Prévia do material em texto
BROMATOLOGIA AULA 4 Profª Andrea Regina Zacarias Silva 2 CONVERSA INICIAL Vimos anteriormente que a composição centesimal de um alimento é um conjunto de análises que consiste na quantificação do teor de umidade, cinzas (minerais), carboidratos, proteínas, lipídeos e fibras. Esses dados, além fornecerem informações sobre o produto, permitem realizar o cálculo do valor energético do mesmo (Ascar, 1985). Um grama de proteína ou de carboidrato ao serem metabolizados fornecem aproximadamente 4 quilocalorias ao organismo, enquanto que um grama de lipídeo fornece aproximadamente 9 quilocalorias. Sabemos que, para a realização das análises de alimentos, existem dois tipos básicos de métodos: os convencionais, que são aqueles que não utilizam equipamentos sofisticados e geralmente necessitam apenas de vidrarias e reagentes; ou métodos instrumentais, que são aqueles que necessitam de equipamentos mais sofisticados (Cecchi, 1999). As análises bromatológicas exigem um laboratório adequado para a realização dos métodos analíticos, os quais devem dispor de vários recursos para conferir confiabilidade aos resultados que produzem (Granato, 2016). Nesta aula, vamos estudar os métodos utilizados na determinação da composição centesimal dos alimentos. TEMA 1 – DETERMINAÇÃO DE UMIDADE No capítulo 2, vimos que maior parte da composição de um alimento é a água, que é um componente frequente e abundante nos alimentos e participa em diversas reações químicas, bioquímicas e microbiológicas. É necessário relembrar que o conteúdo de água de um alimento é expresso pelo valor obtido na determinação da água total contida no alimento. Porém, esse valor não fornece indicações de como está distribuída essa água no alimento, pois não sabemos se toda ela está na forma livre ou combinada no produto (Bobbio, 2001). Água livre é a aquela que está presente na superfície externa do alimento, fracamente ligada ao substrato e que funciona como solvente, permitindo, portanto, o crescimento dos microrganismos e outras reações. A água combinada encontra-se no interior do alimento e é aquela que está fortemente ligada ao substrato, não funciona como solvente, portanto não favorece o 3 crescimento dos microrganismos e outras reações (Bobbio; Bobbio, 2001; Instituto Adolfo Lutz, 2005). A água que será quantificada efetivamente no alimento dependerá do tipo do método a ser aplicado, porém a água livre será medida com certeza em todos os métodos, pois está fracamente ligada ao substrato e se desprende com facilidade (Bobbio; Bobbio, 2001; Cecchi, 1999) A determinação de umidade é de extrema importância nos alimentos, pois o teor de umidade está diretamente relacionado à conservação do produto. Segundo Cecchi (1999), alguns fatores podem interferir na quantificação de umidade: • Separação incompleta da água do produto; • Decomposição do produto com formação de água além da original; • Perda das substâncias voláteis do alimento que serão computadas com peso em água. 1.1 Métodos por secagem (termogravimétricos) Os métodos termogravimétricos são chamados de métodos indiretos, por meio dos quais se faz a secagem da amostra em estufa até atingir o peso constante. Nesse caso, o teor de umidade é obtido pela diferença entre o peso do alimento úmido e do alimento seco (Ascar, 1985). O método por secagem em estufa é o mais utilizado e fundamenta-se na remoção da água por aquecimento, o qual é feito entre 100-105 °C. É um método lento, que pode levar de 6 a 18 horas até que se atinja o peso constante da amostra (Cecchi, 1999; Instituto Adolfo Lutz, 2005). Aqui cabe uma observação: nos produtos líquidos ou de alto teor de umidade, costuma-se considerar o resíduo seco (sólidos totais), o qual é obtido pela diferença entre o peso total da amostra e o conteúdo de umidade (Cecchi, 1999; Instituto Adolfo Lutz, 2005). Para a realização do método termogravimétrico, são utilizados os seguintes materiais e equipamentos: estufas, que podem ser simples, com circulação de ar ou a vácuo (recomendada para alimentos que sofrem decomposição na estufa simples); cápsulas de porcelana, balança analítica, pinça, espátula e dessecador. As amostras podem ser colocadas em pesa-filtro ou em cápsulas de porcelana, vidro ou alumínio. Aqui cabe lembrar que esses 4 equipamentos e materiais foram estudados no capítulo 3, exceto as cápsulas de porcelana, que estão representadas na Figura 1. Figuras 1 e 2 – Cápsulas de porcelana e de vidro Crédito: Rabbit Mind Photo/Shutterstock; Sukjai Photo/Shutterstock. O procedimento é bastante simples e consiste em pesar em (Instituto Adolfo Lutz, 2005): • Pesar aproximadamente 2 a 10 gramas da amostra em cápsula de porcelana (previamente resfriada em dessecador e tarada); • Aquecer a amostra em estufa a 105oC por 3 horas, retirar e resfriar em dessecador até temperatura ambiente; • Pesar; • Repetir a operação até peso constante da amostra; • Calcular. O cálculo é feito por meio da seguinte fórmula (Instituto Adolfo Lutz, 2005): Umidade % = N x 100 P Onde: N = perda de peso da amostra em gramas (umidade em gramas) P = peso da amostra em gramas 1.2 Métodos por destilação (termovolumétricos) Os métodos termovolumétricos são chamados de métodos diretos e utilizam-se de solventes não miscíveis, por exemplo, o tolueno e o xileno. Nesse caso, o teor de umidade é obtido pela destilação da amostra, em que a água é 5 coletada em um frasco coletor calibrado e realizada a sua leitura em volume (Ascar, 1985). Esse método não é muito utilizado como análise de rotina, mas sua aplicação é mais recomendada para amostras que possuam muita substância volátil (Cecchi, 1999). 1.3 Métodos químicos O método químico mais utilizado é o que usa o reagente Karl Fischer, o qual é composto por iodo, dióxido de enxofre, piridina e um solvente, por exemplo, o metanol. O método está fundamentado na titulação visual ou eletrométrica, a qual utiliza um aparelho com eletrodos de platina (Cecchi, 1999). Esse método proporciona a quantificação da água total (água livre e combinada). O método de Karl Fischer é recomendado para amostras que não dão bons resultados pelo método de secagem a vácuo, para produtos ricos em açúcares e também para produtos com altos níveis de óleos voláteis (Cecchi, 1999). TEMA 2 – DETERMINAÇÃO DE CINZAS As cinzas representam os elementos minerais que estão presentes nos alimentos, podendo variar conforme a origem desses alimentos (vegetal ou animal), por exemplo: o cálcio está presente em alta concentração em produtos lácteos, cereais e nozes; o magnésio encontra-se em nozes, cereais e legumes; o ferro está em alta concentração em carnes, frutos do mar e peixes (Ascar, 1985; Cecchi, 1999). Na determinação das cinzas, acontece a destruição total da matéria orgânica, em que uma parte é eliminada e outra parte é transformada em sais inorgânicos. Portanto, as cinzas podem ser definidas como sendo o resíduo inorgânico que resta após a carbonização (queima) da matéria orgânica (Cecchi, 1999; Ascar, 1985). Dependendo do objetivo da análise, o método pode ser dividido em: determinação da cinza total, determinação dos componentes individuais, cinza solúvel em água, cinza insolúvel em ácido e alcalinidade da cinza. 6 2.1 Cinzas totais As cinzas totais, como o próprio nome diz, têm como objetivo principal quantificar os minerais totais presentes no alimento. Essa análise pode ser feita utilizando-se de dois procedimentos: via seca ou via úmida. Segundo Cecchi (1999), as cinzas totais servem de indicativo para várias propriedades nos alimentos: • Para estimar a quantidade de minerais totais nos alimentos; •Para determinar o índice de refinação de açúcares e farinhas (quanto mais refinada a farinha, menor o teor de cinzas) • Para estimar a quantidade de frutas em geleias e doces de frutas (quanto maior a quantidade de açúcar adicionado, menor o teor de cinzas); 2.1.1 Cinza seca É a técnica mais utilizada para a determinação das cinzas totais, e também é utilizada nas análises de cinza solúvel em água e insolúvel em ácido. O método está baseado da aplicação de altas temperaturas (550-570 °C) para eliminação da matéria orgânica da amostra (Cecchi, 1999; Instituto Adolfo Lutz, 2005). A determinação de cinza seca pode ser feita de duas maneiras: por incineração simples ou por incineração dupla. A incineração simples é a mais utilizada. Esse método é realizado pesando-se aproximadamente 5 gramas da amostra em um cadinho de platina e porcelana previamente incinerado a 500-600 °C, esfriado em dessecador e tarado. A amostra deve ser incinerada na mufla a uma temperatura entre 500- 600 °C até que não reste mais resíduo de matéria orgânica, conforme ilustra a Figura 3 (Cecchi, 1999; Instituto Adolfo Lutz, 2005). Após a incineração da amostra, coloca-se o cadinho no dessecador, o qual deverá ser pesado após atingir temperatura ambiente. O resultado é expresso em porcentagem. 7 Figura 3 – Resultado da incineração: cadinho com cinzas Crédito: VF Pictures/Shutterstock. O cálculo das cinzas é feito por meio da seguinte fórmula (Instituto Adolfo Lutz, 2005): Cinzas % = N x 100 P Onde: N = número de gramas de cinzas P = número de gramas da amostra A incineração dupla consiste em fazer uma carbonização prévia da amostra em bico de Bunsen antes de levar a amostra para mufla, conforme ilustra a Figura 4. Esse procedimento é utilizado quando as amostras tendem a fazer espuma ou a projetar-se para fora do cadinho, por exemplo, açúcares, mel, leite, entre outros (Ascar, 1985). 8 Figura 4 – Carbonização prévia em bico de Bunsen Crédito: J Hhotography/Shutterstock. 2.1.2 Cinza úmida É o método mais utilizado na determinação dos componentes individuais, pois utiliza temperaturas mais baixas (150-350 °C) quando comparada com a cinza seca. O procedimento consiste em fazer a decomposição da matéria orgânica utilizando ácidos, como o ácido sulfúrico ou o nítrico ou a mistura de ambos (Cecchi, 1999). As cinzas obtidas ao final desse processo deverão ser analisadas por meio de métodos específicos para detectar os elementos individuais. 2.2 Componentes individuais Após a obtenção das cinzas por via úmida, serão utilizados métodos adequados, tais como absorção atômica, emissão de chama, colorimetria, entre outros, para detecção dos componentes individuais. A determinação dos componentes individuais das cinzas é indispensável para estimar os minerais 9 essenciais ao metabolismo que estão presentes no alimento e também para detectar aqueles elementos que podem ser prejudiciais à saúde, por exemplo, resíduos minerais tóxicos como chumbo, mercúrio e outros (Cecchi, 1999). 2.3 Cinzas solúveis e insolúveis em água A análise da cinza solúvel em água é importante para a detecção da pureza e adulteração da amostra, por exemplo, estimar a quantidade de frutas em geleias e doces. 2.4 Cinzas insolúveis em ácido É importante para a verificação da adição de matéria mineral a alimentos, como sujeira e areia em temperos, talco em confeitos e sujeira em frutas. 2.5 Alcalinidade das cinzas Essa análise e utilizada para verificar adulteração em alimentos de origem vegetal ou animal, pois as frutas e vegetais possuem cinzas alcalinas e carnes e alguns cerais possuem cinzas ácidas. TEMA 3 – DETERMINAÇÃO DE PROTEÍNAS Como vimos anteriormente, as proteínas são moléculas complexas formadas pela união de aminoácidos, os quais são os elementos necessários para a reparação dos tecidos do organismo. São moléculas muito versáteis podendo desempenhar diversas outras funções, tais como elementos estruturais, fontes de nutrientes e substâncias com atividades biológicas, por exemplo, as enzimas (Ordoñez, 2005). A determinação de proteínas baseia-se na quantificação do nitrogênio presente na molécula, onde a matéria orgânica é decomposta e o nitrogênio existente é transformado em amônia pelo processo de digestão Kjeldahl. Este método foi criado na Dinamarca em 1883 e determina o nitrogênio orgânico total (proteico e não proteico). Baseia-se resumidamente em três etapas: digestão, destilação e titulação (Instituto Adolfo Lutz, 2005; Cecchi, 1999): 10 • Digestão – a matéria orgânica presente na amostra é decomposta com ácido sulfúrico e um catalisador, e o nitrogênio é transformado em sal amoniacal; • Destilação – a amônia é liberada do sal amoniacal pela reação com hidróxido de sódio e recebida numa solução de ácido bórico de volume e concentração conhecidos; • Titulação – determina-se a quantidade de nitrogênio presente na amostra titulando-se o excesso do ácido utilizado na destilação com hidróxido de sódio (Instituto Adolfo Lutz, 2005; Cecchi, 1999). Para converter o nitrogênio dosado em proteína, utilizam-se fatores de conversão. A maioria das proteínas possui aproximadamente um teor de nitrogênio de 16%, o que corresponde a um fator de 6,25. Porém, não se pode utilizar este fator geral (6,25) para todos os alimentos, e, nesse caso, utilizam-se fatores diferenciados, conforme mostra a Tabela 1. Tabela 1 – Fatores de conversão de nitrogênio para proteína Alimento Fator Alimento Fator Farinha de centeio 5,83 Castanha do Pará 5,46 Farinha de trigo 5,83 Avelã 5,30 Macarrão 5,70 Coco 5,30 Cevada 5,83 Outras nozes 5,30 Aveia 5,83 Leite e derivados 6,38 Amendoim 5,46 Margarina 6,38 Soja 6,25 Gelatina 5,55 Arroz 5,95 Outros alimentos 6,25 Amêndoas 5,18 - - Fonte: Instituto Adolfo Lutz, 2005. TEMA 4 – DETERMINAÇÃO DE LIPÍDEOS No capítulo 1 vimos que os lipídeos são compostos quimicamente diversos cuja característica principal é a sua solubilidade em solventes orgânicos (hexano, clorofórmio, éter etc.) Nos alimentos, são classificados como gorduras quando estão no estado sólido ou óleos quando na forma líquida em temperatura ambiente (Srinivasan, 2019). 11 Na maioria das vezes, a determinação de lipídios é feita por meio da extração com solventes orgânicos, por exemplo, o éter etílico e o éter de petróleo, que são os solventes mais utilizados. Os solventes apolares têm afinidade pela fração lipídica do alimento realizando a sua extração. O resíduo obtido não é constituído unicamente por lipídios, mas por todos os componentes que possam ser extraídos pelo solvente, por exemplo, os ácidos graxos livres, as lecitinas, as ceras, os carotenoides, os óleos essenciais entre outros (Cecchi, 1999; Instituto Adolfo Lutz, 2005). Existem vários métodos para determinação de lipídeos, tais como (Instituto Adolfo Lutz, 2005): • Extração com solvente a frio (método de Bligh-Dyer ou Folch); • Extração com solvente a quente (método de Soxhlet e método de Goldfish); • Hidrólise ácida (método de Gerber ou Stoldt- Weibull); • Hidrólise alcalina (método Rose-Gotllieb-Mojonnier). 4.1 Extração com solvente a quente Na maioria das vezes, torna-se mais simples fazer uma extração com solvente a quente em aparelho do tipo Soxhlet, seguida da eliminação do solvente por evaporação ou destilação e posterior pesagem dos lipídeos extraídos (Cecchi, 1999). A extração com solventes orgânicos se torna mais eficiente quando a amostra do alimento passa pelo processo de secagem antes da análise. Esse procedimento facilita a penetração do solvente na amostra (Cecchi, 1999). O aparelho de Soxhlet consiste em um extrator de refluxo de solventes, funciona em processointermitente e é utilizado em amostras de alimentos sólidos. O extrator é acoplado a um condensador e a um balão, conforme mostra a Figura 5 (Gharib, 2018; Instituto Adolfo Lutz, 2005). 12 Figura 5 – Aparelho de Soxhlet Crédito: Sanggar Lukista/Shutterstock. Os materiais e equipamentos para determinação dos lipídios ou extrato etéreo são os seguintes: aparelho extrator de Soxhlet, manta de aquecimento, condensador, balança analítica, estufa, cartucho de Soxhlet ou papel de filtro de 12 cm de diâmetro, balão de fundo chato de 250 a 300 ml com boca esmerilhada, lã desengordurada, algodão, espátula e dessecador com sílica gel. Os reagentes são o éter etílico ou de petróleo (Cecchi, 1999; Instituto Adolfo Lutz, 2005). O procedimento basicamente consiste em pesar de 2 a 5 gramas da amostra em cartucho de Soxhlet ou em papel de filtro. O cartucho ou o papel de filtro com a amostra é transferido para o aparelho extrator tipo Soxhlet, o qual é acoplado ao balão de fundo chato previamente tarado a 105 °C. Em seguida, é adicionado éter em quantidade suficiente para um Soxhlet e meio. Então o extrator é acoplado a um refrigerador de bolas (condensador). O balão é mantido 13 sob aquecimento em chapa elétrica ou manta, e a extração contínua é realizada por 8 ou 16 horas por meio do gotejamento do solvente sobre a amostra (Instituto Adolfo Lutz, 2005). O extrator é projetado de modo que, quando o solvente em torno da amostra for superior à altura máxima do sifão, o líquido transborde para o balão, onde é aquecido e evaporado, completando um ciclo. Ao fim desse período, o cartucho ou o papel de filtro é retirado e o éter é destilado, então o balão com o resíduo lipídico extraído é levado para uma estufa a 105 °C e mantido por cerca de uma hora ou até atingir peso constante. O balão é levado ao dessecador até atingir a temperatura ambiente e pesado. (Instituto Adolfo Lutz, 2005; Gharib, 2018). O cálculo dos lipídeos totais é feito utilizando-se da seguinte fórmula (Instituto Adolfo Lutz, 2005): Lipídeos % = N x 100 P Onde: N = número de gramas de lipídeos P = número de gramas da amostra O método de Goldfish também se baseia na extração dos lipídeos com solvente a quente, porém é um método contínuo, em que a amostra fica em contato direto com o solvente por imersão, o que o torna e mais rápido quando comparado ao método de Soxhlet. A desvantagem desse método é que o contato direto da amostra com o solvente quente pode levar à decomposição desta (Cecchi, 1999). 4.2 Extração com solvente a frio O método de Bligh-Dyer consiste na extração de lipídeos a frio utilizando uma mistura de três solventes: clorofórmio, metanol e água. As vantagens deste método são (Cecchi, 1999): • Realiza a extração de todas as classes de lipídeos, inclusive os polares; • Devido ao fato de não realizar o aquecimento da amostra, esta é preservada de reações indesejáveis; • Pode ser utilizado em amostras com alto teor de umidade. 14 4.3 Extração de lipídeos por meio de hidrólise ácida Esse método é recomendado para amostras em que a gordura está ligada a proteínas e carboidratos, por exemplo, pães e leites (Gharib, 2018). Um exemplo é o método de Gerber, amplamente utilizado em leites e derivados, cuja fração lipídica está na forma de emulsão e associada às proteínas do leite. O método consiste em tratar a amostra com ácido sulfúrico e álcool isoamílico. A quantificação dos lipídeos é realizada em um butirômetro por meio da medição do volume (Cecchi, 1999). 4.4 Extração de lipídeos por meio de hidrólise alcalina O método de Rose-Gotllieb-Mojonnier consiste em separar as proteínas dos lipídios fazendo um tratamento da amostra com hidróxido de amônia e álcool. Em seguida, a amostra é extraída com éter. Também é um método usado para leites e derivados (Cecchi, 1999). TEMA 5 – DETERMINAÇÃO DE FIBRA DIETÉTICA Conforme vimos no capítulo 2, as fibras pertencem a um grupo de substâncias que possuem como característica comum o fato de não serem digeridas pelo organismo humano, podendo ser encontradas em farelos de cereais, farinhas integrais, feijões em frutas e folhas (Srinivasan, 2019). A fibras são privativas do reino vegetal, pois são os constituintes das paredes celulares dos vegetais que não são hidrolisados pelas enzimas do trato gastrointestinal humano. De acordo com ação suas propriedades físico-químicas são classificadas em fibras alimentares insolúveis (FAI) e fibras alimentares solúveis (FAS) (Ordoñez, 2005). A importância da quantificação das fibras alimentares ou também chamadas de fibras dietéticas pode auxiliar na detecção de adulterações e na verificação da qualidade do produto (Gharib, 2018). O método enzimático-gravimétrico para a determinação de fibras alimentares foi criado em 1975 por Hellenboon et al. O fundamento desse método consiste em tratar o alimento com diversas enzimas fisiológicas, por exemplo, proteases e amilases que simulam as condições do intestino humano. A quantificação é feita por gravimetria e permite separar e quantificar o conteúdo 15 total da fração fibra e/ou as frações solúveis e insolúveis (Instituto Adolfo Lutz, 2005). Conforme os estudos e as definições a respeito das fibras dietéticas evoluem, os métodos para a sua determinação também se modificam. Atualmente, os métodos e as técnicas existentes complementam-se tendo como objetivo principal aumentar a sua precisão e rapidez e diminuir custos e basicamente dividem-se em: métodos gravimétricos, e aqui inclui-se o método enzímico-gravimétrico e os métodos químicos (Gharib, 2018). Atualmente, os métodos mais aceitos pela comunidade internacional e as entidades reguladoras, por exemplo, a AOAC (Association of Official Agricultural Chemists) são os enzimático-gravimétricos, sendo inclusive o método recomendado pela Anvisa (Agência Nacional de Vigilância Sanitária) para rotulagem de alimentos (Gharib, 2018). NA PRÁTICA Os carboidratos são abundantes na maioria dos alimentos e, apesar de existirem métodos para a quantificação dos açúcares totais, na prática para efeito da rotulagem nutricional, os carboidratos de uma amostra de alimento são obtidos de forma indireta pela diferença. Ou seja. soma-se a porcentagem de umidade, proteínas, gorduras totais (lipídeos totais), cinzas e fibras e subtrai-se cem, conforme o exemplo da Tabela 2 (Ascar, 1985). Essa prática é prevista na RDC 360/2003, que trata do Regulamento Técnico sobre Rotulagem Nutricional de Alimentos Embalados (Brasil, 2003). Tabela 2 – Composição de uma amostra de ervilha enlatada (100g) Componente % Umidade 82,6 Proteínas 3,5 Gorduras totais 0,3 Fibras 1,5 Cinzas 1,1 Total 89,0 Fonte: Ascar, 1985. 16 Observa-se na tabela acima que as cinco análises representam 89% do total da composição da amostra. Sendo assim, para encontrar o valor dos carboidratos totais, fazemos a seguinte conta: 100 – 89 = 11. Considera-se que o teor de carboidratos totais corresponde a 11% da amostra. FINALIZANDO Como foi possível observar neste capítulo, o laboratório de análises bromatológicas é um ambiente que existem instrumentos e materiais muito peculiares para a área de alimentos. As análises realizadas nesses laboratórios seguem técnicas específicas e precisam oferecer resultados analíticos confiáveis, pois destes resultados muitas vezes depende a segurança do consumidor. Essas análises são de grande importância para a ciência dos alimentos, pois podem ser utilizadas com intuito exploratório em pesquisas, mas também servem para o controle de qualidade das indústrias e na fiscalização dos alimentos. 17 REFERÊNCIAS BRASIL. ANVISA – Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Resolução de DiretoriaColegiada – RDC n. 360, de 23 de dezembro de 2003. Diário Oficial da União, Poder Legisaltivo, Brasília, DF, 24 dez. 2003. ASCAR, J. M. Alimentos: aspectos bromatológicos e legais – análise percentual. São Leopoldo: Unisinos Editora, 1985. BOBBIO, P. A.; BOBBIO, F. Química do processamento de alimentos. São Paulo: Varela, 2001. CECCHI, H. M. Fundamentos teóricos e práticos em análise de alimentos. Campinas: Ed. da Unicamp,1999. GHARIB, N. P. Bromatologia. Porto Alegre: Grupo A, 2018. GRANATO, D. Análises químicas, propriedades funcionais e controle da qualidade de alimentos e bebidas. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2016. INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Métodos físico-químicos para análise de alimentos. Coordenadores Odair Zenebon, Neus Sadocco Pascuet e Paulo Tiglea. São Paulo: Instituto Adolfo Lutz, 2008. ORDOÑEZ, J. A. Tecnologia de alimentos: componentes dos alimentos e processos. Porto Alegre: Artmed, 2005. v. 1. SRINIVASAN, D. Química de alimentos de Fennema. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2019. Conversa inicial Na prática FINALIZANDO