Propriedades da água

Prévia do material em texto

Propriedades da Água
Introdução
A água desempenha funções importantes (altamente reativa sendo um importante meio onde as reações se realizam, portadora de substâncias nutritivas, estabilizador de temperatura do corpo, transportador de nutrientes, reagente meio de reação, além de outras.). Pode ocorrer como componente intra e extracelular em vegetais e animais.
Água no alimento
A água na quantidade, localização e estrutura adequada é essencial para o processo;
O teor e a forma como as moléculas de água se encontram nos alimentos serão indicadores de técnicas de armazenamento e conservação, que deverão ser adotadas, a fim de ser evitar a sua rápida deterioração.
Molécula da água
A água é formada por dois átomos de hidrogênio (H positivo), e um átomo de oxigênio (O negativo), gerando uma grande diferença de eletronegatividade, tornando a água uma molécula POLAR.
Possui alta capacidade de formar pontes de hidrogênio com outras 4 moléculas de água através de ligações de H (pontes de hidrogênio) * (F, O e N).
Cada molécula de água pode se ligar com 4 outras moléculas de água, através de forças intermoleculares muito fortes* e isso se dá a capacidade dela de estabelecer pontes de hidrogênio tridimensionais. Essa capacidade pode justificar as propriedades como o alto ponto de fusão e ebulição, tensão superficial, etc. 
*Pontes de H e O (-) e os átomos de H+ de outra molécula de água;
Alto ponto de fusão e ebulição (0º e 100º), momento dipolar. 
Solvente Universal
A estrutura da água permite a interação dela com outras moléculas: “Excelente solvente permitido a dispersão de outra substância em seu meio”
São as responsáveis pelas características especiais da água como solvente:
· Estrutura tetraédrica confere-lhe – Baixa densidade molecular e volume (Permite entrada nas estruturas cristalinas e entre moléculas de grandes dimensões);
· Diferença de cargas resulta – Alto valor de Constante Dielétrica. “Atrapalha” a união de duas moléculas carregadas, fazendo com que elas “grudem” nela. A ação de dipolo da água (áreas demais negatividade nas redondezas do átomo de oxigênio e de positividade nas redondezas dos átomos de hidrogênio) faz esse efeito.
· É A CONHECIDA PROPRIEDADE DE HIDRATAÇÃO OU SOLVATAÇÃO: Quando uma substância iônia é dissolvida em água, os cátions são atraídos pelo lado “negativo” da molécula de água e os ânions pelos lados “positivos”. Este processo é chamado de hidratação ou solvatação. 
Estados físicos da água
Os estados físicos da água dependem da temperatura em que eles vão se encontrar:
· Sólido: 
· Estrutura mais ordenada, sem moléculas livres;
· Distância molecular menor que no líquido (ponte de H unidas entre si);
· Dificuldade de interações químicas (reações químicas;
· Estado cristalino.
· Líquido:
· Distância molecular maior que no estado solido permitindo constante movimento e ruptura;
· Favorece interações químicas;
· Gasoso:
· Com o aquecimento, aumenta-se a energia das moléculas = afastamento= aumento da velocidade de ruptura das pontes de H;
· Moléculas livres e mais afastadas ocupando um maior volume;
· Moléculas da superfície vão passando para a fase de vapor.
Mudança do estado físico
· Fusão e vaporização (ebulição) = Aquecimento;
· Condensação e solidificação = Resfriamento (diminuição gradativa da energia do sistema e assim dos movimentos moleculares;
· Ponto de solidificação = 0ºC (-1ºC, -2ºC etc.)
· Sublimação = Sólido para o gasoso, sem passar pelo estado líquido (Liofilização).
Água nos alimentos
1. A água consegue interagir com outras moléculas levando a alteração das propriedades de ambas.
Ou seja, a adição de sólidos à água resulta em alteração das suas propriedades e também do sólido adicionado.
2. A água interage fortemente com substâncias hidrofilias (afinidade pela água, por meio de ligações iônicas, dipolo dipolo ou covalentes, o que resulta em alterações na estrutura e mobilidade da água e na estrutura e reatividade das substâncias hidrofílicas.
Teor de água e deterioração?
“Maior parte dos métodos de preservação de alimentos baseia-se na remoção da água pela secagem, na redução da mobilidade da água por congelamento, ou ainda, na adição de solutos.”
 Teor de água no alimento – Sensibilidade à deterioração
Como quantificar o teor de água nos alimentos?
· Conteúdo de água é obtido pela determinação do conteúdo total de água contida no alimento (Teor de umidade);
· O valor não nos fornece indicações de como está distribuída a água nesse alimento, como também não permite saber se toda a água está ligada do mesmo modo ao alimento;
· Pode se apresentar de duas formas:
· Água livre e Água ligada.
Água ligada ou combinada
· Água fortemente ligada ao substrato. Presente em quantidades muito pequenas nos alimentos;
· Mobilidade reduzida mais difícil de ser eliminada por métodos de secagem;
· Não é como utilizada como solvente;
· Não está disponível para o crescimento de micro-organismos em para reações químicas e enzimáticas;
· Não se congela a -40 °C;
· Vários graus de ligação:
· Água constitucional: Ligada mais fortemente aos constituintes não aquosos do alimento através de ligações iônicas;
· Água vicinal: entre a constitucional e a multicamadas. Ocupa os sítios mais próximos da maioria dos grupos hidrofílicos presentes nos constituintes não aquoso;
· Água multicamadas: água ligada em menor intensidade que a vicinal. Água ligada de forma mais fraca aos constituintes não aquosas do alimento, mais que possui uma intensidade de ligação com os solutos que não lhe permite comportar-se como água pura.
Água livre
· Água fracamente ligada ao substrato. Principal fração de água presente nos alimentos;
· Funciona como solvente, permitindo o crescimento de micro-organismos reações químicas e enzimáticas;
· Eliminada por secagem convencional com relativa facilidade;
· Congelamento fácil;
· Quais quer alterações na sua quantidade ou forma de ligação com os sólidos afeta a qualidade do alimento;
· Exemplo: textura da proteína da carne. Com a desnaturação da proteína observa-se a perda de capacidade de ligar à água;
· Resultado: carne mais dura.
· Não flui livremente do alimento quando o mesmo é cortado.
 Capacidade de ligar água
· O termo “capacidade de ligar água” é utilizado para descrever a habilidade de uma matriz de moléculas, normalmente macromoléculas, de aprisionar grandes quantidades de água e prevenir a sua exsudação;
· Essa água não flui livremente do alimento;
· São facilmente retiradas pelo processo de secagem;
· É convertida em gelo durante o congelamento
· tem textura do produto;
 	Atividade da água
Vários alimentos com o mesmo teor de água diferindo significativamente em perecibilidade, é possível?
· Ela pode estar presente no alimento, mas não disponível para o crescimento de micro-organismos e reações.
Aa ou aw (Activity Water);
“designar o quanto de água está disponível no alimento, ou seja, para indicar a intensidade com que a água está associada aos constituintes não aquosos.”
· Mede a disponibilidade de água livre no alimento, ou seja, a quantidade de água que pode realmente participar como um agente nos mais diversos processos químicos e biológicos;
· diferente teor de água total no alimento;
· O teor de umidade (água total) do pão é baixo (40%) enquanto sua atividade de água (água livre) é alta (0,96%). 
Atividade de água e conservação do alimento
· Número adimensional;
· Varia de 0 a 1 (água pura);
· Constituintes químicos presentes imobilizam parcialmente a água, diminuindo a sua capacidade de evaporação e sua reatividade química.
· Indicador útil quanto à estabilidade de um produto e sua segurança biológica;
· Relaciona conteúdo de água livre e transformação que ocorrem no alimento – Importante para estudar a estabilidade e a segurança de um alimento.
· Aa > 0,9:
· Alimentos rico em água livre
· Formação de soluções diluídas com os componentes dos alimentos
· Substrato para o crescimento de micro-organismos
· Reações químicas e enzimáticas podem ter sua velocidade reduzida pela baixa concentração dos reagentes.
· Aa0,4 – 0,8:
· Ocorrem reações químicas enzimáticas rápidas pelo aumento da concentração dos reagentes.
· Aa < 0,3:
· Água não utilizável como solvente;
· Reações químicas e enzimáticas lentas;
· Não há crescimento microbiano.
· Os microrganismos necessitam de água disponível para sua sobrevivência!
· Microrganismos não se multiplicam na água pura.
Oxidação Lipídica
1. Baixa atividade de água = alta velocidade = lipídios presentes estarão susceptíveis ao contato direto com o oxigênio;
2. Com o ligeiro aumento da Aw, as moléculas de água passam a se organizar na forma de multicamadas, “protegendo” parcialmente os lipídios do contato direto com oxigênio, resultando na significativa redução da velocidade da oxidação lipídica;
3. Com o contínuo incremento da Aw, essas reações oxidativas voltam a aumentar, uma vez que oxigênio (necessário à oxidação lipídica) passa a ser encontrado dissolvido na água;
4. Em alimentos com elevados valores de água, a ocorrência dessa reação volta a diminuir levemente, a partir do efeito da diluição proporcionando pelo excessivo conteúdo de água livre presente no alimento.
Aw e crescimento de Microrganismos
	aW
	ALIMENTOS
	MICRORGANISMOS
	> 0,98
	Carnes e pescados frescos, verduras, leite.
	Multiplica-se a maioria dos microrganismos que alteram os alimentos e todos os patógenos transmitidos por alimentos.
	0,98 – 0,93
	Leite evaporado, pão, embutidos cozidos
	Multiplicam-se as enterobacteriaceas, incluindo Salmonella, nos níveis superiores desta faixa. Flora de alteração, com frequência bactérias ácidoláctica.
	0,93 - 0,85
	Carne bovina seca, leite condensado
	Multiplica-se Staphylococcus aureus e muitos fungos produtores de micotoxinas. Leveduras e fungos são os microrganismos primários da alteração.
	0,85- 0,60
	Farinhas, cereais, vegetais desidratados
	Não se multiplicam bactérias patogênicas. Alteração por microrganismos xerófilos, osmófilos, halófilos.
	< 0,60
	Confeitos, massas, biscoitos, leite em pó, ovos em pó, etc
	Não se multiplicam os microrganismos embora possam seguir sendo viáveis por muito tempo.
O que acontece com o açúcar quando exposto a alto valor de umidade?
· Devemos lembrar que os alimentos tendem a equilibrar-se om a umidade relativa do ambiente, perdendo ou ganhando água;
· Relação de equilíbrio entre o teor de umidade e Aa (Umidade relativa de equilíbrio) de um alimento é descrita pela ISOTERMA.
Isotermas
· Construção de um gráfico - curva que relaciona a quantidade de água de um alimento com a sua atividade de água, em uma temperatura constante, é considerada uma importante ferramenta de análise e compreensão dos diferentes comportamentos do alimento sob distintas condições experimentais relacionando-se com as alterações físicas e químicas.
· Estes gráficos demonstram importantes informações cujo conhecimento é necessário para o planejamento de inúmeras etapas do processamento de alimentos, como: concentração, secagem ou mesmo a hidratação.
 Isotermas de sorção de água
· A isoterma de sorção em forma a relativa facilidade ou não em se retirar ou adicionar água de um alimento, assim como possibilita a verificação da estabilidade de um alimento, diante de diferentes e possíveis reações e alterações indesejadas durante o seu armazenamento.
· a base do conhecimento das curvas de absorção e dessorção é útil para:
· o processo de secagem;
· a seleção de um equipamento adequado para a secagem;
· o material da embalagem;
· e a previsão de estabilidade durante a vida útil de armazenamento e transporte do produto.
· Curvas representativas do teor de água (g água|g de massa de matéria seca) em função da atividade de água de um alimento, durante sua secagem(dessorção) e hidratação(adsorção), a temperatura constante.
· IMPORTANTE:
· Estudo de estabilidade química alimentos, principalmente durante o armazenamento;
· processos de concentração - secagem ou hidratação;
· formulação de misturas alimentares;
· estudo de tipo de embalagem etc.
I. Zona seca;
a. Água fortemente ligada, não congelável, comporta-se como parte do sólido;
II. Zona intermediária;
III. Zona de alta umidade:
a. Água livre;
b. água congelável disponível como solvente.
Isotermas de sorção de água dos alimentos
· Forma sigmoide (variações conforme a estrutura física, composição química, temperatura e capacidade de retenção de água no alimento);
· Adsorção = quando se coloca o alimento em ambiente com umidade relativa (UR) superior - fixação do vapor de água, tendendo alcançar o equilíbrio, isto é, absorve água;
· Desorção = se o alimento é colocado em um ambiente cuja UR é inferior, corresponde ao conteúdo de água do produto, estes é de água mediante o processo chamado dessorção.
Histerese
· Isoterma de desorção não se sobrepõem a de a adsorção. Esse fenômeno é denominado histerese. diferença existente entre as 2 curvas;
· Em um dado valor de atividade da água, o conteúdo de umidade da amostra é maior durante a desorção do que durante a adsorção;
· Varia com a composição química do alimento, mudanças físicas sofridas durante o processo de eliminação da água, temperatura, velocidade desorção e quantidade de água removida durante a dessorção.
· Nunca utilizar o mesmo valor de Ow para adsorção e desorção.
Aplicação das isotermas de sorção para a tecnologia alimentar
1. Permite avaliar a estabilidade dos alimentos, pois a diminuição da Aw;
a. Freia o crescimento dos microrganismos a valores de 0,6, ou inferiores;
b. Velocidade das reações químicas (enzimáticas ou não) tornam-se mais lentas até cessar completamente a valores compreendidas entre 0,2 e 0,3.
c. Exceção – oxidação lipídica, que é o mínimo a 0,3, mas aumenta a medida que a Aw continua diminuindo.
2. Permite prever a aw de misturas de diversos ingredientes:
a. Sempre há intercambio de água de um componente a outro do alimento para chegar ao equilíbrio;
b. As isotermas permitem conhecer a aw dos componentes da mistura, e consequentemente, a estabilidade de cada um deles e da mistura.
3. Permite estimar o tempo máximo de armazenamento do produto em embalagem. 
4. Pode-se estabelecer o comportamento de um alimento em diferentes condições de armazenamento. 
5. Permite determinar a temperatura ideal de armazenamento de produtos congelados, estabelecendo uma relação entre esta e a aW.
6. Permite melhorar os processos de conservação fundamentados na redução da quantidade de água.
EM RESUMO
· Uma melhor maneira de se conhecer o comportamento higroscópico dos produtos alimentícios em forma de pó, é através das isotermas de sorção.
· O interesse teórico-prático de conhecer as isotermas de produtos desidratados é essencial para estabelecer condições ideais de conservação e do dimensionamento dos equipamentos de secagem e transporte.
Métodos de conservação e atividades de água
· Métodos de conservação de Alimentos – Químicos e Físicos;
· Baseiam-se na baixa mobilização da água, modificando a Aa do meio – retardo ou paralisação da ação microbiana;
· Exemplos:
· Congelamento;
· Liofilização;
· Adição de sal (salga) e açúcar.
	MÉTODO
	PRINCÍPIO
	OBJETIVO
	Congelamento
	Temperaturas a -4ºC ou inferior são usadas para: minimizar o crescimento e atividade dos microrganismos, retardar reações químicas e prevenir a ação enzimática.
	Redução da Aw, pois diminui a água livre, estando todas as moléculas unidas entre si por pontes de H+, mobilidade da água como solvente, dificultando as reações químicas.
	Liofilização (Sublimação)
	Processo de desidratação utilizado em alimentos que apresentam um alto teor de água (leite em pó). Engloba o congelamento e a evaporação dos cristais de gelo diretamente em vapor sem passar pelo estado líquido (Sublimação) o Ponto de sublimação é definido como o ponto no qual a pressão de vapor do sólido se igual a pressão aplicada.
	Redução do teor de água livre e combinada, reduzindo drasticamente a aW.
	Adição de Solutos (Sal e água)
	Leva a uma ligação das moléculas de água livre com estes compostos - redução da fração de água livre no meio.
	Reduzir a disponibilidade da água (Aw) - reduzindo processos químicose microbiológicos de deterioração.