Centro Universitário de Belo Horizonte
Curso de Nutrição
Bromatologia
ÁGUA
Profa. Tânia Maria Leite da Silveira
Introdução
• Função vital
• Influência a estrutura de proteínas, açúcares,
lipídeos, acidos nucléicos, etc...
• Interfere na cor, sabor, textura, propriedades
funcionais e nas reações químicas dos alimentos
• Permite o desenvolvimento de microrganismos
Estrutura da Molécula
• Molécula triatômica angular  dois átomos de H e um O
• Estrutura tetraédrica, tem baixo peso molecular (18)
• Pequeno volume
Estrutura da Molécula
 Água como solvente
 volume reduzido  penetra nas estruturas cristalinas e
moléculas de grande dimensão
 alto momento dipolar  participação em ligações covalentes,
dipolo-dipolo, íon-dipolo
 elevada constante dielétrica  solvatação e separação de íons
Estrutura da Molécula
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO
 Ligação Van de Waals
 Ligação entre H e átomos eletronegativos (F, O, N)
 Quanto maior diferença de eletronegatividade, mais estável
 Baixo nível energético – entre 1 e 10 Kcal/mol (O-H 118Kcal/mol)
 Distância entre O e H na água líquida é aprox. 1,2 Å
 O
grande número de ligações água-proteína, águapolissacarídeo  difícil eliminar totalmente a água da
estrutura do alimento
Estrutura da Molécula
Água líquida
 Cada molécula pode se ligar a
outras 4 moléculas
 Agregados: permanente formação
e ruptura; permanente movimento
Estrutura da Molécula
Água no estado de vapor
• Aquecimento  aumento da energia das moléculas 
afastamento e aumento da velocidade de ruptura e formação
das ligações de H
• Temperatura de ebulição – moléculas da superfície fase
vapor
• Calor latente de vaporização – energia necessária para
romper as ligações de H
• Não formam os mesmos sistemas agregados – moléculas
afastadas
Estrutura da Molécula
Água no estado sólido
• Resfriamento de massa de água  diminui energia e os
movimentos moleculares
• Mais ligações de H serão formadas e menos quebradas
• Sistema mais ordenado com menos moléculas circulando
livremente
• Estado cristalino, moléculas com posição fixa
• Distância entre as moléculas maior que no estado líquido
(aumento de 9% do volume)  menor densidade
Estrutura da Molécula
Água no estado sólido
Interação ÁGUA-SOLUTO
PROPRIEDADES DA ÁGUA COMO SOLVENTE
• A água dissolve basicamente três tipos de compostos:
 sais cristalinos: devido a grande constante dielétrica da
água (capacidade de manter 2 íons separados);
 compostos polares não iônicos devido à formação de
pontes de hidrogênio. Ex: açúcares, proteínas,
 compostos anfipáticos: importante em organismos vivos:
compostos tóxicos eliminados através da urina
Interação ÁGUA-SOLUTO
Interação ÁGUA-SOLUTO
• Água e íons ou moléculas com grupos hidrofílicos – diversos
tipos de ligação
• Essa ligações alteram a formação de agregados de moléc. e
água e proporção de água livre
• Soluto com grupos hidrofóbicos
Interação ÁGUA-SOLUTO
Água nos alimentos
• Água total contida no
alimento – não fornece
informação de como a
água está distribuída no
alimento e modo de
ligação
Interação ÁGUA-SOLUTO
Água nos alimentos
 Divergência entre o valor do teor de água e o crescimento de
microrganismos – alimentos com alto teor de água mas é
difícil o crescimento de microrganismos
 Deve-se considerar que a secagem completa se dá em duas
etapas de níveis de energia diferente:
 primeira: eliminação da água consome energia no nível do
calor latente de vaporização
 segunda: necessita maior nível de energia
Interação ÁGUA-SOLUTO
Água livre
 Fracamente ligada ao substrato
 É utilizada como solvente
 Apresenta as mesmas propriedades da água pura
 Permite o crescimento de microrganismos
 Participa de reações químicas
 Pode ser eliminada facilmente
Interação ÁGUA-SOLUTO
Água combinada
 Fortemente ligada ao substrato
 Não é utilizada como solvente
 Presente em pequenas quantidades nos alimentos
 Não permite o crescimento de microrganismos
 Não participa de reações enzimáticas
Atividade de água (aw)
• A relação entre as moléculas de água e outras moléculas e íons presentes
nos alimentos é denominada de atividade de água.
• A Aa ou Aw e é definida em termos de equilíbrio termodinâmico.
• É um número adimensional, resultado da pressão de vapor da água no
alimento pela pressão de vapor da água pura, à mesma temperatura. Varia
numericamente de 0 a 1 e é proporcional à umidade relativa de equilíbrio.
Atividade de água (aw)
Deterioração do alimento
- Crescimento microbiano
- Atividade enzimática
- Reações químicas
Alimentos com mesmo teor de umidade diferem significativamente
em perecibilidade.
Por quê? Atividade de água (Aw ou Aa).
Indica a intensidade com que a água está associada a constituintes
não aquosos.
Atividade de água (aw)
 Relação entre teor de água livre e conservação do alimento
AW = pressão de vapor da água no alimento
pressão de vapor da água pura
à T ºC constante
A pressão de vapor no alimento é menor por alguns fatores:
 Interação com grupos polares dos carboidratos, proteínas,
polímeros, etc.
 Dissolução
açúcares.
de
solutos
micromoleculares
 Água retida nos capilares dos tecidos
como
sais
e
Atividade de água (aw)
• Atividade de Água fornece informação sobre:





Crescimento microbiano
Migração da Água
Estabilidade Química e Bioquímica
Propriedades físicas
Vida útil
Umidade não fornece estas informações
Atividade de água (aw)
Transformação de alimentos em função de Aw
Física
• Empedramento (substâncias cristalinas: sal, açúcar)
• Aglomeração (farinhas)
• Adesão à embalagem
• Redução do escoamento livre
Química
• Oxidação lipídica
• Escurecimento não enzimático
Atividade de água (aw)
• Água pura: AW = 1,0;
• AW = 0,9 – crescimento de microrganismos, diminuição da
velocidade de reações químicas (baixa conc.);
•
AW = 0,4 – 0,8 – aumento da velocidade de reações
químicas e enzimáticas;
• AW = 0,6 – não há crescimento de bactérias;
• AW = 0,3 – zona de absorção primária (monocamada, água
ligada ao soluto diretamente; mais difícil de ser retirada). A
água liga-se diretamente aos solutos (COOH; OH) por
meio de pontes de H.
Atividade de água (aw)
• Aqualab
Atividade de água (aw)
Atividade de água (aw)
Valores de aw mínimos para desenvolvimento de microorganismos
Atividade de água (aw)
Valores de aw mínimos para crescimento de microrganismos
Atividade de água X Temperatura
• Atividade de água é dependente da temperatura
• Temperatura modifica Aw devido a alteração:




ligação da água
dissociação da água
solubilidade de solutos na água
estado da matriz (vítreo vs. amorfo)
• O efeito da temperatura na Aw é específico para cada produto
• Maioria dos produtos modifica em ~0.002aw/°C
Atividade de água X Temperatura
Isotermas de Sorção da Água
• São gráficos que relacionam a quantidade de água de um
alimento com sua atividade de água uma vez alcançado o
equilíbrio e a uma temperatura constante
• Útil para verificar e acompanhar estabilidade de alimentos
no armazenamento, processos se secagem, concentração
e hidratação.
Isotermas de Sorção da Água
• Tipos de isotermas
 Isotermas de adsorção – representa o comportamento
do alimento quando este é adicionado de água
 Isotermas
de
dessorção
–
representa
o
comportamento do alimento quando se retira água do
mesmo.
Isotermas de Sorção da Água
Representação gráfica da isoterma de sorção de um
alimento com faixa ampla de umidade
Isotermas de Sorção da Água
• A maioria das isotermas de sorção de água dos
alimentos apresenta forma sigmóide (forma S ou J),
com pequenas variações conforme a estrutura física, a
composição química, a temperatura e a capacidade de
retenção de água do alimento
• Há alimentos que apresentam uma zona mais plana na
primeira parte da curva: essas curvas, em forma de J,
são típicas de alimentos com grande quantidade de
açúcar e solutos e que apresentam pouca adsorção por
capilaridade, como as frutas e os doces de frutas.
Isotermas de Sorção da Água
Água pode
atuar como
solvente
Água da
camada
primária
Água retida
mecanicamente
– água livre
Isotermas de Sorção da Água
• Quando se coloca o alimento em ambiente com
umidade relativa (UR) superior à umidade relativa de
seu equilíbrio (URE), ele tende a alcançar o equilíbrio,
isto é, absorve água.
• Ao contrário, se o alimento é colocado em um ambiente
cuja UR é inferior URE correspondente ao conteúdo de
água do produto, este cede água mediante o processo
chamado dessorção.
Isotermas de Sorção da Água
• Histerese das isotermas de sorção de água: a isoterma de
adsorção para um determinado produto não é equivalente à
isoterma de dessorção
Os alimentos
com uma aw
determinada, a
uma temperatura
constante, sempre
apresentam maior
conteúdo de água
durante a dessorção
do que na adsorção.
Atividade de água e crescimento
microbiano
Faixa de
Aw
Microorganismos capazes
de se desenvolver
Alimentos com Aw na faixa
indicada
1,00 – 0,95
Pseudomonas, Escherichia,
Proteus, Shigella, Klebsiella,
Bacillus, Clostridium perfringens
e algumas leveduras.
Alimentos muito perecíveis (frutas
frescas, vegetais, carnes, peixe),
lingüiças, salsichas e pães cozidos,
alimentos contendo até 40% de sacarose
e 7% de sal.
0,95 – 0,91
Salmonella, V.
parahaemolyticus, C. Botulinum,
Serratia, Lactobacillus,
Pediococcus, alguns fungos,
Rhodotorula, Pichia.
Alguns queijos (cheddar, suíço,
provolone), carnes curadas (presunto),
concentrado de frutas, alimentos
contendo até 55% de sacarose ou 12%
de sal.
0,91 – 0,87
Muitas leveduras (Candida,
Torulopsis, Hansenula),
Micrococus.
Embutidos fermentados (salames), bolos
confeitados, queijos desidratados,
margarina, alimentos contendo até 65%
de sacarose ou 15% de sal.
Atividade de água e crescimento
microbiano
Faixa de
Aw
Microorganismos capazes
de se desenvolver
Alimentos com Aw na faixa
indicada
0,87 – 0,80
A maioria dos fungos,
Staphylococcus aureus, a
maioria das Saccharomyces
spp., Debaryomyces.
Concentrados de frutas, leite
condensado, xaropes de chocolate e
frutas, farinha, arroz, granulados
contendo 15 a 17% de umidade, bolos de
frutas, presuntos caseiros, foundies e
confeitos açucarados.
0,80 – 0,75
A maioria das bactérias halófilas.
Geléias, marmeladas, marzipã, glacê de
frutas e marshmallow.
0,75 – 0,65
Fungos xerofílicos (Aspergillus
chevalieri, A. candidus, Wallemia
sebi), Saccharomyces bisporus.
Flocos de aveia contendo 10% de
umidade, cremes para recheio, geléias,
marshmallow, melaço, caldo de cana de
açúcar, algumas frutas secas e
castanhas.
0,65 – 0,60
Leveduras osmofílicas
(Saccharomyces rouxii), poucos
fungos (Aspergillus echinulatus,
Monascus, Monascus bisporus).
Frutas secas contendo de 15 a 20% de
umidade: algumas balas, caramelos e
mel.
Atividade de água e crescimento
microbiano
Faixa de
Aw
Microorganismos capazes
de se desenvolver
Alimentos com Aw na faixa
indicada
0,50
Sem proliferação microbiana.
Macarrão e massa similares, contendo
12% de umidade, temperos com 10% de
umidade.
0,40
Sem proliferação microbiana.
Ovo em pó com 5% de umidade.
0,30
Sem proliferação microbiana.
Biscoitos e torradas com 3-5% de
umidade.
0,20
Sem proliferação microbiana.
Leite em pó (2 – 3% umidade), vegetais
desidratados (5% umidade), flocos de
milho (5% umidade), sopas desidratadas.
Análise da umidade
Legal e Necessidade de rotulagem. Limites legais
máximos ou mínimos do teor de umidade presente em
certos tipos de alimentos.
Econômicas. O custo de muitos alimentos depende da
quantidade de água que contêm – água é um
ingrediente barato, e a produção freqüentemente tende
a incorporar tanta água quanto possível em um
alimento, sem exceder o máximo legal.
Qualidade do alimento. A textura, sabor, aparência e
estabilidade dos alimentos depende da quantidade de
água que contêm.
Análise da umidade
Estabilidade
microbiológica.
A possibilidade
de
crescimento de microrganismo nos alimentos depende
do seu conteúdo de umidade. Por esta razão muitos
alimentos são desidratados até a umidade abaixo da
crítica.
Processamento do alimento. Um conhecimento do
conteúdo de umidade é frequentemente necessário
para predizer o comportamento dos alimentos durante
o processamento, por exemplo, mistura, secagem,
escoamento pelos tubos ou embalagem.
MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DE UMIDADE / ÁGUA
• Diretos: procura-se remover a água dos alimentos, seja por
métodos físicos ou químicos, e quantificá-la.
Ex: métodos gravimétricos, destilação azeotrópica,
titulação de Karl-Fischer e métodos de extração
• Indiretos: a umidade não é removida do material. Sua
determinação é feita indiretamente, através da medida de
certos parâmetros que dependem da quantidade de água
ou do número de átomos de hidrogênio presente.
Ex: condutividade, capacitância elétrica, absorção em
microondas, espectroscopia de infravermelho.
DESSECAÇÃO EM ESTUFAS
Princípios: Medida da massa do alimento antes e depois
da remoção da água por evaporação.
Fundamento: a amostra é seca em estufa até evaporação
completa da água.
O aquecimento do alimento é feito em estufas (simples,
ventiladas ou a vácuo).
A pressão atmosférica 1 atm TE água = 100˚C.
Aquece 100-105ºC ou 70ºC a vácuo até peso constante.
TE da água é menor que lipídios, proteínas, carboidratos e
minerais.
Secagem em estufas
• Método simples, reprodutível, o mais utilizado, seca várias
amostras ao mesmo tempo.
• Baixa condutividade térmica dos alimentos  demorado
de 6 a 18 h ou até peso constante, a 100-105ºC.
• Os cadinhos são de porcelana, vidro ou alumínio. A
escolha deve ser apropriada, devem ser manipulados com
pinças, secados em estufa e reservados dentro de
dessecadores.
Secagem em estufas
ESTUFAS
À Vácuo
Com circulação de ar
Simples
ESTUFA COMUM e VENTILADA
• A amostra pesada é colocada em uma estufa por um
tempo e temperatura específicos  geralmente a 105◦C
e/ou até peso constante.
• Estufa comum  maiores variações de temperatura.
• Estufa com circulação de ar forçado  a temperatura
interna é mais uniforme, maior precisão. Menor tempo
de secagem
• Dependendo do alimento - Líquidos - exige pré-secagem
(banho-maria).
ESTUFA A VÁCUO
• Estufa com pressão reduzida (25-100 mmHg)
• A temperatura de ebulição da água é menor quando o
produto é colocado na estufa a vácuo.
• T vácuo em torno de 70-80ºC, preserva mais a amostra e
evita a formação de crostas e reações de decomposição.
Mais exato e preciso.
• Remoção mais completa da água e voláteis
Fatores que afetam a secagem
Dimensões da amostra
A taxa e extensão do conteúdo de umidade removida dependem
do tamanho e forma da amostra, e do quanto foi moída.
Formação de crosta na superfície
Pode levar a resultados errôneos e irreprodutíveis pois a perda
de umidade é restringida pela crosta.
Por esta razão algumas amostras são misturadas com areia seca
para prevenir a formação de crostas.
Fatores que afetam a secagem
Elevação da temperatura de ebulição
Em condições normais a ebulição da água ocorre a 100◦C.
Com solutos presentes, a TE é maior.
A pressão de vapor da água diminui e assim maior
temperatura tem que ser alcançada pra a pressão de vapor
se igualar a pressão atmosférica.
Fatores que afetam a secagem
Tipo de água
Por evaporação a água livre é a removida com mais
facilidade dos alimentos, enquanto que condições mais
severas são necessárias para remover água de estrutura e
ligada.
As condições mais extremas podem causar problemas
devido a degradação de outros componentes dos
alimentos.
Fatores que afetam a secagem
Decomposição de outros componentes dos alimentos.
Se a temperatura de secagem é muito alta, ou se o
processo leva um longo tempo, pode ocorrer decomposição
de alguns compostos sensíveis ao calor.
Isto pode acarretar mudanças na massa da matriz do
alimento e levar a erros na determinação de umidade.
Fatores que afetam a secagem
Decomposição de açúcares  produz água
C6H12O6  6 C + 6 H2O
A água liberada pela reação superestima o resultado.
Hidrólise da sacarose  consome água
sacarose + H2O  frutose + glicose
Subestima o conteúdo de umidade
Fatores que afetam a secagem
• Oxidação de ácidos graxos  ganho de peso.
• Reação de Maillard  reação entre grupos carbonilas
presentes em açúcares e aminoácidos.
Formam substâncias voláteis.
Fatores que afetam a secagem
Volatilização de outros componentes do alimento.
Alimentos freqüentemente contêm outros componentes
que volatilizam durante o aquecimento – substâncias
responsáveis pelo sabor e odor.
Para alimentos com alto teor de compostos voláteis, como
especiarias e ervas, é necessário usar outros métodos
alternativos.
Perda de voláteis  ácido acético, propiônico e butírico;
álcoois; ésteres; aldeídos (conferem sabor).
Fatores que afetam a secagem
Amostras muito úmidas.
Dois estágios de secagem – previne projeção de água
(carrega junto alimento) e evita acumulo de água na
estufa.
Leite – remover a água por banho-maria e depois secar em
estufa.
Estufas de Infravermelho
• Equipamentos com lâmpada que emite radiação IV produz calor; possui balança que dá conteúdo de
umidade por diferença.
• É rápido, preciso e efetivo.
• O calor penetra dentro da amostra.
• Tempo de secagem é curto (10-30 min)
Redução do tempo de secagem (1/3 do total)
Ex: 20 minutos para cárneos; 10 minutos para grãos
• Apenas uma amostra por vez.
Estufas de Infravermelho
• Amostra entre 2,5 e 10g.
• A variação da energia elétrica interfere nos resultados.
• É importante estabelecer a distância da lâmpada I.V. ao
alimento - evitar carbonização.
• Não é oficialmente recomendado pra determinação de
umidade  dificuldade em padronizar o procedimento
 tempo e distância lâmpada-amostra.
• Muito usada pela indústria devido ao curto tempo de
análise e à simplicidade
• O equipamento não é tão caro.
Estufas de Microondas
• A principal vantagem  simples e rápido.
• Método não é padrão.
• Equipamentos com lâmpada que emite radiação
eletromagnética na freqüência de microondas 3MhZ e
30.000Ghz.
Giro na tentativa de
alinhar seus dipolos
com a rápida
mudança de campo
elétrico.
• Gera fricção molecular  cria calor,
transferido por condução e convecção
para as moléculas vizinhas.
A fricção
resultante gera
calor
Aquecimento e
evaporação da
água
• Aquece conjuntamente a superfície e o interior da
amostra - não forma crostas.
• Capacidade: 2-30g de amostra / 2,5-90 minutos.
Secagem em microondas
Rápido, preciso, contêm uma
balança para monitorar
continuamente a perda de peso
do alimento durante a secagem.,
escala digital e
microcomputadores.
Estufas de Microondas
Problemas
Frutas e vegetais - amostras muito úmidas (umidade >
90%): superaquece e caramelizam a amostra.
Sementes e plantas secas (umidade < 10%): o fluxo de
água na secagem é muito pequeno - muita água ligada
Produtos gordurosos - gordura reduz
dielétrica, diminui a absorção de energia.
propriedade
MÉTODOS POR DESTILAÇÃO
Princípios
Medida direta da água, no alimento, por
evaporação.
Aquecimento da amostra na presença de
solvente orgânico imiscível em água.
Água forma uma mistura azeotrópica com o
solvente que será adicionado e é
destilada.
A água evaporada da amostra é coletada
em um tubo graduado, onde é medida.
MÉTODOS POR DESTILAÇÃO
Vantagens
• Determinação direta da água;
• curto tempo de análise para uma amostra;
• elimina-se o efeito da UR
• minimiza reações de decomposição (secagem direta
da amostra) e de oxidação pelo ar,
• aplicável para alimentos com baixa umidade;
• para alimentos contendo óleos voláteis, como ervas ou
condimentos;
• equipamentos são relativamente baratos, fáceis de
operar.
MÉTODOS POR DESTILAÇÃO
Desvantagens
• Destrutível;
• Envolve o uso de solventes inflamáveis;
• Não é aplicável para alguns alimentos.
• Para mais de uma análise é demorado – faz uma analise
por vez
• Outras substâncias podem destilar com a água.
• Dificuldade na leitura do menisco.
• A evaporação da água pode ser incompleta.
• Exige extrema limpeza e secagem da superfície interna
da vidraria.
MÉTODOS QUÍMICOS
Titulação de Karl-Fisher
Produção de gás
MÉTODOS FÍSICOS
• Cromatografia gasosa
• Adsorção de radiação infravermelha
• Ressonância magnética nuclear
• Índice de refração
• Densidade
• Aparelhos baseados em propriedades
elétricas (condutividade elétrica e constante
dielétrica).
• Equipamentos para multicomponentes.