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1
importância da determinação da humidade nos alimentosrazões legais e de rotulagemmotivos económicos
água é um ingrediente baratoestabilidade microbianaqualidade alimentar
textura, sabor, aspecto e estabilidadeoperações de processamento
mistura, secagem, bombagem, embalagem
2
teor em humidade de um alimento
w
am
% humidade = x 100m
m
mw – peso da águamam – peso da amostra
peso da água relacionado com o nº de moléculas (nW)
w ww
A
m = n M
N
Mw – peso molecular da águaNA – nº de Avogadro (6.02x1023 moléculas/mol)
teor em humidade de um alimentopode ser determinado por pesagem da massa de moléculas de
água presentes numa massa conhecida de amostramétodo tem dificuldades e limitações de aplicação rigorosa
desenvolvimento de métodos alternativos baseado em outras propriedades da água presente nos alimentos
importância da estrutura dipolar e da capacidade de formar pontes de H
preferência por métodos que determinam humidade em excesso (decomposição de componentes orgânicos e volatilização de compostos voláteis)
3
teor em humidade de um alimentocaracterísticas da água utilizadas para determinação da
humidade:ponto de ebulição relativamente baixopolaridade elevadacapacidade de reagir de forma específica com outros
compostos químicosespectro de absorção característicopropriedades físicas características
densidadecompressibilidadecondutividade eléctricaíndice de refracção
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moléculas de água podem estar presentes num alimento em diferentes ambientes moleculares
água livrecada molécula está rodeada apenas por outras moléculas de
águapropriedades físico-químicas iguais às da água pura
ponto de fusãoponto de ebuliçãodensidadecompressibilidadecalor de vaporizaçãoespectro de absorção
água em capilareságua retida em canais estreitos formdos entre componentes
do alimentoretida por capilaridade
água retidaem espaços rodeados por barreiras físicas
célula, gota numa emulsão, ...maioria da água nestas formas envolvida em ligações com
outras moléculas de águapropriedades semelhantes às da água livre
ambientes moleculares
5
água fisicamente ligadaem contacto molecular com outros constituintes do alimento
proteínashidratos de carbonosais minerais
propriedades diferentes daquelas da água livre
ambientes moleculares
água quimicamente ligadacomo água de cristalização ou sob a forma de hidratos
NaSO4.10H2Oligações mais fortes que aquelas entre moléculas de água
propriedades físico-químicas muito diferentes daquelas da água livre
ponto de fusão mais baixoponto de ebulição mais altomaior densidademenor compressibilidadecalor de vaporização mais elevadoespectro de absorção diferente
ambientes moleculares
6
nos alimentos, água pode estar sob forma:sólidalíquidagasosa
frequentemente, mais interessante determinar água em apenas uma das formas ou ambiente molecular que água total
mais relevente para crescimento microbianorelevante para processamento do alimento...
diversas técnicas analíticas permitem determinar a fracção relativa de água em diferentes ambientes moleculares
apenas água livre rigorosamente medida em todos os métodosresultados de teor de humidade devem vir acompanhados da
indicação do método e das condições
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preparação da amostraimpedir perca ou ganho de água
minimizar exposição à atmosferaevitar flutuações de temperatura
quando a amostra estiver contida num recipienteminimizar o espaço de cabeça
minimizar perca por fricção durante a trituração
Métodos por evaporaçãomedição da massa de água numa massa conhecida de amostra
medição da massa do alimento antes e depois da remoção da água por evaporação
ponto de ebulição da água inferior ao da maioria dos outros constituintes dos alimentos
inicial seca
inicial
- % humidade = x 100
M M
M
Minicial – massa da amostra antes da secagemMseca – massa da amostra após secagem
8
sólidos totaisparâmetro relacionadomedida da quantidade de material restante após evaporação
da água
seca
inicial
% sólidos totais = x 100M
M
Métodos por evaporação
% sólidos totais = 100 - % humidade
para obter medições rigorosasnecessária remoção completa da água, sem alterar a massa
do alimentodifícil
temperaturas elevadas ou tempos longos podem alterar massa do alimento
alterações químicas ou volatilizaçãocondições de trabalho padronizadas relativamente à
temperatura e tempo
Métodos por evaporação
9
Equipamentoestufas de convecção e de circulação forçada
amostra pesada e colocada na estufa durante um determinado período a uma temperatura fixa
massa seca determinadaOU
amostra seca até alcançar uma massa constante
energia aplicada directamente na amostra através do tabuleiro e do ar circundante
nas estufas de convecção são frequentes as variações de temperatura
uso de estufas de circulação forçada
Métodos por evaporação
Equipamentoestufas de convecção e de circulação forçada
não adequadas para secagem de alimentos com teores elevados de hidratos de carbono
podem sofrer reacções químicasnão adequadas para alimentos que contenham outros
compostos voláteis, para além da água
Métodos por evaporação
10
Equipamentoestufas de vácuo
amostra pesada e colocada numa estufa a pressão reduzida, durante um determinado período de tempo a uma temperatura fixa
3.33 – 13.33 kPadetermina-se peso seco
energia é directamente aplicada na amostra através do tabuleiro metálico
humidade libertada é retirada para fora da estufa por tubagens
Métodos por evaporação
Equipamentoestufas de vácuo
sob vácuo, ponto de ebulição da água é reduzidoevaporação mais rápida ou possibilidade de utilizar
temperatura mais baixaminimiza degradação
Métodos por evaporação
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Equipamentoestufas de micro-ondas
amostra pesada e colocada numa estufa durante um determinado período a uma certa potência
determina-se peso secoalternativamente, amostra seca até alcançar peso constante
existem estufas equipadas com balançasvantagens:
uso fácil e rápidonecessário padronizar o procedimento e assegurar
aquecimento uniforme da amostra
Métodos por evaporação
Equipamentoestufas de micro-ondas
amostra misturada com NaCl e óxido de ferroNaCl impede que amostra salpique para fora do
recipienteóxido de ferro absorve fortemente radiação e acelera
secagem
Métodos por evaporação
12
Equipamentoestufas de micro-ondas
Métodos por evaporação
Equipamentolâmpadas de IV
amostra colocada sob lâmpada de IVregista-se variação de peso em função do tempo
método rápido (10 – 25 min) e baratofrequentemente usado na indústria
para haver reprodutibilidade:controlo da distância entre a lâmpada e a amostra e das
dimensões da amostrapadronização difícilmétodo não oficialmente reconhecido
Métodos por evaporação
13
dimensões da amostravelocidade e extensão da remoção de água dependem de:
tamanho da amostraforma da amostragrau de trituração da amostra
quanto maior a superfície exposta, mais rápida a evaporação
Métodos por evaporação
formação de crosta e aglomeraçãoalgumas amostras tendem a aglomerar ou a formar uma crosta
semi-permeável durante a evaporaçãoresultados falsos e não reprodutíveis
amostra misturada com areia seca impede formação de crosta e aglomeração
Métodos por evaporação
14
aumento do ponto de ebuliçãona presença de solutos, ponto de ebulição da água aumenta
diminuição da pressão parcial de vapornecessário atingir temperatura mais alta para que a
pressão de vapor do sistema iguale a atmosféricaperca de água mais lenta
ponto de ebulição da água na presença de solutos:
Métodos por evaporação
b 0T = T + 0.51 m
Tb – p. e. da água com solutosT0 – p. e. da água puram – molalidade do soluto (mol/kg solvente)
tipo de águaágua interage com outros componentes da amostra
água livre facilmente removida por evaporaçãocondições mais extremas necessárias para remover água
ligada química ou fisicamentepodem conduzir à degradação de outros ingredientes
Métodos por evaporação
15
decomposição de outros componentestemperatura muito elevada ou demasiado tempo de operação
decomposição de componentes termosensíveisalteração no peso da amostraerros na determinação da humidade
ex:decomposição de hidratos de carbono
água libertada na reacção não é aquela que se pretende determinar
sobrestimação do valor real
Métodos por evaporação
C6H12O6 6C + 6H2O
decomposição de outros componentesreacções químicas que ocorrem a temperatura elevada originam
absorção de águaex:
hidrólise da sacarose
subestimação do valor realalimentos susceptíveis a termodecomposição analisados por
outros métodosfísicos ou químicos
Métodos por evaporação
sacarose + H2O frutose + glucose
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volatilização de outros componentesoutros compostos voláteis perdidos durante aquecimento
aromas, saboresácidos acético, propiónico e butíricoálcoois, ésteres, aldeídos
na maioria dos alimentos existem em pequenos teoresperca ignorada
alguns alimentos possuem quantidades significativasespeciarias, ...métodos alternativos
físicos, químicos, destilação
Métodos por evaporação
amostras com elevados teores de humidadesecas em 2 fases
impedir que salpique e provoque acumulação de humidade na estufa
água arrasta outros componentesmaior eficácia do processo
Métodos por evaporação
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variações de temperatura e potênciaexistem variações no interior da aparelhagem
eficácia da secagem dpende da localização da amostra no interior do equipamento
necessário minimizar as variaçõesconstrução do equipamento e procedimento
operacional
Métodos por evaporação
recipientes para amostrautilização de recipientes apropriados
podem ter tampa ou nãorecomendada utilização de descartáveis, sempre que possível
manipulação correcta dos recipientesrecipientes de alumínio são baratos e bons condutores
térmicosdevem ser manejados com pinças
impressões digitais contribuem para pesorecipientes devem ser secos numa estufa e guardados em
exsicador antes de utilizar
Métodos por evaporação
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vantagens:precisãobaixo preçofacilidade de utilizaçãométodos oficiais para muitas aplicaçõespossibilidade de analisar simultaneamente diversas amostras
desvantagens:destrutivosnão utilizável em alguns alimentoslentos
Métodos por evaporação
equipamento para análises rápidasbalanças digitais com aquecimento
amostra colocada num recipiente de alumínio ou num papel de filtro
aquecida por programa de aquecimento controladoaparelho regista automaticamente variação de peso
teor de humidadeteor de sólidos
resultados em poucos minutosutilização industrial e em laboratóriométodo não oficial
resultados comparáveis aos dos métodos de referência
Métodos por evaporação
19
ex:determinação em estufa comum
secar cadinhos e tampas30 min, estufa a 130 ºCarrefecer no exsicador
pesaradicionar ~2 g de amostra
pesarpreparar duplicado nas mesmas condições
colocar cadinhos (tampa ao lado) na estufa6 – 7 h, 130 ºC
tirar cadinhos da estufa e taparevitar absorção de humidade
Métodos por evaporação
ex:arrefecer no exsicador
15 – 20 minpesar e recolocar na estufa
30 minarrefecer no exsicador e pesar
se peso constante, fazer cálculosse peso variar, repetir procedimento de secagem na
estufa até peso constante
Métodos por evaporação
20
Métodos por destilaçãomedição directa do teor de água removida por evaporação
aquecimento de uma amostra previamente pesada (Minicial) na presença de um solvente orgânico, imiscível com a água
água da amostra evapora e é recolhida num tubo graduado
determinação do peso (Mágua)
água
inicial
% humidade = x 100M
M
2 métodos possíveisdestilação directa
solventes imiscíveis de ponto de ebulição superior ao da águaamostra aquecida no solvente
destilação com refluxomais usadatolueno mais usado
Métodos por destilação
21
ex:método de Dean e Stark
amostra de peso conhecido colocada num balão junto com um solvente orgânico
xileno ou toluenoinsolúvel em águap. e. superior ao da águamenos denso que a águaseguro
balão ligado a um condensador
Métodos por destilação
ex:método de Dean e Stark
balão é aquecidoágua contida na amostra evapora
arrefecida e condensada no condensadorpinga para o tubo graduado
destilação parada quando não se recolhe mais água no tubolê-se volume de água no tubo
Métodos por destilação
22
ex:método de Bidwell-Sterling
destilação com refluxo e um solvente menos denso que a água
toluenotolueno entra em ebulição
forma emulsão com a água, na forma de vaporemulsão condensa
emulsão inverte e torna-se tolueno disperso em águaao arrefecer, turvação desaparece
Métodos por destilação
factores que podem conduzir a falsos resultados:podem formar-se emulsões entre a água e o solvente
difícil separaçãogotículas de água podem aderir às paredes de vidropode ocorrer decomposição de amostras termosensíveis
Métodos por destilação
23
vantagens:aplicável a alimentos com baixo teor de humidadeaplicável a alimentos com óleos voláteis
especiarias, ...óleos dissolvidos no solvente orgânico e não interferem
na medidamétodo aprovado pela AOAC para:
especiarias, queijo, rações animaisbons resultados em:
frutos secos, óleos e cerasequipamento relativamente barato e fácil de operarmenor decomposição térmica que métodos com estufa
Métodos por destilação
desvantagens:destrutivorelativamente lentousa solventes inflamáveisnão aplicável a todos os tipos de alimentosnão utilizado em rotinaleitura de volume de água menos rigoroso que determinação de
peso
Métodos por destilação
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Métodos químicosadição de reagentes químicos à amostra
reacção específica com águaproduz alteração mensurável nas propriedades do
sistemamassavolumepressãopHcorcondutividade
alterações correlacionadas com teor de humidade através de curvas de calibração
requisitos:reagente tem que reagir com a totalidade da água presentereagente não pode reagir com outros componentes do alimento
Métodos químicos
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vantagens:não existe aplicação de aquecimento
adequado para alimentos com constituintes termosensíveisadequado para alimentos com compostos voláteis
Métodos químicos
método de Karl-Fischermuito usado para determinação do teor de humidade em
alimentos com baixo conteúdo em água e ricos em açúcares ou proteínas
frutos e legumes secos, doces, café, chocolate, óleos e gorduras
baseado na reacção de redução do iodo por SO2
2H2O + SO2 + I2 ↓ H2SO4 + 2HI
HI é incolorI2 é castanho avermelhado
medição da cor quando água reage
Métodos químicos
26
método de Karl-FischerI2 e SO2 são gases e tendem a volatilizar
reacção inicial modificada por adição de solventes que mantenham I2 e SO2 em solução
piridina (C5H5N)utiliza-se uma solução metanólica contendo I2/SO2/piridina na
proporção 1:3:10
Métodos químicos
método de Karl-Fischer
Métodos químicos
27
método de Karl-Fischerprocedimento:
amostra colocada num copo com o solventetitulação com o reagente de Karl Fischer
solução que contém I2
enquanto existir H2O na amostra, esta reage com I2 e a solução permanece incolor
produção de HIapós consumo da água, observa-se desenvolvimento de corvolume do reagente é medido
correlação com teor de humidade através de curva de calibração
Métodos químicos
Métodos químicos
28
método de Karl-Fischerprecisão pode ser melhorada:
utilização de métodos electroquímicos para medir ponto de viragem
Métodos químicos
método de Karl-Fischerantes de se determinar teor de água é necessário determinar o
valor equivalente de humidade que reage com 1 mL do reagente de Karl Fischer
KFReq
calcula-se utilizando tartarato de sódio
Métodos químicos
2 2 4 4 6 2eq 2
36 g H O/mol Na C H O .2H O x S x 1000KFR (mg H O/mL) =
230.08 g/mol x A
S – peso do tartarato de sódio (g)A – vol. de reagente necessário para titular tartarato de sódio (mL)
29
método de Karl-Fischerapós determinar KFReq, determina-se teor de humidade
Métodos químicos
eq s
2
KFR x K%H O = x 100
S
Ks – volume de reagente usado para titular amostra (mL)S – peso da amostra (g)
método de Karl-Fischerproblemas:
extracção incompleta de humidadehumidade atmosférica
pode entrar na câmara de reacçãohumidade aderente às paredes de vidro
secagem préviainterferência de outros constituintes dos alimentos
ácido ascórbico oxidado pelo reagente de Karl Fischer a ácido dehidroascórbico
sobrestimação da humidadecompostos com grupo carbonilo reagem com MeOH
formam acetais e libertam águasobrestimação
Métodos químicos
30
método de Karl-Fischerproblemas:
ácidos gordos insaturados reagem com iodosobrestimação da humidade
Métodos químicos
métodos com produção de gásreacções específicas com a água, que levam à produção de gás
amostra misturada com carboneto de cálcio origina produção de acetileno
correlação com teor de humidade
CaC2 + 2H2O ↓ C2H2 + Ca(OH)2
gás produzido pode ser medido por:volume de gás produzidodiminuição de peso da amostra após libertação de gásaumento da pressão num recipiente de reacção fechado
Métodos químicos
31
métodos com produção de gásexiste aparelhagem comercial para o efeito
Métodos químicos
Métodos físicoságua apresenta características físicas diferentes das do alimento
GCdensidadecondutividadeconstante dielétricaíndice de refracção
métodos aplicáveis em alimentos nos quais a composição da matriz permanece praticamente constante
apenas varia a razão água/alimentoútil quando se necessita medidas em contínuolimitado a alimentos com teor de humidade ≤ 30 – 35%
32
ex:determinação do teor de humidade numa emulsão óleo em
água por medida de densidade ou de condutividadecondutividade e densidade da água superiores às do óleo
Métodos físicos
GCpouco conhecido e pouco usadorápido
5 minaplicável em alimentos com diversos teores de humidade
8 – 65%cereais e derivadosfrutos e derivados
necessário verificar correlação com método de secagem em estufa, para cada tipo de amostra
Métodos físicos
33
índice de refracçãosimples e rápidomenos preciso que restantes
método de referência (AOAC) para sólidos em xaropes e para sólidos em frutos e derivados
refractómetros usados para medir ºBrix durante processamentoíndice de refracção aumenta com concentração
Métodos físicos
densidadesimples, rápido e baratoutilizado em amostras com elevado teor em açúcar e salmouras
picnómetroshidrómetrosbalanças de Westphal
Métodos físicos
34
picnómetroscomparação dos pesos de volumes iguais de um líquido e
de águamétodo oficial para determinção de álcool em bebidas,
sólidos em xaropes e no leitecálculo da densidade
Métodos físicos
peso picnómetro com amostra - peso picnómetro vaziodensidade =
peso picnómetro cheio de água - peso picnómetro vazio
hidrómetrossólido suspenso num líquido flutua por efeito de uma
força igual ao peso do líquido deslocadomenos rigorosos que picnómetroslactómetroshidrómetros de Bauméhidrómetros de Brixalcoolómetroshidrómetro de Twadell
Métodos físicos
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balança de Westphalmais rigorosa que hidrómetromenos rigorosa que picnómetro
Métodos físicos
condutividadequantidade de corrente eléctrica que passa num alimento é
proporcional à quantidade de água no alimentoaplicação da lei de Ohm
força de uma corrente eléctrica é igual à força electromotriz dividida pela resistência
resistência de trigo com 13% humidade 7 vezes superior a trigo com 14% e 50 vezes superior a trigo com 15% humidade
necessário manter temperatura constantemuito rápido
1 minpouco preciso
Métodos físicos
36
constante dieléctricaamido, proteínas e componentes similares têm constante
dieléctrica ~10água = 80
pequena mudança no teor de água, provoca forte alteração na constante dieléctrica do alimento
rápidomuito utilizado em farinhaspouco preciso
Métodos físicos
quando composição do alimento variainterferências não permitem determinação correcta da
humidadeutilização de 2 ou mais métodos físicos:
densidade + condutividade…
Métodos físicos
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determinação do ponto de congelaçãopropriedade física mais importante no leite
diminuição na síntese de lactose provoca desiquilíbrio osmótico
aumento das concntrações de Na+ e Cl-
valor médio no leite = -0.517 ºCpermite avaliar adulteração por adição de águatambém dá indicação de mastite ou acidificação
valor do ponto de congelação varia inversamente com quantidade de H2O presente
Métodos físicos
2
0.517 - T% H O adicionada = x 100
0.517
T – ponto de congelação da amostra (ºC)
determinação do ponto de congelaçãoprocedimento:
arrefecer solução e induzir cristalização com uma vareta vibrante
temperatura sobe rapidamente até ponto de congelaçãocom água pura, T permanece constante até toda a
água congelarno leite, lê-se valor quando T deixa de aumentar
instrumentação automática permite análise em 1 – 2 min
Métodos físicos
38
Métodos espectroscópicoságua absorve radiação electromagnética a comprimentos de onda
diferentes daqueles dos restantes componentes dos alimentosraios XUV/VisNMRmicro-ondasIV
radiação IV e de micro-ondas absorvidas por materiais com capacidade de produzir vibração e/ou rotação das moléculas
análise a comprimento de onda ao qual radiação é absorvida pela água, mas não pelos outros componentes do alimento
bandas características do grupo OH da água1400 – 1450 nm e 1920 – 1950 nm
intensidade da absorção relacionada com teor de humidademaior humidade, maior a intensidade de absorção
espectrómetros de IV têm que ser calibrados para cada analito
analito tem que estar uniformemente distribuído na amostra
Métodos espectroscópicos
39
vantagens:rápidos
equipamentos comerciais simplespouca ou nenhuma preparação de amostra
aplicação em controlo de qualidadeaplicação em medidas rápidas de grandes quantidades de
amostras
Métodos espectroscópicos
Métodos por determinação da pressão de vaporactividade da água (aw)
relacionada com quantidade de água livre presente num alimento, a uma dada temperatura
água ligada é menos volátil que a água livreaw dá indicação sobre teor de água presente
w
0
Pa =
P P – pressão parcial da água no ambienteP0 – pressão de vapor da água pura
40
diversos métodos de análiseamostra colocada num recipiente fechadoentra em equilíbrio com o ambientemede-se humidade no espaço de cabeça
valor comparado com o da água pura nas mesmas condições
pressão de vapor
Métodos termogravimétricosmedição do peso da amostra durante aquecimento controladotemperatura de evaporação depende do ambiente molecular
água livre evapora a mais baixa temperaturamedição do peso da amostra durante evaporação dá
indicação sobre teor de água presente
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Métodos calorimétricosmedição da variação de calor absorvido ou libertado por um
material, à medida que este é aquecido a velocidade controlada
ponto de fusão da água depende do ambiente molecularágua livre funde a temperatura mais elevada que água ligada
medição da variação da entalpia da amostra aquecida dá indicação sobre o teor de humidade presente
técnicas usadas:calorimetria diferencial de varrimento (DSC)análise térmica diferencial (DTA)
DSC
42
DTA
Métodos espectroscópicosespectro electromagnético da água influenciado pelo ambiente
molecularNMR capaz de distinguir moléculas pela sua mobilidade
distância percorrida num determinado tempomobilidade molecular da água livre superior à da água ligada
NMR dá indicação dos teores de humidade em ambos os estados
43
NMR