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Universidade Federal do Pampa Curso de Engenharia de Alimentos Química de Alimentos Prof. ª Valéria Terra Crexi Engenheira de Alimentos.

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1 Universidade Federal do Pampa Curso de Engenharia de Alimentos Química de Alimentos Prof. ª Valéria Terra Crexi Engenheira de Alimentos

2 O que é Química de Alimentos? A química de alimentos é um dos tópicos principais da ciência dos alimentos, tratando da composição e das propriedades e estrutura das substâncias em alimentos, bem como das transformações químicas que eles passam durante manipulação, processamento e armazenamento.

3 Alimentos Tecidos biológicos ou derivados de tecidos biológicos Sistemas altamente organizados Condições mantidas para que não ocorra a destruição ou morte destes.

4 Alimentos Submetidos a situações extremas durante os processos: Preservar a qualidade dos alimentos ou modificar suas propriedades - Altas temperaturas - desidratação - congelamento - alta concentração salina - baixo pH - reações químicas

5 Multidisciplinaridades Química de Alimentos QuímicaFísica Engenharia Biologia Reações químicas, físicas e enzimáticas Processos Equipamentos Produtos vegetais e animais

6 Químico de Alimentos O Químico de alimentos ocupa-se do material biológico morto ou moribundo (fisiologia pós-colheita de plantas e pós-morte dos músculos) e das modificações ocorridas por ele quando exposto a diversas condições ambientais.

7 Exemplos -Condições adequadas para a manutenção dos processos vitais residuais durante a comercialização de frutas frescas e vegetais. -Condições de incompatibilidade com os processos vitais quando a preservação do alimento a longo prazo é desejada.

8 - Propriedades químicas de alimentos derivados de tecidos processados (farinhas, sucos de frutas e vegetais, constituintes isolados e modificados, alimentos manufaturados), alimentos provenientes de material unicelular (ovos e microrganismos) Exemplos

9 Estratégias para o estudo da química de alimentos A qu í mica de alimentos est á caracteristicamente relacionada à identifica ç ão dos determinantes moleculares, das propriedades materiais e da reatividade qu í mica de matrizes alimentares, bem como à aplica ç ão efetiva desse à melhora de formula ç ões, processos e estabilidade dos alimentos. Um dos seus objetivos é a rela ç ão de causa efeito e estrutura-funcionalidade entre diferentes classes de componentes qu í micos.

10 A abordagem analítica da química de alimentos inclui quatro componentes, a saber: Determinação das propriedades que são características importantes de um alimento seguro e de elevada qualidade; Determinação das reações químicas e bioquímicas que influenciam de maneira relevante em termos de perda de qualidade e/ou salubridade do alimento; Estratégias para o estudo da química de alimentos

11 Integração dos dois pontos anteriores, de modo a entender como as reações químicas e bioquímicas- chave influenciam na qualidade e na segurança. Aplicação desse conhecimento a várias situações encontradas durante a formulação, processamento e armazenamento de alimentos. Estratégias para o estudo da química de alimentos

12 Exemplos Enlatados a esterilidade comercial, aplicada a alimentos de baixa acidez, significa a ausência de esporos vi á veis de Clostridium botulinum. Isso pode ser traduzido por um conjunto de condi ç ões especificas de aquecimento para um produto espec í fico, em uma embalagem espec í fica. Dados os requisitos de tratamento t é rmico, pode-se selecionar condi ç ões espec í ficas de tempo e temperatura para que se otimize a reten ç ão de atributos de qualidade. Seguran ç a (alimento deve estar livre de qualquer substância qu í mica ou contamina ç ão microbiol ó gica prejudicial no momento de seu consumo):

13 Exemplo Manteiga de amendoim seguran ç a operacional considerada, principalmente como a ausência de aflatoxinas (substâncias carcinogênicas produzidas por algumas esp é cies de fungos). A etapa da preven ç ão do crescimento do fungo em questão pode ou não interferir na reten ç ão de algum outro atributo de qualidade; ainda assim, as condi ç ões que resultam em produtos seguros devem ser empregadas.

14 AtributoAlteração Textura Perda de solubilidade Perda da capacidade de retenção de água Endurecimento Amolecimento Sabor Desenvolvimento de rancidez (hidrolítica ou oxidativa) sabor cozido ou caramelo outros odores indesejados sabores desejados Cor Escurecimento Branqueamento Desenvolvimento de cores desejadas (p.ex., escurecimento em produtos cozidos) Valor nutricional Perda, degradação ou alteração da biodisponibilidade de proteínas, lipídeos, vitaminas, minerais e outros componentes benéficos a saúde. SegurançaGeração de substâncias tóxicas Desenvolvimento de substâncias com efeito protetor a saúde Inativação de substâncias tóxicas Tabela 1: Classificação das alterações que podem ocorrer durante manipulação, processamento, ou armazenamento.

15 Tipo de reaçãoExemplos Escurecimento não enzimáticoProdutos cozidos, secos e de umidade intermediária. Escurecimento enzimáticoFrutas e vegetais cortados Oxidação Lipídeos (odores indesejáveis), degradação de vitaminas, descoloração de pigmentos, proteínas (perda do valor nutricional) HidróliseLipídeos, proteínas, carboidratos, vitaminas,pigmentos. Interação com metais Complexação (antocianinas), perda de Mg da clorofila, catálise da oxidação. Isomerização de lipídeos Isomerização cis trans, não conjugado conjugado Ciclização de lipídeosÁcidos graxos monocíclicos Oxidação e polimerização de lipídeosFormação de espuma durante a fritura Desnaturação de proteínasCoagulação da gema do ov, inativação de enzimas Interligação entre proteínasPerda de valor nutricional durante processamento alcalino Síntese e degradação de polissacarídeosPós-colheita de plantas Alterações glicolíticasPós-colheita do tecido vegetal, pós-morte do tecido animal Tabela 2: Algumas das reações químicas e bioquímicas que podem levar à alteração da qualidade ou segurança dos alimentos.

16 Alterações por Enzimas Ocorrem por enzimas procedentes do próprio produto ou elaboradas por microrganismos. Modificação Organolépticas: Cor, sabor e a textura do produto Enzima em contato com oxigênio atmosféricoAmadurecimento

17 Alterações por Agentes Químicos Escurecimento não enzimático - pigmentação : reação de Maillard

18 Alterações Físicas Temperatura Mudanças de temperatura durante armazenamento Precipitação da lactose (açúcar): recristalização do sorvete

19 Luz Solar Exposição de alimentos a luz – mudança no sabor

20 As rea ç ões listadas na Tabela 3 causam as altera ç ões listadas na Tabela 1. A integra ç ão da informa ç ão contida em ambas as tabelas pode conduzir ao entendimento das causas de deteriora ç ão dos alimentos. A deteriora ç ão de um alimento costuma ser constitu í da por uma s é rie de eventos prim á rios, seguidos de eventos secund á rios (rea ç ões e intera ç ões dos componentes dos alimentos) que, por sua vez, tornam-se evidentes pela altera ç ão de atributos de qualidade.

21 Evento primárioEfeito secundárioAtributo influenciado Hidrólise de lipídeos Ácidos graxos livres reagem com proteína Textura, sabor, valor nutricional Hidrólise de polissacarídeos Açúcares reagem com proteínas Textura, sabor, cor, valor nutricional Oxidação de lipídeos Produtos de oxidação reagem com diversos outros constituintes Textura, sabor, cor, valor nutricional; pode ocorrer a formação de substancias tóxicas Contusões em plantas Ruptura celular, liberação de enzimas, disponibilidade de oxigênio Textura, sabor,cor, valor nutricional Aquecimento de produtos da horticultura Perda de integridade de parede e membrana celulares, liberação de ácidos, inativação de enzimas. Textura, sabor, cor, valor nutricional Aquecimento do tecido muscular Desnaturação e agregação de proteínas, inativação de enzimas. Textura, sabor, cor, valor nutricional. Conversão cis trans em lipídeos Aumento da taxa de polimerização durante fritura Formação excessiva de espuma durante a fritura, diminuição do valor nutricional e biodisponibilidade de lipídeos, solidificação do óleo de fritura. Tabela 3: Exemplos de rela ç ões causa-efeito associadas a altera ç ões em alimentos durante manipula ç ão,armazenamento e processamento.

22 Análise de situações ocorridas durante o armazenamento e o processamento de alimentos Uma vez que já foram descritos os atributos de alimentos seguros e de alta qualidade, as reações químicas relevantes envolvidas na deterioração de alimentos, e a relação entre ambos, pode-se iniciar a consideração sobre a aplicação dessa informação a situações ocorridas durante o armazenamento e o processamento de alimentos.

23 Fatores do produtoFatores ambientais Propriedades químicas dos componentes individuais (incluindo catalisadores), conteúdo de oxigênio, pH, atividade de água, T g e W g. Temperatura (T); tempo (t); composição da atmosfera; tratamentos físicos, químicos ou biológicos impostos; exposição à luz; contaminação; dano físico Tabela 4: Fatores relevantes que controlam a estabilidade de alimentos durante manipula ç ão, processamento e armazenamento. Nota: Atividade de á gua = p/po, onde p é a pressão de vapor da á gua sobre o alimento e po é a pressão de vapor da á gua pura; T g é a temperatura de transi ç ão v í trea; W g é o conte ú do de á gua do produto na T g.

24 Temperatura -Variável mais importante em função de sua grande influência em todos os tipos de reações químicas -Relacionada com a Energia de ativação (ΔE) estado de ativação onde reação pode ocorrer Altas temperaturas, maior energia de ativação e maior velocidade de reação

25 Tempo Durante o armazenamento de um alimento, costuma-se informar sobre qual período se espera que o alimento mantenha um nível específico de qualidade. Tempo em relação ao total das alterações químicas e/ou microbiológicas Que ocorrem durante o tempo de armazenamento Modo como a combinação dessas alterações determinam um prazo para o armazenamento

26 Durante o processamento, existe interesse em se conhecer o tempo necessário de inativação de uma determinada população de microrganismos ou o tempo necessário para que uma reação ocorra, a extensão desejada Exemplos: Escurecimento desejado em batata chips durante fritura Oxidação de lipídeos Escurecimento não enzimático

27 pH - Velocidade de reações químicas e enzimáticas: Valores extremos inibi crescimento de microbiano ou de processos enzimáticos acelerar reações catalisadas por ácidos ou bases

28 Composição Determina quais reatantes estão disponíveis para a reação Qualidade relação existente entre a composição da matéria-prima e a composição do produto acabado.

29 Exemplos - O modo como frutas e vegetais são manipulados no p ó s-colheita pode influenciar no conte ú do de a çú car, e isso, por sua vez pode influenciar no grau de escurecimento obtido durante desidrata ç ão ou fritura;

30 Exemplos - O modo como tecidos animais são manipulados no p ó s-morte exerce influência sobre a velocidade e extensão da glic ó lise e sobre a degrada ç ão de ATP; esses fatores, por sua vez, podem influenciar em tempo de armazenamento, rigidez, capacidade de reten ç ão de á gua, sabor e cor;

31 - A mistura de mat é rias-primas pode resultar em intera ç ões inesperadas, por exemplo, a taxa de oxida ç ão pode ser acelerada ou inibida dependendo da quantidade de sal presente.

32 Atividade de água (a w ) a w influencia fortemente na velocidade de reações catalisadas por enzimas, na oxidação de lipídeos, no escurecimento não enzimático, na hidrólise da sacarose, na degradação da clorofila, na degradação de antocianinas, entre outras.

33 Transição vítrea (Tg) A temperatura de transição vítrea (T g ) de alimentos e o correspondente conteúdo de água (W g ) na T g estão relacionados às taxas de eventos de difusão limitada nos alimentos. propriedades f í sicas de alimentos congelados e desidratados, condi ç ões adequadas de liofiliza ç ão, altera ç ões f í sicas que envolvem a cristaliza ç ão, a recristaliza ç ão, a gelatiniza ç ão e a retrograda ç ão do amido, em para rea ç ões qu í micas limitadas por difusão.

34 Composição da Atmosfera -umidade relativa e ao conteúdo de oxigênio Exemplos: a forma ç ão prematura de pequenas quantidades de á cido deidroasc ó rbico (a partir da oxida ç ão do á cido asc ó rbico) pode resultar em escurecimento pela rea ç ão de Maillard, durante o armazenamento. Embalagens com atmosfera modificada Condições de armazenamento

35 Os qu í micos de alimentos devem ser capazes de integrar informa ç ões sobre atributos de qualidade dos alimentos, rea ç ões de deteriora ç ão a que os alimentos são suscet í veis e fatores que controlam os tipos e as velocidades dessas rea ç ões, a fim de resolverem problemas relacionados a formula ç ão, processamento e estabilidade, durante o armazenamento.


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