Universidade Federal do Pampa
Curso de Engenharia de Alimentos
Umidade e Cinzas
Prof. ª Valéria Terra Crexi
Engenheira de Alimentos
Determinação de Umidade
É uma das determinações mais importantes e,
conseqüentemente, utilizadas em alimentos.
Umidade de um alimento está relacionada com sua
estabilidade, qualidade e composição e pode afetar:
- Estocagem
- Embalagem
- Processamento
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Tabela 1. Teores de água de alguns alimentos
Alimento
Teor de água (g/100 g)
Carnes
50 – 70
Maçã, laranja
85 – 90
Tomate, morango
90 – 95
Cenoura, batata
80 - 90
Aspargo, lentilha
90 – 95
Arroz cru, milho cru
12 – 15
Leite pó, ovo desidratado
9 – 12
Queijo prato
40 – 45
Pão francês
30 – 35
Leite
87 - 89
Dificuldades na determinação de umidade
• Separação incompleta da água do produto;
• Decomposição do produto com formação de água
além da original;
• Perda de compostos voláteis que serão computadas
como peso em água.
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Água livre
Água ligada
É a água que está
É a água fortemente ligada
fracamente ligada aos
aos constituintes do
constituintes do alimento,
alimento, não funciona
como solvente, é de
é de fácil remoção e
X
difícil remoção e não
funciona como solvente
permite o
permitindo o crescimento
desenvolvimento de
de microrganismos ou
microrganismos ou
ocorrência de reações
reações
químicas
e
químicas e bioquímicas.
bioquímicas.
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Atividade de água
• a razão entre a pressão de vapor de água do alimento (p)
e a pressão de vapor da água pura sob uma mesma
temperatura (po)
aw = p/ po
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Métodos para a determinação de umidade
1. Métodos por secagem
- Secagem em estufa
- Secagem por radiação infravermelha
- Secagem por fornos microondas
2. Métodos por destilação
3. Métodos químicos
4. Métodos físicos
- Absorção de radiação infravermelha
- Cromatografia gasosa
- Ressonância nuclear magnética
- Índice de refração
- Densidade
Métodos por secagem
Secagem em estufas
Método mais utilizado e simples
– Cápsula de alumínio + Estufa
Remoção da água por aquecimento
– O ar quente é absorvido por uma camada fina do alimento
e conduzido para o interior por condução. Como a
condutividade térmica dos alimentos é baixa leva muito
tempo para o calor atingir as porções internas.
Existe alguma condição padrão?
- 6- 18 horas, 100 - 102°C
- Evaporação até peso constante
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Métodos por secagem
Secagem em estufas
• Evaporação por tempos determinado
– Pode resultar numa remoção incompleta da água, se ela
estiver fortemente presa por forças de hidratação, ou se o seu
movimento for impedido por baixa difusividade ou formação
de crosta na superfície.
• Evaporação até peso constante
- Pode ocorrer uma superestimação da umidade por perda de
substâncias voláteis ou por reações de decomposição.
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Fatores que determinam a exatidão do método
de análise
• Temperatura de secagem
Estufa simples: deve ser um pouco acima de 1000C,
para evaporar a água à pressão atmosférica na
Estufa a vácuo: a temperatura pode ser bastante
reduzida (700C), preservando a amostra e evitando a
formação de crostas na superfície, que dificulta a
evaporação da água
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Fatores que determinam a exatidão do método
de análise
• Tamanho das partículas e espessura da amostra
As partículas devem ser moídas com espessuras
menores possíveis para facilitar a evaporação da água
• Peso (2-5g), número e disposição da amostra
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Fatores que determinam a exatidão do método
de análise
• Tipo de estufa
- estufa simples, circulação forçada de ar, vácuo
• Umidade relativa e movimentação do ar na estufa
• Formação de crosta seca na superfície da amostra
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Fatores que determinam a exatidão do método
de análise
• Material e tipo de cápsula
velocidade de evaporação maior em cadinhos de alumínio
do que de vidro e porcelana,maior em cadinhos rasos do
que em fundos e maior em estufas com circulação forçada
do que em estufas simples
• Temperatura de pesagem da amostra
Pesagem deve ser feita somente após esfriar a amostra
completamente em dessecador
• Manuseio do cápsula
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Preparo da amostra para análise
– Líquidos
• Previamente evaporadas em banho-maria até a
consistência pastosa
– Açucarados
• Formam uma crosta dura na superfície, que impede a
saída da água do interior.
• Adição areia ou asbesto misturada na amostra
Preparo da amostra para análise
– Produtos com alto teor de açúcar e carnes com alto teor de
gorduras
Devem ser secos em estufa a vácuo numa temperatura
não excedendo 70ºC.
Preparo da amostra para análise
– Produtos com alto teor de açúcar e carnes com alto teor de
gordura devem ser secos em estufa a vácuo numa
temperatura não excedendo 700C.
Alguns açúcares como a levulose, decompõe a 70ºC,
liberando água.
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Preparo da amostra para análise
- Não serve para amostras com alto teor de voláteis,
como condimentos.
Vai ocorrer volatilização destas substâncias,com
perda de peso na amostra, que será computada
como perda de água.
- Pode haver diferença de até 30C nas diferentes
partes da estufa
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Preparo da amostra para análise
– A reação de caramelização em açúcares liberando água,
durante a secagem, é acelerada a altas temperaturas.
Produtos nestas condições devem ser secados em estufa
a vácuo a 600C
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Preparo da amostra para análise
– Reação de Maillard: durante a secagem em altas
temperaturas esta reação é acelerada.
Ocorre formação de compostos voláteis como CO2 e
compostos carbonílicos, e produtos intermediários como
furaldeído e hidroximetilfurfural. Estes compostos voláteis
serão medidos erradamente como água evaporada em
estufa.
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Preparo da amostra para análise
– Produtos muito higroscópicos: devem ser tampados no
dessecador ao saírem da estufa e após chegar à
temperatura ambiente devem ser pesados rapidamente.
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SECAGEM POR RADIAÇÃO INFRA VERMELHA
• Lâmpada radiação de infra vermelha.
• A distância entre a lâmpada e a amostra deve ser cerca de 10 cm para
evitar decomposição da amostra.
• A espessura da amostra deve ficar entre 20 e 15 mm.
• O tempo de secagem varia com a amostra (20 min para produtos cárneos
e 10 min para grãos).
• O peso da amostra deve variar entre 2,5 e 10 g dependendo do conteúdo
de água da amostra.
• Os equipamentos por secagem em radiação infra vermelha possuem uma
balança que dá a leitura direta do conteúdo de umidade por diferença de
peso.
Vantagens: Boa penetração de calor dentro da amostra
Método rápido
Secagem em forno de microondas
• Método rápido;
•
Não é um método padrão;
• É uma energia eletromagnética;
•
Mecanismos (rotação dipolar e polarização iônica). As
moléculas de água giram na tentativa de alinhar seus
dipolos;
•
Calor é distribuído uniformemente, facilitando a evaporação
da água e evitando formação de crosta na superfície;
Tipos de Amostras
• Alimentos com alta umidade (frutas e vegetais):
Método limitado devido ao superaquecimento –
caramelização (alta concentração de açúcares dissolvidos)
Amostras com 20 g apresentam melhores resultados
•
Sementes e plantas secas:
Amostras de baixa umidade, com proporção de água
ligada relativamente alta e pequeno fluxo de água na
secagem.
Necessário a moagem dos grãos
Tipos de Amostras
•
Carnes:
A presença de gordura diminui a propriedade dielétrica da
amostra, diminuindo a absorção das energias de microondas.
•
Laticínios e alimentos processados:
São amostras uniformes, porém a alta quantidade de sal e
de água ligada pode dificultar.
Métodos de destilação
 Medem diretamente a umidade retirada, captada na
proveta na forma de água líquida
 Requer um controle preciso do processo de destilação
 Mais utilizado para grãos e condimentos que possuem
muita matéria volátil, que é recolhida separada da água no
solvente orgânico. (solvente de ponto de ebulição maior
que da água)
Métodos químicos
Método de Karl-Fisher
• É um processo de determinação de umidade baseado em
reações que ocorrem na presença de água.
• O reagente utilizado é composto por iodo, dióxido de enxofre e
piridina em metanol. A piridina dissolve o dióxido de enxofre. O
iodo é reduzido pelo dióxido de enxofre, na presença da água.
• O reagente não é estável e deve ser padronizado diariamente.
Aplicação: frutas e vegetais desidratados, balas, chocolates, café
torrado, produtos ricos em açúcares e proteínas.
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O método se baseia numa titulação visual ou eletrométrico.
O I2 é reduzido para o I na presença de água. Quando toda água da
amostra for consumida, a reação cessa.
A titulação fornece a água total (água livre + água de hidratação.
O volume de RKF gasto na titulação da amostra é utilizado nos
cálculos do teor de umidade.
Fontes de erros:
1. Extração incompleta da água;
2. Compostos capazes de reduzir o iodo irão interferir;
Ex: Ácido ascórbico
3. Compostos com grupos carbonila e carboxila reagem com metanol
formando água.
Cinzas e conteúdo mineral
Resíduo inorgânico que permanece após a queima da
matéria orgânica, que é transformada em CO2, H2O e NO2
A cinza é constituída principalmente de:
 grandes quantidades: K, Na, Ca e Mg;
 pequenas quantidades: Al, Fe, Cu, Mn e Zn;
 traços: I, F e outros elementos.
Os minerais se apresentam na cinza sob a forma de
óxidos, sulfatos, fosfatos, silicatos e cloretos
Alguns minerais podem ser perdidos por volatilização como:
Composto (temperatura de volatilização):
Carbonato de potássio (900ºC)
Carbonato de sódio (900ºC)
Hg (100-550ºC)
Cd (>450ºC)
Zn e Pb (300 – 1000ºC)
Variação do conteúdo de cinzas totais nos alimentos:
 Cereais: 0,3 – 3,3%
 Produtos lácteos: 0,7 – 6,0%
 Peixes e produtos marinhos: 1,2 – 3,9%
 Frutas frescas: 0,3 – 2,1%
 Vegetais frescos: 0,4 – 2,1%
 Carnes e produtos cárneos: 0,5 – 6,7%
 Aves: 1,0 – 1,2%
 Nozes: 1,7 – 3,6%
 Óleos e gorduras: 0% (óleos e gorduras vegetais) – 2,5%
(manteiga e margarina)
 Leguminosas: 2,2 – 4,0%
 Açúcares e xaropes: 0,0 – 1,2%
Determinação dos constituintes minerais pode ser
dividida em duas classes:
1. Determinação de cinza (total, solúvel e insolúvel);
2. Determinação dos componentes individuais da cinza.
Importância:
1. Cinza total: é indicativo de várias propriedades
a. Índice de refinação para açúcares e farinhas;
Nos açúcares uma cinza muito alta dificultará a
cristalização e descolorização
Na farinha, a quantidade de cinza influirá na
extração.
b. Grau de extração na farinha;
Importância:
c. Indicativo das propriedades funcionais;
gelatina (viscosidade, elasticidade)
d. Estimar o conteúdo de frutas em geléias e doces;
e. Verificação do valor nutricional de alguns alimentos e
rações
alto nível de cinza insolúvel em ácido indica
presença de areia
Importância:
2. Componentes individuais da cinza dividem-se em:
a. indispensáveis para o metabolismo normal e
geralmente constituem os elementos da dieta essencial;
b. aqueles que não possuem nenhuma função ou até
podem ser prejudiciais à saúde.
- provenientes do solo, da pulverização das
plantas com agrotóxicos ou como resíduos de processos
industriais
Outros tipos de classes importantes para a
caracterização da pureza e adulteração de
amostras:
Cinza solúvel e insolúvel em água: estimar a
quantidade de frutas em geléias e conservas
Alcalinidade da cinza: as cinzas de produtos de frutas e
vegetais são alcalinas, enquanto de produtos cárneos e
certos cereais são ácidas. Adulteração de alimentos de
origem animal e vegetal
Cinza insolúvel em ácido: verificar adição de sujeira e
areia em temperos e sujeira em frutas
Cinza total
Cinza seca
Pesar amostra em cadinho (previamente incinerado,
esfriado e tarado);
 Incinerar a amostra em bico de bunsen e em mufla (500 –
600ºC);
 Cinza pronta (não deve existir nenhum resíduo preto de
matéria orgânica);
 Colocar em dessecador, esfriar e pesar;
 A diferença entre o peso do conjunto e o peso do cadinho
fornece a quantidade de cinza na amostra.
Preparação da amostra
Os pesos de amostra variam com o conteúdo de cinzas dos
produtos:
Cereais, queijos e leite: 3 – 5 g;
Açúcar, carne, legumes, vinho: 5 – 10 g;
Sucos, frutas frescas, frutas enlatadas: 25 g;
Geléia, xarope, doce em massa: 10 g.
Amostras líquidas ou úmidas devem ser secas em estufa
antes da determinação. Costuma-se usar a amostra que foi
utilizada para a determinação de umidade.
Preparação da amostra
Produtos ricos em material volátil e gorduras
Aquecer vagarosamente
Evitar o excesso de chama
Perdas por arraste
Queijo gorduroso: adicionar algodão com teor de cinza conhecida
para evitar respingos;
Manteiga: extrair a gordura antes da incineração;
Produtos açucarados: formam espuma, adicionar vaselina ou
azeite de oliva em peq. quantidade.
Tipos de cadinhos
Depende do tipo de alimento e do tipo de análise:
Quartzo: liso por dentro e resistente a halogênio, soluções
neutras e ácidas e temperaturas altas. Pouco resistente a
álcali.
Vycor: vidro especial. Superior ao cadinho de quartzo e
porcelana. (resiste a T > 900ºC). Resiste a maioria dos
compostos químicos, mas não resiste a alcalis.
Porcelana: semelhante ao quartzo nas propriedades. Baixo
preço e matém seu peso constante, mas pode rachar com
mudanças bruscas de temperaturas.
Aço: utilizado para amostras grandes. Baixo preço e alta
resistência.
Platina: é o melhor, mas muito caro. Alta resistência ao
calor, boa condutividade térmica e quimicamente inerte.
Liga ouro-platina: muito caro e resistente até 1.100ºC
Temperaturas de incineração na mufla
525ºC: frutas, carnes, produtos açucarados, vegetais
550ºC: cereais, lácteos (exceção da manteiga – 500ºC)
600ºC: grãos e ração
Tempo de incineração
Varia com o produto e com o método
Especificação somente para grãos e ração (2 horas)
Demais produtos: a carbonização termina quando o material
se torna completamente branco ou cinza e peso constante
Obs.: Quando o tempo está muito prolongado - molhar e
reaquecer até aparecer uma cinza branca
Pesagem da cinza
Cuidado no manuseio do cadinho
Cobrir com um vidro de relógio
 Cinzas higroscópicas – pesar rapidamente
Ex. cinzas de frutas (carbonato de potássio
Cinza úmida
Elementos traços – que podem ser perdidos na cinza seca e
de metais tóxicos
Digestão com ácidos
Ácido sulfúrico: não é um oxidante muito forte e a
decomposição pode demorar, mas pode acelerar o processo
com a adição do sulfato de potássio (aumenta o PE do ácido)
Ácido nítrico: bom oxidante, mas pode evaporar antes da
completa oxidação e também podem formar óxidos insolúveis.
Mistura de ácidos
Amostras ricas em açúcares e gordura: para evitar
formação de espuma. Adiciona-se ácido sulfúrico, ácido nítrico
e peróxido de hidrogênio.
Amostras com proteína e carboidratos e nada de gordura:
mistura de ácido nítrico e ácido perclórico. Cuidado!!!
Explosão.
Ex.: Digestão de grãos de trigo
Mistura de ác. nítrico e 70% perclórico (1:2): (10 min)
Mistura usual 8 horas
Mistura de 3 ácidos (súlfurico, nítrico e perclórico): é
universal, mas requer controle exato da temperatura e de
alguns minerais (voláteis)
Cinza seca X Cinza úmida
Cinza seca:
• Determinação de cinza total, solúvel e insolúvel em água e
insolúvel em ácido;
• Processo lento;
• Maior volatilização em temperaturas altas;
• Pode usar amostras grandes.
Cinza úmida:
•
•
•
•
•
Determinação da composição individual da cinza;
Mais rápida;
Reagentes muito corrosivos;
Necessidade de brancos para os reagentes;
Não serve para amostras grandes.
Análise dos elementos individuais
A cinza obtida por via úmida está pronta para ser
utilizada para análise individual
Métodos:

absorção atômica

emissão de chama

colorimetria

turbidimetria

titulometria