Fundamentos de Bromatologia e Análise de Alimentos

Campo de Ação da Bromatologia

A bromatologia busca:

• Conhecer a composição química e as propriedades físicas de cada produto alimentício, para fins de identificação e conhecimento de seu valor nutritivo.
• Estabelecer normas e métodos capazes de evidenciar as adulterações, falsificações e alterações dos alimentos.
• Estudar a ação dos alimentos sobre o organismo humano.
• Estabelecer quantidades e qualidades de alimentos indispensáveis ao organismo para manutenção do equilíbrio.
• Estabelecer meios de obtenção, produção e conservação dos alimentos.
• Estudar as alterações de que são passíveis os alimentos e os meios para evitá-las.
• Estudar a influência das manipulações tecnológicas sobre os alimentos.

Nutrientes

Substâncias contidas nos alimentos que o organismo utiliza, transforma e incorpora aos seus próprios tecidos para cumprir três finalidades básicas:

• O aporte de energia necessária para que se mantenham sua integridade e o perfeito funcionamento das estruturas corporais.
• A provisão dos materiais necessários para a formação dessas estruturas.
• O suprimento das substâncias necessárias para regular o metabolismo.

Glicídios ou Carboidratos

Fonte primária de energia para o organismo, com liberação de energia química para a formação de ATP.

Principais Funções

• Energética: oxidação da glicose.
• Reserva Alimentar: amido e glicogênio.
• Estrutural: celulose e quitina.
• Genética: pentoses fazem parte do DNA e RNA.

Glicogênio

É encontrado somente nos organismos animais, onde é produzido no fígado, sendo fonte primária de glicídios para os animais. Sua hidrólise dá a glicose.

Celulose

É mais abundante nos vegetais fibrosos e apresenta baixa digestibilidade, salvo para os ruminantes.

Lipídios

Substâncias caracterizadas pela sua baixa solubilidade em água e alta solubilidade em solventes orgânicos. Suas propriedades físicas refletem a natureza hidrofóbica das suas estruturas químicas.

Tipos

• Simples: glicérides, óleos e gorduras; cérides, ceras.
• Complexos: fosfatídeos; cerebrósidos.

Funções

• Reserva de energia e combustível celular.
• Membranas celulares (fosfolipídios e glicolipídios).
• Isolamento e proteção de órgãos.
• Impermeabilizante (ceras).
• Isolante térmico.
• Hormonal (esteroides).
• Antioxidante (vit. A e E).
• Digestiva (sais biliares).

Ácidos Graxos

São substâncias de cadeia longa, saturados ou insaturados, que possuem número par de carbonos, uma vez que são sintetizados a partir da acetil-CoA. Todos os ácidos graxos saturados são sintetizados no organismo a partir da acetil-CoA. Entretanto, os ácidos graxos poli-insaturados são exclusivos dos vegetais, como o ácido linoleico e o linolênico. Os lipídios que contêm ácidos graxos em sua composição são saponificáveis e vice-versa.

Proteínas

Substâncias orgânicas complexas. Unidade básica: aminoácidos (AA).

Estrutura Primária

Sequência linear de aminoácidos.

Estrutura Secundária

Disposição espacial adotada pela cadeia polipeptídica, estrutura helicoidal ou foliar.

Estrutura Terciária

Organização tridimensional da cadeia polipeptídica contendo ou não zonas de estrutura secundária definidas.

Estrutura Quaternária

Resultado de associações não covalentes de unidades proteicas iguais ou diferentes. Estas subunidades se mantêm unidas por forças covalentes, como pontes dissulfeto, e ligações não covalentes, como pontes de hidrogênio, interações hidrofóbicas, etc.

Peptídios

Ligação de diversos aminoácidos, permitindo classificá-los em oligopeptídios e polipeptídios.

Vitaminas

São substâncias de natureza orgânica, cujas estruturas e propriedades são mais ou menos facilmente destruídas pelos agentes físicos e químicos.

• Vitaminas Lipossolúveis: A, D, E, K.
• Vitaminas Hidrossolúveis: B, C.

Minerais

São sais inorgânicos (sódio, cálcio, potássio, ferro). Estão presentes em pequenas quantidades, mas são fundamentais para o funcionamento do corpo. Participam na constituição das enzimas, das vitaminas, das secreções, dos hormônios e fazem o papel de transportadores.

Fatores que Influenciam na Composição Química e Física dos Alimentos

• Tipo de solo.
• Fertilização.
• Variedades.
• Clima.
• Processos culturais ou industriais.

Importância da Análise de Alimentos

• Indústrias: controle de qualidade, controle de processos em águas, alimentos, matérias-primas, produto acabado, embalagens, vida de prateleira.
• Universidades: desenvolvimento de metodologia, controle de processos em pesquisas, prestação de serviços.
• Órgãos Governamentais: registro de alimentos, fiscalização na venda e distribuição.

Classificação da Análise de Alimentos

• Controle de Qualidade de Rotina: checar a matéria-prima que chega, bem como o produto acabado que sai da indústria, além de controlar os diversos estágios de processamento.
• Fiscalização: é utilizada para verificar o cumprimento da legislação, através de métodos analíticos que sejam precisos e exatos e de preferência oficiais.
• Pesquisas: é utilizada para desenvolver ou adaptar métodos analíticos exatos, precisos, sensíveis, rápidos, eficientes, simples e de baixo custo na determinação de um dado componente do alimento.

Métodos de Análise

• Convencionais: não necessitam de nenhum equipamento sofisticado, utilizam apenas vidrarias e reagentes, e geralmente são utilizados em gravimetria e volumetria. Ex: titulação ácido-base, MF, MS.
• Instrumentais: são realizados em equipamentos eletrônicos mais sofisticados. Ex: quantificação de minerais, determinação da atividade de água.

Escolha do Método Analítico

Depende de uma série de fatores:

• Quantidade Relativa do Componente Desejado: os componentes podem ser classificados em maiores (>1%), menores (0,01 – 1%), micros (<0,01%) e traços (ppm e ppb) em relação ao peso total da amostra.
• Exatidão Requerida: métodos clássicos = exatidão 99,9% (composto analisado se encontra >10% na amostra). Quantidade < 10% exige maior exatidão.
• Composição Química da Amostra: presença de substâncias interferentes é muito constante em alimentos. As amostras são complexas, necessitando de uma extração ou separação prévia dos componentes a serem analisados.
• Recursos Disponíveis: muitas vezes não é possível utilizar o melhor método de análise em função do seu alto custo, que pode ser limitado em função do tipo de equipamento ou até mesmo ao tipo de reagente ou pessoal especializado.

Fatores para a Amostragem

• Finalidade de Inspeção: aceitação ou rejeição, avaliação da qualidade média e determinação da uniformidade.
• Natureza do Lote: tamanho, divisão em sublotes e se está a granel ou embalado.
• Natureza do Material em Teste: sua homogeneidade, tamanho unitário, história prévia e custo.
• Natureza dos Procedimentos de Teste: significância, procedimentos destrutivos ou não destrutivos e tempo e custo das análises.

Amostra

É definida como uma porção limitada do material tomada de um conjunto, selecionada de maneira a possuir as características essenciais do conjunto.

Amostragem

É a série sucessiva de etapas operacionais especificadas para assegurar que a amostra seja obtida com a necessária condição de representatividade.

Amostra de Laboratório

Redução da amostra bruta mediante operações conduzidas de maneira a garantir a continuidade da condição de representatividade da amostra.

Amostra para Análise

Porção menor da amostra de laboratório, suficientemente homogeneizada para poder ser pesada e submetida à análise.

Aspectos Fundamentais da Amostragem

• A amostra deve ser representativa da totalidade do alimento.
• A amostra não deve causar prejuízo econômico significativo.
• A parte da amostra a ser analisada numa análise de contraprova deve ser representativa da totalidade da amostra.

Preparação da Amostra de Laboratório

(Redução da Amostra Bruta)

• Alimentos Secos (em pó ou granulados): a redução poderá ser manual ou através de equipamentos.
• Alimentos Líquidos: misturar bem o líquido e retirar porções de diferentes partes do recipiente.
• Alimentos Semissólidos (úmidos, queijos duros e chocolates): ralar e depois quartear.
• Alimentos Úmidos (carnes, peixes, vegetais): picar ou moer e misturar, passar pelo quarteamento, estocar sob refrigeração.
• Alimentos Semiviscosos ou Pastosos (pudins, molhos) e Alimentos Líquidos Contendo Sólidos (compotas de frutas, vegetais em salmoura e produtos enlatados): picar em liquidificador ou bag mixer.
• Alimentos em Emulsão (manteiga e margarina): aquecer a 35ºC em frasco com tampa, agitar.
• Frutas: as frutas grandes – cortar ao meio, no sentido longitudinal e transversal (4 partes). As frutas pequenas podem ser simplesmente homogeneizadas inteiras no liquidificador.

Fatores na Amostragem

Origem Vegetal

• Constituição genética (variedade).
• Estado de maturação.
• Condição de crescimento: solo, clima, irrigação, fertilização, temperatura e insolação.
• Estocagem: tempo e condições.
• Parte do alimento: casca ou polpa.

Origem Animal

• Conteúdo de gordura.
• Idade do animal.
• Parte do animal.
• Raça.
• Alimentação do animal.

Fatores que Influenciam na Pós-Colheita

• Perda ou absorção de umidade.
• Perda dos constituintes voláteis.
• Decomposição química e enzimática.
• Oxidação causada pela aeração durante a homogeneização.
• Remoção de materiais estranhos.
• Ataque por microrganismos, com deterioração das amostras.
• Contaminação com traços de metais por erosão mecânica nos moedores.

Confiabilidade dos Métodos Analíticos

A confiabilidade dos resultados em um método analítico depende de vários fatores:

• Especificidade: relacionada com a propriedade do método analítico em medir o composto de interesse independente da presença de substâncias interferentes.
• Exatidão: mede o quão próximo o resultado de um dado método analítico se encontra do resultado real previamente definido.
• Precisão: é determinada pela variação entre vários resultados obtidos na medida de um determinado componente de uma mesma amostra.
• Sensibilidade: menor quantidade do componente que se consegue medir sem erro.

Tipos de Erros na Análise de Alimentos

• Determinados: possuem um valor definido, podendo ser medidos e computados no resultado final.
• Indeterminados: não possuem valor definido e, portanto, não podem ser medidos, não podem ser localizados e corrigidos.
• Instrumentação: os instrumentos consistem de componentes ópticos e eletrônicos e, portanto, seu funcionamento tende a se deteriorar com o tempo, devendo-se então frequentemente fazer calibrações.
• Analistas: o analista de laboratório deve conseguir determinar com exatidão e precisão componentes presentes em concentrações muito baixas e em matrizes muito complexas.

Repetibilidade

É a expressão de precisão, quando o mesmo operador aplica o mesmo método sobre a mesma amostra, no mesmo laboratório, com os mesmos aparelhos e os mesmos reagentes.

Reprodutibilidade

É a expressão da precisão, quando o método é realizado nas mesmas condições, mas em vários laboratórios diferentes.

Métodos Analíticos

• Weende
• Van Soest
• NIRS

Importância da Água

No Organismo

• Estabiliza a temperatura corporal.
• Transporta nutrientes e dejetos.
• Reagente e meio de reação.
• Estabiliza as configurações poliméricas.

Nos Alimentos

• Textura.
• Aparência.
• Sabor.
• Estabilidade.

Atividade de Água

É a disponibilidade de água para a atividade microbiológica, enzimática ou química que determina a vida de prateleira, sendo medida através da atividade de água.

Três Formas de Água no Alimento

Livre

Está presente nos espaços intergranulares e entre os poros do material. Essa água mantém suas propriedades coloidais e como solvente para compostos cristalinos.

Absorvida

Está presente na superfície das macromoléculas como amido, pectina, celulose e proteína por forças de Van der Waals e pontes de hidrogênio.

De Hidratação ou Ligada

Está ligada quimicamente com outras substâncias do alimento e não é eliminada na maioria dos métodos de determinação de umidade.

Dificuldades na Determinação de Umidade

• Separação incompleta da água do produto.
• Decomposição do produto com formação de água além da original.
• Perda de substâncias voláteis do alimento que serão computadas com peso em água.

Métodos de Determinação de Umidade por Secagem

• Em Estufas

  É o mais utilizado em alimentos, remoção da água por aquecimento.

  Limitações

  • Evaporação por um determinado tempo, remoção incompleta da água.
  • Evaporação até peso constante, superestimação da umidade por perda de substâncias voláteis ou por reações de decomposição.

  A exatidão do método é influenciada por vários fatores:

  • Temperatura de secagem.
  • Vácuo na estufa.
  • Tamanho das partículas e espessura da amostra.
  • Construção da estufa.
  • Número e posição das amostras na estufa.
  • Formação de crosta seca na superfície da amostra.
  • Material e tipo de cadinhos.
  • Pesagem da amostra quente.

  Amostras Líquidas

  Evaporadas em banho-maria até consistência pastosa para então serem colocadas na estufa.

  Amostras Açucaradas

  Formam uma crosta dura na superfície, que impede a saída da água do interior (adição de areia em pó à amostra, para aumentar a superfície de evaporação).

  Limitações do método:

  • Produtos com alto teor de açúcar e carnes com alto teor de gordura não podem exceder 70ºC.
  • Não serve para amostras com alto teor de substâncias voláteis como condimentos.
  • Variação de até 3 ºC nas diferentes partes da estufa.
  • Alguns produtos são muito higroscópicos.

Método de Determinação de Umidade por Destilação

• Vantagens: protege a amostra contra a oxidação pelo ar e diminui as chances de decomposição causada pelas altas temperaturas. Utilizado para grãos, condimentos, erva-mate e mel.
• Procedimento:
  1. Pesar uma quantidade de amostra que contenha entre 2 e 5 ml de água.
  2. Colocar num frasco com o solvente de ponto de ebulição maior que o da água, cobrindo a amostra (geralmente tolueno).
  3. Ligar o frasco no condensador e aquecer.
  4. A destilação chega ao fim quando aparecer, no frasco graduado de coleta, os dois níveis: o de água e o de solvente.
  5. Deslocar a água que fica retida nas paredes de vidro com um fio de cobre em espiral.
  6. Destilar por mais 5 minutos e deixar esfriar para tomar a leitura do volume de água no frasco coletor, que é graduado em ml, com uma precisão de até 1,12 ml.
• Dificuldades do Método:
  • Precisão relativamente baixa do frasco coletor.
  • Dificuldades na leitura de água no vidro.
  • Aderência de gotas de água no vidro.
  • Solubilidade da água no solvente de destilação.
  • Evaporação incompleta de água.
  • Destilação de produtos solúveis em água.

Métodos Químicos de Determinação de Umidade

Emprega o reagente Karl Fischer. O procedimento do método se baseia numa titulação visual ou eletrométrica. Pode ser aplicado em produtos com níveis intermediários de umidade: produtos de padaria, misturas para bolo ricas em gordura e produtos com altos níveis de óleos voláteis.

Métodos Físicos de Determinação de Umidade

• Absorção de radiação infravermelha.
• Cromatografia gasosa.
• Ressonância nuclear magnética.
• Índice de refração.
• Densidade.

Cinza

É o resíduo inorgânico que permanece após a queima da matéria orgânica que é transformada em CO₂, H₂O e NO₂.

Importância da Medida do pH

A medida do pH é importante para:

• Deterioração do alimento com crescimento de microrganismos.
• Atividade das enzimas.
• Textura de geleias e gelatinas.
• Retenção do sabor-odor de produtos de frutas.
• Estabilidade de corantes artificiais em produtos de frutas.
• Verificação do estado de maturação de frutas.
• Escolha da embalagem.

Fontes de Erros na Medida do pH

• Alcalino.
• Ácido.
• Tampão utilizado.
• Temperatura.
• Desidratação da membrana de vidro.

Acidez Titulável

Ácidos orgânicos presentes nos alimentos influenciam o sabor, odor, cor, estabilidade e a manutenção de qualidade. A acidez total em relação ao conteúdo de açúcar é útil na determinação da maturação da fruta.

Aplicações da Acidez Titulável

• Valor nutritivo, manutenção do balanceamento ácido-base no organismo.
• Indicação de pureza e qualidade em produtos fermentados como vinhos.
• Indicação de deterioração por bactérias com produção de ácido.
• Indicação de deterioração de óleos e gorduras pela presença de ácidos graxos livres provenientes da hidrólise dos triacilgliceróis.
• Critérios de identidade de óleos e gorduras pela caracterização dos ácidos graxos presentes.
• Estabilidade do alimento/deterioração: produtos mais ácidos são naturalmente mais estáveis.

Tipos de Acidez

• Compostos naturais dos alimentos.
• Formados durante a fermentação ou outro tipo de processamento.
• Adicionados durante o processamento.
• Resultados de deterioração de alimento.

Acidez Titulável: Definição e Procedimento

É a quantidade de ácido de uma amostra que reage com uma base de concentração conhecida. O procedimento é feito com a titulação de uma alíquota da amostra com uma base de concentração conhecida utilizando fenolftaleína como indicador do ponto de viragem.

Determinação de Carboidratos

A determinação de carboidratos pode ser feita por índice de refração, um método bastante simples e rápido, realizado no refratômetro, baseado no ângulo de refração da amostra.

Lipídios

São compostos encontrados em organismos vivos geralmente insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos (óleos, gorduras, ceras, esteroides, vitaminas lipossolúveis, fosfolipídios).

Métodos para Quantificação de Lipídios

Extração com Solvente Quente

Baseado em três etapas:

• Extração da gordura da amostra com solvente.
• Eliminação do solvente por evaporação.
• A gordura extraída é quantificada por pesagens.

A eficiência da extração depende de:

• Eliminação da umidade da amostra.
• Tamanho das partículas.

Método de Soxhlet

É um extrator que utiliza refluxo de solvente, utilizado somente com amostras sólidas.

Vantagens

A amostra não fica em contato com o solvente muito quente, evitando decomposição da gordura.

Procedimento

1. Pesar em torno de 2 a 5g de amostra finamente moída em papel filtro.
2. Fazer um pacote com a amostra e colocar no cartucho de Soxhlet e preencher o cartucho com algodão, até cobrir toda a amostra.
3. Secar em estufa a 105 graus, por duas horas.
4. Pesar um balão de fundo chato, já com pérolas de ebulição, previamente seco a 105 graus e mantido em dessecador.
5. Colocar o cartucho dentro do aparelho extrator de Soxhlet.
6. Conectar o extrator de Soxhlet ao balão e adicionar 250ml de éter de petróleo.
7. Conectar o conjunto ao extrator.
8. Ligar a chapa aquecedora e manter em aquecimento por longo período (8 horas com 4 a 5 gotas/s).
9. Retirar o conjunto e evaporar o éter contido no balão.
10. Colocar o balão na estufa a 105 graus por 1h.
11. Resfriar no dessecador e pesar o balão.

Método de Goldfich

É um método que também utiliza o refluxo de solvente para extração.

Desvantagem

O solvente muito quente em contato com a amostra acarreta degradação da gordura.

Extração com Solventes a Frio

Método de Bligh-Dyer

Usa três solventes: clorofórmio + metanol + água.

Procedimento

1. Pesar entre 3 e 3,5g de amostra finamente moída e homogeneizada.
2. Adicionar exatamente 10 ml de clorofórmio, 20 ml de metanol e 8ml de água destilada.
3. Transferir a amostra para o funil de separação.
4. Tampar o funil e agitar a cada 3 min, lentamente, em movimentos circulares (totalizando 30 min).
5. Adicionar exatamente 10 ml de clorofórmio e 10ml de solução de sulfato de sódio 1,5%.
6. Agitar lentamente por 2 min em movimentos circulares.
7. Deixar separar as camadas naturalmente.
8. Se considerar necessário, succionar a camada metanólica superior e descartar.
9. Filtrar a camada contendo o diclorometano em papel filtro (contendo 1g de Na₂SO₄), recebendo o filtrado em um frasco.
10. Pipetar 5ml do filtrado com pipeta volumétrica e transferir para uma cápsula de porcelana previamente seca a 105 graus.
11. Evaporar o solvente em estufa a 105 graus, esfriar em dessecador e pesar.

Métodos por Hidrólise Ácida e Alcalina

Método de Hidrólise Ácida

Usado em produtos em que a gordura está ligada a proteínas.

Método de Gerber

Usado somente para leite e produtos lácteos. A hidrólise é feita com ácido sulfúrico. A separação da gordura é feita através da adição do álcool isoamílico. Após a digestão, a amostra é centrifugada em um butirômetro e a gordura é separada a 70 graus.

Procedimento

1. Colocar no butirômetro de Gerber 10 ml de H₂SO₄.
2. Acrescentar exatamente 11ml de leite e 1ml de álcool isoamílico.
3. Limpar o gargalo e arrolhar bem o butirômetro com rolha de borracha limpa e seca, associando ligeira pressão com torção.
4. Agitar o butirômetro envolvido em uma toalha até promover a completa digestão da amostra.
5. Colocar durante 15 min em banho-maria a 65 graus com o bulbo para baixo.
6. Centrifugar por 4 a 5 min.
7. Pegar a amostra centrifugada e, com o auxílio da rolha do butirômetro, ajustar a parte inferior da gordura separada ao zero da escala da haste graduada do aparelho.

Determinação de Proteínas

Análise de Carbono

• Digestão mais fácil do que para o nitrogênio.
• Menores erros no resultado por causa da maior quantidade em relação ao nitrogênio.
• Fator de correção mais constante que para o nitrogênio.
• Maior dificuldade em separar os carbonos pertencentes à proteína dos carbonos de outros componentes.

Análise de Nitrogênio

• É a determinação mais utilizada.
• Considera que as proteínas têm 16% de nitrogênio em média (vai depender do tipo de proteína).
• Fator geral na transformação de nitrogênio para proteína é de 6.25.
• Este fator de conversão causa erros quando o conteúdo em N de um alimento é muito diferente de 16%.
• Nestes casos, existem os fatores de conversão específicos para cada alimento.

Método de Kjeldahl

Digestão

1. Pesar 500mg da amostra em papel manteiga.
2. Colocar no tubo de digestão de proteína.
3. Adicionar 2,5g de sulfato de sódio.
4. Verter 12 a 14ml de solução sulfocúprica.
5. Realizar a digestão no digestor de proteínas.

Destilação

1. Colocar 12 ml de ácido bórico 4% em Erlenmeyer de 250ml.
2. Adicionar 40ml de água destilada e 3 gotas de indicador Tashiro.
3. Colocar o Erlenmeyer na ponta de saída do destilador, de modo que a ponta fique submersa no líquido.
4. Colocar o tubo com a amostra digerida no destilador.
5. Através do funil introdutor do aparelho, adicionar 55-60ml da solução de NaOH a 40%.
6. Destilar até 125ml com a ponteira mergulhada e mais 25ml com a ponteira fora da solução.

Titulação

1. Colocar ácido sulfúrico 0,1 N na bureta.
2. Titular a solução destilada até a viragem da cor verde para roxo.

Carboidratos

São os componentes mais abundantes e amplamente distribuídos entre os alimentos. Sua determinação nos alimentos é importante porque eles têm várias funções:

• Nutricional.
• Adoçantes naturais.
• Matéria-prima para produtos fermentados.
• Principal ingrediente dos cereais.
• Propriedades reológicas da maioria dos alimentos de origem vegetal (polissacarídeos).
• Responsáveis pela reação de escurecimento em muitos alimentos.

Métodos

• Munson-Walker (gravimétrico).
• Lane-Eynon (titulométrico).
• Somogyi-Nelson (espectrofotométrico).
• Métodos Cromatográficos.
• Métodos Ópticos.

Método de Lane-Eynon

1. Pesar 1 a 25g de amostra em um béquer.
2. Transferir para um balão volumétrico de 250ml com o auxílio de 50ml de água.
3. Adicionar 5ml de ferrocianeto de potássio a 15% e 5ml de acetato de zinco a 30%, agitar e completar o volume (250ml), agitar.
4. Filtrar, recebendo o filtrado em frasco eco.
5. Colocar o filtrado em uma bureta.
6. Pipetar para um frasco de titulação 5ml de solução A e 5ml de solução B de Fehling.
7. Adicionar 40ml de água e pérolas de ebulição.
8. Aquecer até a ebulição.
9. Titular com a solução da amostra, usando no final, como indicador, azul de metileno a 1% até desaparecimento da coloração azul (aparecerá um resíduo vermelho tijolo).