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

Tabela 1. Teores de água de alguns alimentos Teor de água (g/100 g) Carnes 50 – 70 Maçã, laranja 85 – 90 Tomate, morango 90 – 95 Cenoura, batata 80 - 90 Aspargo, lentilha 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.

Água livre Água ligada x É a água que está fracamente ligada aos constituintes do alimento, é de fácil remoção e funciona como solvente permitindo o crescimento de microrganismos ou ocorrência de reações químicas e bioquímicas. É a água fortemente ligada aos constituintes do alimento, não funciona como solvente, é de difícil remoção e não permite o desenvolvimento de microrganismos ou reações químicas e bioquímicas. x

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

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

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.

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 Secagem em cadinho de alumínio mais rápida que de vidor e porcelana, Mais rápido em cadinho raso doque fundo

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 Secagem em cadinho de alumínio mais rápida que de vidor e porcelana, Mais rápido em cadinho raso doque fundo

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 Secagem em cadinho de alumínio mais rápida que de vidor e porcelana, Mais rápido em cadinho raso doque fundo

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 Secagem em cadinho de alumínio mais rápida que de vidor e porcelana, Mais rápido em cadinho raso doque fundo

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 para aumentar a superfície de evaporação. Alguns açúcares como a levulose, decompõe ao redor desta temperatura liberando água.

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. para aumentar a superfície de evaporação. Alguns açúcares como a levulose, decompõe ao redor desta temperatura liberando água.

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.

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

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

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.

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.

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.

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

Composto (temperatura de volatilização): 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: Determinação de cinza (total, solúvel e insolúvel); Determinação dos componentes individuais da cinza.

Importância: Cinza total: é indicativo de várias propriedades 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

Varia com o produto e com o método 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 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 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