karl Fischer
(iodo+ dióxido de enxofre+ piridina+ metanol)
I2
SO2
C5H5N
CH3OH
Método químico
Karl Fischer
Titulação visual
2 H2O + SO2 + I2
H2SO4 + 2HI-
onde o I2 é reduzido para I- na presença de água
Quando toda água for consumida, a reação cessa, e cor
da solução passa de amarelo canário para amarelo
escuro com um ponto final em amarelo marrom,
característico do excesso de iodo.
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Método químico
Karl Fischer
Titulação eletrométrica
São utilizados eletrodos de platina.
É uma reação de oxirredução onde há transporte de
elétrons enquanto houver água.
Amperagem
Método químico
Karl Fischer
Indicado para:
Amostras com baixos teores de umidade ;
Alimentos com alto teor de açúcar;
Alimentos com alto teor de açúcar e proteína, como os
cereais;
Alimentos ricos em óleos essenciais.
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Método químico
Karl Fischer
VANTAGENS
DESVANTAGENS
Maior sensibilidade
Não é específico, qualquer substância que
possa reduzir o I interfere (vitamina C,
compostos carbonílicos)
Mais rápido que os métodos de
secagem
Aldeídos e cetonas podem reagir com
MeOH formando acetais liberando água
Adequado para amostras com baixo
teor de água e alto teor de açúcar ou
lipídeos
Para amostras insolúveis em MeOH a
extração da água pode ser incompleta
Apresenta boa reprodutibilidade
Substâncias oxidantes também interferem
(peróxidos)
Fornece teor da água livre e adsorvida
Dessecante muito forte, tem que tomar
muitos cuidados contra a umidade
atmosférica
Por ser um reagente instável deve ser
padronizado constantemente (tartarato de
sódio dihidratado)
Método físico
Absorção de radiação infravermelha
RMN – Ressonância Magnética Nuclear
Índice de refração/Refratômetro
Densidade (picnometria)
Cromatografia gasosa
Condutividade elétrica
Constante dielétrica (amido, proteínas = 10 e água = 80)
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MÉTODOS EXISTENTES
SECAGEM
DESTILAÇÃO QUÍMICO
FÍSICO
Estufa
Karl Fisher
Densitometria
Estufa circulação forçada
Carbureto de cálcio
Refratometria
Estufa a vácuo
Condutividade
Forno de microondas
Métodos elétricos
Infravermelho
RMN
Infravermelho
Cromatografia a gás
CINZA
É o resíduo inorgânico que permanece após a
queima da matéria orgânica, que é transformada em
CO2, H2O e NO2.
Constituintes da cinza
Grande quantidades: K, Ca, Na, Mg
Pequenas quantidades: Al, Fe, Cu, Mn, Zn
Traços: As, I, F e outros elementos
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EXEMPLOS DAS CINZAS EM ALIMENTOS
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CONTEÚDO DE CINZAS
É a medida da quantidade total de minerais
presentes no alimento.
CONTEÚDO MINERAL
É a quantidade de componentes
específicos da matéria mineral de um
alimento: Ca, Na, K, Cl, etc.
Minerais - podem apresentar teores variáveis em
grupos ou num mesmo alimento, que podem ocorrer
em função do:
solo
(pH, fertilidade, agrotóxicos, estrutura, microbiologia);
animal (alimentação);
processamento (refinamento de cereais).
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A determinação de cinzas e conteúdo
mineral é importante por uma série de
razões:
Nutrição - alguns minerais são essenciais para uma
dieta saudável (Ca, P, K e Na), enquanto outros podem
ser tóxicos (Pb, Hg, Cd e Al).
Rotulagem nutricional - a concentração e o tipo de
mineral deve ser estipulado para apresentação no
rótulo ou sua elaboração.
Qualidade - a qualidade de alguns alimentos depende
da concentração e do tipo de mineral presente, incluindo
o sabor, aparência, textura e estabilidade.
Indica conteúdo de frutas em doces.
Alto índice de cinzas insolúveis em ácidos indica
presença de areia.
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Processamento - o conteúdo mineral afeta as
propriedades físico-químicas dos alimentos
Determina o índice de refinação de açúcares e farinhas
(influência na extração)
Pode indicar beneficiamento, cozimento ou lavagem
inadequada de produtos no processamento.
Principais Métodos
• cinzas secas
• cinzas úmidas
• cinzas secas a baixas temperaturas – plasma
• cinzas por microondas
O método escolhido depende:
dos objetivos, do tipo de alimento e da
disponibilidade de equipamentos
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Preparação das amostras
• Sólidos
• Amostras muito úmidas
• Amostras muito gordurosas
Possíveis problemas: contaminação da amostra por
minerais no moinho; interação do cadinho com a amostra
durante a análise.
CINZA ÚMIDA
Adequado para alimentos com alto teor de gordura. Emprega
ácidos concentrados em alta temperatura (100°C) para
provocar a destruição da matriz orgânica. É utilizada na
determinação de elementos traços que podem ser perdidos
na cinza seca.
Ácido perclórico
Ácido sulfúrico
Ácido nítrico
Utilizam-se misturas
*Explodir; Demorado; Evaporar.
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Equipamentos
Vantagens:
• Melhor para composição individual de cinza;
• Baixas T°: evita perdas de minerais por volatilização;
• Decomposição rápida;
• Menos sensível com relação à natureza da amostra.
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Desvantagens:
• Reagentes corrosivos;
• Não é prático para rotina;
• Exige maior supervisão;
• Nº limitado de amostras;
• Necessita de análise em branco
• Ácidos + matéria orgânica rica em gorduras forma
elementos/substâncias explosivos e inflamáveis.
Cinzas Secas
O procedimento de cinza seca é realizado em mufla a
altas temperaturas (500 a 600°C).
É um método empírico,portanto deve-se especificar o
tempo e a temperatura que foi determinada a cinza.
Método Gravimétrico
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Cadinhos
• Quartzo, Pyrex, Porcelana, Aço e Platina.
• Seleção depende do tipo de alimento e da temperatura
da mufla.
Mais barato, resiste a altas temperaturas (< 1200°C).
Resistentes a ácidos, mas podem ser corroídos por
amostras alcalinas
Incineração na Mufla
525°C: frutas, carnes, açúcar e vegetais.
550°C: cereais, lácteos, peixes , temperos e vinho.
600°C: grãos e ração.
Acima de 600°C perde cloretos;
Inferiores queima inadequada.
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ANÁLISE
Previamente incinerado, esfriado e tarado
Determinação da cinza solúvel e insolúvel em água
Indicação útil da qualidade de determinados alimentos.
A determinação da cinza insolúvel em água é uma indicação
boa da presença de fruta em doces, geléias, sucos.
Determinação da alcalinidade e cinza insolúvel em ácido
A alcalinidade da cinza é em virtude dos ácidos orgânicos
presentes nas (tartárico, málico, cítrico) que podem ser convertidos
aos carbonatos correspondentes.
Carne/cereais=ácida
Frutas=alcalina
Para verificar adulterações, como a presença de areia em
condimentos e talco em confeitos (cinzas insolúveis em ácido).
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Cuidados especiais
• Alimentos líquidos ou pastosos
• Ricos em açúcar
• Ricos em lipídeos
• Ricos em amido e proteína
MUFLA
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Vantagens:
• Queima é seca;
• Simples e seguro;
• Manuseia grande número de amostras;
• Determinação total dos minerais e preparo para
minerais individuais;
• Permite análises de alcalinidade, insolúveis em ácidos,
solúveis.
Desvantagens:
• Demorado (12-24 h);
• Alto custo operacional - mufla exige elevado consumo
de energia;
• T° elevada → vola\lização de alguns minerais (Cu, Zn,Fe,
Pb, Hg) e/ou interação com o cadinho;
• Manuseio cuidadoso → leveza das cinzas e
higroscopicidade.
O conteúdo de cinzas pode ser expresso em base seca ou úmida.
Cálculo realizado sobre a amostra integral e amostra seca.
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Cinzas secas a baixas temperaturas -Plasma
A matéria orgânica é rapidamente oxidada pelo oxigênio e a
umidade é evaporada devido a temperatura (<150°C).
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Vantagem:
Menores perdas por volatilização
Desvantagem:
Equipamento relativamente caro e a quantidade de
amostra analisada é pequena.
Cinzas por microondas
Método recentemente desenvolvido.
Rápido (até 10x em relação aos métodos convencionais)
Alimentos ricos em lipídios
Amostra líquida ou úmida:
Alimentos ricos em voláteis e lipídios
Alimentos com açúcares
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Erros na determinação
Para valores maiores:
incineração incompleta
oclusão do carbono (dificulta a remoção)
absorção de água durante a pesagem
contaminação da amostra durante a análise (reagentes,
água, poeira)
erro na pesagem (cadinho quente)
Para valores menores:
volatilização com o uso de temperaturas elevadas (cloretos)
decomposição de carbonatos
perda mecânica
ANÁLISE DOS ELEMENTOS INDIVIDUAIS
A cinza obtida por via úmida está pronta para ser
utilizada para a análise individual de cada elemento
mineral nela contido.
Absorção atômica;
Emissão de chama;
Colorimetria;
Turbidemetria;
Titulometria.
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