1

2

SUMÁRIO SUMÁRIO ........................................................................................................ 2

ÍNDICE DE TABELAS ..................................................................................... 6

ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................... 7

CAPÍTULO 1 .................................................................................................... 9

INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA....................................................................... 9 1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA ....................................................................................... 9

1.1. BIOQUÍMICA E IMPORTÂNCIA............................................................ 10 1.2. FORMAS DE ASSOCIAÇÃO E DISSOCIAÇÃO DAS MOLÉCULAS.... 11 1.3. ROPRIEDADES DA ÁGUA BIOLOGICAMENTE IMPORTANTES ....... 13 1.4. EFEITO HIDROFÓBICO........................................................................ 13 1.5. QUESTÕES PROPOSTAS.................................................................... 14

CAPÍTULO 2 .................................................................................................. 15

BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS E SUA COMPOSIÇÃO............................. 15 1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA ..................................................................................... 15 2. BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS E SUA COMPOSIÇÃO.............................................. 15

2.1. INTRODUÇÃO....................................................................................... 16 2.2. AMINOÁCIDOS ..................................................................................... 17

2.2.1. Ionização dos aminoácidos .......................................................................20 2.2.2. Eletroforese ...............................................................................................20 2.2.3. Ponto isoelétrico (pI)..................................................................................21

2.3. PROTEÍNAS .......................................................................................... 23 2.3.1. Algumas propriedas físicas e químicas.....................................................23 2.3.2. Reações características ............................................................................24 2.3.3. Classificação .............................................................................................24 2.3.4. Função das proteínas................................................................................26

2.4. ENZIMAS............................................................................................... 27 2.5. CARBOIDRATOS. ................................................................................. 31

2.5.1. Monossacarídeos ......................................................................................33 2.5.2. Dissacarídeos............................................................................................35 2.5.3. Polissacarídeos .........................................................................................37 2.5.4. Função.......................................................................................................38

2.6. LIPÍDEOS. ............................................................................................. 39 2.6.1. Ácidos Graxos ...........................................................................................40 2.6.2. Glicerídeos ................................................................................................41 2.6.3. Fosfolipídeos .............................................................................................42 2.6.4. Ceras .........................................................................................................42 2.6.5. Glicolipídeos ..............................................................................................42 2.6.6. Lipídeos derivados ....................................................................................43

2.7. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS ALIMENTOS ....................................... 43 2.7.1. Água ..........................................................................................................43

3

2.7.2. Cinza..........................................................................................................46 2.7.3. Carboidratos ..............................................................................................46 2.7.4. Proteínas ...................................................................................................47 2.7.5. Vitaminas...................................................................................................49 2.7.6. Fibras.........................................................................................................51

2.8. QUESTÕES PROPOSTAS.................................................................... 52 CAPÍTULO 3 .................................................................................................. 54

REAÇÕES QUÍMICAS DE IMPORTÂNCIA ALIMENTAR............................. 54 1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA ..................................................................................... 54 2. BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS E SUA COMPOSIÇÃO.............................................. 54 3. REAÇÕES QUÍMICAS DE IMPORTÂNCIA ALIMENTAR.............................................. 54

3.1. HIDRÓLISE ........................................................................................... 55 3.2. DESIDRATAÇÃO E DEGRADAÇÃO..................................................... 56 3.3. ESCURECIMENTO ENZIMÁTICO ........................................................ 59 3.4. ESCURECIMENTO NÃO ENZIMÁTICO ............................................... 60 3.5. SAPONIFICAÇÃO ................................................................................. 61 3.6. HIDROGENAÇÃO ................................................................................. 63 3.7. RANCIFICAÇÃO.................................................................................... 64 3.8. QUESTÕES PROPOSTAS.................................................................... 66

CAPÍTULO 4 .................................................................................................. 68

METABOLISMO CELULAR .......................................................................... 68 1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA ..................................................................................... 68 2. BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS E SUA COMPOSIÇÃO.............................................. 68 3. REAÇÕES QUÍMICAS DE IMPORTÂNCIA ALIMENTAR.............................................. 68 4. METABOLISMO CELULAR............................................................................................ 68

4.1. INTRODUÇÃO....................................................................................... 69 4.2. COMPOSIÇÃO DA CÉLULA ................................................................. 71 4.3. LOCALIZAÇÃO DO METABOLISMO.................................................... 73 4.4. METABOLISMO CELULAR................................................................... 76 4.5. QUESTÕES PROPOSTAS.................................................................... 79

CAPÍTULO 5 .................................................................................................. 81

INTRODUÇÃO A ANÁLISE BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS........................ 81 1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA ..................................................................................... 81 2. BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS E SUA COMPOSIÇÃO.............................................. 81 3. REAÇÕES QUÍMICAS DE IMPORTÂNCIA ALIMENTAR.............................................. 81 4. METABOLISMO CELULAR............................................................................................ 81 5. INTRODUÇÃO A ANÁLISE BIOQUÍMICA DE ALIMENTOS ........................................ 81

5.1. SEGURANÇA EM LABORATÓRIO DE ALIMENTOS........................... 83 5.2. MÉTODOS ANALÍTICOS: CONVENCIONAIS E INSTRUMENTAIS. ... 83 5.3. MARCHA DA ANÁLISE ......................................................................... 84

5.3.1. Escolha do método....................................................................................85 5.3.2. Amostragem ..............................................................................................85

4

5.3.3. Processamento da Amostra ......................................................................85 5.3.4. A Eliminação de Interferências..................................................................88 5.3.5. Calibração e Medida da Concentração.....................................................88 5.3.6. Cálculos dos Resultados...........................................................................88 5.3.7. A Avaliação dos Resultados pela Estimativa da Confiabilidade ...............88

5.4. AMOSTRAGEM E PREPARO DA AMOSTRA ...................................... 88 5.4.1. Amostra .....................................................................................................89 5.4.2. Amostragem ..............................................................................................90 5.4.3. A amostra bruta .........................................................................................90 5.4.4. Amostra de soluções homogêneas de líquidos e gases...........................91 5.4.5. Amostragem de sólidos particulados ........................................................91 5.4.6. Amostragem de metais e ligas ..................................................................92 5.4.7. Preparação de uma amostra de laboratório e quateamento.....................93 5.4.8. O número de amostras de laboratório.......................................................94 5.4.9. Preparo da amostra de laboratório de origem alimentar...........................94 5.4.10. Preparo da amostra para análise..............................................................94 5.4.11. Preservação da amostra ...........................................................................95

5.5. ANÁLISES DE COMPOSIÇÃO CENTESIMAL DOS ALIMENTOS. ...... 95 5.6. PRINCIPAIS ANÁLISES DE QUALIDADE EM ALIMENTOS ............... 96 5.7. LEGISLAÇÃO ESPECÍFICA.................................................................. 97

APÊNDICE - A ............................................................................................. 100 1. CÁLCULOS EMPREGADOS EM ANÁLISE QUÍMICA ................................................ 101

1.1. ALGUMAS UNIDADES IMPORTANTES............................................. 101 1.2. DISTINÇÃO ENTRE MASSA E PESO ................................................ 101 1.3. O MOL E MILIMOL .............................................................................. 101 1.4. SOLUÇÕES E SUAS CONCENTRAÇÕES......................................... 102

2. ERROS NA ANÁLISE QUÍMICA .................................................................................. 104 2.1. MÉDIA E MEDIANA:............................................................................ 104 2.2. ERRO ABSOLUTO E RELATIVO........................................................ 104 2.3. EXATIDÃO:.......................................................................................... 105 2.4. PRECISÃO: ......................................................................................... 105 2.5. DESVIO ABSOLUTO:.......................................................................... 105 2.6. DIFERENÇA ENTRE PRECISÃO E EXATIDÃO:................................ 106 2.7. TIPOS DE ERROS EM DADOS EXPERIMENTAIS ............................ 107 2.8. ERROS SISTEMÁTICOS E SUA MINIMIZAÇÃO................................ 108

3. TRATAMENTO ESTATÍSTICO DE ERROS ALEATÓRIOS ........................................ 109 3.1. MÉDIA DA POPULAÇÃO (μ) E MÉDIA DA AMOSTRA (X): ............... 109 3.2. DESVIO DA POPULAÇÃO(σ), QUANTIDADE (Z), DESVIO PADRÃO DA

AMOSTRA (S): .................................................................................................. 109 3.3. DESVIO PADRÃO COMBINADO (SCOMB) ........................................... 111 3.4. DESVIO PADRÃO RELATIVO (SR) COEFICIENTE DE VARIAÇÃO (CV)111 3.5. DESVIO PADRÃO DE RESULTADOS CALCULADOS (PROPAGAÇÃO DO

ERRO) 113 4. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS................................................................................ 113

4.1. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS EM INSTRUMENTOS ................... 114 4.2. ALGARISMOS EM CALCULOS NUMÉRICOS ................................... 115 4.3. ARREDONDAMENTO DE DADOS ..................................................... 116 4.4. EXPRESSÃO DOS RESULTADOS EM CÁLCULOS QUÍMICOS....... 116

5

5. TRATAMENTO E AVALIAÇÃO ESTATÍSTICA DE DADOS ........................................ 117 5.1. INTERVALOS DE CONFIANÇA.......................................................... 117 5.2. TESTE DE HIPÓTESE ........................................................................ 119

APÊNDICE - B ............................................................................................. 122

PRÁTICA Nº 1 ............................................................................................. 123

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES ........................................................... 123

PRÁTICA Nº 2 ............................................................................................ 126

DETERMINAÇÃO DE CINZAS NOS ALIMENTOS ..................................... 126

PRÁTICA Nº 3 ............................................................................................ 128

PREPARO DO AÇÚCAR INVERTIDO ........................................................ 128

PRÁTICA Nº 4 ............................................................................................ 134

ANÁLISE VOLUMÉTRICA DE AÇÚCARES REDUTORES........................ 134

PRÁTICA Nº 5 ............................................................................................ 137

ANÁLISE DE ÓLEOS E GORDURAS......................................................... 137

PRÁTICA Nº 6 ............................................................................................ 144

EXTRAÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS POR SOXHLET.......................... 144

PRÁTICA Nº 7 ............................................................................................ 146

DOSAGEM DE PROTEÍNAS POR KIELDAHL ........................................... 146

PRÁTICA Nº 8 ............................................................................................ 150

DOSAGEM DE PROTEÍNAS POR BIURETO ............................................. 150

PRÁTICA Nº 9 ............................................................................................ 152

EXTRAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UMA ENZIMA ............................. 152

6

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1.1 Comprimento típico das pontes de hidrogênio. 12 Tabela 2.1 Aminoácidos essências e comuns. 19 Tabela 2.2 Classificação das enzimas de acordo com IUB. 30 Tabela 2.3 Valores mínimos de atividade de água para o crescimento e produção de

toxina de patógenos de importância alimentar. 44 Tabela 2.4 Conteúdo de carboidratos em alguns alimentos. 46 Tabela 2.5 Conteúdo de carboidratos em alguns alimentos. 47 Tabela 2.6 Vitaminas lipossolúveis e hidrossolúveis suas fontes e efeitos. 50 Tabela 3.1 Efeito da temperatura na constate de velocidade de primeira ordem em

dois isômeros de glicosídeo. 56 Tabela 3.2. Índice de saponificação de alguns lipídeos. 62 Tabela 3.3. Índice de iodo de alguns lipídeos. 64 Tabela 5-1. Dimensões da amostra. 89 Tabela 5-2. Tipos de constituinte. 90 Tabela A-1 Sistema de unidades no CGS, SI e Anglo-Saxónico 101 Tabela A-2 Níveis de confiaça para vários valores de z 118 Tabela A-3 Valores de t para vários níveis de probabilidade 119 Tabela B1. Resultados. 124 Tabela B2. Relação graus Brix, peso específico e graus Baumé. 125 Tabela B3. Tamanho da Amostra. 139

7

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Energia versus distância de contato: 12 Figura 1.2 Efeito hidrofóbico: 14

Figura 2.1 Composição dos componentes principais de algumas frutas e vegetais

selecionados. 16 Figura 2.2 Cataforese: 21 Figura 2.3 Curva de titulação da glicina: 22 Figura 2.4 Diversidade de funções biológicas das proteínas: 23 Figura 2.5 Estrutura secundária: 25 Figura 2.6 Estrutura: (a) terciária e (b) quaternária. 26 Figura 2.7 Enzimas. 28 Figura 2.8 Fotossíntese 31 Figura 2.9 (a) molécula do colesterol e (b) formação da arterioesclerose. 43 Figura 2.10 Isotermas de adsorção de alguns alimentos a 20oC.

Figura 3.1 Mecanismo de hidrólise ácida. 55 Figura 3.2 Desidratação da D-glicose para dar lugar a 3-desoxi-D-glicosona. 56 Figura 3.3 Formação da 3-desoxi-D-glicosona-3,4-eno a aprtir da forma enólica de 3-

desoxi-D-glicosona. 57 Figura 3.4 (a) anomerização; (b) desidrtação. 58 Figura 3.5 Ação dos sabões: 63

Figura 4.1 Processo digestão e catabolismo celular. 70 Figura 4.2 Comparação enter catabolismo e anabolismo. 70 Figura 4.3 (a) Estrutura do ADN; (b) bases nitrogenadas. 72 Figura 4.4 Localização do metabolismo celular. 73 Figura 4.5 Mitocôndria. 74 Figura 4.6 Expressão gênica nos procariontes (a); eucariontes (b). 75 Figura 4.7 Processo de digetão intracelular envolvendo mecanismo de pinocitose e

8

fagocitose. 76 Figura 4.8 Fosforilação oxidativa. 78 Figura 4.9 Respiração: (a) anaeóbia formando lactato; (b) anaeróbia formado etanol;

(c) aeróbia formando CO2 e água. 79

Figura 5-1. Fluxograma mostrando as etapas envolvidas em uma análise. 86 Figura 5-2. Fluxograma para amostragem de um sólido particulado. 92 Figura 5-3. Quarteamento. 93

Figura A-1. Ilustração da exatidão e precisão usando a distribuição de dardos como

modelo. 106 Figura A-2. Erro absoluto na determinação de nitrogênio por micro-Kjeldahl. Cada

ponto representa o erro associado a uma única determinação. Cada linha vertical

rotulada (xi — xV) representa o desvio médio absoluto do conjunto de dados, do valor

verdadeiro. 107 Figura A-3. Seção de uma bureta mostrando o nível de líquido e o menisco. 114

Figura A-4 Áreas sob uma curva gaussiana para vários valores ± z. (a) z= ± 1,28;(b) z=

±1,64; (c) z=± 1,96; (d) z=±2,58 118

Figura 1B. Princípio de funcionamento do polarímetro: 128 Figura 2B. Princípio de funcionamento do polarímetro: 129 Figura 3.B Hidrólise enzimática. 130 Figura 4B. Aparelhagem: (1) convencional; (2) micro-destilação. 147

Capítulo 1

Introdução a Bioquímica

1 . I N T R O D U Ç Ã O A B I O Q U Í M I C A

1.1. BIOQUÍMICA E IMPORTÂNCIA A bioquímica é o estudo da química dos processos vitais. Estes processos evolvem

o intercâmbio de duas classes diferentes de moléculas: macromoléculas biológicas, tais como proteínas e ácidos nucléicos, e moléculas de baixa massa molecular, tais como glicose e glicerol, chamados de metabólitos, que são quimicamente transformadas em processos biológicos.

Segundo Berg et al. (2008), os membros de ambas essas classes de moléculas são comuns, com pequenas variações, a todos os seres vivos, tais como:

(1) o ácido dcsoxirribonucleico (DNA) armazena informação genética em todos os organismos celulares.

(2) As proteínas, macromoléculas que são as principais participantes na maioria dos processos biológicos, são feitas de 20 blocos estruturais que são os mesmos em todos os organisrnos. Além disso, proteínas que têm papéis similares em organismos diferentes têm, em geral, estruturas tridirnensionais muito semelhantes.

(3) Processos metabólicos importantes também são comuns a muitos organlsrnos. Por exemplo, o conjunto de transformações químicas que converte glicose e oxigénio a dióxido de carbono e água é essencialrnente idêntico em bactérias simples, tais como Escherichia coli (E. coli) e seres humanos.

Estas observações sugerem fortemente que todos os seres vivos em nosso planeta têm un ancestral comum, e que os organismos modernos evoluiram deste ancestral para as formas presentes. Além disso, a bioquímica abriu um vasto campo para entender a origem da vida desde quando Watson e Crick descobriram a forma de hélice dupla do ADN, pois, tal fato revelou os segredos da célula e vislumbrou um novo mundo de insuspeitada complexidade; formado por um arsenal de máquinas químicas, constituídas de peças finamente calibradas e interdependentes. Inclusive as numerosas descobertas da bioquímica moderna, cada vez mais, têm contestado a famosa teoria da evolução de Darwin, ou seja, para que tal teoria da evolução fosse verdade, deveria ter havido uma série de mutações, todas e cada uma delas produzindo sua própria maquinaria, o que resultaria na complexidade que ora encontramos.

Também, a bioquimica moderna tem causado muita excitação e atividade, além das citadas, por outros motivos:

(1) As bases bioquímicas de muitos processos centrais são agora conhecidas; (2) Sabe-se agora que padrões e princípios moleculares comuns nas mais

diversas expressões da vida; (3) A bioquímica está influenciando profundamente a medicina, a biologia, a

agronomia, a engenharia alimentos...Através da bioquímica surgiram os fundamentos para entender diversas doenças como o câncer e a AIDS.

(4) O rápido desenvolvimento, nos últimos anos, de poderosos conceitos e tecnologias em bioquímica permite aos pesquisadores enfrentar os mais desafiantes e essenciais problemas em diversas áreas da ciência e tecnologia, tais como: novas drogas, que para turbinar o cérebro, tratar o Alzheimer, convulsões...

11

1.2. FORMAS DE ASSOCIAÇÃO E DISSOCIAÇÃO DAS MOLÉCULAS Todas as estruturas e processos biológicos dependem do efeito combinado de

interações covalentes e não-covalentes. As três principais ligações não covalentes fundamentais são: eletrostáticas, pontes de hidrogênio e ligações de Van der Waals.

Nas ligações eletrostáticas, os dois grupamentos se atraem; sendo q1 e q2 as suas cargas.

A força de atração é dada pela lei de Coulomb Sendo K= constante de proporcionalidade; r= distância entre 2 átomos; D= constante dielétrica. Esta atração é mais forte no vácuo onde D é igual a 1 e mais fraca em um meio com

água onde D é igual a 80. As pontes de hidrogênio são interações fundamentalmente eletrostáticas e

responsáveis pela formação de bases específicas na dupla hélice de ADN. Nesse tipo de ligação, o átomo de hidrogênio é compartilhado por dois outros átomos. O átomo em que o hidrogênio está mais fortemente ligado é chamado de doador de hidrogênio. É a mais forte das ligações não-covalentes, altamente direcionadas, mas muito mais fraca que as covalentes.

.Drq1.q2KF 2=

12

Tabela 1.1 Comprimento típico das pontes de hidrogênio.

Obs.: Ligação Obs.: Comprimento (Angstron)

Obs.: O-H...O Obs.: 2,70 Obs.: O-H...O- Obs.: 2,63 Obs.: O-H...N Obs.: 2,88 Obs.: N-H...O Obs.: 3,04 Obs.: N+-H...O Obs.: 2,93 Obs.: N-H...N Obs.: 3,10

A ligação de Van der Waals trata-se uma força atrativa inespecífica que entram em

ação quando dois átomos quaisquer estão de 3 a 4 A de distância. São forças muito pequenas. A energia e ligação é cerca de 1 kcal/mol. A figura abaixo mostra a distância de contato que é a distância onde a atração é máxima. A uma distância menor predominam as forças de repulsão, devido as camadas externas se sobrepor.

Figura 1.1 Energia versus distância de contato: A origem da energia de atração ou repulsão é devido a assimetria temporária de carga eletrônica de um átomo que induz uma assimetria temporária da carga complementar em seus átomos vizinhos, sendo que tal assimetria é decorrente da flutuação (BERG et al., 2008).

13

1.3. ROPRIEDADES DA ÁGUA BIOLOGICAMENTE IMPORTANTES As propriedades da água influenciam profundamente todas as interações

moleculares. As mais importantes são: polaridade, afinidade e solvatação. A água é uma molécula polar devido ao fato da molécula ser dobrada, não linear e,

portanto, distribuição assimétrica das cargas. O núcleo do oxigênio puxa as cargas para longe dos dois núcleos de hidrogênio, o que deixa a região ao redor de cada núcleo de hidrogênio com uma carga positiva parcial. A molécula da água é, portanto, uma estrutura eletricamente polar.

A água é altamente coesiva devido ao fato de suas moléculas interagirem

fortemente através de pontes de hidrogênio. Estas interações são mais evidentes na água no estado sólido do que no estado líquido, ou seja,... Além disso, a água solvata moléculas polares e enfraquece ligações eletrostáticas e de hidrogênio devido a sua alta polaridade e coesividade. As moléculas em solução aquosa interagem com as moléculas de água pela formação de pontes de hidrogênio e por interações iônicas. Estas interações tornam a água um solvente versátil, capaz de dissolver prontamente muitas substâncias, particularmente compostos polares e com carga elétrica, que possam participar destas interações.

1.4. EFEITO HIDROFÓBICO. Tal efeito esta associado a interações hidrofóbicas que é uma manifestação das

citadas propriedades da água. Algumas moléculas apolares não podem participar de pontes de hidrogênio ou de interações iônicas. Tais interações não são tão favoráveis quanto as interações das moléculas de água entre si. As moléculas de água em contato com estas moléculas apolares formam “jaulas” ao redor dela, tornando-se melhor ordenadas que as moléculas de água livre na solução. Entretanto, quando duas destas moléculas apolares se juntam, algumas moléculas de água são liberadas (Figura 1.2).

14

Figura 1.2 Efeito hidrofóbico: Grupamentos não polares tendem a se aglomerar na água, não porque tenham primeiramente uma alta afinidade uma pela outra, mas porque a água se liga fortemente consigo mesma (BERG et al., 2008).

1.5. QUESTÕES PROPOSTAS 1. Como pode organismos tão diferentes como E. coli e os seres humanos

utilizarem os mesmos blocos de construção para fabricar macromoléculas? 2. Discuta, com auxilio de formulas moleculares, 4 moléculas biologicamente

ativas com caráter ácido e 4 moléculas biologicamente ativas com caráter básico. 3. Qual a vantagem e desvantagem entre os modélos para descrever a arquitetura

das moléculas biológicas? 4. Por que o sol é a fonte definitiva de energia da vida? 5. Por que o esqueleto das biomoléculas é estável na ausência de enzimas e

entrada de energia? 6. Qual a imortância das pontes de hidrogênio nas α-hélices? 7. Por que as pontes de hidrogênio estão entre as ligações não-covalentes mais

fortes? 8.Por que a constante dielétrica da água é tão alta?

15

Capítulo 2

Bioquímica dos Alimentos e sua Composição

1 . I N T R O D U Ç Ã O A B I O Q U Í M I C A

2 . B I O Q U Í M I C A D O S A L I M E N T O S E S U A C O M P O S I Ç Ã O

16

2.1. INTRODUÇÃO Os alimentos podem ser definidos como: “toda a substância ou mistura de

substância, que ingerida pelo homem fornece ao organismo os elementos normais à formação, manutenção e desenvolvimento”. Outra definição seria aquela que diz que alimento “é toda a substância ou energia que, introduzida no organismo, o nutre. Devendo ser direta ou indiretamente não tóxica”.

Quanto a sua constituição, os alimentos podem ser constituídos de componentes maiores e menores. São considerados componentes maiores: a água, as proteínas, os lipídeos e os carboidratos, e componentes menores: os sais minerais, as vitaminas, os ácidos orgânicos, pigmentos e hormônios.

A quantidade desses constituintes muda bastante de um alimento para o outro. Por exemplo, a Figura 2.1 mostra a composição das partes comestíveis de algumas frutas e vegetais. As frutas, de modo geral, apresentam um teor de água elevado entre 70 a 90%. Os carboidratos podem chegar até pouco mais de 20%, como é o caso das bananas e menos de 10 % em melões. O teor de gorduras e proteínas é muito baixo, com exceção das leguminosas, sementes e nozes (Figura 2.1).

Figura 2.1 Composição dos componentes principais de algumas frutas e vegetais selecionados.

FONTE: TORALLES e SAINZ(2001). A ciência que analisa e determina a composição dos alimentos é a bromatologia.

Além disso, tal ciência possibilita permite estudar a ação dos alimentos no organismo, seu valor alimentício e calórico, suas propriedades físicas, químicas, toxicológicas e também adulterantes, fraudes, etc.

17

A bioquímica fundamenta tal ciência com estudo da base molecular da vida, seus processos vitais bem como as alterações enzimáticas que acontecem nos alimentos (veja capítulo 1). Portanto, este capítulo foi organizado em seis seções. As cinco primeiras seções serão dadas uma sólida formação das principais macromoléculas bioquímicas presentes nos alimentos. Na última seção será estudada a composição química dos alimentos.

2.2. AMINOÁCIDOS Aminoácidos. São compostos que apresentam as funções amina (-NH2) e ácido (-

COOH), podendo ou não aparecer outras funções e são constituintes das proteínas. Exemplos

A forma mais importante dos aminoácidos, os α-aminoácidos, que formam as

proteínas, tem, geralmente, como estrutura um carbono central (carbono alfa, quase sempre quiral) ao qual se ligam quatro grupos: o grupo amina (NH2), grupo carboxílico (COOH), hidrogênio e um substituinte característico de cada aminoácido.

Quanto a sua classificação, três são relevantes: 1. Os aminoácidos podem ter caráter neutro, ácidos e básicos. Os aminoácidos

neutros têm substituintes que tendem a formar ligação de hidrogênio. Exemplo: Os aminoácidos ácidos têm substituintes com grupo carboxílico e os básicos com

substituintes com o grupo amino , exemplo:

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2. Os aminoácidos podem ser de cadeia alifática, heterocíclica ou aromática. Todos

anteriores são alifáticos. A prolina é um enxemplo de heterocíclico e a fenilalanina de aromática.

3. Embora mais de 300 aminoácidos diferentes tenham sido descritos na natureza,

somente 20 são comumente encotrados como constituintes das proteínas nos mamíferos, ou seja, são os únicos aminoácidos codificados pelo DNA (Tabela 2.1). Dez dos 20 aminoáciodos necessários para a síntese de proteínas são essenciais ─ isto é, eles não podem ser sintetizados nos seres humanos em uma velocidade adequada. Destes dez, oito são essenciais em qualquer situação, enquanto dois (arginina e histidina) são requeridos somente durante períodos de crescimento rápido dos tecidos, característico da infância e da recuperação de uma doença. Quando suprimento dos aminoácidos essenciais é limitado na célula no momento da síntese protéica, a tradução desta cessa no códon específico aquele aminoácido. São aminoácidos essenciais em qualquer situação o triptofano, lisina, fenilalanina, leucina, isoleucina, valina, treonia e metionina.

19

Tabela 2.1 Aminoácidos essências e comuns.

Fonte: ALLINGER et al. (1978)

20

2.2.1. Ionização dos aminoácidos Os aminoácidos podem ionizar-se conforme a natureza do solvente. Em geral os

aminoáciods são sólidos, solúveis em água e muito pouco solúvel em álcool etílico e solventes orgânicos. Em água, o aminoácido forma um sal interno ─ Zwitterion.

Em soluções ácidas, os aminoácidos comportam-se como uma base e, em

solução básica, como um ácido. As suas propriedades ácido/básicas são decorrentes desse comportamento. Em

solução aquoasa, os aminoácidos contêm grupos de alfa carboxila fracamente ácidos e grupo amino fracamente básicos. Além disso, os aminoácidos ácidos e básicos contêm um grupo ionizável em sua cadeia lateral. Assim, tanto os aminoáciodos livres quanto alguns combinados podem potencialmente agir como tampões. A relação quantitativa entre a concentração de um ácido fraco (HA) e sua base conjugada (A-) é descrita pela equação Henderson-Hasselbach (1):

(2.1)

2.2.2. Eletroforese É o movimento de migração de agrupamentos eletrizados para um eletrodo, numa

solução. Quando as partículas coloidais são submetidas a campos elétricos, ocorre migração delas para determinado pólo. A solução torna-se mais opaca de um lado e mais transparente nas proximidades do outro pólo o fenômeno é chamado eletroforese. Esta técnica permite separar partículas coloidais carregadas eletricamente, baseando-se na sua diferente velocidade de migração num campo elétrico. Segundo o sentido de migração, fala-se em cataforese (em direção ao polo negativo) ou anaforese (em direção ao polo positivo). Por exemplo, um Zwitterion positivo migrará para o cátodo (Figura 2.2) e Zwitterion negativo tem comportamento contrário.

[HA]][AlogpKapH

−

+=

21

Figura 2.2 Cataforese: Consiste num deslocamento para o cátodo de partículas coloidais carregadas positivamente, em suspensão num líquido, devido a um campo elétrico.

2.2.3. Ponto isoelétrico (pI). Definição (1): É o pH onde o aminoácido não sofre eletroforese. O pH dessa

solução é chamado pI. Numa solução onde pH = pI do aminoácido em questão, a molécula desse aminoácido estará eletricamente neutra. Definição (2): É o pH em que se igualam as concentrações da forma protonada e desprotonada do aminoácido. Neste pH a concentração da forma Zwitteriónica, forma neutra do aminoácido, alcança seu valor máximo. O ponto isoelétrico de um aminoácido pode ser determinado a partir da Equação 2.2:

(2.2) Por exemplo, a glicina o pI= 5,94 decorrente de um pK1=2,34 e um pK2= 9,60. A

Figura 2.3 mostra a titulação da histidina e suas formas.

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Figura 2.3 Curva de titulação da glicina: A adição de base à glicina completamente protonada resulta na remoção seqüencial de prótons do grupo carboxila (pK1) e do grupo amino (pK2).

23

2.3. PROTEÍNAS São macromoléculas mais abundantes nas células vivas. Ocorrem em grandes

variedades, tamanho, diversidade de funções biológicas. Alguns exemplos dessa diversidade são mostrados na Figura 2.4.

Figura 2.4 Diversidade de funções biológicas das proteínas: (a) A luz dos vaga-lumes resulta da ação da proteína luciferina com o ATP, por meio da enzima luciferase; (b) Eritrócitos contêm grandes quantidades de proteína transportadora de oxigênio, a hemoglobina; (c) A queratina é produzida por todos os animais vertebrados, compondo unhas, cabelo, unhas, chifres, lã, escamas e penas (BERG et al., 2008).

São os instrumentos moleculares por meio do qual a informação genética é

expressa. Todas as proteínas são constituídas por um conjunto de 20 aminoácidos em diferentes combinações e seqüências que resultam principalmente de sua condensação:

As proteínas constituem, juntamente com os lipídeos e carboidratos, as moléculas

combustíveis essenciais para os seres humanos porque toda a energia na dieta é obtida a partir desses macronutrientes. Além disso, as proteínas constituem as enzimas que catalisam todas as reações celulares.

2.3.1. Algumas propriedas físicas e químicas 1. Atividade óptica. Com exceção da glicina, todos os aminoácidos naturais

apresentam atividade óptica, desviando a luz polarizada para a direita ou para a esquerda. Todos os aminoácidos que entram na formação de proteínas são L-aminoácidos.

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2. Solubilidade. As proteínas são substâncias sólidas, incolores, insolúveis em solventes orgânicos e algumas solúveis em água. Algumas proteínas são solúveis em soluções de sais, ácidos ou bases, produzindo colóides. A solubilidade é altamente influenciável pela cadeia lateral, devido à presença de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos. Além disso, a solubilidade é afetada pelo pH e a força iônica do meio. No ponto isoelétrico diminui a solubilidade da proteína tendendo a precipitação. Quanto a força iônica, em baixas concentrações de sais (baixa força iônica), a solubilidade em geral aumenta, pois os íons salinos tendem a se associar às proteínas contribuindo para uma hidratação e/ou repulsão entre as moléculas, aumentando a solubilidade “salting in”. Por outro lado, em elevadas concentrações salinas, os íons competem com a proteína pela água, ocasionando perda de água de hidratação, atração mútua entre as moléculas e formação de precipitado “salting out”.

3. Ponto de fusão. É bastante elevado sendo normalmente acompanhado de decomposição da estrutura química original.

2.3.2. Reações características São reações que produzem colorações que caracterizam as proteínas.

2.3.3. Classificação Não existe um sistema universal de classificação das proteínas, de modo que,

existem diversos sistemas de classificação propostos. As proteínas podem ser classificadas quanto à sua composição, solubilidade, estrutura, função dentre outras.

Quanto o número de aminoácidos, tem-se: oligopeptídeos e polipeptídeos. Os oligopeptídeos são proteínas formadas pela a união de dois a dez aminoácidos e polipeptídeos superior a dez. os hormônios ocitocina e vasopressina são exemplos de oligopeptídeos e glucagon e a insulina de polipeptídeos.

Quanto ao resultado da hidrólise, tem-se: proteínas simples, conjugadas e derivadas. As proteínas simples são aquelas que por hidrólise só resultam em aminoácidos. As albuminas, globulinas e proteínas fibrosas são exemplos. As conjugadas resultam aminoáciodos mais grupos prostéticos, parte não proteica. As cromoproteínas, lipoproteínas, nucleoproteínas, glicoproteínas, fosfoproteínas e metaloproteínas são exemplos desse tipo de proteína. As derivadas são obtidas por degradação de proteínas simples ou conjugadas pela ação de ácidos, bases ou enzimas.

Quanto à forma, tem-se: fibrosas e globulares. As proteínas fibrosas se caracterizam por várias cadeias peptídicas helicoidais torcidas juntas para formar base rija. Caracterizadas por baixa solubilidade e alta força mecânica. O colágeno, queratina e miosina são exemplos. As globulares são encontradas em líquidos teciduais. São muito solúveis e facilmente desnaturadas. A caseína do leite, albumina do ovo, albuminas e globulinas do sangue, plasma e hemoglobina são proteínas globulares.

Quanto à estrutura, tem-se: primária, secundária, terciária e quaternária. A seqüência de aminoácidos de uma proteína é frequentemente referida como sua estrutura primária. A variação em sua seqüência conduz a uma proteína diferente e com ação bioquímica diferente. Por exemplo, A ocitocina e a vasopressina diferem entre si na seqüência de apenas dois aminoácidos. Ambas são hormônios, mas com ações bioquímicas diferentes. A ocitocina provoca contrações uterinas e vasopressina provoca aumento da pressão sangüínea.

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As estruturas secundárias são definidas por segmentos dobrados, ou seja, as cadeias peptídicas podem dobra-se em estruturas regulares, tais como a hélice-α (Figura 2.5a e b) e a folha-β pregueada (Figura 2.5c). São formadas por um padrão regular de pontes de hidrogênio entre grupamentos peptídicos N-H e C=O dos aminoácidos que estão perto uns dos outros na seqüência linear. A hemoglobina tem 75% de estrutura hélice-α; já folha-β é comumente encontrada nas proteínas fibrosas como as da seda, do cabelo e das penas.

Figura 2.5 Estrutura secundária: (a) Uma representação em fita hélice alfa, mostrando os carbonos alfa e as cadeias laterais em verde; (b) uma aspecto lateral da hélice alfa de uma versão em esferas e bastões representa as pontes de hidrogênio, linhas tracejadas; (c) estrutura beta ou folha dobrada (ALLINGER et al., 1978; BERG et al., 2008).

A estrutura terciária é formada pela interação de várias partes da proteína entre si

através das cadeias laterais dos ácidos aminados (Figura 2.6 a). As ligações envolvidas podem ser pontes salinas, pontes de hidrogênio, forças de Van der Waals e pontes de dissulfeto. Esta última estabiliza a molécula. O resultado é o enovelamento dos segmentos. A mioglobina tem esse tipo de estrutura. Proteínas constituídas de mais de uma cadeia peptídica apresentam estrutura quaternária (Figura 2.6 b). Cada cadeia peptídica individual é chamada de subunidade. A estrutura quaternária pode ser bem simples, com duas subunidades idênticas, ou bem complexas, com dúzias de subunidades diferentes. Na maioria dos casos, as subunidades são mantidas juntas por interações não covalentes, principalmente, forças de superfície tipo van der Waals.

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Figura 2.6 Estrutura: (a) terciária e (b) quaternária.

2.3.4. Função das proteínas Como vimos, a estrutura primária das proteínas é a principal responsável por suas

ações bioquímicas diferentes e, portanto, tal fato, faz com que proteínas tenham funções diferentes, atsi como:

1. Reserva. Sementes de plantas armazenam proteínas para a germinação; A albumina do ovo e a caseína do leite são exemplos de proteínas animais de reserva.

2. Regulação do pH. Determinadas proteínas solúveis colaboram com outros sistemas tampão na manutenção do pH dos líquidos biológicos.

3. Função estrutural. Colágeno: Proteína de alta resistência, encontrada na pele, nas cartilagens, nos ossos e tendões; Actina e Miosina: proteínas contráteis, abundantes nos músculos, onde participam do mecanismo da contração muscular; Queratina: proteína impermeabilizante encontrada na pele, no cabelo e nas unhas, Evita a dessecação, a que contribui para a adaptação do animal à vida terrestre. Albumina: proteína mais abundante do sangue, relacionada com a regulação osmótica e com a viscosidade do plasma (porção líquida do sangue).

4. Função enzimática. Toda enzima é uma proteína. As enzimas são fundamentais como moléculas reguladoras das reações biológicas. Dentre as proteínas com função enzimática podemos citar, como exemplo, as lípases. Estas enzimas transformam triglicerídeos em ácidos graxos e glicerol.

5. Função hormonal. Muitos hormônios de nosso organismo são de natureza protéica. Resumidamente, podemos caracterizar os hormônios como substâncias elaboradas pelas glândulas endócrinas e que, uma vez lançadas no sangue, vão estimular ou inibir a atividade de certos órgãos. É o caso da insulina, hormônio produzido no pâncreas e que se relaciona com e manutenção da glicemia (taxa de glicose no sangue).

6. Coagulação sangüínea. Vários são os fatores da coagulação que possuem natureza protéica, como por exemplo: fibrinogênio, globulina anti-hemofílica, etc...

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7. Função de defesa. Existem células no organismo capazes de reconhecer proteínas estranhas que são chamadas de antígenos. Na presença dos antígenos o organismo produz proteínas de defesa, denominados anticorpos. 0 anticorpo combina-se, quimicamente, com o antígeno, da maneira a neutralizar seu efeito. A reação antígeno-anticorpo é altamente específica, o que significa que um determinado anticorpo neutraliza apenas o antígeno responsável pela sua formação. Os anticorpos são produzidos por certas células de corpo (como os linfócitos, um dos tipos de glóbulo branco do sangue). São proteínas denominadas gamaglobulinas.

8. Função nutritiva. As proteínas servem como fontes de aminoácidos, incluindo os essenciais requeridos pelo homem e outros animais. Esses aminoácidos podem, ainda, ser oxidados como fonte de energia no mecanismo respiratório. Nos ovos de muitos animais (como os das aves) o vitelo, material que se presta à nutrição do embrião, é particularmente rico em proteínas.

9.Transporte. Pode-se citar como exemplo a hemoglobina, proteína responsável pelo transporte de oxigênio no sangue.

2.4. ENZIMAS As enzimas são proteínas catalisadoras com alto poder específico, com ação

reguladora e capaz de acelerar as reações estabilizando os estados de transição. Diferem dos catalisadores inorgânicos pela sua complexidade.

Enzimas como catalisador. Ao contrário dos catalisadores inorgânicos, as enzimas podem ser consumidas nas reações que participam. Além disso, aceleram suas reações por fatores de, pelo menos, um milhão, mas sem nenhum a influência na constante de equilíbrio da reação. Por exemplo, a hidratação do dióxido de carbono pode ser catalisada por uma enzima – a anidrase carbônica. Tal reação quando catalisada é 107 vezes mais rápida do que a não catalisada. A eficiência de uma enzima é medida pelo número de “turnover” que é definido como o número de moles de substrato convertido em produto por 1 mol de enzima ativa em 1 segundo ou minuto.

Enzimas são proteínas. Um completo sistema enzimático é composto de uma parte proteica e uma parte não-proteica, que juntas são chamadas de haloenzima. A parte proteica é chamada de apoenzima e a não-proteica de cofator. Este último pode ser um ion metálico ou um composto orgânico. A figura 2.7 mstra que...

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Figura 2.7 Enzimas. Enzimas são específicas. Uma enzima catalisa geralmente uma só reação ou um

conjunto de reações intimamente relacionados. Por exemplo, a tripisina e a trobina são enzimas proteiliticas que catalisam a hidrólise de uma ligação peptídica e tal fato está relacionado com afinidade dessas enzimas pelos grupos funcionas da proteína, ou seja, a tripisina só tem especificidade se R1= Arg-Lys; a trobina se R1= Arg e R2= Gli.

Enzimas são reguladoras. A enzima que catalisa a primeira etapa de uma via

bioquímica é, geralmente, inibida pelo produto final . A reação a seguir ilustra tal situação que é chamada de retroinibição.

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Nomenclatura das enzimas. Existem 3 métodos para nomenclatura enzimática: 1. Nome Recomendado: Mais curto e utilizado no dia a dia de quem trabalha com

enzimas; Utiliza o sufixo "ase" para caracterizar a enzima. Exemplos: urease, hexoquinase, peptidase, etc.

2. Nome Sistemático: Mais complexo, nos dá informações precisas sobre a função metabólica da enzima. Exemplos: galactose 1-fosfato uridil transferase, UDP-galactose 4-epimerase, etc.

3. Nome Usual: Consagrados pelo uso; Exemplos: tripsina, pepsina, ptialina. As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais

importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes: (1) óxido rredutases; (2) Transferases; (3) hidrolases; (4) liases; (5) isomerase; (6) ligases (Tabel 2.2). Os outros três algarismos ...

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Tabela 2.2 Classificação das enzimas de acordo com IUB.

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2.5. CARBOIDRATOS. O nome carboidrato ou hidratado de carbono se deve ao fato de os primeiros

glicídeos descobertos obedecerem à fórmula: Cn(H2O)n. Também são conhecidos como glicídios, glícideos, glucídeos, glúcidos, glúcides, sacarídeos ou açúcares. São compostos que se encontram em grande abundância no reino vegetal e animal. Exemplos: pão, batatas, ervilhas (alimentos); algodão, linho (tecidos); celulose (madeira).

A produção de carboidratos na natureza ocorre nas plantas verdes, por um processo chamado fotossíntese. A equação básica da fotossíntese é enganosamente simples. A água e o dióxido de carbono combinam-se formando carboidratos e oxigênio molecular.

Nesta equação, Cn(CH2O)n representa um carboidrato, principalmente sacarose e

amido. O mecanismo da fotossíntese é complexo e necessita da interação de muitas proteínas e moléculas pequenas. A fotossíntese em vegetais verdes ocorre em cloroplastos. A energia luminosa é colhida por moléculas de pigmentos, chamados clorofilas, localizadas nos cloroplastos. Basicamente, tal processo ocorre em duas etapas: clara e escura. Na etapa clara ocorre formação de ATP e NADPH que fornecem energia e o poder redutor para assimilação do carbono na etapa escura denominada ciclo de Calvin (Figura 2.8).

Figura 2.8 Fotossíntese

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Enquanto as plantas sintetizam carboidratos, a partir do dióxido de carbono e água, os animais degradam, ou seja, excutam a reação inversa da fotossíntese.

Os carboidratos apresentam em sua estrutura funções mista: poli-hidroxi-cetonas ou poli-hidroxi-aldeídos.

Os carboidratos normalmente são classificados pela ocorrência ou não de hidrólise.

As oses ou monossacarídeos são carboidratos que não se hidrolisam. Os osídeos ou oligossacrídeos se hidrolisam:

Estereoisômeros. São também chamados de enantiômeros ou enanciômeros (ex: L-

gliceraldeído e D-gliceraldeído). São moléculas que são imagens no espelho uma da outra e não são sobreponíveis, nem por rotação nem por translação, mas com capacidade de desviar a luz polarizada. Quando os isômeros não se sobrepõem e nem são imagens especulares uns dos outros são chamados de diasteroisômeros.

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2.5.1. Monossacarídeos São os carboidratos mais simples e incluem os açúcares de 3 a 7 átomos de C. O

monossacarídeo mais simples é o D-gliceraldeído que contém um centro assimétrico e existe, portanto, como um par de enanciômeros. A configuração D foi atribuída de uma forma arbitrária à estrutura abaixo.

Mais tarde, em 1951, pôde-se verificar, por feliz coincidência, que a atribuição

estava correta, ou seja, a escolha arbitrária coincidia com a configuração real: tanto o D-(+)-gliceraldeído quanto D-(-)-gliceraldeído têm as fórmulas moleculares acima proposta.

Projeção de Fischer. As projeções de Fischer para açúcares são frequentemente escritas de um modo simplificado, omitindo-se os C assimétricos e também os H a eles ligados. Abaixo estão representados vários monossacarídeos segundo essa projeção.

Estrutura cíclica. A projeção de Fischer é, frequentemente usada para mostrar a

estrutura dos açúcares, embora não evidencie certos detalhes da estrutura. A verdadeira estrutura, o álcool reage com aldeído para formar um hemiacetal.

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A ciclização acontece como resultado de interação entre carbonos distantes, tais

como C-1 e C-5, para formar um hemiacetal. Uma outra possibilidade é a interação entre C-2 e C-5 para formar um hemicetal. Segundo a projeção de Fischer, o anômero α de um açúcar D tem o grupo OH anomérico representado à direita do C anomérico, e no ß, à esquerda.

Como a projeção de Fischer não é adequada para representação de anéis, como

fica evidente na representação da glicose, outra projeção foi introduzida por Haworth. Esta representa mais fielmente a configuração total das moléculas. Estudos por infravermelho e cristalografia confirmam essa hipótese. A β-D-glicose tem a OH anomérico para cima do plano.

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Mutarrotação. Uma solução recentemente preparada, obtida de β-D-glicose e água,

dá uma rotação específica de +18, 7o. Pouco a pouco, este valor sobe até 52,5o. A α-D - glicose mostra rotação de + 112o, logo após a dissolução, e este muda lentamente até o valor final de 52,5o. Esta lenta mudança é chamada de mutarrotação e pode ser interpretada como a interconversão de hemiacetais, que acontece de maneira lenta, através do intermediário aldeído. A mistura no equilíbrio contém 64% de isômero β, 36% de isômero α e apenas 0,02% da forma aldeído. Além disso, as formas α− e β−hemiacetais têm pontos de fusão diferentes, respectivamente,146 e 150oC.

2.5.2. Dissacarídeos Um dissacarídeo é um composto que pode ser hidrolisado a dois monossacarídeos

ou duas moléculas do mesmo monossacarídeo. Os dissacarídeos mais importantes são: a sacarose, a maltose, a celobiose e a lactose.

Sacarose. Este dissacarídeo é obtido da cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) ou da beterraba (Beta vulgaris), é o composto orgânico puro obtido em maior quantidade. O fato de que a sacarose não sofre mutarrotação, não é redutora e não da osazona. O nome oficial da sacarose é α-D-glicopiranosil-ß-D-frutofuranosídeo ou ß-D-frutofuranosil-α-D-glicopiranosídeo. A sua estrutura, determinada por degradação e estudos de Raio-X, tem uma ligação glicosídica α , ß(1 → 2), é:

Através da hidrolise ácida ou enzimática, a sacarose pode ser transformada em uma

mistura equimolar de D-glicose e D-frutose. A hidrólise pode ser acompanhada por polarimetria, porque a sacarose tem rotação +66º e a mistura dos anômeros de glicose + 52o no equilíbrio, enquanto que a frutose -92º. No fim do processo, a mistura equimolar de glicose e frutose terá um valor de rotação fortemente negativo. Historicamente, a hidrólise é chamada de inversão do açúcar, e a mistura de açúcar invertido.

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Maltose. É o açúcar resultante da hidrólise parcial do amido. É constituída por 2

unidades de glicose unidas por uma ligação glicosídica α 1-4. A maltase ou α-glicosidase hidrolisa a ligação glicosídica do C1.

Celobiose. A hidrólise ácida parcial da celulose do algodão dá o dissacarídeo

celobiose. Este dissacarídeo é redutor e sofre mutarrotação. É constituída por 2 unidades de glicose unidas por uma ligação glicosídica β 1-4. Enzima= emulsina ou β -glicosidase.

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Lactose. É um dissacarídeo formado por uma unidade de galactose com uma unidade de glicose unidas por uma ligação glicosídica β 1-4. A lactose ocorre no leite de todos os animais na proporção de aproximadamente 5%. A lactase ou β-galactosidase é a enzima que hidrolisa esse dissacarídeo.

2.5.3. Polissacarídeos É qualquer molécula que pode ser hidrolisada a um grande número de

monossacarídeos. Se as moléculas de monossacarídeos obtidas por hidrólise são hexoses, o polímero é chamado hexosano. Os hexosanos mais importantes na natureza são: amido e celulose.

As pentoses são polissacarídeos naturais contendo polipentoses (C5H804)n ocorrem em grande quantidade em certas matérias vegetais, tais com a película da aveia e a espiga do milho.

Amidos. São polímeros compostos de muitas unidades de glicose repetidas. Uma forma de amido, a amilose, é composta de cerca de 250-300 unidades de glicose em ligação α-1,4-dissacarídicas. A enzima específica que hidrolisa a amilose é α-amilase que é uma enzima endógena.

A outra forma de amido é a amilopectina com ramificações α-1,6-dissacarídicas, a

cada 25 unidades de glicose. Existem duas enzimas que atuam nesse polissacarídeo: a β-amilase e a Glucoamilase. A β-amilase (EXO) remove unidades de maltase e para α-1,6-. A glucoamilase (EXO) remove sucessivas unidade de G, ↓ α-1,6-, mas não para.

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Celulose. É o outro dos polímeros de glicose encontrado nas plantas. Este polímero

é insolúvel em água tem função estrutural nas plantas. A madeira tem cera de 50% de celulose e as fibras do algodão são praticamente celulose pura. A celulose tem alta mass molecular, cerca de 3000 unidades de glicose sem ramificação. O aspecto mais importante da celulose é a ligação β (1-4) das unidades de glicose e isso é fator determinante para o ser humano porque não possuí nenhuma enzima capaz de transformar a celulose em glicose. A celulase é a enzima que realiza tal transformação.

2.5.4. Função Os carboidratos são combustíveis energéticos de fácil mobilização para os animais

e seres humanos para desenvolver suas atividades motoras. Representam 80% do total calórico utilizado pela humanidade (75 - 80 % deste valor é representado pelo amido). Nos EUA, do total calórico, 46% é representado pelos carboidratos (47% de amido e 52% pela sacarose), 42% de lipídios e 12% de proteínas. Como vimos, carboidratos necessitam ser hidrolizados a CHO simples para serem absorvidos pelo organismo.

Fornece energia para ser transformada em trabalho no corpo e fornece calor para regular temperatura corporal.

CHO são essenciais para a completa oxidação das gorduras do corpo. Se ausentes há acúmulo de ácidos (acidose) provenientes do metabolismo intermediário das gorduras, sendo, portanto antiácidos.

São economizadores de proteínas. Se os CHO estão disponíveis, o corpo não utiliza as proteínas como fonte de energia e elas serão aproveitadas para suas funções específicas (+ nobres).

São utilizadas como alimentos (substrato) da flora microbiana sintetizadora de diversas vitaminas.

São responsáveis pela reação de escurecimento em muitos alimentos. Propriedades reológicas na maioria dos alimentos de origem vegetal

(polissacarídeos). Podem ser utilizados como adoçantes naturais. São utilizados como matéria-prima para alimentos fermentados.

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2.6. LIPÍDEOS. Do grego lipos significa gordura. O termo lipídio não indica uma determinada função

orgânica; de um modo bastante amplo, o termo lipídio engloba um grande número de substâncias gordurosas existentes tanto no reino vegetal como no animal, tais como: triglicerídeos, ácidos graxos, fosfolipídeos, vitaminas liposolúveis, ceras, colesterol, etc. Na prática, os lipídios são substâncias untuosas ao tato que deixam mancha translúcida sobre o papel, mancha de gordura. São insolúveis em água e solúveis nos solventes orgânicos, tais como: éter, clorofórmio, benzeno, etc. No corpo humano, os lipídeos funcionam como combustível metabólico, como formas de reserva e transporte de energia e como componentes estruturais das membranas celulares.

São produtos naturais de origem animal ou vegetal onde predominam ésteres de ácidos graxos superiores, onde ésteres resultam da reação de substituição nucleofílica de um ácido com um álcool.

Os lipídeos são também conhecidos como óleos e gorduras. Normalmente nos

óleos vegetais predominam ácidos graxos insaturados e nas gorduras animais ácidos graxos saturados, sendo tal fato preponderante no estado físico do lipídeo.

Não existe um sistema universal de classificação dos lipídeos, de modo que, existem diversos sistemas de classificação propostos. Segundo KRAUSE et al. (1998), os lipídeos podem ser classificados como: lipídeos simples, componentes lipídicos e lipídeos variados:

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2.6.1. Ácidos Graxos Ácidos graxos são compostos representados pela fórmula química RCOOH, onde R

significa uma cadeia alquil composta de átomos de carbono e hidrogênio. Ionização. O pKa do grupo carboxila dos ácidos graxos é em torno de 4,8. Sob

condições normais, o pH do plasma é 7,4 e o pH do fluido intracelular é cerca de 7,0. Portanto, quase todas (99,9%) as moléculas de ácidos graxos livres presentes em fluidos orginicos estão ionizadas; isto é, os ácidos graxos estão presentes corno ânions. Isto confere propriedades tipo detergente aos ácidos graxos de cadeia longa quando eles existem em forma não esterificada em fluidos biológicos, uma vez que os grupos carboxila ionizados interagern com o meio aquoso enquanto as caudas hidrocarbonadas procuram um ambiente apolar.

RCOOH↔RCOO- + H+

Saturação. Ácidos graxos podem ser saturados ou insaturados. Em um ácido graxo saturado a cadeia ailquil não contém nenhuma dupla ligação. Os principais ácido graxos saturados são:

Láurico C11H23⎯COOH Mirístico: C13H27⎯COOH Palmítico: C15H31⎯COOH Esteárico: C17H35⎯COOH Ácidos graxos insaturados contêm uma ou mais duplas ligações. Os que contêm

uma insaturação são os ácidos graxos monoinsaturados; os que contêm duas ou mais insaturações são chamados poliinsaturados. Os principais ácidos graxos insaturados são:

Oléico: C17H33⎯COOH (1 dupla) Ricinoléico: C17H32(OH) ⎯COOH ( 1 dupla) Linoléico: C17H31⎯COOH (duas dupla) Linolênico: C17H29⎯COOH (três duplas) Os átomos de carbono de um ácido graxo são numerados (ou identificados por

letras) a partir do grupo carboxila (numeração ou sistema de letras gregas), ou a partir do carbono mais distante da carhoxila (sistema de numeração n ou ω) da seguinte forma:

As letras gregas também são usadas para indicar os vários átomos de carbono. O carbono α é adjacente ao grupo carhoxila, e o carbono ω é o mais afastado do grupo carboxila. Os áciodos graxos são dividos em quatro classes: ω-7, ω-9, ω-6 e ω-3. São exemplos:

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2.6.2. Glicerídeos Os óleos e gorduras neutras – também chamados de glicerídeos – são éteres de

glicerol com ácidos graxos e podem apresentar basicamente três formas: A parte alcoólica é chamada de glicerol, glicerina ou 1,2,3-propanotriol, nome oficial,

e é solúvel nos solventes polares, insolúvel nos apolares, de sabor adocicado e muito viscosa.

1,2,3-propanotriol A parte ácida é constituída de ácidos graxos que nos sistemas biológicos aparecem

geralmente entre 14 e 24 carbonos. Triglicerídeos. Representam a maior parte dos óleos e gorduras naturais. As

gorduras predominam ésteres de (glicerina + ácidos graxos saturados) e nos óleos predominam ésteres de (glicerina + ácidos graxos insaturados). Exemplo:

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2.6.3. Fosfolipídeos São também conhecidos como fosfatídeos ou fosfátidos. Na constituição dos seus

ésteres participam: ácidos graxos, glicerol, ácido fosfórico e normalmente grupos nitrogenados. As lecitinas são fosfolipídeos extraídas da gema do ovo e do óleo de soja e possuem em sua estrutura uma colina:

2.6.4. Ceras São constituídas de ésteres de ácidos graxos e álcoois superiores. Possuem alto

ponto de fusão e maior resistência à hidrólise que os triglicerídeos. Podem ser de origem animal ou vegetal. Podem ser classificadas de acordo com o tipo de álcool que está esterificado. As ceras verdadeiras são ésteres de ácidos graxos e álcoois de cadeia linear e alta massa molecular. Um exemplo é o palmitato de cerila:

2.6.5. Glicolipídeos Também são conhecidos como cerebrosídeos ou cerobrósidos. Formados por

ácidos graxos, um grupo nitrogenado e um carboidrato.

CH3(CH2)16

H2C O PO

O-O CH2CH2N+(CH3)3

CO

O CHCH2O

OC

(CH2)7CHCHCH3(CH2)7

Fosfatidil colina (ou, 1-palmitil-2-oleil-fosfatidil colina)

CH3(CH2)12C

H

CH C OH

H

C NHHCH2

CO

(CH2)22CH3

OO

CH2OH

H

OH

OH

HH

O

H

HH

unidade dagalactose

43

2.6.6. Lipídeos derivados Tais lipídeos são os principais constituintes dos álcoois de alta massa molecular,

esteróis, vitaminas lipossolúveis e pigmentos. Na análise de óleos, normalmente aparecem como matéria insaponificável e podem extraídos com éter, da solução resultante da saponificação das gorduras.

O colesterol é um dos esteróides mais disseminados, encontra-se em todo corpo, pode ser isolado de qualquer tecido animal. Apresenta atividade hormonal (precursor de hormônios esteróides) e papel estrutural (membranas celulares biológicas). Composto vital para maioria dos seres vivos. Colesterol representa cerca de 1/6 do peso da matéria seca do tecido nervoso e cerebral; é sintetizado e armazenado no fígado. O excesso de colesterol no sangue é um dos principais fatores de risco para o desenvolvimento de doenças arteriais coronarianas, principalmente o infarto agudo do miocárdio. A figura 2.9(a) mostra estrutura da molécula do colesterol e figura 2.9(b) o desenvolvimento de uma esclerose

Figura 2.9 (a) molécula do colesterol e (b) formação da arterioesclerose.

2.7. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS ALIMENTOS

2.7.1. Água A água é um nutriente absolutamente essencial, participando com 60 a 65 % do

corpo humano e da maioria dos animais. Nas frutas, o teor de água pode ser superior a 70%. Já em grãos e sementes oleaginosas pode ser inferior a 20 % (Figura 2.1).

O teor de água livre nos alimentos é um dos fatores determinantes no “shelf-life” de alimentos in natura e processados e, por outro lado, é o principal adulterante dos alimentos, por isso sua determinação é de grande importância. Além disso, a água apresenta várias funções, tais como: (1) é o solvente universal, indispensável aos processos metabólicos; (2) manutenção da temperatura corporal; (3) manutenção da pressão osmótica dos fluídos e do volume das células; (4) participação como reagente de um grande número de reações metabólicas.

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Água livre e combinada. Usualmente a quantidade de água nos alimentos é expressa pelo valor da determinação da água total contida no alimento. Este valor não fornece informações de como está distribuída à água neste alimento nem permite saber se toda a água está ligada do mesmo modo ao alimento. Tal fato é porque a água encontra-se na forma livre e combinada. A água livre, que é aquela fracamente ligada ao substrato, funcionando como solvente, permitindo o crescimento dos microorganismos e reações químicas e que é eliminada com facilidade e a água combinada, fortemente ligada ao substrato, mais difícil de ser eliminada e que não é utilizada como solvente e não permite o desenvolvimento de microorganismos e retarda as reações químicas.

Atividade aquosa (AW) versus conservação. Existe uma relação entre direta entre o teor de água livre nos alimentos e sua conservação. O teor de água livre é expresso como atividade aquosa que é dada pela relação entre a pressão de vapor de água em equilíbrio no alimento e a pressão de vapor da água pura na mesma temperatura. A medida desse valor baseia-se no fato de que a pressão P do vapor de água sobre um alimento, após atingir o equilíbrio a uma temperatura T, corresponde a Umidade Relativa de Equilíbrio (URE) do alimento. A atividade da água será então igual à URE e é expressa por URE/100.

O valor máximo da AW é 1 na água pura. Nos alimentos ricos em água, com AW > 0,90, podem formar soluções diluídas que servirão de substrato para os microorganismos poderem se desenvolver. Nesta situação as reações químicas podem ter sua velocidade diminuída em função da baixa concentração dos reagentes.

Quando a AW baixar para 0,40 - 0,80, haverá possibilidade de reações químicas e enzimáticas a velocidades rápidas, pelo aumento da concentração dos reagentes.

Com AW inferior a 0,30 estará atingindo a zona de adsorção primária, onde a água está fortemente ligada ao alimento.

A tabela 2.3 demonstra a Aw mínima para crescimentos de diversos micro-organismos no alimento e a produção de toxinas.

Tabela 2.3 Valores mínimos de atividade de água para o crescimento e

produção de toxina de patógenos de importância alimentar.

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A umidade de um alimento está relacionada com estabilidade, qualidade e composição desse alimento. O conteúdo de água pode afetar o alimento durante a sua estocagem. Alimentos estocados com alta umidade deterioraram mais rapidamente que os que possuem baixa umidade. Por exemplo, grãos com umidade excessiva estão sujeitos a rápida deterioração devido ao crescimento de fungos que desenvolvem toxinas como a aflatoxina.

A embalagem também pode ser afetada pela umidade, por exemplo, a velocidade do escurecimento (browning) em vegetais e frutas desidratadas, ou a absorção de oxigênio (oxidação) em ovo em pó, podem aumentar com o aumento da umidade, em embalagens permeáveis à luz e ao oxigênio.

No Processamento, o teor de umidade torna-se vital tanto para realização de uma determinada operação unitária durante processamento do alimento como para a quantidade de água final no produto obtido, como, por exemplo, a umidade do trigo para fabricação de pão e produtos de padarias.

Isotermas de sorção versus Aw. É uma curva representativa do teor de água em função da atividade de água no alimento, durante a secagem (desorção) e hidratação (absorção). A figura 2.10 tem-se algumas isotermas. Como é uma curva sigmóide, temos três fases distintas: (1) água que constitui a camada primária, unidas a grupos ionizantes ou fortemente polares; (2) a água atua como solvente; (3) a água contida em capilares onde pode formar soluções, água livre, retida mecanicamente.

Figura 2.10 Isotermas de adsorção de alguns alimentos a 20oC. FONTE: MOSSEL (1975).

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2.7.2. Cinza Cinza de um alimento é o resíduo inorgânico que permanece após a queima da

matéria orgânica que é transformada em CO2, H2O e NO2. A cinza é constituída principalmente de: (1) grandes quantidades: K, Na, Ca e Mg; (2) pequenas quantidades: AI, Fe, Cu, Mn e Zn; (3) traços: Ar, I, F e outros elementos.

A cinza obtida não é necessariamente da mesma composição que a matéria mineral presente originalmente no alimento, pois pode haver perda por volatilização ou alguma interação entre os constituintes da amostra. Os elementos minerais se apresentam na cinza sob a forma de óxidos, sulfatos, fosfatos, silicatos e cloretos, dependendo das condições de incineração e da composição do alimento. Algumas mudanças podem ocorrer como oxalatos de cálcio podem ser transformados em carbonatos ou até em óxidos. Portanto, a composição da cinza vai depender da natureza do alimento e do método de determinação utilizado.

2.7.3. Carboidratos Os carboidratos constituem cerca de 75% do peso seco de todas as plantas

terrestres e marinhas e estão presentes nos grãos, verduras, hortaliças, frutas e outras partes de plantas consumidas pelo homem. Em base úmida, nas frutas, os carboidratos podem chegar até pouco mais de 20%, como é o caso das bananas e menos de 10 % em melões (Veja figura 2.1).

A composição de carboidratos, nos alimentos, é dada em termos de carboidratos totais e o seu valor é calculado pela diferença, isto é, a percentagem de água, proteína, gordura e cinza subtraída de 100.

O amido e a sacarose são as principais fontes de carboidratos para o homem e os vegetais ricos nesses carboidratos são os mais cultivadas. A sacarose, por exemplo, está presente em pequenas quantidades na maior parte dos vegetais. Portanto sua ingestão em maior nível se dá através de alimentos modificados, como o açúcar refinado (Tabela 2.4). Os cereais contêm pequenas quantidades de açúcares, pois a maior parte é convertida em amido. Este, por sua vez, é o carboidrato mais comum utilizado pelos vegetais como reserva de energia. Assim, o homem e os animais desenvolveram sistemas enzimáticos para utilizá-lo como fonte de energia. As enzimas que desempenham tal papel são a α-, β-amilase e glugoamilase (Rever item 2.5.3). As frutas maduras são doces devido à transformação do amido (reserva) em açúcares mais simples como a sacarose, frutose, etc. Os produtos de origem animal contêm menos carboidratos matabolizáveis que outros alimentos. O glicogênio é forma semelhante a amilopectina do amido e é metabolizável da mesma forma que este.

Tabela 2.4 Conteúdo de carboidratos em alguns alimentos.

Fonte: adaptado de MAHAN e ESCOTT-STUMP (1998)

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2.7.4. Proteínas As proteínas são os maiores constituintes de toda célula viva, e cada uma delas, de

acordo com sua estrutura molecular, tem uma função biológica associada às atividades vitais. Nos alimentos, além da função nutricional, as proteínas têm propriedades organolépticas e de textura. Além diso, podem vir combinadas com lipídeos e carboidratos.

As proteínas, como as gorduras e carboidratos, contêm carbono (50 a 55%) , hidrogênio (6 a 8%) e oxigênio (20 a 24%). São as únicas macromoléculas que contêm ao redor de 16% de nitrogênio, juntamente com enxofre e algumas vezes outros elementos, tais como fósforo, ferro e cobalto. A presença de nitrogênio permite às proteínas assumirem as centenas de formas diferentes que caracterizam a vida.

As proteínas contém quantidades variáveis de N. Entretanto, os valores, para proteínas semelhantes, são aproximadamente iguais. Portanto o conteúdo de proteínas nos alimentos é igual N multiplicado por 6,25 (100/16=fator). O método mais utilizado para determinar proteína total é o Kjeldhal que não permite distinguir entre N protéico e o não protéico. A tabela 2.5 mostra a relação entre o teor de aminoácidos totais essenciais (AET)

Tabela 2.5 Conteúdo de carboidratos em alguns alimentos.

. Fonte: (Reguly, 1983). Os vegetais sintetizam a proteína a partir do nitrogênio, que obtêm a partir de

nitratos e amônia do solo e, nas circunstâncias únicas das leguminosas, os nitratos se tornam disponíveis simbioticamente a partir do nitrogênio atmosférico pelas bactérias nos nódulos das raízes (ver Leitura Complementar: Leguminosas como Fontes de Proteína). Os animais, por sua vez, obtêm o nitrogênio que necessitam de alimentos protéicos seja de origem vegetal ou animal. O metabolismo animal, a excreção e morte finalmente retornam o nitrogênio ao solo numa continuação do ciclo do nitrogênio.

Apesar da sua complexidade estrutural, as proteínas podem ser hidrolisadas (quebradas) em seus constituintes aminoácidos por enzimas ou por meio de fervura com ácidos e álcalis sob certas condições.

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As proteínas puras e secas são razoavelmente estáveis, mas sob as condições em que são encontradas nos alimentos, elas tendem a se decompor a temperatura ambiente, auxiliadas pela ação bacteriana, e podem formar produtos tóxicos para o corpo; assim, é necessário conservar refrigerados, alimentos protéicos, como ovos, peixes, aves carne e leite.

São encontrados quase que em todos os alimentos, tanto de origem animal (carne, ovos, leite), como de origem vegetal (cereais, a soja e raízes ou tubérculos) e somente pequena quantidade é proveniente das chamadas fontes não convencionais, ou seja, aquelas provenientes de microorganismos como bactérias cultivadas com o uso de derivados de petróleo como fonte de carbono; as leveduras provenientes da fermentação da sacarose para produção de etanol e algas como as Chlorellas.

As proteínas de alto valor biológico, ou proteínas completas, são aquelas que contêm todos os aminoácidos essenciais em quantidades e proporções ideais para atender às necessidades orgânicas. Uma proteína de baixo valor biológico, ou proteína incompleta, não possui um ou mais aminoácidos essenciais em quantidades suficientes.

Geralmente as proteínas de origem animal possuem um valor nutritivo ou biológico superior ao das proteínas vegetais. Um exemplo é a clara do ovo, que contém albumina; outro é o leite, que possui caseína e lactoalbumina. Já os alimentos de origem vegetal apresentam proteínas incompletas, ou seja, são deficiêntes em um ou mais aminoácidos essenciais, ou podem apresentar problemas nutricionais por estarem acompanhadas de substâncias tóxicas ou de inibidores de enzimas proteolíticas. É o caso da soja e do feijão, deficientes em metionina, e do arroz, em lisina. A tabela 2.5 mostra que quanto maior a relação AET/NT maior é o valor biológico desse alimento. Portanto, proteínas de alto valor biológico (VB) são proteínas completas porque apresentam os aminoácidos em teores necessários a manutenção da vida e crescimento dos novos tecidos. Proteínas de baixo valor biológico são aquelas que não tem os aminoácidos em teores adequados, por exemplo, frutas e hortaliças. Proteínas parcialmente completas são as apresentam um ou mais aminoácidos limitante, por exemplo, cereais deficientes em lisina, triptofano e treonina, e leguminosa deficiente em metionina.

O valor biológico alto de um alimento não significa que este resulte em ganho de peso ou absorção dos aminoácidos provenientes da proteína, com isso, existem dois métodos que são capazes de avaliar tal situação:

(1) Taxa de Eficiência Protéica, do inglês Protein Efficiency Ratio – PER, é um método biológico que avalia o ganho de peso em função da quantidade de proteína consumida por um animal em crescimento. Quanto maior o ganho de peso por proteína ingerida mais alta é o PER. O ideal é o PER de 2,5. Entretanto, este método apresenta algumas limitações por ser realizado em animais, além de não determinar a qualidade dos alimentos que contém uma mistura de proteínas.

(2) Digestibilidade da proteína corrigida pelo cômputo químico, Protein Digestibility - Correted Amino Acid Score - PD-CAA SCORE. Este método, hoje utilizado pela Organização Mundial de Saúde, World Health Organization – WHO, avalia a disponibilidade de aminoácidos após o processo digestivo, permitindo assim uma estimativa mais precisa daqueles que serão absorvidos no intestino de humanos e animais.

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2.7.5. Vitaminas As vitaminas são compostos orgânicos essenciais para reações metabólicas

específicas que não podem ser sintetizados pelas células dos tecidos humanos a partir de simples metabólitos. Muitas agem como coenzimas ou como partes de enzimas responsáveis por promover reações químicas essenciais. Avitamina A e a niacina podem ser formadas no organismo se seus precursores forem fornecidos. A vitamina K, a biotina, a folacina e a vitamina B12 são produzidas por microrganismos no trato intestinal. A vitamina D é sintetizada a partir de um precursor do colesterol na pele sob exposição à luz solar.

As vitaminas se dividem em lipossolúveis e hidrossolúveis (tabela 2.6). As vitaminas hidrossolúveis são aquelas do complexo B, formada por B1 (tiamina), B2 (riboflavina), vitaminas B6 (piridoxina), vitaminas B12 (cianocobalamina), ácido fólico, niacina(nicotinamida, antigamente vitamina PP) e ácido pantotênico, da vitamina C (ácido ascórbico) e da biotina (antigamente vitamina H). As vitaminas lipossolúveis Vitamina A (retinol); vitamina D (calciferol); vitamina E (tocoferol); vitamina K (filoquinona).

O crescente interesse em relação à demanda de nutrientes, entre eles as vitaminas, e o consequente estabelecimento de padrões nutricionais na dieta das populações têm aumentado devido as fortes evidências demonstrando a estreita relação entre a dieta e as doenças humanas.

Tal fato resultou em grandes investimentos governamentais e particulares, além de intensificar as atividades dos laboratórios de análises, nos países desenvolvidos.

A necessidade do conhecimento dos teores de vitaminas nos alimentos aumentou ainda mais com a preocupação da declaração desses valores nos rótulos dos alimentos comercializados, principalmente utilizando metodologias mais apropriadas.

Hoje, com o aumento do consumo de alimentos industrializados e a sua maior diversidade, aliado a baixa estabilidade das vitaminas, surge a preocupação em adicionar esses nutrientes aos alimentos como medida para recuperar as perdas decorrentes do processamento, embora muitas vezes o enriquecimento, principalmente em novos produtos, represente uma estratégia de marketing. A adição de vitaminas requer muita atenção, já que algumas, quando ingeridas em níveis superiores ao requerido pelo organismo, podem apresentar toxicidez.

Métodos analíticos que confirmem com segurança os teores de vitaminas em alimentos são desejáveis por organismos de fiscalização, conferindo paralelamente à indústria possibilidade de melhor controle de processos tecnológicos, e à nutrição, para um melhor planejamento dietético quando associado a informações de biopotência.

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Tabela 2.6 Vitaminas lipossolúveis e hidrossolúveis suas fontes e efeitos.

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2.7.6. Fibras São substâncias componentes dos tecidos vegetais, que não constituem fonte de

energia, porque não podem ser hidrolizadas por enzimas do intestino humano. Uma definição mais precisa de fibras não é possível porque as substâncias não digeríveis incluem misturas complexas e heterogêneas de substâncias, não existindo ainda uma concordância acerca de qual parte da substância constitui a fibra.

Quantitativamente, os principais integrantes das fibras da dieta derivam das paredes celulares das plantas, os polissacarídeos não-amiláceos insolúveis (celulose, hemicelulose, lignina), outros fazem parte do material intercelular solúveis (algumas hemiceluloses, pectinas) e outros ainda são secretados pelos vegetais para desempenho de funções especializadas (gomas e mucilagens).

Assim, como diferentes vitaminas exercem funções específicas em nosso organismo, os vários componentes das fibras alimentares produzem diferentes respostas fisiológicas que estão relacionadas às propriedades físico-químicas destes integrantes.

Como vimos anteriormente, a celulose é composta de uma única cadeia longa de unidades de glicose unida por ligações as quais as enzimas digestivas não conseguem hidrolisar. A celulose está presente nas frutas (polpa e casca), nas hortaliças (haste e folhas), nos legumes e cereais. A hemicelulose difere estruturalmente da celulose porque possui menos unidades de glicose. São utilizadas como laxante e na produção de alimentos de baixas calorias, devido à sua capacidade de produzir volumes e sensação de saciedade. A Lignina é um polímero de fenóis e ácidos encontrados na porção lenhosa de vegetais. As pectinas são formadas por muitas unidades de ácido galacturônico, absorvem água e formam gel, é amplamente utilizada na indústria de alimentos. Encontrada em todos os frutos. As gomas e mucilagens são semelhantes a pectina, exceto porque suas unidades são formadas por ligações de galactose e polissacarídeos. Encontradas nas secreções de vegetais ou sementes.

Fibra alimentar. É a parte do alimento que lhe confere volume, ou seja, a que mais resiste a ação dos sucos e enzimas digestivas, favorecendo, assim, os movimentos peristálticos do intestino, devido ao aumento do volume da massa fecal pela retenção das fezes. As fibras solúveis, parcialmente fermentáveis no intestino grosso, são particularmente efetivas em promover alterações benéficas na microflora intestinal. Embora resistente às enzimas do trato intestinal, ao passarem pelo intestino as fibras alimentares se expõem às enzimas produzidas por bactérias, as quais degradam seletivamente muitas das frações que integram as fibras. Tal processo de digestão é denominado de fermentação, do qual resultam diversos produtos, entre eles: ácidos graxos de cadeia curta, CO2, H2, metano e H2O. A extensão da fermentação depende da natureza das bactérias, do tempo de trânsito ao longo do intestino grosso, da estrutura física e da composição química das fibras. Atualmente usa-se o termo fibra dietética como a soma da lignina e dos polissacarídeos da dieta que não são digeridos pelas secreções digestivas humanas, diferindo da fibra bruta que seria o resíduo orgânico dos alimentos após a eliminação da água e dos lipídeos e hidrólise à quente com ácidos e álcalis diluídos.

Função. Acredita-se que as fibras exerçam suas funções através de sua capacidade de hidratação e de aumentar o volume fecal e a velocidade de transito do bolo alimentar, possuindo também capacidade de se complexar com outros constituintes da dieta, através de vários mecanismos, podendo arrastá- los em maior quantidade na excreção

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fecal. Desta forma, tanto nutriente essencial como substâncias tóxicas poderão ser excretadas em maior ou menor quantidade, dependendo da qualidade e quantidade das fibras presente na dieta. As pectinas e mucilagens, a hemicelulose tem maior capacidade de ligar água. A lignina é relativamente apolar e muito menos higroscópica (não tem afinidade com H2O) do que os demais componentes das fibras alimentares.

2.8. QUESTÕES PROPOSTAS Aminoácidos e proteínas 1.Escreva a fórmula do mais simples amino-ácido que possuí carbono assimétrico. Dê o nome oficial.

2. Que são amino-ácidos essenciais? Quantos são ao todo?

3. O que é um zwitterion?

4. O que é uma ligação peptídica?

5. Que é um grupo prostético?

6. A serina em meio aquoso possuí caráter ácido, básico ou neutro? Justifique.

7. A forma helicoidal de uma proteína corresponde a que tipo de estrutura?

8. A ligação peptídica determina o primeiro grau de estruturação das proteínas, qual a força (ou ligação) que estabiliza a estruturação quaternária de uma proteína?

9. Que tipos de proteínas se conjugam com lipidios?

10. Existe diferença entre uma proteína de origem vegetal de uma proteína de origem animal? Explique sua resposta?

11. Como é a catalise de uma enzima “insolúvel”?

12. Utilize um exemplo para usar a equação de Michaelis & Mentem.

13. Descreva o efeito da temperatura e do pH na atividade enzimática. Utilize uma enzima para explicar esses efeitos.

14. Qual a reação característica das proteínas em que a formação de ácido pícrico?

15. (pesquisa) Demonstre a origem da equação de Henderson e Hasselbach. 16. (pesqisa) Como determina experimentalmente a constante de acidez de um composto biologicamente ativo? Pode utilizar um exemplo.

17. (pesquisa) Que tecnicas utiliza para determinar o PM (massa molecular) de uma proteína alimentícia?

Carboidratos

18. Qual a diferença fundamental sob o ponto de vista químico entre a glicose e a frutose?

19. Dê exemplo de dois compostos que sejam epímeros.

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20. Por que a frutose que não possuí grupo aldeído é capaz de reduzir o licor de fehling?

21. Escreva a estrutura da α-glicopiranose.

22. Qual o significado da letra D colocada antes de uma “ose”?

23. Explique o fenômeno da mutarrotação?

24. Qual é o número total de isômeros ópticos da glicose?

25. Descreva as reações químicas na determinação de carboidratos por Felhing

26. (pesqisa) É possível aumentar a solubilidade de hexosas? Como faria? 27. Que ligações químicas dos carboidratos alimentícios não são hidrolisadas pelas enzimas? Explique mediante reação química. 28. (pesquisa) Como poderia desmetilar uma pectina?

Lipídeos 29. Qual a principal função orgânica que caracteriza um lipídeo?

30. Qual a diferença estrutural entre um fosfatídeo e um glicerídeo?

31. Cite ácidos graxos superiores que se encontram esterificdos na maioria dos glicerídeos.

35. Que lipídios alimenticios tem maior interesse a bioquímica de alimentos?

36. Compare a energia da combustão de um TG de cadeia curta com um TG de cadeia longa saturada

37. Como um ácido graxo “Cis” se pode converter em “trans”, explique mediante um mecanismo de reação.

39. Qual a diferença entre um óleo e uma gordura?

Composição química dos alimentos 40. Qual a relação entre atividade aquoasa e “shelf-life” nos alimentos?

41. O que são as cinzas de um alimentos?

42. Como é determinado os carboidratos totais nos alimentos?

43. Porque uma fruta madura é doce e uma verde não?

44. Com se determina o conteúdo de proteína nos alimentos? E explique o fundamento de um método para determinar tal conteúdo?

45. Como as proteínas são sintetizadas no vegetais?

46. O que é uma proteína de alto valor biológico?

47 A diferença enter PER e PD-CAA?

48. a diferença entre vitaminas lipossolúveis e hidrossolúveis?

49. Qual a função das fibras na alimentação?

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Capítulo 3

Reações Químicas de Importância Alimentar

1 . I N T R O D U Ç Ã O A B I O Q U Í M I C A

2 . B I O Q U Í M I C A D O S A L I M E N T O S E S U A C O M P O S I Ç Ã O

3 . R E A Ç Õ E S Q U Í M I C A S D E I M P O R T Â N C I A A L I M E N T A R

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3.1. HIDRÓLISE A hidrólise dos açúcares nos alimentos está influenciada por diversos fatores, tais

como: pH, temperatura, configuração anomérica e tamanho do anel glicosídico. A hidrólise dos carboidratos pode ser muito importante em certas técnicas processamento e conservação dos alimentos, podendo levar em certas ocasiões a formação de cores indesejáveis e a incapacidade de formação de géis. A ligação glicosídica é mais facilmente destruída em meio ácido do que em meio alcalino e segue o seguinte mecanismo:

Figura 3.1 Mecanismo de hidrólise ácida. Fonte: FENNEMA (1993)

A tabela 3.1 mostra a influência da temperatura em dois isômeros de um glicosídeo.

O aumento da temperatura potencializa a velocidade de hidrólise.

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Tabela 3.1 Efeito da temperatura na constate de velocidade de primeira

ordem em dois isômeros de glicosídeo.

Constante de velocidade, K x 106 (seg-1) Gicosídeo em solução de H2SO4 0,5 M

70oC 80oC 90oC

α-D-glicopiranosídeo de Me 2,82 13,8 76,1

β-D-glicopiranosídeo de Me 6,01 15,4 141,0

Fonte: FENNEMA (1993)

3.2. DESIDRATAÇÃO E DEGRADAÇÃO Estas reações são de grande importância nos alimentos, são catalisadas por ácidos

ou bases e a maioria das reações desse tipo é de β-eliminação. A figura abaixo mostra a desidratação da D-glicose dando lugar a 3 desoxi-glicosona. A fragmentação da cadeia dos produtos primários da desidratação dá lugar a formação de outros compostos, como o ácido fórmico, levulínico, láctico, pirúvico, acético.

Figura 3.2 Desidratação da D-glicose para dar lugar a 3-desoxi-D-glicosona. Fonte: FENNEMA (1993)

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Alguns desses produtos da degradação possuem intenso odor e podem conferir aromas desejáveis ou indesejáveis. Altas temperatura promovem tais reações degradativas, como a formação do 2-furaldeído e HMF em sucos em sucos de frutas processados termicamente.

A figura 3.3 mostra a formação da 3-desoxi-D-glicosona-3,4-eno a partir da enólica 3-desoxi-D-glicosona. O açúcar cis 3,4 –eno pode sofre a ciclização seguido de desidratação e dar origem a HMF.

Figura 3.3 Formação da 3-desoxi-D-glicosona-3,4-eno a aprtir da forma enólica de 3-desoxi-D-glicosona. Fonte: FENNEMA (1993)

Degradação térmica. As reações que se produzem por aquecimento dos açúcares podem ser dividias em dois grupos: (1) as com ruptura de um enlace carbono-carbono com produção de aldeídos, ácidos, cetonas; (2) as sem ruptura. Fazem parte desse segundo grupo: a anomerização , isomerização e a desidratação (Figura 3.4).

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Figura 3.4 (a) anomerização; (b) desidrtação. Fonte: FENNEMA (1993)

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3.3. ESCURECIMENTO ENZIMÁTICO A manutenção da cor natural é um dos fatores de qualidade mais importantes no

processamento de purês, polpas, néctares e sucos. A cor natural está associado a um produto processado de alta qualidade, porém modificações na coloração durante colheita, pós-colheita, processamento e armazenamento causam declínio drástico na qualidade, quando não controlados. Este também é um grande desafio em frutas e hortaliças minimamente processados e refrigerados.

O escurecimento enzimático é um fenômeno amplamente observado nessas questões, sendo que induz a severa mudança de cor, sabores indesejáveis e perdas nutricionais, manifestando-se com mais intensidade em frutas como maçãs, pêras, pêssegos, damascos, abacaxi, bananas e uvas; e em vegetais como batatas, cogumelos, cenoura, couve-flor e palmito.

A polifenoloxidase (E.C. 1.10.3.1; PPO) e a peroxidase (E.C. 1.11.1.7.; POD) constituem um importante grupo de enzimas associadas com esse fenômeno e encontram-se amplamente distribuídas em tecidos vegetais. Os compostos fenólicos, substratos dessas enzimas, são os produtos da reação catalisada pela fenilalanina amônia liase (PAL) e sua atividade é usada como índice de escurecimento. Em pêssegos, todas essas enzimas estão presentes e, além de estarem envolvidas com o desenvolvimento do escurecimento enzimático, também participam por indução do sistema de defesa da fruta injuriada e/ou infectada.

O escurecimento enzimático não ocorre em células intactas uma vez que os compostos fenólicos estão localizados nos vacúolos, e as polifenoloxidases, no citoplasma. As polifenoloxidases são enzimas cúpricas que catalisam a oxidação de substratos fenólicos na presença de oxigênio em dois diferentes tipos de reações. Estas reações envolvem a remoção dos hidrogênios de o-difenóis resultando em o-quinona (Eq. 1) e a hidroxilação de monofenóis para dar o-difenóis (Eq. 2). Todas PPOs descobertas desenvolvem atividade em presença de o-difenóis, mas nem todas tem habilidade para hidroxilação de monofenóis. As quinonas formadas condensam e reagem não enzimáticamente com outros compostos fenólicos, amino-ácidos, etc., produzindo compostos coloridos. Em PPO de pêssego de caroço-aderido foi mencionado somente a atividade em presença de difenóis e nenhuma atividade para hidroxilação de monofenóis.

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A catálise da peroxidase está associada com quatro tipos de atividade: peroxidação,

oxidação, catalática e hidroxilação. Para substratos fenólicos somente as reações de peroxidação são importantes (Eq. 3). A ação da enzima objetiva, principalmente, controlar o nível de peróxidos gerados em quase todas reações celulares e, na ausência de um doador de hidrogênio, a POD converte peróxido de hidrogênio em H2O e O2 . Esta reação é, pelo menos, 1000 vezes mais lenta que a de peroxidação.

3.4. ESCURECIMENTO NÃO ENZIMÁTICO Purês, sucos e néctares de frutas sofrem alterações durante o processamento

térmico que podem ser significativas afetando cor, sabor, aroma e valor nutricional. Trabalhos recentes relatam perdas significativas de carotenóides e compostos fenólicos durante o processamento.

O escurecimento não-enzimático é considerado uma das maiores causas de perda de qualidade durante o processamento e armazenamento dessas commodities. Estudos nessa direção incluem a degradação do ácido ascórbico, a reação de Maillard e a pirólise dos carboidratos.

O conhecimento e domínio do mecanismo dessas reações durante a manufatura e estocagem de sucos e purês é de grande importância para a indústria de alimentos. A extensão do escurecimento não-enzimático pode ser acompanhada através de diferentes métodos. A medida da absorbância a 420nm para detectar compostos coloridos em função do tempo é frequentemente usada. Também, utilizam-se colorímetros para medir os parâmetros a* , b* e L, além da avaliação qualitativa e quantitativa de produtos finais e intermediários, especialmente, hidroximetilfurfural (HMF).

A frutose e a glicose, açúcares redutores presentes em processados de frutas, participam de reações de escurecimento não-enzimático. Alguns dissacarídeos, como a sacarose, podem sofrer hidrólise durante o tratamento térmico formando frutose e glicose. Portanto, a transformação da sacarose também pode ser um bom indicador de escurecimento não-enzimático.

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Uma das mais importantes substâncias químicas produzidas no processo de escurecimento não-enzimático é o HMF. O seu conteúdo indica o grau de aquecimento do tratamento térmico durante o processamento e é largamente citado como indicador de escurecimento não enzimático em diferentes tipos de purês, néctares e sucos. O HMF pode ser formado por diferentes rotas reacionais, destacando-se: desidratação de hexoses em meio ácido e por reação de Maillard . Em sucos de maçã, por exemplo, foi detectado acima de 40 mg.100g-1 de suco após 100 dias de estocagem a 370C.

A determinação da cinética do escurecimento não-enzimático é fundamental para seu controle. Muitos trabalhos levantam a hipótese de que há um período de indução correspondente à formação do composto colorido e, após, segue-se uma cinética de ordem zero ou de primeira-ordem. Outros trabalhos sugerem que assumir cinética de ordem-zero ou primeira-ordem não é suficiente para descrever adequadamente as reações de escurecimento não enzimático.

A extensão do escurecimento não-enzimático em sucos, purês e néctares é afetado por diferentes parâmetros, destacando-se: sua composição, da presença de percursores de Maillard, do ácido ascórbico, pH, atividade aquosa, exposição ao O2, tempo de estocagem, temperatura, ions metálicos, luz e da presença de inibidores.

A degradação do ácido ascórbico também é bem conhecida durante o processamento térmico e vida-de-prateleira em sucos concentrados. Tanto uma cinética de ordem zero como uma de primeira ordem tem sido sugerida para degradação do ácido ascórbico em diferentes sucos de frutas. Entretanto, existe uma ampla variação na magnitude das constantes de velocidades devido a inúmeros fatores que podem influenciar na velocidade de degradação tais como a temperatura, a concentração de sal e açúcar, o pH, o oxigênio, as enzimas, os catalisadores metálicos, a concentração inicial de ácido e a relação inicial de ácido ascórbico-dehidroascórbico .

3.5. SAPONIFICAÇÃO Trata-se da reação dos glicerídeos com NaOH ou KOH e está reação é utilizada na

obtenção do sabão comum. Utilizando-se NaOH obtém-se sabões sólidos que também são denominados sabões duros. Quando se utiliza KOH sabões líquidos ou pastosos e são denominados de sabões moles. Exemplo:

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O balanço estequiométrico e a conservação da massa para 1 mol de tripalmitina é

explicado abaixo: Sabões versus detergentes. Sabões é uma mistura de sais de ácidos graxos

superiores. Os sabões duros são aqueles que possuem sais de sódio de ácidos graxos superiores. Os principais:

Índice de insaponificação (IS). É o número de miligramas de KOH necessário para

saponificar completamente 1 grama de óleo ou gordura. A determinação do índice é feita em laboratório utilizando método analítico. De modo geral o índice de saponificação oscila em torno de 200.

Tabela 3.2. Índice de saponificação de alguns lipídeos.

Lipídeo IS

Manteiga 210-230

Óleo de algodão 190-200

Óleo de linhaça 180-195

Óleo de oliva 188-196

Toucinho 190-200

Atualmente são fabricados muitos detergentes artificiais, principalmente

empregando subprodutos da refinação do petróleo. Os detergentes são também denominados de substancias tensoativas, pois abaixam consideravelmente a tensão superficial da água. Os alcanos obtidos do petróleo, assim como os aromáticos podem ser transformados em detergentes:

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Ações dos sabões. A molécula de um sabão tem caráter anfótero, ou seja, ela

possui uma parte apolar (HIDPÓFOBA) que é capaz de ligar-se a um lipídeo e possui também uma extremidade polar (HIDRÓFILA) que é capaz de dissolver a água (Figura 3.5). A sujeira impregnada no tecido, geralmente, é um lipídeo e este é insolúvel na água. É porque a água é polar e a gordura apolar.

Figura 3.5 Ação dos sabões: A molécula de sabão, extremidade apolar, interage com um lipídeo (bola amarela). Por outro lado, a extremidade polar interge com a água. Os tipo de interaçõe s envolvidas são não covalentes.

3.6. HIDROGENAÇÃO É a transformação de um óleo em uma gordura e para isso basta efetuar a

hidrogenação catalítica (H2/Ni). A margarina é um produto da hidrogenação de óleos vegetais. A hidrogenação modifica as propriedades físicas e químicas das gorduras. As gorduras hidrogenadas rançam menos que as não hidrogenadas. Exemplo:

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Índice de iodo (II). É o número de gramas de iodo (I2) capaz de reagir com 100

gramas de óleo ou gordura. O iodo é capaz de romper as duplas ligações através de uma reação de halogenação. Exemplo

O índice de iodo é um parâmetro importante de qualidade para avaliar o grau de

saturação de um lipídeo e, também, para avaliar a hidrogenação. Um óleo vegetal hidrogenado tem um índice de iodo <10. A tabela 3.3 mostra o II de alguns lipídeos.

Tabela 3.3. Índice de iodo de alguns lipídeos.

Lipídeo II

Manteiga 25 – 50 Óleo de amendoim 85 – 90 Óleo de linhaça 170 – 200 Óleo de baleia 110 – 150 Sebo bovino 30 – 50 Óleo de oliva 120-130

3.7. RANCIFICAÇÃO Trata-se de uma série de reações bastante complexas que se efetuam diante do O2

do ar e também catalisadas pelas bactérias existentes no ar atmosférico. A característica desta reação é o desprendimento de um odor desagradável. É o caso da manteiga rançosa, óleo rançoso, etc.

Fotoxidação. È um tipo de rancificação em que o mecanismo de fotoxidacão de gorduras insaturadas é promovido essencialmente pela radiação UV em presença de fotossensibilizadores (clorofila, mioglobina, riboflavina e outros) que absorvem a energia luminosa de comprimento de onda na faixa do visível e a transferem para o oxigênio triplete (3O2), gerando o estado singlete (1O2).

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O oxigênio singlete reage diretamente com as ligações duplas por adição formando

hidroperóxidos diferentes dos que se observam na ausência de luz e de sensibilizadores, e que por degradação posterior originam aldeídos, álcoois e hidrocarbonetos. A reação abaixo exemplifica a fotoxidação:

Autoxidacão. É o principal mecanismo de oxidação dos óleos e gorduras. Farmer et

al.1 propuseram uma seqüência de reações inter-relacionadas para explicar o processo de autoxidacão dos lipídios demonstrada na Figura 3.2.

Como pode ser observado, a autoxidacão dos lipídios está associada à reação do

oxigênio com ácidos graxos insaturados e ocorre em três etapas:

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Iniciação – ocorre a formação dos radicais livres do ácido graxo devido à retirada de um hidrogênio do carbono alílico na molécula do ácido graxo, em condições favorecidas por luz e calor.

Propagação – os radicais livres que são prontamente susceptíveis ao ataque do oxigênio atmosférico, são convertidos em outros radicais, aparecendo os produtos primários de oxidação (peróxidos e hidroperóxidos) cuja estrutura depende da natureza dos ácidos graxos presentes. Os radicais livres formados atuam como propagadores da reação, resultando em um processo autocatalítico.

Término – dois radicais combinam-se, com a formação de produtos estáveis (produtos secundários de oxidação) obtidos por cisão e rearranjo dos peróxidos (epóxidos, compostos voláteis e não voláteis).

Para evitar a autoxidação de óleos e gorduras há a necessidade de diminuir a incidência de todos os fatores que a favorecem, mantendo ao mínimo os níveis de energia (temperatura e luz) que são responsáveis pelo desencadeamento do processo de formação de radicais livres. Também evitando a presença de traços de metais no óleo, evitando ao máximo o contato com oxigênio e bloqueando a formação de radicais livres por meio de antioxidantes, os quais, em pequenas quantidades, atuam interferindo nos processos de oxidação de lipídios.

Índice de peróxido (IP). Os peróxidos formados na autoxidação são estimados através da habilidade libertar o iodo do iodeto de potássio em solução de ácido acético glacial. O índice de peróxido traduz esta medida e é expresso em termos de miliequivalentes de oxigênio, por 100g de gordura.

3.8. QUESTÕES PROPOSTAS

Reações com lipídeos

1. Uma triestearina é um glicerídeo formado pela esterificação de uma molécula de glicerol e 3 moléculas de ácido esteárico, pergunta-se:

a) A estrutura da molécula

b) Sua massa molecular?

c) Índice de saponificação?

d) A consistência desse glicerídeo? Por quê?

e) A reação desse glicerídeo com hidróxido de sódio forma que tipo de sabão?

f) Qual o nome do sabão formado?

2. O que é índece de saponificação?

3. O que é rancificação?

4. (pesquisa) Qual a reação química que caracteriza um lipídeo irisaponíficável?

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Reações com carboidratos

5. Com relação a reação dos carboidratos dos açúcares responda:

a) Cite 3 fatores que influenciam a hidrólise dos açúcares?

b) Explique um dos fatores citados no item b?

c) Exemplifique o mecanismo de hidrólise dos açúcares em meio ácido?

d) Qual a importância das reações de degradação e desidratação nos alimentos?

e) Qual a diferença entre uma reação de escurecimento enzimático e não enzimático?

f) Quais são os tipos de caramelos comerciais?

6. Qual a difernça entre um oxigênio singlete e triplete? E qual a participação deste na rancificação?

7. O que é um radical livre?

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Capítulo 4

Metabolismo Celular

1. INTRODUÇÃO A BIOQUÍMICA

2. BIOQUÍMICA DOS ALIMENTOS E SUA COMPOSIÇÃO

3. REAÇÕES QUÍMICAS DE IMPORTÂNCIA ALIMENTAR

4. METABOLISMO CELULAR

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4.1. INTRODUÇÃO

Célula. É um sistema altamente especializado, específico e em função dos

compartimentos. É o local onde ocorre as reações de transformação em estado estacionário.

Das infinitas reações esperadas somente quatro são freqüentes: Redox, Transformação de grupos, Isomerização e Fosforização. Ao conjunto de reações químicas dentro da célula chamamos de metabolismo. A finalidade do metabolismo é obter energia e materiais e realizar trabalho.

Para o funcionamento do organismo é necessário à ocorrência de inúmeras reações bioquímicas em nível celular. O conjunto destas reações é definido como metabolismo. Basicamente o metabolismo esta dividido em duas partes que contém objetivos e resultados opostos, o anabolismo e o catabolismo.

As reações que acarretam o armazenamento de energia e construção de tecidos são conhecidas coletivamente como anabolismo. Neste processo, moléculas mais complexas são sintetizadas a partir de moléculas menos complexas. Estas moléculas menos complexas recebem a denominação de substratos. Um exemplo deste processo anabólico reside na síntese de proteínas dentro do tecido muscular a partir dos aminoácidos, e na formação de estoques de glicogênio por intermédio do agrupamento de moléculas de glicose. Isto ocorre, por exemplo, quando após uma sessão de treinamento temos a ingestão adequada de nutrientes. Principalmente carboidratos e proteínas, onde os carboidratos serão convertidos em glicose e parte desta armazenada como glicogênio, e as proteínas fornecerão os aminoácidos necessários à hipertrofia muscular.

O anabolismo demanda para sua ocorrência a oferta de energia e substratos necessários às suas reações, sendo responsável pelo crescimento, regeneração e manutenção dos diversos tecidos e órgãos presentes no organismo.

Por outro lado, temos o catabolismo, onde o organismo irá desmembrar moléculas mais complexas para assim obter as moléculas mais simples, e por intermédio disto aumentar a disponibilidade de nutrientes ao organismo. Como exemplo de catabolismo, temos o processo de digestão dos alimentos, onde o organismo realiza a hidrólise dos nutrientes presentes nos alimentos em moléculas mais simples que serão posteriormente usadas pelo metabolismo (Figura 4.1). As proteínas presentes em uma refeição à base de carnes irão ser desmembradas em aminoácidos e estas serão lançadas à corrente sanguínea para serem utilizados pelo organismo. O mesmo ocorre com as demais macromoléculas.

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Figura 4.1 Processo digestão e catabolismo celular. Fonte: CHAMPE E HARVEY (1997)

Na figura 4.2 é feito uma comparação entre as reações de catabolismo e anabolismo.

Figura 4.2 Comparação enter catabolismo e anabolismo. Fonte: CHAMPE E HARVEY (1997)

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4.2. COMPOSIÇÃO DA CÉLULA Encontram-se substâncias orgânicas e inorgânicas. As orgânicas são os

carboidratos, lipídeos, proteínas, ácidos nucléicos, vitaminas e pigmentos. As inorgânicas são a água e sais minerais.

Água. Representa 65% na espécie humana e suas funções: dissolvente, dispersante das soluções coloidais, reações de hidrólise no protoplasma, equilíbrio osmótico e equilíbrio térmico.

Sais minerais. Encontram-se dissociados ionicamente no protoplasma, regulando a pressão osmótica e atuando na manutenção do pH das células (efeito tampão)

Carboidratos. Além de sua função energética, os açúcares servem para sustentação, revestimento e proteção (celulose, quitina, mucopolissacarídeos), anticoagulante (heparina) e formação de cimento intracelular (pectinas, ácidos hialurônicos...).

Lipídeos. Reservas alimentares fornecem energia, protegem mecanicamente contra choques, são isolantes térmicos, impermeabilizam os tegumentos (cera, cutina, suberina).

Proteínas. São compostos fundamentais de todos os seres vivos, sejam essas estruturas microscópicas, sub-microscópicas ou macroscópicas. Além disso, constituem as enzimas, tomando parte no desenvolvimento e controle de reações químicas.

Ácidos nucléicos. O ácido desoxirribonucleico (ADN, em português: ácido desoxirribonucleico; ou DNA, em inglês: deoxyribonucleic acid) é um composto orgânico e suas moléculas contêm as instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e alguns vírus. O seu principal papel é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas e ARNs ou RNAs. Os segmentos de ADN que contêm a informação genética são denominados genes. O restante da seqüência de ADN tem importância estrutural ou está envolvido na regulação do uso da informação genética.

A cadeia principal do ADN é formada por fosfato e resíduos de açúcar, dispostos alternadamente (figura 4.3 a). O açúcar no ADN é 2-desoxirribose, uma pentose (açúcar com cinco carbonos). Os açúcares são unidos por grupos fosfato que formam ligações fosfodiésteres entre o terceiro e quinto átomos de carbono dos anéis de açúcar adjacentes. Estas ligações assimétricas significam que uma cadeia de ADN tem uma direção. Numa dupla hélice, a direção dos nucleotídeos de uma cadeia é oposta à direção dos nucleotídeos da outra cadeia. O formato da cadeia do ADN é designado antiparalelo. As terminações assimétricas das cadeias de ADN são designadas terminais 5´ (cinco linha) e 3´ (três linha). Uma das diferenças principais entre o ADN e o ARN encontra-se no açúcar, com a substituição da 2-desoxirribose no ADN pela ribose no ARN.

A dupla hélice do ADN é estabilizada por pontes de hidrogênio entre as bases presas às duas cadeias. As quatro bases encontradas no ADN são a adenina (A), a citosina (C), a guanina (G) e a tiamina (T). Estas quatro bases ligam-se ao açúcar/fosfato para formar o nucleotídeo completo.

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Estas bases são classificadas em dois tipos; a adenina e guanina são compostos heterocíclicos chamados purinas, enquanto que a citosina e timina são pirimidinas. Uma quinta base (uma pirimidina) chamada uracila (U) aparece no ARN e substitui a timina, a uracila difere da timina pela falta de um grupo de metila no seu anel. A uracila normalmente não está presente no ADN, só ocorrendo como um produto da decomposição da citosina.

O DNA localiza-se no núcleo, cloroplasto e mitocôndria. Dirige a síntese do RNA - mensageiro. O DNA. O RNA existe sob a forma de mensageiro, transmissor e ribossômico.

Figura 4.3 (a) Estrutura do ADN; (b) bases nitrogenadas.

Vitaminas. As vitaminas são substâncias orgânicas essenciais para reações metabólicas específicas que não podem ser sintetizados pelas células dos tecidos humanos a partir de simples metabólitos. Muitas agem como coenzimas ou como partes de enzimas responsáveis por promover reações químicas essenciais. A vitamina A e a niacina podem ser formadas no organismo se seus precursores forem fornecidos. A vitamina K, a biotina, a folacina e a vitamina B12 são produzidas por microrganismos no trato intestinal. A vitamina D é sintetizada a partir de um precursor do colesterol na pele sob exposição à luz solar. As vitaminas são usualmente classificadas em dois grupos, com base em sua solubilidade, o que para alguns graus determina sua estabilidade, ocorrência em alimentos, distribuição nos fluidos corpóreos e sua capacidade de armazenamento nos tecidos.

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4.3. LOCALIZAÇÃO DO METABOLISMO O metabolismo celular basicamente está localizado em quatro locais da célula como

é mostrado na figura 4.4. O ciotosol representa a parte mais volumosa da célula que se dispõe ao redor do núcleo e é limitada pela membrana plasmática. Apresenta inúmeros compartimentos membranosos. Seus principais constituintes químicos são: água, proteínas, sais minerais e açúcares. As reações que acontecem no ciotosol são: glicólise, rota da GMP e síntese de ácidos graxos. É também no ciotosol que muitas substâncias de reserva das células animais, como as gorduras e o glicogênio, ficam armazenados.

Figura 4.4 Localização do metabolismo celular.

Mitocôndria. São organelas de forma oval. Dimensões: d=0,5μm e l=2μm. Quanto a

sua fisiologia é responsável pela respiração, pelo TCA, pela oxidação dos ácidos graxos e pela descarboxilação do piruvato (Figura 4.5). Na interna ocorre à fosforização oxidativa. Na matriz ocorre o TCA e a β-oxidação.

Membrana interna. Não é permeável a quase todos os ions e moléculas polares. Proteínas carregadoras específicas carregam o ADP e AcetilCoA através da membrana interna.

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Membrana externa. É permeável a maioria das moléculas e ions pequenos.

Figura 4.5 Mitocôndria.

Núcleo. É o centro de controle de atividades celulares e o arquivo de informações

hereditárias, que a célula transmite as suas filhas ao se reproduzir. Expressão gênica= Transcrição + Tradução. A figura 4.6 mostra dois tipos de célula: procarionte e eucariontes. Os procariontes o material hereditário está disperso no núcleo. Já, os eucariontes, o material hereditário está localizado no núcleo que apresenta uma membrana nuclear. Nos eucariontes a transcrição ocorre no núcleo e a tradução ocorre fora do núcleo (Figura 4.6 b). Existe uma separação espacial e temporal entre a transcrição e a tradução que permite aos eucariontes regularem a expressão gênica de modo mais complexo. A síntese do RNA, ou transcrição, é o processo de transcrever a informação da sequência do DNA para o RNA. A síntese do RNA é catalisada por uma enzima RNA polimerase que é regulada por promotores localizados em vários pontos do DNA. O transcrito primário, precursor do mRNA, são processados e recomposto no núcleo. Nos ribossomos é que acontece a síntese do novo com a informação do mRNA.

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Figura 4.6 Expressão gênica nos procariontes (a); eucariontes (b).

Digestão intracelular e lisossomos. São bolsas membranosas que contêm enzimas

capazes de digerir diversas substâncias orgânicas. O lisossomo apresenta mais de cinqüenta tipos de enzimas hidrolíticas alojadas em seu interior. Com origem no aparelho de Golgi, os lisossomos estão presentes em praticamente todas as células eucariontes. As enzimas são produzidas no RER, retículo endoplasmático rugoso, e migram para os dictiossomos, sendo identificados e enviados para uma região especial do aparelho de Golgi, onde são empacotados e liberados na forma de pequenas bolsas (Figura 4.7). Os lisossomos são as organelas responsáveis pela digestão intracelular. As bolsas formadas na fagocitose ou pinocitose, que contém partículas capturadas do meio externo, fundem-se com os lisossomos, dando origem a bolsas maiores, onde a digestão ocorrerá. As bolsas são chamadas de vacúolos digestivos. As partículas capturadas pelas células são quebradas em pequenas moléculas, que atravessam a membrana do vacúolo digestivo, passando para o citosol. Essas moléculas serão utilizadas na fabricação de novas substâncias e no fornecimento de energia à célula. As células também fazem autofagia com auxílio dos lisossomos, ou seja, digerem partes de si mesma que são indispensáveis para sua sobrevivência.

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Figura 4.7 Processo de digetão intracelular envolvendo mecanismo de pinocitose e fagocitose.

Digestão extracelular. As enzimas digestivas produzidas pelo pâncreas são originadas da mesma maneira que as enzimas do lisossomo. O aparelho de Golgi produz lisossomos para digestão intracelular e grãos de secreção que liberam enzimas para digestão extracelular.

4.4. METABOLISMO CELULAR Os compostos orgânicos como proteínas, carboidratos e lipídeos são fontes

energéticas e se originam a partir de vegetais através da fotossíntese e quimiossíntese. Os vegetais são autótrofos, ou seja, sintetizam seu próprio alimento. Os animais carnívoros são heterótrofos, porque retiram seus nutrientes das plantas e outros animais. Os alimentos nesses seres, após terem sofrido digestão, são incorporados pelas células e nestas são decompostas libertando energia. Entretanto, essa energia não é aproveitada e gasta imediatamente, mas acumula em forma de moléculas denominadas ATP (TRI-FOSFATO DE ADENOSINA).

O ATP é um nucleotídeo composto de uma adenina, uma ribose e uma unidade trifosfato. A parte energética da molécula são as 3 moléculas de fosfato:

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A hidrólise do ATP gera muita energia e uma molécula de ADP que também é

energética: NADH e FADH2. São os principais transportadores de elétrons na oxidação das

moléculas alimentares.

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Fosforilação oxidativa. É um processo pelo qual se forma ATP quando se transferem elétrons do NADH ou do FADH2 para o O2, por uma série transportadores de elétrons (Figura 4.8)

Figura 4.8 Fosforilação oxidativa.

Respiração. As transformações sucessivas da glicose até gás carbônico e água

permitem dividir a respiração aeróbia em 3 etapas: glicólise, TCA e cadeia respiratória (Figura 4.9).

A glicólise é uma série de reações que transforma a glicose em piruvato com concomitante produção de ATP. Em organismos aeróbios, a glicose é o prelúdio ao ciclo do ácido cítrico e a cadeia de transporte de elétrons, que, juntos, colhem a maior parte da energia contida na glicólise. A oxidação completa dde uma molécula de glicose via aeróbica gera 30 a 32 ATP.

Em condições aeróbias piruvato entra na mitocôndria, onde é completamente oxidado a CO2 e água. Se O2 é insuficiente como no músculo em grande atividade contrátil, o piruvato é convertido em lactato (Figura 4.9 a). Em alguns organismos anaeróbios, como leveduras, o piruvato é tranformado em etnol (Figura 4.9 b), fermentação.

O piruvato formado durante a glicólise se transforma em acetilcoenzima (AcetiCoA) por descarboxilação oxidativa. Esta unidade é então completamente oxidada a CO2 pelo ciclo do ácido cítrico (Figura 4.9 c).

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Figura 4.9 Respiração: (a) anaeóbia formando lactato; (b) anaeróbia formado etanol; (c) aeróbia formando CO2 e água.

4.5. QUESTÕES PROPOSTAS 1. O que são ribossomos e qual sua função? 2. Qual o produto dos ribossomos do RER e qual seu destino? 3. Qual a substância é fabricada no REL? 4. Qual a função dos lisossomos nem células que se alimentam por fagocitose? 5. O que é autofagia e quando é necessária? 6. Qual a principal diferença entre respiração e combustão? 7. Escreva a fórmula geral da respiração e de onde vem a energia liberada nesse

processo? 8. Qual a função da molécula de NADH? 9. Como se chama a segunda etapa da respiração aeróbia? Onde ocorre? 10. Defina fermentação? 11. Qual o papel do oxigênio na cadeia respiratória? 12. Qual a principal diferença entre uma célula animal e vegetal?Procarionte e

eucarionte? 13. Onde fica localizado o DNA e qual a sua função? 14. Que tipo de alimento começa ser digerido na boca, que enzima participa da sua

digestão e que glândula a produz? 15. Quais são as enzimas produzidas pelo pâncreas e da digestão de que alimentos

participam?

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16. Qual o papel das enzimas no organismo humano? 17. É correto dizer que, como as enzimas possuem alta especificidade, a falta de uma

delas não causaria nenhum dano ao organismo? 18. Qual o papel das vitaminas no organismo humano? 19. O que são vitaminas lipossolúveis? 20. O que são vitaminas hidrossolúveis? 21. É correto dizer que o consumo de suplementos vitamínicos gera obesidade (engorda)? 22. As barras energéticas são muito consumidas por quem faz esportes ligados à

natureza, como alpinismo, trilha, canoagem, porque, além de nutritivas, são muito práticas: não derretem com o calor, ocupam pouco espaço e são fáceis de carregar no bolso da mochila. Observe a receita abaixo:

Ingredientes 2 xícaras de frutas secas (damasco, figo, uva passa) 1/2 xícara de mel 4 colheres de sopa de suco de laranja 4 colheres de sopa de suco de limão 2 e 1/2 xícaras de farinha de trigo integral 1/2 colher de chá de bicarbonato de sódio 1/2 colher de chá de fermento em pó 1 colher de sopa de óleo de canola 1/4 de xícara de glicose de milho 2 claras 1 xícara de aveia 1/3 xícara de açúcar mascavo (opcional)

Modo de fazer Coloque no liquidificador as frutas secas, o mel, o suco de laranja e o suco de

limão. Misture os outros ingredientes separadamente, deixando de lado apenas a aveia. Junte as duas massas, taça pequenos rolos e achate-os, formando retângulos. Passe as barras na aveia e espalhe-as numa assadeira untada, levando ao forno médio (180 0C) por 1 5 minutos. Rende 20 barras. Em relação aos ingredientes da receita, indique:

a) Quais podem ser classificados como carboidratos? b) Quais podem ser classificados como lipídios? c) Quais podem ser classificados como proteínas? d) Qual(is) fornece(m) vitaminas lipossolúveis A ou E? e) Qual(is) fornece(m) vitaminas hidrossolúveis B ou C? f) Dessas vitaminas, qual(is) permanece(m) no produto pronto e qual(is) é(são)

eliminada(s) durante o preparo?

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Capítulo 5

Introdução a Análise Bioquímica de Alimentos

1 . I N T R O D U Ç Ã O A B I O Q U Í M I C A

2 . B I O Q U Í M I C A D O S A L I M E N T O S E S U A C O M P O S I Ç Ã O

3 . R E A Ç Õ E S Q U Í M I C A S D E I M P O R T Â N C I A A L I M E N T A R

4 . M E T A B O L I S M O C E L U L A R

5 . I N T R O D U Ç Ã O A A N Á L I S E B I O Q U Í M I C A D E A L I M E N T O S

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Definiremos, a seguir, alguns termos que julgamos pertinentes: Alimentos. “É toda a substância ou mistura de substância, que ingerida pelo homem

fornece ao organismo os elementos normais à formação, manutenção e desenvolvimento.” Outra definição seria aquela que diz que alimento “é toda a substância ou energia que, introduzida no organismo, o nutre. Devendo ser direta ou indiretamente não tóxica”.

Alimentos simples são aquelas substâncias que por ação de enzimas dos sucos digestivos são transformadas em metabólitos (aminoácidos, glicose, ácidos graxos...).

Metabólitos são os alimentos diretos, ou seja, são substâncias metabolizadas depois de sua absorção (água, sais, monossacarídeos, aminoácidos, ácidos graxos).

Alimentos compostos são substâncias de composição química variada e complexa, de origem animal ou vegetal, ou formada por uma mistura de alimentos simples (leite, carne, frutas, etc).

Alimentos aptos para consumo são aqueles que respondem às exigências das leis vigentes, não contém substâncias não autorizadas que constituam adulteração, vendendo-se com a denominação e rótulos legais. Também são chamados de alimentos genuínos.

Alimentos naturais são aqueles alimentos que estão aptos para o consumo, exigindo-se apenas a remoção da parte não comestível (“in natura”). A diferença entre alimentos genuínos e naturais radica em que sempre os alimentos genuínos devem estar dentro das regulamentações da lei; no entanto, nem sempre o alimento natural pode ser genuíno, como por exemplo, uma fruta que está com grau de maturação acima da maturação fisiológica permitida.

Alimentos não aptos para consumo são aqueles que por diferentes causas não estão dentro das especificações da lei. Podem ser:

A ─ alimentos contaminados são aqueles alimentos que contém agentes vivos (vírus, bactérias, parasitas, etc.) ou substâncias químicas minerais ou orgânicas (defensivos, metais pesados, etc.) estranhas à sua composição normal, que pode ser ou não tóxicas, e ainda, componentes naturais tóxicos (sais como nitratos, etc.), sempre que se encontre em proporções maiores que as permitidas.

B ─ Alimentos alterados são os alimentos que por causas naturais, de natureza física, química ou biológica, derivada do tratamento tecnológico não adequado, sofrem deteriorações em suas características organolépticas, em sua composição intrínseca ou em seu valor nutritivo. Como exemplo de alimentos alterados tem o odor característico da carne no início do estágio de decomposição, o borbulhar do mel (fermentação), ou latas de conservas estufadas (enchimento excessivo ou desenvolvimento de microorganismos).

C ─ Alimentos falsificados são aqueles alimentos que tem aparência e as características gerais de um produto legítimo e se denominam como este, sem sê-lo ou que não procedem de seus verdadeiros fabricantes, ou seja, são alimentos fabricados clandestinamente e comercializados como genuínos (legítimos). Pode acontecer que o alimento falsificado esteja em melhores condições de qualidade que o legítimo, mas por ser fabricado em locais não autorizados ou por não proceder de seus verdadeiros fabricantes, é considerado falsificado e, portanto, não apto ao consumo.

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D ─ Alimentos adulterados são aqueles que têm sido privados, parcial ou

totalmente, de mentos úteis ou característicos, porque foram ou não substituídos por outros inertes ou estranhos. Também a adição de qualquer natureza, que tenha por objetivo dissimular ou ocultar alterações, deficiências de qualidade da matéria-prima ou defeitos na elaboração, que venham a constituir adulteração do alimento. A adulteração pode ser por acréscimo de substâncias estranhas ao alimento (por exemplo, água no leite ou vísceras em conservas de carnes, amido no doce de leite, melado no mel), por retirada de princípios ativos ou partes do alimento (retirada da nata do leite ou cafeína do café) ou por ambas as simultaneamente.

Importância da análise de alimentos. Na indústria: para controle de qualidade, controle de processos em águas, alimentos, matérias-primas, produto acabado, embalagens, vida de prateleira, etc. Universidades: desenvolvimento de metodologia, controle de processos em pesquisas, prestação de serviços, etc. Órgãos governamentais: registro de alimentos, fiscalização na venda e distribuição, etc.

Classificação da análise de alimentos. Existem três tipos de aplicações em análise de alimentos: (1) Controle de qualidade de rotina: é utilizado tanto para checar a matéria prima que chega, como o produto acabado que sai de uma indústria, além de controlar os diversos estágios do processamento. Nestes casos, de análises de rotina, costuma-se, sempre que possível, utilizar métodos instrumentais que são bem mais rápidos que os convencionais; (2) Fiscalização: é utilizado para verificar o cumprimento da legislação, através de métodos analíticos que sejam precisos e exatos e, de preferência, oficiais.; (3) Pesquisa: 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

5.1. SEGURANÇA EM LABORATÓRIO DE ALIMENTOS (Em construção)

5.2. MÉTODOS ANALÍTICOS: CONVENCIONAIS E INSTRUMENTAIS. Os químicos classificam as técnicas de análise quantitativa de acordo com a

natureza de uma determinada medida (massa, volume ou propriedade) na amostra. Em análise de alimentos essa classificação também é válida porque as técnicas normalmente são as mesmas só que o objetivo se resumem em determinar um componente específico do alimento, ou vários componentes, como no caso da determinação da composição centesimal. (SKOOG&WEST and HOLLER), (1997):

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Gravimétricas. Mede a massa do analito ou de substâncias presentes na amostra através da conversão deste(s) em um precipitado insolúvel. Exemplo: Determinação de cloretos por precipitação com AgCl.

Titrimétricas. Mede o volume de uma solução contendo suficiente reagente para reagir completamente com o analito (ou um conjunto de componentes presentes na amostra).Os tipos de reações comumente usadas são: (a) ácido base; (b) formadoras de complexo; (c) de oxirredução; (d) de precipitação. Exemplo: Determinação da acidez em refrigerantes.

Eletroanalíticas. Mede uma propriedade elétrica como: potencial, corrente, condutância, resistência. As principais técnicas são: (a) potenciometria; (b) voltametria; (c) coulometria; (d) condutimetria.

Ópticos e Espectroscópicos. São métodos que medem uma propriedade física através da interação entre REM x matéria.

Os métodos ópticos de absorção mais conhecidos são: (a) espectrometria no visível (colorimetria), espectrometria no ultravioleta (UV) e espectrometria no infravermelho (IR).

A espectroscopia de absorção atômica envolve a atomização da amostra, muitas vezes pela pulverização de uma solução da amostra numa chama, seguida pela investigação da absorção da radiação emitida por uma lâmpada elétrica que irradia o espectro do elemento a ser determinado.

Os métodos de emissão baseiam-se no tratamento da amostra com calor ou eletricidade, de modo que os átomos são promovidos a estados excitados que proporcionam a emissão de energia; mede-se a intensidade desta energia emitida.

Cromatografia. É um método de separação empregado para separar e identificar os componentes de uma mistura. Os principais métodos são: (a) cromatografia gasosa em coluna (CG, sigla em inglês GLC), (b) cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE, sigla em inglês HPLC), (c) cromatografia em camada delgada (sigla em inglês TLC) e (d) cromatografia em colunas recheadas.

Outros. Mede outras propriedades como índice de refração, atividade óptica.

5.3. MARCHA DA ANÁLISE Uma análise quantitativa, seja química ou de alimentos, típica envolve uma

seqüência de etapas, mostrada no fluxograma da Figura 5-1. Em alguns casos, uma ou mais dessas etapas podem ser omitidas. Por exemplo, se a amostra for líquida, podemos evitar a etapa de dissolução.

Na etapa de determinação, medimos uma das propriedades mencionadas no Item 4.2. Na etapa de cálculo, encontramos a quantidade relativa do analito presente nas amostras. Na etapa final, avaliamos a qualidade dos resultados e estimamos sua confiabilidade.

85

5.3.1. Escolha do método Em alimentos, a escolha do melhor método de análise é um passo muito importante,

pois o alimento é, geralmente, uma amostra muito complexa, em que os vários componentes da matriz podem estar interferindo entre si. Por isso, em muitos casos, um determinado método pode ser apropriado para um tipo de alimento e não fornecer bons resultados para outro. Portanto a escolha do método vai depender do produto a ser analisado.

A escolha do método analítico vai depender de uma série de fatores: Quantidade relativa do componente desejado. Os componentes podem ser

classificados em maiores (mais de 1%), menores (0,01 – 1%), micros (menos de 0,01%) e traços (ppm e ppb) em relação ao peso total da amostra. No caso dos componentes maiores, são perfeitamente empregáveis os métodos analíticos convencionais, como os gravimétricos e volumétricos. Para os componentes menores e micros, geralmente é necessário o emprego de técnicas mais sofisticadas e altamente sensíveis, como os métodos instrumentais.

Exatidão requerida. Os métodos clássicos podem alcançar uma exatidão de 99,9%, quando um composto analisado se encontra em mais de 10% na amostra. Para componentes presentes em quantidade menores que 10%, a exatidão cai bastante, e então a escolha do método deve recair sobre os instrumentais.

Composição química da amostra. A presença de substâncias interferentes é muito constante em alimentos. A escolha do método vai depender da composição química dos alimentos, isto é dos possíveis interferentes em potencial. Em análise de materiais de composição extremamente complexa, o processo analítico se complica com a necessidade de efetuar a separação dos interferentes antes da medida final. Na maioria das determinações em alimentos, as amostras são complexas, necessitando de uma extração ou separação prévia dos componentes a ser analisado.

Recursos disponíveis. Muitas vezes não é possível utilizar o melhor método de análise em função do seu alto custo, que pode ser limitante em função do tipo de equipamento ou até mesmo ao tipo de reagente ou pessoal especializado.

5.3.2. Amostragem Como ilustrado na Figura 5-1, a próxima etapa em uma análise quantitativa é a

obtenção da amostra. Para gerar informações representativas, uma análise precisa ser realizada com uma amostra que tem a mesma composição do material do qual ela foi tomada. A obtenção de uma amostra representativa deve levar em consideração principalmente a heterogeneidade e umidade do material. A amostragem é o conjunto de operações para obter do material a analisar uma amostra pequena e representativa.

5.3.3. Processamento da Amostra A terceira etapa em uma análise é o processamento da amostra, como mostrado na

Figura 5-1. Sob certas circunstâncias, nenhum processamento é necessário antes da etapa de medida. Por exemplo, uma vez que uma amostra de água é retirada de um córrego, um lago ou de um oceano, seu pH pode ser medido diretamente. Na maior parte das vezes, porém, devemos processar a amostra de alguma forma. A primeira etapa é, muitas vezes, a preparação da amostra de laboratório.

86

Figura 5-1. Fluxograma mostrando as etapas envolvidas em uma análise quantitativa. FONTE:SKOOG et al. (2006)

Preparação da Amostra de Laboratório. Uma amostra de laboratório sólida é

triturada para diminuir o tamanho das partículas, misturada para garantir homogeneidade e armazenada por vários períodos antes do início da análise. A absorção ou liberação de água pode ocorrer durante cada uma das etapas, dependendo da umidade do ambiente. Como qualquer perda ou ganho de água altera a composição química de sólidos, é uma boa idéia secar as amostras logo antes do início da análise. Alternativamente, a umidade de uma amostra pode ser determinada no momento da análise, em um procedimento analítico à parte.

Seleção do método

Obtenção da amostra

Processamento da amostra

Realização da dissolução

química

A amostra é

solúvel?

Mudança da forma química

Eliminação das interferências

Propriedade é mensurável?

Não

Sim

Não

Sim

Medida da propriedade X

Cálculo dos resultados

Estimativa da confiabilidade

87

As amostras líquidas apresentam um conjunto de problemas ligeiramente diferentes, mas ainda assim relacionados, durante a etapa de preparação. Se essas amostras forem deixadas em frascos abertos, os solventes podem evaporar e alterar a concentração do analito. Se o analito for um gás dissolvido em um líquido, como em nosso exemplo sobre gases sanguíneos, o frasco da amostra deve ser mantido dentro de um segundo recipiente selado, talvez durante todo o procedimento analítico, para prevenir a contaminação por gases atmosféricos. Medidas especiais, incluindo a manipulação da amostra e a medida em atmosfera inerte, podem ser exigidas para preservar a integridade da amostra.

Definição das Réplicas de Amostras. A maioria das análises químicas é realizada em réplicas de amostras cujas massas ou volumes tenham sido determinados cuidadosamente por medições feitas com uma balança analítica ou com um dispositivo volumétrico preciso. As réplicas melhoram a qualidade dos resultados e fornecem uma medida da confiabilidade. As medidas quantitativas em réplicas são geralmente expressas em termos da média e vários testes estatísticos são executados para estabelecer a confiabilidade.

Preparo de Soluções: Alterações Físicas e Químicas. A maioria das análises é

realizada com soluções da amostra preparadas em um solvente adequado. Idealmente, o solvente deve dissolver toda a amostra, incluindo o analito, de forma rápida e completa. As condições da dissolução devem ser suficientemente brandas de forma que perdas do analito não venham a ocorrer. Em nosso fluxograma da Figura 5-1, perguntamos se a amostra é solúvel no solvente escolhido. Infelizmente vários materiais que precisam ser analisados são insolúveis em solventes comuns. Os exemplos incluem os minerais à base de silício, os polímeros de alta massa molar e as amostras de tecido animal. Nessas circunstâncias, devemos seguir o fluxograma para a etapa à direita e realizar alguns tratamentos químicos drásticos. A conversão do analito em materiais dessa natureza em uma forma solúvel é, freqüentemente, a tarefa mais difícil e demorada no processo analítico. A amostra pode necessitar de aquecimento em soluções aquosas de ácidos fortes, bases fortes, agentes oxidantes, agentes redutores ou alguma combinação desses reagentes. Pode ser necessária a ignição da amostra ao ar ou ao oxigênio para realizar sua fusão, sob elevadas temperaturas, na presença de vários fundentes. Uma vez que o analito esteja solubilizado, perguntamos se a amostra apresenta uma propriedade que seja proporcional à sua concen-tração e se podemos medi-la. Caso contrário, outras etapas químicas podem ser necessárias para converter o analito a uma forma adequada para a etapa de medida, como podemos observar na Figura 5-1. Por exemplo, na determinação de manganês em aço, o manganês deve ser oxidado para −

4MnO antes da medida da absorbância da solução colorida. Nesse momento da análise, pode-se prosseguir diretamente para a etapa de medida, porém, na maioria dos casos, devemos eliminar as interferências na amostra antes de realizar as medidas, como ilustrado no fluxograma.

Réplicas de amostras são as porções de um material, que possuem o mesmo tamanho e que são tratadas por um procedimento analítico ao mesmo tempo

e da mesma forma

88

5.3.4. A Eliminação de Interferências Uma vez que temos a amostra em solução e convertemos o analito a uma forma

apropriada para a medida, a próxima etapa será eliminar substâncias presentes na amostra que possam interferir na medida (ver Figura 5-1). Poucas propriedades químicas e físicas de importância na química analítica são exclusivas de uma única substância química. Ao contrário, as reações usadas e as propriedades medidas são características de um grupo de elementos ou compostos. As espécies além do analito, que afetam a medida final, são chamadas interferências ou interferentes. Um plano deve ser traçado para se isolar os analitos das interferências antes que a medida final seja feita. Não há regras claras e rápidas para a eliminação de interferências; de fato, a resolução desse problema pode ser o aspecto mais crítico de uma análise.

5.3.5. Calibração e Medida da Concentração Todos os resultados analíticos dependem de uma medida final X de uma

propriedade física ou química do analito, como mostrado na Figura 5-1. Essa propriedade deve variar de uma forma conhecida e reprodutível com a concentração CA do analito. Idealmente, a medida da propriedade é diretamente proporcional à concentração. Isto é,

kXCA = (5-1) em que k é uma constante de proporcionalidade. De modo geral, os métodos

analíticos requerem a determinação empírica de k com padrões químicos para os quais CA é conhecido. O processo de determinação de k é então uma etapa importante na maioria das análises; essa etapa é chamada calibração.

5.3.6. Cálculos dos Resultados O cálculo dos resultados de uma análise quantitativa deve levar em conta as formas

química e numérica e ao mesmo tempo dar uma idéia de exatidão (veja Apêndice-A, item 2.3). Pontos importantes a serem observados nesta etapa são: a finalidade da análise e seu estado físico. Por exemplo, para identificar e quantificar substâncias dissolvidas na água potável, dentre elas sais minerais, os resultados podem ser expressos na forma iônica. Amostras no estado sólido normalmente são expressos m/m (p/p) e ppm. Amostras no estado líquido em m/m, m/v, v/v, ppm, μg.g-1, μg.L-1 mEq.L-1 e mol.L-1. Amostras no estado gasoso em v/v ou ppm. Muitos exemplos desses cálculos aparecem no Apêndice.

5.3.7. A Avaliação dos Resultados pela Estimativa da Confiabilidade Como mostra a Figura 5-1, os resultados analíticos são incompletos sem uma

estimativa de sua confiabilidade. O analista deve prover alguma medida das incertezas associadas aos resultados quando se espera. O Apêndice apresentam métodos detalhados para a realização dessa importante etapa final do processo analítico.

5.4. AMOSTRAGEM E PREPARO DA AMOSTRA Os resultados de uma análise quantitativa somente poderão ter o valor que dela se

espera na medida em que a porção do material submetida ao processo analítico representar, com suficiente exatidão, a composição média do material em estudo. A quantidade de material tornada para a execução da análise é relativamente pequena em comparação com a totalidade do material em estudo, Portanto é importante considerar os seguintes fatores para tirar uma amostragem:

89

Amostras são analisadas, mas os constituintes ou as concentrações são d t i d

Finalidade da inspeção: aceitação ou rejeição. Avaliação da qualidade média e determinação da uniformidade;

Natureza do lote: tamanho, divisão em sub-lotes 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.

5.4.1. Amostra A amostra é uma pequena fração da população que é coletada para análise e deve

ter as mesmas propriedades, sob o ponto de vista químico e físico, do material a analisar. Os métodos quantitativos, como discutido no Item 5.2, são classificados

tradicionalmente como gravimétricos, volumétricos ou instrumentais. Outra maneira de se distinguir os métodos baseia-se na dimensão da amostra e nos níveis de constituintes.

Dimensões da amostra. A seleção do método depende do tamanho da amostra, por exemplo, amostras com 100mg ou mais, normalmente utilizam métodos clássicos. Amostras com menos de 100mg, normalmente, utilizam métodos instrumentais. A Tabela 5.1 mostra a classificação por tamanho de amostra:

Tabela 5-1. Dimensões da amostra.

Tipo de análise Tamanho da amostraMacro 100 mg ou mais

Meso (semimicro) 10-100 mg Micro 1-10 mg

Submicro 0,1-1,0mg Ultramicro <0,1 mg

FONTE: Adaptado de (VOGEL, 1992). Tipos de constituintes. Quando a quantidade constituinte principal (analito) > 1%,

normalmente utiliza-se métodos clássicos. Quando o constituinte principal é < 1%, utiliza-se métodos instrumentais. A Tabela 5-2 mostra a classificação pela quantidade de analito:

90

Tabela 5-2. Tipos de constituinte.

Constituinte principal Nível de analito

Majoritário 1 a 100% Minoritário 0,01(100 ppm) a 1% Constituinte-traço <0,01% Traço 1 ppb a 100 ppm Ultratraço < ppb

FONTE: Adaptado de (SKOOG et al., 2006).

5.4.2. Amostragem É o processo pelo qual uma amostra da população é reduzida em tamanho para

uma quantidade de material homogêneo que pode ser convenientemente manuseado no laboratório e cuja composição seja representativa da população.

Tipos de amostragem. Caem em três grupos principais: (1) aquele em que todo material é analisado; (2) a amostragem arbitrária; (3) métodos em que parcelas são selecionadas com base na probabilidade estatística. O procedimento (1) é impraticável, porque os métodos de análise são normalmente destrutivos e o tamanho da amostra excessiva. A amostragem de acordo com (2) é completamente não-científica e pode levar a tomada de decisões com informações inadequadas. Em face destas razões, a única base confiável para a amostragem deve ser uma base matemática, com adoção de probabilidades estatísticas. Isto significa que, embora nem todas as partes da amostra sejam analisadas, as limitações da escolha são cuidadosamente calculadas e conhecidas de antemão. Tendo-se calculado o grau de risco aceitável, ou a margem de variação, escolhe-se um plano de amostragem que dará a informação e o controle máximos compatíveis com a rotatividade das amostras.

Exemplo 5-1 Considere uma população de 1.000 tabletes farmacêuticos e que nossa amostra consista de 10 tabletes. Gere números aleatórios entre 1 e 1.000 usando o Excel.

5.4.3. A amostra bruta Ë a coleção de unidades individuais de amostragem. Precisa ser representativa do

todo em composição e na distribuição do tamanho das partículas. O número de partículas necessário para compor uma amostra bruta varia entre algumas poucas partículas e 1012 partículas. A partir da Equação (5-2) podemos determinar o número de partículas em uma amostra bruta.

(5-2)

em que p é probabilidade de retirara aleatoriamente as partículas do tipo A e (1-p) do tipo B. A densidade média d das partículas é calculada a partir das densidades de A(dA) e de B (dB). PA e PB são as percentagens do analito em nas partículas do tipo A e B, respectivamente. σr é o desvio padrão relativo da amostragem ou a incerteza e P é a porcentagem média global do ingrediente ativo.

222 )

.().).(1.(

PPP

dddppN

r

BABA

σ−

−=

91

5.4.4. Amostra de soluções homogêneas de líquidos e gases Para soluções de líquidos ou gases, a amostra bruta pode ser relativamente

pequena, uma vez que ordinariamente a não homogeneidade ocorre em nível molecular, e mesmo pequenos volumes de amostra vão conter mais partículas que o número calculado a partir da Equação 5-2.

Quando possível, o líquido ou gás a ser analisado deve ser agitado imediatamente antes da amostragem para assegurar que a amostra bruta seja homogênea. Com grandes volumes de soluções, essa mistura pode ser impossível; então é melhor amostrar várias porções do recipiente com um “coletor de amostras”, um frasco que pode ser aberto e preenchido em qualquer local desejado da solução. Esse tipo de amostragem é importante, por exemplo, na determinação de constituintes de líquidos líquidos expostos à atmosfera. Assim, o conteúdo em oxigênio da água do lago pode variar por um fator de 1.000 vezes ou mais em uma diferença de profundidade de poucos metros.

Com o advento de sensores portáteis, em anos recentes, tem-se tornado comum levar o laboratório à amostra em vez de levar a amostra para o laboratório. A maioria dos sensores, entretanto, mede apenas concentrações locais e não determina a média ou é sensível a concentrações remotas.

No controle de processo e outras aplicações, as amostras de líquidos são coletadas das correntes em fluxo. É necessário ter cuidado que amostra coletada represente uma fração constante do fluxo total e que todas as porções da corrente sejam amostradas.

Os gases podem ser amostrados por vários métodos. Em alguns casos, um saco de amostragem é simplesmente aberto e preenchido o gás; em outros, os gases podem ser absorvidos em um líquido ou adsorvidos na superfície de um sólido.

5.4.5. Amostragem de sólidos particulados Muitas vezes é difícil obter uma amostra aleatória a partir de um material

particulado. A amostragem aleatória pode ser melhor enquanto o material está sendo transferido. Os dispositivos mecânicos têm sido desenvolvidos especialmente para o manuseio de muitos de materiais particulados. Os detalhes sobre a amostragem desses materiais estão além do escopo desta discipliana. A Figura 5-2 mostra as etapas envolvidas na amostragem de um sólido particulado.

Soluções bem misturadas de líquidos e gases requerem apenas uma amostra muito pequena porque são homogêneas até seu nível molecular.

92

Figura 5-2. Fluxograma para amostragem de um sólido particulado. FONTE:SKOOG et al. (2006)

5.4.6. Amostragem de metais e ligas As amostras de metais e ligas são obtidas por meio de limalhas, moa ou perfuração.

Em geral, não é seguro considerar que pedaços de e metal removido da superfície sejam representativos do todo, então os materais sólidos do interior também precisam ser amostrados. No caso de alguns materiais, uma amostra representativa pode ser obtida serrando-se o material em intervalos aleatórios e coletando o pó residual como amostra. Alternativamente, o material pode ser perfurado, novamente a distâncias espaçadas aleatoriamente, com o material removido pela perfuração sendo coletado como amostra; a broca deve perfurar totalmente o bloco ou metade da espessura em cada um dos lados opostos. O material pode ser quebrado e misturado ou ainda fundido conjuntamente em um cadinho especial feito de grafite. Muitas vezes pode se obter uma amostra granular vertendo-se o fundido em água destilada.

Identificar a população a ser analisada

Coletar aleatoriamente N partículas (Equação 2-1) para

gerar uma amostra bruta

Reduzir o tamanho das partículas e homogeneizar a

amostra bruta

Coletar aleatoriamente N partículas

A amostra tem

o tamanho adequadopara o

laboratório?

Não

Estocar a amostra de laboratório

Remover porções da amostra para análise no laboratório

93

5.4.7. Preparação de uma amostra de laboratório e quateamento Para sólidos não homogêneos, a amostra bruta pode ser pesada na faixa de

centenas de gramas até quilogramas, ou mais; portanto, torna-se necessária a redução da amostra bruta para uma amostra de laboratório finamente moída e homogênea, pesando no máximo algumas centenas de gramas. Como apresentado na Figura 5-2, esse processo envolve um ciclo de operações que inclui esmagar e moer, peneirar, misturar e dividir a amostra (normalmente em metades) para reduzir seu peso. Durante cada divisão, retém-se o peso da amostra que contém o número partículas determinado a partir da Equação 5-2. O quateamento também é uma técnica que pode ser utilizada para reduzir o peso. No quarteamento, tiram-se porções de vários pontos da pilha e faz-se uma pilha pequena, mistura-se bem e dividi-se em quatro (Figura 5-3). Repete-se a operação até obter o tamanho desejado de amostra para análise respeitando o número de partículas determinado partir da Equação 5-2.

Figura 5-3. Quarteamento. Exemplo 5-2 Um vagão de minério de contendo galena (≈ 70% de Pb) e outras

partículas com pouco ou nenhum chumbo está para ser amostrada. A partir das densidades (galena = 7,6 g/cm3, outras partículas = 3,5 g/cm3, densidade média= 3,7 g/cm3) e 8,45.105 partículas são necessárias para manter o erro relativo da amostragem menor que 0,5%. As partículas parecem ser esféricas com um raio de 5 mm. Um cálculo do peso requerido indica que a amostra bruta pesa cerca de 1,6 toneladas. Queremos reduzir essa amostra bruta para uma amostra de laboratório que pese cerca de 100g. como isso pode ser feito? Resposta: A amostra deve ser repetidamente moída, misturada e dividida até que as partículas tenham cerca de 0,2 mm de diâmetro.

A amostra de laboratório deveria ter o mesmo número de partículas que a amostra bruta

94

5.4.8. O número de amostras de laboratório O número de amostras de laboratório (N) é determinado através da Equação (5-3),

onde o valor médio é e o desvio da amostra é sa ; a incerteza relativa é σr. (5-3) Exemplo 5-3 A determinação de cobre em uma amostra de água do mar fornece

um valor médio de 77,81 μg/L e um desvio padrão as de 1,74 μg/L. Quantas amostras precisam ser analisadas para se obter um desvio padrão relativo de 1,7% no resultado, a um nível de confiança de 95%? Resposta : N= 6,65 (sete amostras).

5.4.9. Preparo da amostra de laboratório de origem alimentar a) Alimentos Secos (em pó ou granulares): A redução poderá ser manual ou

através de equipamentos. Manual: quarteamento; Equipamentos: amostrador tipo Riffle; Amostrador tipo Boerner

b) Alimentos líquidos: misturar bem o líquido no recipiente por agitação, por inversão e por repetida troca de recipientes. Retirar porções de líquido de diferentes partes do recipiente, do fundo, do meio e de cima, misturando as porções no final.

c) Alimentos semi-sólidos (úmidos) (queijos duros e chocolates): As amostras devem ser raladas e depois pode ser utilizado o quarteamento, como no caso de amostras em pó ou granulares.

d) Alimentos úmidos (carnes, peixes e vegetais): A amostra deve ser picada ou moída e misturada; e depois, se necessário, passar pelo quarteamento, para somente depois ser tomada a alíquota suficiente para a análise. A estocagem deve ser sob refrigeração.

e) Alimentos semi-viscosos ou pastosos (pudins, molhos, etc.) e alimentos líquidos contendo sólidos (compotas de frutas, vegetais em salmoura e produtos enlatados em geral): As amostras devem ser picadas em liquidificador ou bag mixer, misturadas e as alíquotas retiradas para análise. Deve-se tomar cuidado com molhos de saladas (emulsões), que podem separar em duas fases no liquidificador.

f) Alimentos com emulsão (manteiga e margarina): As amostras devem ser cuidadosamente aquecidas a 35 ºC em frasco com tampa e depois agitado para homogeneização. A partir daí são retiradas alíquotas necessárias para análise.

g) Frutas: As frutas grandes devem ser cortadas ao meio, no sentido longitudinal e transversal, de modo a repartir em quatro partes. Duas partes opostas devem ser descartadas e as outras duas devem ser juntadas e homogeneizadas em liquidificador. As frutas pequenas podem ser simplesmente homogeneizadas inteiras no liquidificador.

5.4.10. Preparo da amostra para análise O tipo de preparo da amostra vai depender da natureza da mesma e do método

analítico envolvido. Para extração de um componente da amostra, muitas vezes é necessária uma preparação prévia da mesma, a fim de se conseguir uma extração eficiente do componente em estudo. Por exemplo: para determinação de proteína bruta e metais, é necessária uma desintegração prévia da amostra com ácidos. Para determinação

r

a

X

stN

σ2

22 .−

=

x_

95

de umidade, proteína bruta e matéria mineral, alimentos secos devem ser moídos até passar numa peneira de 20 mesh. Para ensaios que envolvem extração de amostras úmidas, elas devem ser moídas até passar numa peneira de 40 mesh.

O preparo da amostra por desintegração pode ser feito de três maneiras: a) Desintegração mecânica: para amostras secas, utiliza-se moagem em moinho

tipo Wiley (martelo) ou similar. Para amostras úmidas, usa-se moedores do tipo para carnes ou liquidificadores.

b) Desintegração enzimática: E útil em amostras vegetais, com o uso de celulases. Protease e carboidratases são úteis para solubilizar componentes de alto peso molecular (proteínas e polissacarídeos) em vários alimentos.

c) Desintegração química: Vários agentes químicos (uréia, piridina, detergentes sintéticos, etc.)

também podem ser usados na dispersão ou solubilização dos componentes dos alimentos.

5.4.11. Preservação da amostra O ideal seria analisar as amostras frescas o mais rápido possível. Mas nem sempre

isto é possível e, portanto, devem existir maneiras de preservá-las. a) Inativação Enzimática: Serve para preservar o estado original dos componentes

de um material vivo. Esse tipo de tratamento depende do tamanho, consistência e composição dos alimentos, enzimas presentes e as determinações analíticas que se pretende.

b) Diminuição das Mudanças Lipídicas: Os métodos tradicionais de preparo de amostras podem afetar a composição dos extratos lipídicos. Portanto, deve-se resfriar a amostra rapidamente antes da extração ou congelar, se for estocar.

c) Controle de Ataque Oxidativo: A fim de reduzir as alterações oxidativas, recomenda-se a preservação a baixa temperatura (N líquido), para a maioria dos alimentos.

d) Controle do ataque microbiológico: Para reduzir ou eliminar o ataque microbiano, pode-se utilizar vários métodos: congelamento, secagem, o uso de conservantes, ou a combinação de qualquer um dos três. A escolha da melhor maneira de preservação vai depender de: natureza do alimento, tipo de contaminação possível, período e condições de estocagem e tipo de análise

5.5. ANÁLISES DE COMPOSIÇÃO CENTESIMAL DOS ALIMENTOS. A composição centesimal de um alimento exprime de forma básica o valor nutritivo

ou valor calórico, bem como a proporção de componentes em que aparecem, em 100g de produto considerado (porção comestível do alimento), os grupos homogêneos de substâncias do alimento.

Composição química ou composição centesimal de um alimento são conhecidas através de análises químicas de determinação: umidade ou voláteis a 105°C; cinzas ou resíduo mineral fixo; lipídeos (extrato etéreo); proteínas (N x fator de correção); fibra; glicídeos ou nifext, quando determinado por diferença (MORETO, et al., 2002).

96

No Brasil, as tabelas de composição de alimentos são geralmente compilações de pesquisas realizadas em diversas regiões do país, e até mesmo fora do país, por essa razão elas não levam em conta as variações na composição dos alimentos, que ocorrem em função de variáveis genéticas e ambientais. As tabelas também não dão conta de precisar os ingredientes adicionados na preparação dos alimentos, especialmente óleos e gorduras.

Não temos muitos estudos sobre a composição dos pratos que costumam ser servidos no Programa de Alimentação do Escolar, ainda mais se considerarmos a extensão territorial do país e os diversos hábitos alimentares em cada região. Isso acontece em decorrência da diversidade sócio-econômica e cultural existentes no país. A problemática existente nas tabelas de composição de alimentos tem levado diversos pesquisadores a realizarem trabalho de comparação entre diferentes tabelas, sendo que os resultados encontrados indicaram uma variação considerável entre as diferentes tabelas de composição química de alimentos.

5.6. PRINCIPAIS ANÁLISES DE QUALIDADE EM ALIMENTOS DE ORIGEM ANIMAL E VEGETAL.

Foram escolhidas oito atividades experimentas e seu protocolos encontram-se no Anexo B Prática Titulo da Prática Objetivo 1 Concentração de Soluções Trabalhar conceitos de exatidão, precisão

usando três métodos diferentes: densímetro, balão e refratômetro

2 Determinação de cinzas em alimentos Trabalhar com cadinho e mufla. 3 Preparo do açúcar invertido Testar diferentes formulações de inversão

da sacarose e acompanhado a reação por polarimetria e refratometria.

4 Análise volumétrica de AR Determinar o rendimento da reação da prática 2 por AR.

5 Análise de óleo e gorduras Determinar umidade, cor, IA, II, IS e insaponificáveis de uma amostra de óleo.

6 Extração de Óleos e Gorduras Por Soxhlet

Determinar o teor de óleo em diferentes amostras de oleaginosas utilizando o método soxhlet.

7 Dosagem de proteínas por Kjeldahl Determinação quantitativa das proteínas, principalmente de matérias orgânicas usando digestão e destilação.

8 Dosagem de proteínas por Biureto Construir uma curva padrão de BSA usando espectrofotômetro.

9 Extração e caracterização de uma enzima

Estudar a atividade da urease de soja.

5.7. LEGISLAÇÃO ESPECÍFICA (em construção)

B I B L I O G R A F I A

LIVROS CONSULTADOS:

ALLINGER, N. L., CAVA M. P., JOHNSON C. R., LEBEL, N. A., STEVENS C. L. Química orgânica. 2.ed. Rio de Janeiro : Guanabara Dois, 1978, p. 658 -660.

BERG, J.; TYMOCZKO, J.; STRYER, L Bioquímica. 6.ed. Rio de Janeiro: Guanabara & Koogan, 2008.

BOBBIO, F.O.; BOBBIO, P.A. Introdução à Química de Alimentos. São Paulo:Livraria Varela, 1992. 2ed, 223p.

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100

Apêndice - A

101

1 . C Á L C U L O S E M P R E G A D O S E M A N Á L I S E Q U Í M I C A

1.1. ALGUMAS UNIDADES IMPORTANTES Tabela A-1 Sistema de unidades no CGS, SI e Anglo-Saxónico.

1.2. DISTINÇÃO ENTRE MASSA E PESO A massa é a medida da inércia de um corpo e pode ser medida através de uma

balança. Já o peso é uma grandeza vetorial dado pela seguinte equação: (A-1) Exemplo A-1 Suponha que você tenha subido em uma balança e visto que o valor

de sua massa é m=60 kg. Qual é o valor de seu peso em “N” e “kgf”? Resposta= 600 N ou 60 kgf.

1.3. O MOL E MILIMOL O mol é a unidade do SI para a quantidade de espécies químicas. Está sempre

associada com a fórmula química e representa o número de Avogrado (6,022x1023) de partículas representadas por aquela fórmula. A massa molar (M) de uma substância é a massa em gramas de 1 mol de substância. As massas molares são calculadas pela soma das massas atômicas de todas substâncias que estão contidas na fórmula química. O milimol é 1/1.000 do mol. A massa em gramas de um milimol, a massa milimolar (mM ),

→→

= gmP .

102

também é 1/1.000 da massa molar. Exemplo A-2 a) mostre que a massa molar do átomo de carbono é 12 gramas; (b)

Quantos mols e milimols de ácido benzóico (MM= 122,1 g/mol) estão contidos em 2,00 g de ácido puro?

Solução:

1.4. SOLUÇÕES E SUAS CONCENTRAÇÕES Densidade. É a massa de uma solução por unidade de volume da solução. Em

unidades SI, a densidade é expressa em unidades kg/L ou g/mL. (A-2) Partes por milhão (ppm) e partes por bilhão (ppb). 1 ppm=1,00 mg/L e 1ppb=

1,00μg/L

(A-3) (A-4) Para soluções muito diluídas, uma maneira conveniente de expressar a

HBz mmol 16,4HBz mg 122,1

mmol 1HBz)x mg (2.000

HBz mol 0,0164HBz g 122,1

HBz mol 1HBz)x g (2,00

(b)

g 121uma

gramas1,66x10xmolátomo 1

uma 12,01 xátomos 6,022x10

(a)

n

n

M

HBz

Hbz

2423

C

==

==

=−

=−

Vm

=ρ

109.)()(

)()(

Lg

Lmg

VmC

VmC

solução

solutoppb

solução

solutoppm

=

=

103

concentração é em partes por milhão (A-5) Concentração Porcentual. O porcentual em massa (m/m) é a massa do soluto em

100 partes de massa de solução (veja Eq. A-6). Também é conhecido como porcentual em peso (p/p). Ex: HCl 36% é 36g de gás HCl em 100g de solução de ácido concentrado.

O porcentual em volume(v/v) é o volume do soluto em 100 partes de volume de solução (veja Equação A-7). Ex: álcool 960GL(96 ml EtOH + 4ml H2O).

O percentual em massa/volume (m/v) é a massa do soluto em 100 partes de volume de solução (veja Equação A-8).

(A-6) (A-7) (A-8) Concentração molar (Cx). É o número de mols da espécie que está contida em 1 L

de solução. A unidade da concentração molar é a molaridade (M), que tem as dimensões mol.L-1.

(A-9) p-Funções. Freqüentemente os cientistas expressam a concentração de uma

espécie em termos de p-função ou p-valor. O p-valor é o logaritmo negativo (na base 10) da concentração molar da espécie. Assim, para espécie X,

(A-10) A função melhor conhecida é o pH, que é –log[H+]. Exemplo A-3. Uma solução de NaOH a 11 M tem uma densidade de 1,325 g/mL.

pergunta-se: (a)% p/v?; (b) % p/p?; (c) como preparar 1L de uma solução a 0,1M de NaOH a partir da 11M de NaOH?; (d) qual o pH da solução 0,1M de NaOH?

106.)(

)(

g

g

mmC

solução

solutoppm

=

%100./

%100./

%100./

Vm

VVmm

solução

soluto

solução

soluto

solução

soluto

vm

vv

mm

=

=

=

)()(

soluçãoLsolutomol

nnC o

o

X =

]log[ XpX −=

104

2 . E R R O S N A A N Á L I S E Q U Í M I C A

2.1. MÉDIA E MEDIANA: A média de dois ou mais resultados é o valor médio obtido a partir deles, ou seja, é

obtido pela divisão da soma das réplicas de medidas pelo número de medidas do conjunto: (A-11) A mediana é o valor central em um conjunto de dados que tenham sido organizados

em ordem de magnitude. A mediana é usada de forma vantajosa quando um conjunto de dados comtém um valor crítico, um resultado que difere significativamente dos outros do conjunto.

Exemplo A-4. Uma amostra contendo 20 ppm de ferro foi analisada através de um

método gravimétrico. A análise foi repetida seis vezes (réplicas) e os resultados estão tabulados abaixo:

Amostra 1 2 3 4 5 6 (ppm) 19,4 19,5 19,6 19,8 20,1 20,3

Solução:

2.2. ERRO ABSOLUTO E RELATIVO O erro absoluto E, na medida de uma quantidade x, é dado pela equação (A-12)

Onde xV é o valor verdadeiro de uma medida e xi é o valor por nós encontrado. Para o resultado 20,1 ppm de Fe encontrado no exemplo 1-5, o erro absoluto é de + 0,1 ppm Fe.

xxE Vi−=

N

xx

N

ii∑

== 1_

ppm 19,72

19,819,6Mediana

ppm 19,86

20,320,119,819,619,519,4_

=+

=

=+++++

=x

105

A partir da Equação (1-3) obtém-se o erro relativo (Er) (A-13)

No exemplo A-4, o erro relativo para a média dos dados é

ou -10 ppmil.

2.3. EXATIDÃO: É a aproximação de um resultado em relação a um valor teórico, geralmente aceito.

Através do erro relativo tem-se a exatidão com que a análise foi feita.

2.4. PRECISÃO: Ë o grau de concordância entre duas ou mais medições feitas da mesma maneira. A

precisão é expressa pelo desvio em relação ao valor médio das medidas.

2.5. DESVIO ABSOLUTO: É a diferença entre um resultado obtido e a média aritmética de várias medições. (A-14) Existem três termos relacionados com a precisão: desvio padrão, variância e

coeficiente de variação. Estes termos vão ser abordados no Item 1.6. Exemplo A-5. O KClO3 por aquecimento desprende oxigênio: 2KClO3 → 2KCl +

3O2. Através do aquecimento de três amostras iguais de KClO3 foram obtidos respectivamente 3,87g, 3,95g e 3,89g de oxigênio. Determine: (a) média; (b) desvio absoluto. Resolver usando funções do Excel.

Solução: Amostra Dados Desvio(d) 1 3,87 0,03 2 3,95 0,05 3 3,89 0,01 Média= 3,90

%100.V

ViR x

xxE −=

xxd ii

_

−=

%1%10020

0,208,19−=×

−=ER

106

2.6. DIFERENÇA ENTRE PRECISÃO E EXATIDÃO: A mensuração de uma característica é tão mais precisa quanto mais próximas se

situam suas diferentes medidas referentes a uma mesma unidade da amostra. A precisão de um processo de mensuração refere-se à repetição (ou proximidade) das medidas efetuadas. Baixa precisão significa grande variação entre medidas repetidas; alta precisão significa pequena variação entre medidas repetidas.

A precisão de uma medida não se refere à avaliação correta: um processo de mensuração pode ser altamente preciso, determinando medidas sucessivas de umas mesmas características bastante próximas entre si, mas distante da verdadeira grandeza de medida. Neste caso, diz-se que o processo e as medidas que ele determina têm viés, ou são viciadas ou tendenciosas. A diferença entre o valor médio das medidas de uma característica e o verdadeiro valor da grandeza que está sendo medida é denominada viés, vício ou tendência. Assim, o viés é um erro de medida sistemático.

A avaliação de uma característica é tão mais exata quanto mais próximas de sua verdadeira grandeza se situam suas medidas. A exatidão de um processo de mensuração refere-se a proximidade das medidas registradas em relação ao valor real da grandeza medida. A exatidão é maior quanto maior é a precisão ou menor o viés. Alta exatidão corresponde a viés pequeno ou nulo e alta precisão. Baixa exatidão pode resultar de um viés grande e alta ou baixa precisão, ou de um viés nulo e baixa precisão. As relações entre precisão e exatidão são ilustradas a seguir:

Figura A-1. Ilustração da exatidão e precisão usando a distribuição de dardos como modelo.

107

2.7. TIPOS DE ERROS EM DADOS EXPERIMENTAIS O termo erro tem dois significados ligeiramente diferentes. Em primeiro lugar, os

erros referem-se às diferenças existentes entre um valor medido e o valor verdadeiro ou conhecido, veja Item 2.3. Em segundo, o erro geralmente denota a incerteza estimada, associada a uma medida ou a um experimento. A Figura A-2 ilustra esses conceitos que serão amplamente discutidos.

A precisão de uma medida é prontamente determinada pela comparação dos dados de réplicas cuidadosas de experimentos. Infelizmente, uma estimativa da exatidão não é tão fácil de ser obtida. Para determinar a exatidão, temos de conhecer o valor verdadeiro, que geralmente é o que se busca em uma análise. Os resultados podem ser precisos sem ser exatos e exatos sem ser precisos. O perigo de considerar que resultados precisos também são exatos é ilustrado na Figura A-2, que resume os resultados obtidos na determinação de nitrogênio em dois compostos puros. Os pontos mostram os erros absolutos de réplicas de resultados obtidos por quatro analistas. Observe que o analista 1 obteve precisão e exatidão relativamente elevadas. O analista 2 teve uma precisão baixa, mas uma exatidão boa. Os resultados do analista 3 são surpreendentemente comuns. A precisão é excelente, mas existe um erro significativo na média numérica dos dados. Ambas, a precisão e a exatidão, são baixas nos resultados do analista 4.

Figura A-2. Erro absoluto na determinação de nitrogênio por micro-Kjeldahl. Cada ponto representa o erro associado a uma única determinação. Cada linha vertical rotulada (xi — xV) representa o desvio médio absoluto do conjunto de dados, do valor verdadeiro. Fonte: SKOOG et al. (2006)

108

A Figura A-2 sugere que as análises químicas são afetadas por pelo menos dois tipos de erros. Um tipo, chamado erro aleatório (ou indeterminado), faz que os dados se distribuam de forma mais ou menos simétrica em torno do valor médio. Veja novamente a Figura A-5 e observe que a dispersão dos dados, e conseqüentemente o erro aleatório, para os analistas 1 e 3 são significativamente inferiores, quando comparados com os dos analistas 2 e 4. Em geral, o erro aleatório de uma medida é refletido por sua precisão.

Um segundo tipo de erro, denominado erro sistemático (ou determinado), faz que

a média de um conjunto de dados seja diferente do valor aceito. Por exemplo, a média dos resultados mostrados no Exemplo 1-5 tem um erro sistemático de cerca de —0,2 ppm de Fe. Os resultados dos analistas 1 e 2, na Figura A-2, têm erros sistemáticos pequenos, mas os dados dos analistas 3 e 4 revelam erros sistemáticos de cerca de —0,7% e —1,2% para o nitrogênio. Geralmente, os erros sistemáticos presentes em uma série de réplicas de medidas fazem que os resultados sejam muito baixos ou muito altos. Um exemplo de um erro sistemático é a perda despercebida do analito durante o aquecimento de uma amostra.

Um terceiro tipo de erro é o erro grosseiro. Os erros grosseiros diferem dos erros

indeterminado e determinado. Ocorrem, normalmente, apenas de forma ocasional, são freqüentemente grandes e podem causar resultados tanto altos quanto baixos. Esses erros são, com freqüência, resultados de erros humanos. Por exemplo, se uma parte de um precipitado for perdida antes da pesagem, os resultados analíticos serão mais baixos. Tocar um pesa-filtro com os dedos quando sua massa vazia já foi determinada fará a leitura da massa de um sólido pesado no frasco contaminado ser mais alta. Os erros grosseiros levam à ocorrência de valores anômalos, resultados que diferem marcadamente de todos os outros dados de um conjunto de réplicas de medidas. Não há evidência da ocorrência de erro grosseiro na Figura A-2.

2.8. ERROS SISTEMÁTICOS E SUA MINIMIZAÇÃO Os erros sistemáticos têm um valor definido e uma causa identificável e são da

mesma ordem de grandeza para réplicas de medidas realizadas de maneira semelhante. Esses erros levam à ocorrência de um viés em um conjunto de resultados. Observe que o viés afeta todos os dados de um conjunto na mesma direção e que ele apresenta um sinal positivo ou negativo.

Os erros aleatórios, ou Indeterminados, afetam a precisão dos resultados.

Os erros sistemáticos, ou determinados, afetam a exatidão dos resultados.

Um valor anômalo é um resultado ocasional que ocorre em uma sériede réplicas de medidas, que difere significativamente do restante dos resultados.

109

Existem três tipos de erros sistemáticos: (1) Erros instrumentais — causados pelo

comportamento não ideal de um instrumento, por calibrações falhas ou pelo uso de condições inadequadas. (2) Erros de método — surgem do comportamento químico ou físico não ideal de sistemas analíticos. (3) Erros pessoais — resultam da falta de cuidado, falta de atenção ou limitações pessoais do analista.

As maneiras de reconhecer e ajustar o erro sistemático de um método são: (a) análise de uma amostra padrão; (b) análise independente; (c) determinação de um branco e (d) variação do tamanho da amostra.

3 . T R A T A M E N T O E S T A T Í S T I C O D E E R R O S A L E A T Ó R I O S Na estatística um número finito de observações experimentais é chamado de

amostra e esta é tratada como uma fração de um número infinito de observações que é chamado de população.

3.1. MÉDIA DA POPULAÇÃO (μ) E MÉDIA DA AMOSTRA (X): Média da amostra x é obtida a partir da Eq. (A-15) em N é o número de medidas

para o conjunto da amostra. (A-15) A mesma equação é usada para o calcular a média da população (μ) na qual N,

agora, é o número total de medidas da população. (A-16)

3.2. DESVIO DA POPULAÇÃO(σ), QUANTIDADE (Z), DESVIO PADRÃO DA AMOSTRA (S):

O desvio da população (σ), que é a mediada da precisão de uma população de dados, é fornecido pela equação.

N

xx

N

ii∑

== 1_

N

xN

ii∑

== 1μ

O viés representa o erro sistemático associado a uma análise. Tem um sinal negativo se o resultado for mais baixo e um sinal positivo no caso oposto.

110

(A-17) A quantidade z representa o desvio de um resultado da média da população em

relação ao desvio padrão (em unidades de desvio padrão). É comumente dado como uma variável em tabelas estatísticas, uma vez que é uma quantidade adimensional.

(A-18) A Equação (A-19) precisa ser modificada quando a média da população é

desconhecia e essa precisa ser aplicada a uma pequena amostra de dados. Assim o desvio padrão da amostra (s) é dado pela equação

(A-19)

em que a representa o desvio di do valor xi em relação à média . Observe que a Equação A-19 difere da Equação 1-17 em duas maneiras. Primeiro, a média da amostra, , aparece no lugar da média da população, μ, no numerador. Segundo, N, que está na Equação 1-17, é substituído pelo número de graus de liberdade (N -1). Quando N-1 é usado no lugar de N, s representa uma estimativa imparcial do desvio padrão da população σ. Se essa substituição não for feita, o valor de s calculado será menor, em termos porcentuais, que o verdadeiro desvio padrão σ ; isto é, s apresentará uma tendência de ser menor.

A variância da amostra s2 também é importante em cálculos estatísticos. É uma estimativa da variância da população σ2.

Uma expressão alternativa para o desvio padrão de amostras é dado pela equação

(A-20)

Ni

N

ix∑ −

== 1)( 2μ

σ

1

_ 2

1 )(−

=∑ −=

Nis

N

i xx

)(_

xxi − x_

x_

1

121

2

)()(

−

∑=−

=∑

=

NN

N

ii

is

N

i

xx

σμ )( −

=xz

111

3.3. DESVIO PADRÃO COMBINADO (SCOMB) Se dispomos de vários subconjuntos de dados, podemos ter uma estimativa melhor

do desvio padrão da população pela combinação dos dados do que usando apenas um conjunto de dados. A equação A-21 fornece a equação completa para a obtenção de scomb para t conjunto de dados. O Exemplo A-8 ilustra a aplicação desse tipo de cálculo.

(A-21)

3.4. DESVIO PADRÃO RELATIVO (SR) COEFICIENTE DE VARIAÇÃO (CV) O desvio padrão relativo é dado pela equação (A-22) O coeficiente de variação, CV, é o desvio padrão relativo em termos porcentuais. (A-23)

Exemplo A-6 Os seguintes resultados foram obtidos para réplicas da determinação de

chumbo em uma amostra de sangue: 0,752; 0,756; 0,752; 0,751 e 0,760 ppm de Pb. Calcule: (a) a média, (b) o desvio padrão, (c) a variância, (d) DPR, (e) CV para esse conjunto de dados. Resposta: 0,754 ppm Pb; s=0,004 ppm de Pb; s2=1,4x10-5; DPR=5,0 ppmil; CV=0,5%. Resolver no Excel e na Calculadora.

%100_ ×=x

sCV

−==x

ssDPR r

t

N

kk

N

ji

N

ii

NNNN

xxxxxxS

−+++

+−+−+−=

∑∑∑===

...

...)()()(

321

2_

31

22

1

2_

11

321

112

Exemplo A-8. Os níveis de glicose são monitorados rotineiramente em pacientes que

sofrem de diabetes. As concentrações de glicose foram determinadas em meses diferentes por meio de um método analítico espectrofotométrico. O paciente foi submetido a uma dieta com baixos teores de açúcar para reduzir os níveis de glicose. Os seguintes resultados foram obtidos durante um estudo para determinar a eficiência da dieta. Calcule a estiamtiva do desvio padrão combinado para o método.

Tempo

Concentração de Glicose, mg/L Glicoses Média, mg/L

Soma dos Quadrados dos Desvios da Média

Desvio Padrão

Mês 1 1.108, 1.122, 1.075, 1.099, 1.115, 1.083, 1.100

1.100,3 1.687,43 16,8

Mês 2 992, 975,1.022, 1.001, 991 996,2 1.182,80 17,2 Mês 3 788, 805, 779, 822, 800 798,8 1.086,80 16,5 Mês 4 799, 745, 750, 774, 777, 800, 758 771,9 2.950,86 22,2

Número total das medidas=24 Para o primeiro mês, a soma dos quadrados mostrado na penúltima coluna foi

calculada como segue: Soma dos quadrados = (1.108 - 1.100,3)2 + (1.122 - 1.100,3)2 + (1.075 - 1.100,3)2 +

(1.099 - 1.100,3)2 + (1.155 - 1.100,3)2 + (1.083 - 1.100,3)2 + (1.100 - 1.100,3)2= 1.687,43 As outras soma dos quadrados foram obtidas de maneira similar. Então, o desvio

padrão combinado é Observe que o valor combinado é uma estimativa melhor de σ do que qualquer valor

individual de s mostrado na última coluna.

mg/L 1918,58424

6.907,89scomb ≈=−

=

( )

0,50%x100%0,7540,0038CV (e)

ppmil 5,0ppmil x1.0000,7540,038DPR (d)

1,4x10(0,0038)s (c)

Pb ppm 0,0040,003774

0,000056815

2,8440882-2,844145s

2,84408825

14,2204415

3,771Nx

(b)

Pb ppm 0,7540,75425

3,771N

xx (a)

522

22i

N

1ii_

==

==

==

≈==−

=

===⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

≈===

−

=

∑

∑

113

3.5. DESVIO PADRÃO DE RESULTADOS CALCULADOS (PROPAGAÇÃO DO ERRO)

Tipo de cálculo Exemplo Desvio padrão Equação adição e subtração: y=a+b-c

(A-24)

multiplicação e divisão: y=axb/c

(A-25)

Exponenciação:

y=ax (A-26)

Logaritmo y=log(a)

(A-27)

Antilogaritmo Y=antilog(a)

(A-28)

Exemplo A-9 Considere a soma:

+0,50 ± 0,02 +4,10 ± 0,03 -1,97 ± 0,05 2,63

; e a soma deve ser igual a 2,63 ± 0,06

4 . A L G A R I S M O S S I G N I F I C A T I V O S Um resultado numérico não tem qualquer utilidade para os usuários dos dados, a

menos que eles saibam alguma coisa sobre sua qualidade. Portanto, é sempre essencial indicar a melhor estimativa da confiabildade de seus dados. Uma das melhores maneiras de indicar a conflabilidade é fornecer o intervalo de confiança em um nível de 90% ou 95%. Outro método consiste em relatar o desvio padrão absoluto ou o coeficiente de variação dos dados. Nesse caso, é uma boa idéia indicar o número de dados que foram utilizados para se obter o desvio padrão para que o usuário tenha alguma noção daconfiabilidade de s. Um indicador menos satisfatório, porém mais comum, da qualidade de dados é a invenção do algarismo significativo.

06,005,003,002,0 222 =++=s y

ssss cbay

222 ++=

)(a

xy

ss ay =

).(434,0ayss ay =

).(303,2 ssa

y

y=

222 ).()()(cS

bS

aS cba

ys ++=

114

4.1. ALGARISMOS SIGNIFICATIVOS EM INSTRUMENTOS Muitas vezes indicamos a provável incerteza associada a uma medida experimental

pelo arredondamento do resultado para que ele contenha apenas algarismos significativos. Por definição, os algarismos significativos em um número são todos os dígitos conhecidos como certos mais o primeiro dígito incerto. Por exemplo, quando se lê a escala de uma bureta de 50 mL, cuja seção está mostrada na Figura A-3, você pode facilmente dizer que o nível de líquido é maior que 30,2 mL e menor que 30,3 mL. Você também pode estimar a posição do líquido entre as graduações de cerca de 0,02 mL. Então, usando a convenção do algarismo significativo você deve descrever o volume dispensado como 30,24 mL, que tem quatro algarismos signiflcativos. Observe que os primeiros três dígitos são certos e o último dígito (4) é o incerto.

Figura A-3. Seção de uma bureta mostrando o nível de líquido e o menisco. FONTE: SGOOG et al. (2006).

O zero pode ou não ser significativo, dependendo da sua posição em um número. Um zero cercado por outros dígitos é sempre significativo (tal como em 30,24 mL) porque é lido diretamente e com certeza a partir de uma escala ou mostrador de um instrumento. Por outro lado, zeros que apenas localizam a casa decimal para nós não são significativos. Se escrevermos 30,24 mL como 0,03024 L, o número de algarismos significativos é o mesmo. A única função do zero antes do 3 é localizar as casas decimais, assim ele não é significativo. Zeros terminais ou finais podem ser ou não significativos. Por exemplo, se o volume de um béquer é expresso como 2,0 L, a presença do zero nos diz que o volume é conhecido até alguns décimos de um litro, então tanto o 2 quanto o zero são algarismos significativos. Se esse mesmo volume for expresso como 2.000 mL, a situação torna-se confusa. Os dois últimos zeros não são significativos porque a incerteza ainda é de alguns décimos de um litro, ou algumas centenas de mililitros. Para seguir a convenção dos algarismos significativos em um caso como este, use a notação científica e expresse o volume como 2,0 X 103 mL.

Os algarismos significativos em um número são todos os dígitos certos mais o primeiro dígito incerto.

115

4.2. ALGARISMOS EM CALCULOS NUMÉRICOS Determinar o número de algarismos significativos apropriados em um resultado de

uma combinação aritmética de dois ou mais números requer cuidado. Somas e Diderenças. Para a adição e a subtração, o número de algarismos

significativos pode ser encontrado por meio da inspeção visual. Por exemplo, na expressão 3,4+0,020+7,31= 10,730 (arredonde para 10,7) ; a segunda e a terceira casas

decimais na resposta não podem ser significativas, porque em 3,4 a incerteza se encontra na primeira casa decimal. Dessa forma, o resultado deve ser arredondado para 10,7. Observe que o resultado contém três algarismos significativos, embora dois dos números envolvidos tenham apenas dois algarismos significativos.

Podutos e Cocientes. Uma regra prática que às vezes é sugerida para a multiplicação e a divisão consiste em arredondar a resposta para que contenha o mesmo número de algarismos significativos que o número original com o menor número de algarismos significativos. Infelizmente, muitas vezes esse procedimento gera arredondamentos incorretos. Por exemplo, considere os dois cálculos

e

Pela regra prática, a primeira resposta deveria ser arredondada para 1,1 e a

segunda para 0,96. Se, entretanto, considerarmos uma incerteza unitária no último dígito de cada número presente no primeiro cociente, as incertezas relativas associadas a cada um desses números são 1/24, 1/452 e 1/1.000. Como a primeira incerteza relativa é muito maior que as outras duas, a incerteza relativa no resultado também é 1/24, a incerteza absoluta então se torna

Pelo mesmo argumento a incerteza absoluta da segunda resposta é dada por

Portanto, o primeiro resultado deve ser arredondado para três algarismos

signiflcativos, ou 1,08, mas o segundo deve ser arredondado para dois, isto é, 0,96. Logaritmo e antilogaritmo. Seja especialmente cuidadoso no arredondamento de

resultados de cálculos envolvendo logaritmos. As seguintes regras se aplicam na maior das situações. Essas regras são ilustradas no Exemplo A-10.

1. Em um logaritmo de um número, mantenha tantos dígitos nas casas decimais, à direita, quanto existam no número original.

08,10,10052,424

=x 965,0

0,10002,424

=x

04,0045,024108,1 ≈=x

04,0040,0241965,0 ≈=x

116

2. Em um antilogaritmo de um número, mantenha tantos dígitos quanto existam nas casas decimais no número original.

Exemplo A-10. Arredonde respostas para que apenas dígitos significativos sejam

mantidos: (a) log 4,000x10-5 e (b) antilog 12,5=3,162277x1012. Resposta: (a) -4,3979 e (b) 3x1012.

4.3. ARREDONDAMENTO DE DADOS Sempre arredonde de forma apropriada os resultados calculados a partir de uma

análise química. Por exemplo, considere as seguintes réplicas de resultados: 61,60; 61,46; 61,55 e 61,61. A média para esse unto de dados é 61,555 e o desvio padrão é 0,069. Quando arredondamos a média, o resultado deve 61,55 ou 61,56? Uma boa regra a ser seguida quando se arredonda um número 5 é sempre arredondar o número par mais próximo. Dessa forma eliminamos a tendência de arredondar em uma única direção. . Em outras palavras, existe a mesma chance de que o número par mais próximo seja o mais alto ou menor a cada ocasião em que se efetua o arredondamento. Dessa maneira, podemos expressar o resultado como 61,56 ± 0,07. Caso haja qualquer razão para duvidar da confiabilidade da estimativa do desvio padrão, podemos expressar o resi tado como 61,6 ± 0,1.

Devemos observar que raramente é justificável manter mais que um algarismo significativo no desvio padrão, uma vez que o desvio padrão também contém erros. Para certos propósitos específicos, tais como o relato de incertezas de constantes fisicas em artigos de pesquisa, pode ser útil manter dois algarismos significativos e certamente não há nada de errado em incluir um segundo dígito no desvio padrão. Contudo, é importante reconhecer que a incerteza geralmente está contida no primeiro dígito.

4.4. EXPRESSÃO DOS RESULTADOS EM CÁLCULOS QUÍMICOS São encontrados dois casos quando se relatam resultados de cálculos químicos. Se

os desvios padrão do valor que compõe o cálculo final são conhecidos, então aplicamos os métodos de propagação de erros e arredondamos os resultados para conter algarismos significativos. Muitas vezes, entretanto, você é solicitado a realizar cálculos com dados cuja precisão é indicada apenas pela convenção dos algarismos significativos. Nesse segundo caso, considerações baseadas no bom senso precisam ser feitas quanto à incerteza de cada número. Finalmente, o resultado é arredondado para que contenha apenas os algarismos significativos.

É especialmente importante postergar o arredondamento até que o cálculo seja completado. Pelo menos um dígito extra, depois dos algarismos significativos, deve ser mantido durante todos os cálculos de maneira que se evitem os erros no arredondamento. Algumas vezes esse dígito extra é chamado dígito “guarda”. As calculadoras modernas geralmente mantêm vários dígitos extras que não são significativos

117

e o usuário precisa ser cuidadoso no arredondamento apropriado de resultados finais para que apenas os algarismos significativos sejam incluídos. O Exemplo A-11 ilustra esse procedimento.

Exemplo A-11. Uma amostra de 3,4842 g de uma mistura sólida contendo ácido

benzóico, C6H5COOH (122,123 g/mol), foi dissolvido e titulada com base até o ponto final na presença de fenolftaleina. O ácido consumiu 41,36 mL de NaOH 0,2328 mol.L-1. Calcule a porcentagem de ácido benzóico (HBz) na amostra. Resposta: 33,75± 0,03 %.

5 . T R A T A M E N T O E A V A L I A Ç Ã O E S T A T Í S T I C A D E D A D O S Os cientistas empregam cálculos estatísticos para aprimorar seus julgamentos

relacionados à qualidade de medidas experimentais. Aqui consideramos várias das aplicações mais comuns dos testes estatísticos no tratamento de resultados analíticos. Essas aplicações incluem: intervalos de confiança, teste de hipóteses, análise de variância, detecção do erros grosseiros

5.1. INTERVALOS DE CONFIANÇA Definir o intervalo numérico ao redor da média de um conjunto de réplicas de

resultados analíticos na qual se espera que a média da população possa estar contida, com uma certa probabilidade. Esse intervalo — chamado intervalo de confiança (IC) — relaciona-se ao desvio padrão da média.

Determinação do intervalo de confiança quando σ é conhecido ou s é uma boa estimativa de σ é dado pela equação

(A-29)

onde é a média experimental de N medidas como estimativa melhor de μ. A quantidade z representa o desvio de um resultado da média da população em relação ao desvio padrão.

Por exemplo, se temos um resultado x a partir de um conjunto de dados, com um

desvio padrão de σ, podemos considerar que, em 90 de 100 vezes, a média verdadeira μ. Está contida no intervalo x± 1,64σ (ver Figura A-4b). A probabilidade é chamada nível de confiança (NC). Neste exmplo, o nivel de confiança é 90% e o intervalo de confiança varia de -1,64σ a +1,64σ. A probabilidade de um resultado estar fora do intervalo de confiança é, muitas vezes, denominado nível de significância. Os valores de z em vários níveis de confiança são encontrados na Tabela 1-2.

Νσ.xμ para ΙC

_ z±=

_

x

118

Tabela A-2 Níveis de confiaça para vários valores

de z

Nível de confiança, % z 50 0,67 68 1,00 80 1,28 90 1,64 95 1,96 99 2,58

99,7 3,00 99,9 3,29

A determinação do intervalo de confiança quando σ

não for conhecido é dado pela equação (A-30) onde t, teste de Student, é obtido da Tabela A-3, que fornece esses valores para alguns graus de liberdade. Observe que se se aproxima de z à medida que o número de graus de liberdade se torna maior.

Exemplo 1-12 Determine os intervalos de confiança de 80% e 95% para os dados do Exemplo A-7.

Solução: Da Tabela A-3, podemos ver que t= 1,53 e 2,78 para

os níveis de confiança de 80% e 95% e 4 graus de liberdade, respectivamente. substituindo na Equação (1-31),

Figura A-4 Áreas sob uma curva gaussiana para vários valores ± z. (a) z= ± 1,28;(b) z=

Ntsμ para IC

_

±= x

0,0110,7540,004 x 2,78 0,754IC 95%0,0060,7540,004 x 1,53 0,754IC 80%

±=±=±=±=

119

±1,64; (c) z=± 1,96; (d) z=±2,58 Tabela A-3 Valores de t para vários níveis de probabilidade

5.2. TESTE DE HIPÓTESE O teste de hipóteses serve de base para muitas decisões tomadas em trabalhos

científicos e de engenharia. Para explicar uma observação, um modelo hipotético é proposto e testado experimentalniente para se avaliar sua validade. Se os resultados desses experimentos não dão suporte para o modelo, nós o rejeitamos e procuramos outra hipótese. Se houver concordância, o modelo hipotético serve de base para experimentos posteriores. Quando a hipótese é suportada por dados experimentais suficientes, ela se torna reconhecida como uma teoria útil até que novos dados possam contestá-la.

Os resultados experimentais raramente concordam exatamente com aqueles previstos por um modelo teórico. Como conseqüência, os cientistas e os engenheiros precisam julgar freqüentemente se as diferenças numéricas são um resultado de erros aleatórios inevitáveis de todas as medidas ou o resultado erros sistemáticos. Certos testes estatísticos são úteis no aprimoramento desses julgamentos.

Testes deste tipo lançam mão da hipótese nula, a qual considera que as quantidades numéricas que estão sendo comparadas são, de fato, iguais. Então, utilizamos a distribuição de probabilidade para calcular a probabilidade de que as diferenças observadas são um resultado de erros aleatórios. Normalmente, se a diferença observada for maior ou igual à diferença que ocorreria 5 vezes em 100, devido a fatores aleatórios (um nível de significância de 0,05), a hipótese nula é considerada questionável e a diferença, como significativa. Outros níveis de significância, como 0,01 (1%) ou 0,001 (0,1%), também podem ser adotados, dependendo da exatidão desejada no julgamento. Quando expresso

120

como uma fração, ao nível de significância é freqüentemente atribuído o símbolo α. O nível de confiança (NC) está relacionado a α em uma base porcentual porNC = (1 — α)x100%.

Os exemplos especfficos de testes de hipóteses que os químicos usam com freqüência incluem a comparação (1) da média de um conjunto de dados experimentais com aquilo que se acredita ser o valor verdadeiro; (2) a média ou o desvio padrão de dois mais conjuntos de dados. A seguir consideram-se alguns dos métodos usados para realizar tais comparações.

Comparação de uma Média Experimental com um Valor Conhecido. Dada a

hipótese nula (Ho) μ=μo(conhecido) e _

x uma estimativa de μ.

Teste Z para grandes amostras Teste t para uma amostra pequena

Teste estatístico

(A-31)

(A-32)

Hipótese alternativa (Ha) μ ≠ μo rejeitar Ho Se z ≥ zcrit ou se z ≤- zcrit Se t ≥ tcrit ou se t ≤- tcrit μ > μo rejeitar Ho Se z ≥ zcrit Se t ≥ tcrit μ < μo rejeitar Ho Se z ≤- zcrit Se t ≤- tcrit

Exemplo A-13 Uma classe de 30 alunos determinou a energia de ativação de uma

reação química como 27,7 kcal/mol (valor médio), com um desvio padrão de 5,2 kcal/mol. Os dados estão de acordo com o valor de 30,8 kcal/mol descrito na literatura em (1) um nível de confiança de 95% e (2) 99%? Estime a probabilidade de se obter uma média com valor igual àquele da literatura.

Solução: Temos dados suficientes, assim s deve ser uma boa estimativa de σ. A hipótese

nula é que μ=30,8 Kcal/mol e a hipótese alternativa é que μ ≠ 30,8 kcal/mol.Este é um teste de duas caudas. A partir da Tabela A-2, zcrít=1,96 para um nível de confiança de 95% e 2,58 para 99%. O teste estatístico é calculado como se segue:

Como z≤-1,96, rejeitamos a hipótese nula ao nível de confiança de 95%. Observe

N

xz o

σμ−

=

_

Ns

xz oμ−=

_

26,3

302,5

8,307,27_

−=−

=−

=

N

xz o

σμ

121

também que como z≤-2,58, rejeitamos Ho ao nível de confiança de 99%. Para se estimar a probabilidade de se obter um valor médio μ= 30,8 kcal/mol, precisamos encontrar a probabilidade de obter o valor de z de 3,26. A partir da Tabela A-2, a probabilidade de se obter um valor z tão grande devido a erros aleatórios é apenas de 0,2%. Tudo isso nos leva a concluir que a média obtida pelos estudantes é realmente diferente da média descrita na literatura e não apenas o resultado de erros aleatórios.

Comparação de duas médias experimentais. Admite-se a hipótese nula (Ho) μ1

=μ2 e σ1=σ2. A hipótese alternativa é Ha: μ1 >μ2 ou μ1 < μ2. O teste estatístico t então é determinado por

(A-33) Exemplo 1-14 Dois barris de vinho analisados ao seu teor de álcool para se

determinar se eles eram provenientes de fontes distintas. Com base em seis análises, o teor médio do primeiro barril foi estabelecido como 12,61% de etanol. Quatro análise do segundo barril forneceram uma média de 12,53% de álcool. As dez análises geraram um desvio padrão combinado scomb de 0,070%. Os dados indicam diferença entre os vinhos?

Solução: A hipótese nula é Ho: μ1 =μ2; e a alternativa é Ha: μ1 ≠ μ2. Nestas condições, o valor

de t é calculado através da Equação (1-34): O valor crítico de t para 10-2=8 graus de liberdade, em um nível de confiança de

95%, é de 2,31. Como 1,771 < 2,31, aceitamos a hipótese nula em um nível de confiança de 95% e concluímos que não há diferença no teor de álcool dos vinhos. A probabilidade de se ter um valor de t de 1,771 pode ser calculada usando a função DISTT() do Excel e é DISTT(1,771,8,2)=0,11. Desta forma existe 10% de chance de que poderíamos ter um erro dessa dimensão devido a um erro aleatório.

Erro nos Testes de Hipótese. Um erro do tipo I ocorre quando Ho é rejeitada, embora seja verdadeira. Em algumas áreas da ciência, um erro do tipo I é chamado falso negativo. Um erro tipo II ocorre quando Ho é aceita e, an realidade, é falsa. Algumas vezes essa situação é denominada falso positivo.

21

21

_

2

_

1

NNNNs

xxt+

−=

771,1

464607,0

53,1261,12

21

21

_

2

_

1 =+

−=

+−

=

xNNNNs

xxt

122

Apêndice - B

123

PRÁTICA Nº 1

CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES O B J E T I V O S :

⎯ Determinar a concentração açúcar em soluções através de três técnicas diferentes: (1) refratômetria; (2) através de balão volumétrico; e (3) utilizando densímetro ou aerômetro de Baumé.

⎯ Determinar o erro relativo, precisão e a exatidão dos métodos utilizados.

F U N D A M E N T O S : Encontram-se no anexo da apostila

M A T E R I A L : ⎯ Densímetro ou aerômetro de Baumé escala de 0 a 20 oBé ⎯ Banho termostatizado ⎯ Pipetas graduadas ⎯ Algodão ⎯ Papel macio ⎯ Balão volumétrico ⎯ sacarose p.a ⎯ Açúcar

M É T O D O :

Preparo da solução de açúcar a 27,5% m/m ⎯ Pesar 355 gramas (m2) de água; ⎯ Pesar 135 gramas (m1) de açúcar em copo béquer de 200 mL; ⎯ Determinar a concentração em %m/m (p/p) da solução através da fórmula abaixo:

⎯ Determinar o oBrix no refratômetro ⎯ Ller a densidade no densímetro e transformar em oBrix (tabela 2 em anexo); ⎯ Determinar a densidade em balão volumétrico de 10O mL e transformar em oBrix

(tabela em anexo);

%100/%21

1 ×+

=mm

mmm

124

⎯ Determinar o erro relativo (ER) para cada método através da fórmula abaixo:

sendo: xi é o valor encontrado e xV é o valor real ou aceito como verdadeiro. Todos seus cálculos devem ser colocados na tabela B1 . Tabela B1. Resultados.

Método (1) Método (2) Método (3) Grupo m1

(g) m2

(g) m/m (%)

oBrix (%)

ER (%)

oBrix (%)

ER (%)

oBrix (%)

ER (%)

T (oC)

1

2

3

Métodos: (1) refratômetria; (2) balão volumétrico; (3) densímetro. .

Q U E S T Õ E S P R O P O S T A S 1. Utilizando os resultados de seus colegas, pode-se dizer que os resultados encontrados são precisos e exatos? Por quê?

2. Partindo de 5 litros de uma solução a 65 % (xarope), quantos litros você prepararia de solução a 33 % (calda)?

3. Qual o % m/v da solução de açúcar preparada em sala de aula?

4. Identifique os tipos de erros encontrados nos dados experimentais?

%100×−

=V

ViR x

xxE

Tabela B2. Relação graus Brix, peso específico e graus Baumé.

126

PRÁTICA Nº 2

DETERMINAÇÃO DE CINZAS NOS ALIMENTOS

F U N D A M E N T O S : A determinação dos constituintes minerais nos alimentos pode ser dividida em duas

classes: (1) Determinação da cinza total; (2) Determinação dos componentes individuais da cinza.

A determinação de cinza total é utilizada como indicativo de várias propriedades, tais como:

a) Largamente aceito como 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) Níveis adequados de cinza total são um indicativo das propriedades funcionais de alguns produtos alimentícios, por exemplo, a gelatina. Em geléias de frutas e doces em massa, a cinza é determinada para estimar o conteúdo de frutas.

c) É um parâmetro útil para verificação do valor nutricional de alguns alimentos e rações. Alto nível de cinza insolúvel em ácido indica a presença de areia.

Já os componentes individuais da cinza podem ser divididos naqueles que são: a) indispensáveis para o metabolismo normal e geralmente constituem os elementos

da dieta essencial; b) aqueles que não têm nenhuma função conhecida ou até podem ser prejudiciais à

saúde. Estes últimos podem aparecer do solo, provenientes da pulverização das plantas com agrotóxicos ou como resíduos de processos industriais. Alguns resíduos metálicos podem ter efeitos tóxicos como Pb e Hg. A oxidação do ácido ascórbico (vitamina C) e a estabilidade de sucos de fruta são afetadas por Cu. Alguns componentes minerais podem aumentar e outros impedir a fermentação de produtos fermentados.

Além destas duas classes de determinação de cinzas, outros três tipos são também importantes para a caracterização da pureza e adulteração de amostras:

Cinza solúvel e insolúvel em água: o método é bastante utilizado para a determinação da 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. A alcalinidade das cinzas e devido à presença de sais de ácidos fracos como o cítrico, tartárico e málico, que na incineração são convertidos nos carbonatos correspondentes. Esta técnica é utilizada para verificar adulteração em alimentos de origem vegetal ou animal.

· Cinza insolúvel em ácido: esta determinação é importante para a verificação da adição de matéria mineral em alimentos como sujeira e areia em temperos, talco em confeitos e sujeira em frutas.

127

O B J E T I V O S : ⎯ Determinar cinza seca de uma amostra de leite em pó.

M A T E R I A L : ⎯ Dessecador;

⎯ Mufla;

⎯ Cadinho de platina ou porcelana;

⎯ Balança analítica

⎯ Vidraria comum de laboratório

M É T O D O : Pesar amostra (cerca de 5 g) num cadinho de platina ou porcelana, o qual deve ter

sido previamente incinerado, esfriado e tarado. Depois o conjunto deve ser incinerado numa mufla, inicialmente a temperatura mais baixa e depois a 500- 600 ºC. A mufla é o equipamento utilizado para incinerar a matéria orgânica da amostra, uma espécie de forno que alcança altas temperaturas. Quando a cinza estiver pronta, isto é, não restar nenhum resíduo preto de matéria orgânica, o conjunto é retirado da mufla, colocado num dessecador para esfriar e pesado quando atingir a temperatura ambiente. A diferença entre o peso do conjunto e o peso do cadinho vazio dá a quantidade de cinza na amostra.

Temperaturas de incineração na mufla: ⎯ · 525 ºC: frutas e produtos de frutas, carne e produtos cárneos, açúcar e produtos

açucarados e produtos de vegetais. ⎯ · 550 ºC: produtos de cereais, produtos lácteos (com exceção da manteiga, que

utiliza 500 ºC), peixes e produtos marinhos, temperos e condimentos e vinho. ⎯ · 600 ºC: grãos e ração. Tempo de incineração: O tempo é difícil de especificar, pois varia com o produto e com o método. Existe

especificação somente para grãos e ração, que é de duas horas. Para os demais produtos, a carbonização está terminada quando o material se toma completamente branco ou cinza, e o peso da cinza fica constante. Isto costuma levar muitas horas. Quando o tempo está muito prolongado, talvez pela formação de uma matéria mineral fundida, o resíduo deve ser molhado, seco e reaquecido, até que apareça uma cinza branca. Quando o tempo de análise é muito longo, podemos acelerar o processo com adição de: glicerina, álcool, oxidantes químicos.

PRÁTICA Nº 3

PREPARO DO AÇÚCAR INVERTIDO

O B J E T I V O S : ⎯ Testar diferentes formulações para hidrólise da sacarose e acompanhar a reação

por polarometria. ⎯ Determinar o teor de açúcar em cada formulação através do refratômetro.

F U N D A M E N T O S : O açúcar invertido é uma mistura equimolar de D-glicose e D-frutose obtido pela

hidrólise da sacarose. A reação pode ser catalisada por ácidos ou pela invertase. A sacarose é um dissacarídeo e a D-glicose e D-frutose são monossacarídeos, (ALLINGER, 1978).

Sacarose → D-glicose + D-frutose

A hidrólise ácida da sacarose pode ser acompanhada por um polarímetro que é um

equipamento que apresenta dois prismas de Nicol. O primeiro é chamado Nicol polarizador sendo fixo, e sua finalidade é apenas polarizar a luz (Figura 1B).

Figura 1B. Princípio de funcionamento do polarímetro: “Polarização da luz pelo Nicol polarizador.”

A figura 2B mostra uma substância opticamente ativa, por exemplo, uma solução

de sacarose, capaz de desviar a luz polarizada. O desvio é medido pelo prisma móvel que é girado de certo ângulo θ para podermos ver novamente a luz com máxima intensidade. A

129

leitura do ângulo θ é o desvio da luz polarizada e quando esse desvio é para direita (no sentido horário) dizemos que a substância é dextrógera e convencionamos por d ou (+). Se o desvio é para esquerda (no sentido anti-horário) dizemos que a substância é levógera: l ou (-).

Figura 2B. Princípio de funcionamento do polarímetro: “O segundo prisma móvel é chamado Nicol analisador. Quando o polarímetro está vazio, a luz atravessa integralmente o prisma analisador, se este estiver em posição paralela com o prisma polarizador. Se os prismas estiverem em posições ortogonais, a luz será totalmente interrompida no prisma analisador.”

A rotação específica (θ); [α],é a rotação em graus produzida em luz-plano polarizada

por 1g de substância em 1mL de solução quando o comprimento da célula é 1 decímetro: [α]= rotação específica______________ comprimento do tubo (dm) x concentração(g/mL) O valor da rotação específica é uma característica do composto examinado e é

aproximadamente aditiva no processo de hidrólise. A sacarose tem rotação de +66o e a mistura dos anômeros da glicose no equilíbrio + 52o, enquanto que a frutose tem -92o, no fim do processo de hidrólise a mistura equimolar terá um valor fortemente negativo.

A hidrólise enzimática da sacarose pode ser acompanhada através de técnicas instrumentais espectrofotométricas que acompanham a formação do produto através da reação deste com um reagente cromogênico que absorve determinado comprimento de onda da REM. Existem dois tipos de enzima que podem hidrolisar a sacarose. A invertase e a α-glucosidase. Ambas escidem a ligação glicosídica entre D-glicose e D-frutose , diferenciando-se em que a invertase hidrolisa a ligação entre o C2-O, enquanto que a α-glucosidase hidrolisa entre o C1-O (Figura 3B).

130

Figura 3.B Hidrólise enzimática. A mistura equimolar dos dois monossacarídeos presentes no açúcar invertido tem

sabor mais doce, poder edulcorante (PE), do que a sacarose e são mais úteis em certos processos, principalmente na preparação de sorvetes, refrigerantes e balas (Tabela B2).

Tabela B2. Poder edulcorante relativo (PE).

Açúcar PE em solução PE em forma cristalina β-D-Frutose 100-175 180 α-D-Glicose 40-79 74 β-D-Glicose <α-D-Glicose 82 Sacarose 100 100

FONTE: FENNEMA (1993).

As propriedades mais importantes do açúcar invertido são: -retarda a cristalização; -melhora a aparência do produto -adoça mais que a sacarose -impede a oxidação do produto. Sob o ponto de vista comercial ao açúcar invertido é um bom substituto da glicose

de milho que é um produto caro. O açúcar invertido deve ser preparado a partir do açúcar cristal que não sofre refino e, portanto está livre da presença do dióxido de enxofre. Este diminui o poder edulcorante e pode corroer o verniz da lata.

131

M A T E R I A L ⎯ Polarímetro e refratômetro. ⎯ Banho termostatizado ⎯ Pipetas graduadas ⎯ Algodão ⎯ Papel macio ⎯ Etanol ⎯ Sacarose p.a ⎯ Ácido cítrico p.a ⎯ Ácido clorídrico p.a ⎯ Ácido tartárico p.a ⎯ Bicarbonato de sódio p.a

M É T O D O C A L I B R A Ç Ã O D O P O L A R Í M E T R O ⎯ Calibrar o polarímetro Jena usando água destilada, antes de encher o tubo de 2

dm, verifique se a lâmpada de sódio está suficientemente aquecida (ligar o instrumento aproximadamente 15 minutos antes do uso) e que a interfase dos campos iluminado e escuro fique no zero das escalas, do contrário estimar este erro.

⎯ Encher o tubo de 2dm com água destilada até que se sobre passe a borda superior evitando dessa forma a presença de bolhas de ar quando se coloca o vidro na tampa.

⎯ Faça a rotação necessária para encontrar a interfase de mudança dos campos de escuro para claro e vice-versa. No ponto exato desta interfase efetua-se a leitura na escala de graus positivos ou negativos.

⎯ Anote a temperatura. ⎯ Repetir no mínimo três vezes, essa leitura. ⎯ O desvio padrão destas leituras não deve ser superior a 5%. ⎯ Esta leitura corrigirá as suas demais leituras.

P R E P A R O D A S S O L U Ç Õ E S P A D R Õ E S Solução padrão de glicose:

⎯ Pesar um balão volumétrico de 100 mL (P1); ⎯ Pesar em erlenmayer, 6,00 g de glicose anidra; ⎯ Adicionar suficiente água destilada para dissolver a glicose; ⎯ Transferir quantitativamente para o balão, lavando repetidas vezes o erlenmayer

com água destilada; ⎯ Antes de elevar o volume, adicionar uma gota de amônia líquida e homogeneizar

suavemente;

132

⎯ Levar a volume com água destilada; ⎯ Pesar o balão cheio com solução a solução (P2). Solução padrão de sacarose:

⎯ Idem, pesando 6,00 g de sacarose e SEM adicionar amônia.

Solução P1 P2 θ

Glicose

Sacarose

P R E P A R O D O A Ç Ú C A R I N V E R T I D O Formulação 1:

⎯ Pesar 19,0 g (P1)de água em béquer de 200cc. ⎯ Pesar 45,3 g (P2)de sacarose e adicionar no béquer. ⎯ Pesar 0,06 g (P3) de ácido cítrico e adicionar no béquer. ⎯ Dissolver vagarosamente par não perder líquido. ⎯ Ferver na temperatura de 93oC por 45 minutos. Formulação 2: ⎯ Pesar 88,0 g (P1)de água em béquer de 600 cc. ⎯ Pesar 200,0 g (P2)de açúcar cristal e adicionar no béquer. ⎯ Pipetar 0,3 mL (P3) de ácido HCl (50%) e adicionar no béquer. ⎯ Dissolver vagarosamente par não perder líquido. ⎯ Ferver na temperatura de 93oC por 20 minutos. ⎯ Adicionar 0,08g de bicarbonato 5 minutos antes de completar o tempo final. Formulação 3: ⎯ Pesar 88,0 g (P1)de água em béquer de 2000 cc. ⎯ Pesar 200 g (P2)de açúcar cristal e adicionar no béquer. ⎯ Pesar 0,383 g (P3) de ácido tartárico e adicionar no béquer. ⎯ Dissolver vagarosamente par não perder líquido. ⎯ Ferver na temperatura de 93oC por 75 minutos. ⎯ Adicionar 0,410g de bicarbonato 5 minutos antes de completar o tempo final.

I N F L U E N C I A D O T E M P O D E C O A C Ç Ã O N O P R O C E S S O Formulação 4: ⎯ Idem 1 por 30 minutos Formulação 5:

⎯ Idem 1 por 20 minutos

133

Formulações P1 P2 P3 Brix(i) Brix(f) θ T (OC) Observações 1

2

3

4

5

Q U E S T Õ E S P R O P O S T A S 1. Por que o açúcar invertido tem poder edulcorante maior que a sacarose?

2. O que é uma substância opticamente ativa?

3. Cite algumas aplicações do açúcar invertido?

4. Qual a vantagem de uma hidrólise enzimática em relação a hidrólise ácida?

5. A hidrólise do açúcar invertido preparado na indústria foi utilizando catálise ácida. Por que foi utilizado um ácido como catalisador e não uma base?

6. Seria possível acontecer uma inversão da sacarose durante a quimificação já que o suco gástrico é rico em HCl?

PRÁTICA Nº 4

ANÁLISE VOLUMÉTRICA DE AÇÚCARES REDUTORES

O B J E T I V O S : ⎯ Determinar AR de diferentes formulações de açúcar invertido (Prática 1) e seu

rendimento; ⎯ Determinar os sólidos solúveis e AR de uma amostra de suco de fruta.

F U N D A M E N T O S : Os açúcares redutores são aqueles que possuem em sua molécula um grupo

aldeído ou cetônico livre e que são facilmente oxidáveis. Somente são redutores aqueles glicídeos que tem a oxidrila do carbono anômero livre. A ação redutora desses carboidratos, geralmente monossacarídeos, é caracterizada pela sua capacidade de reduzir íons metálicos Cu2+ e Ag2+ em solução alcalina.

Alguns dissacarídios, como a sacarose, além dos polissacarfdios, como o amido, em seu estado naturall não são redutores; entretanto, podem ser considerados potencialmente redutores, porque, cindindo-se as ligações que comprometem os grupos de caráter redutor, por hidrólise ácida ou enzimática, obtém-se monômeros, açúcares redutores.

O mesmo ocorre com o ácido algínico (existente nas algas), que, por hidrólise ácida, origina moléculas de ácido manurônico, o qual também é agente redutor.

O teor de açúcar dosado em produto carboidratado sem sofrer hidrólise recebe o nome de açúcar redutor (AR), sendo normalmente expresso em % de glicose (P/P: g de glicose em 100 g do produto). Quando se pratica a hidrólise, obtém-se o teor de açúcares redutores totais (ART), igualmente expresso como % de glicose.

Os açúcares não redutores são obtidos pela diferença entre os açúcares redutores totais e os açúcares redutores (ART - AR) e são expressos como % de sacarose, amido, ácido algínico, etc., dependendo da matéria prima em análise.

O método volumétrico comumente mais usado é o método de Eynon-Lane, que utiliza as soluções reagentes de Fehling, modificadas por Soxhlet, as quais consistem de duas soluções; urna de CuSO4. e outra de tartrato duplo de Na e K (sal de Rochelle) em solução alcalina, Estas soluções, quando misturadas em partes iguais, formam um complexo de cor azul intenso de cupro-tartrato de Na e K, o qual pela ação de um agente redutor, forma um precipitado vermelho de óxido cuproso, Cu20. Assim, os metais, quando reduzidos, passam de um estado de valência superior para outro, inferior. Nesses casos, as reações são acompanhadas de variação de cor ou formação de precipitado.

135

M A T E R I A L : ⎯ Sol. de Fehling A e B

⎯ Sol. de Ferrocianeto de K a 15%

⎯ Sol. de acetato ou sulfato de Zn a 30%

⎯ Vidraria comum de laboratótio

⎯ Solução padrão de glicose 5% m/v

M É T O D O : D E T E R M I N A Ç Ã O D E S Ó L I D O S S O L Ú V E I S ⎯ Obter o suco de sua amostra, após, medir o oBrix e a densidade, anotar temp. e

expressar como %SS.

D E T E R M I N A Ç Ã O D O S A Ç Ú C A R E S R E D U T O R E S ⎯ Retirar alíquota de 25 mL da amostra colocar em balão vol. de 250 mL

⎯ Adicionar 150 mL de água

⎯ Adicionar 5 mL da solução de Ferrocianeto de K a 15%

⎯ Adicionar 5 mL de solução de acetato ou sulfato de Zn a 30%

⎯ Agitar e completar o vol. com água

⎯ Filtrar ou centrifugar a 3000 rpm por 3 min. aprox.

⎯ Guardar o filtrado para a titulação

⎯ Colocar 10 mL de sol.Fehling A e 10 mL de Fehling B em frasco de 250 mL

⎯ Adicionar 40 mL de água

⎯ Aquecer até ebulição, máx. 3 minutos.

⎯ Adicionar 1 gota de do indicador de azul de metileno 1%, mantendo ebulição

⎯ Colocar seu filtrado em bureta de 50 mL

⎯ Titular a sol. de Fehhng com o filtrado até desaparecer a cor azul e permanência

de precipitado vermelho no fundo do erlenm.

⎯ Repetir a análise para uma solução padrão de glicose 5 mg/mL

Q U E S T Õ E S P R O P O S T A S :

136

1. Baseado nos seus resultados obtidos nessa prática, qual o rendimento da sua prática 1?

2. Por que a frutose é um açúcar redutor já que os grupos cetônicos não reduzem o licor de Fehling?

3. Por que a sacarose é não redutora?

4. Qual o significado dos sólidos solúveis?

5. Como você proporia uma marcha analítica para determinar os açúcares redutores totais e os não redutores na sua formulação (prática 1) ?

6. Por que a determinação dos açúcares redutores é volumétrica?

7. Qual a finalidade da solução a 5% m/v de glicose?

PRÁTICA Nº 5

ANÁLISE DE ÓLEOS E GORDURAS O B J E T I V O S :

⎯ Determinar os principais parâmetros de qualidade em óleos: cor, acidez livre, índice de saponificação, índice de iodo e insaponificáveis;

⎯ Comparar tais parâmetros para diferentes amostras de óleos vegetais.

C O N S I D E R A Ç Õ E S : Os métodos utilizados para caracterizar os óleos vegetais e gorduras animais estão

baseados na AOCS, 1980 e VILLAVECCHIA, 1937.

M A T E R I A S E M É T O D O S :

I D E N T I F I C A Ç Ã O D A A M O S T R A

Amostra Data da Compra Marca Lote

A V A L I A Ç Ã O C O R D A S A M O S T R A S Colocar a amostra em um becker de capacidade 250 mL e a avaliação da cor é feita

por apreciação subjetiva. Segundo as características de qualidade do Codex Alimentarius, a cor do azeite virgem deve variar de amarelo a verde, o azeite refinado deve ser amarelo clara, e as misturas de azeite virgem e refinado, devem apresentar cores intermediárias entre estes dois tipos. A avaliação da cor deve ser feita junto com umidade e voláteis.

U M I D A D E E V O L Á T E I S Definição: Este método determina a umidade e alguns outros materiais voláteis na

amostra nas condições citadas abaixo. Aplicação: Aplicável em geral para óleos gorduras e, incluindo emulsões. Procedimento: Em um pesa-filtro de alumínio, cadinho de porcelana ou copo béquer

devidamente tarado com um pequeno bastão de vidro em seu interior, usar de 8 a 10 g de amostra. Aquecer uma chapa elétrica (chama) na temperatura de 110o C por um período de 30 minutos, agitando levemente e com cuidado, com o bastão - com tempo espaçado - de acordo com umidade aparente.

Levar a estufa a 110o C - 115o C por um período de 30 a 60 minutos.

138

Esfriar em dessecador e pesar. Nota: Deve-se tratar o período de 30 a 60 minutos, para se estabelecer corretamente o

peso constante final. A diferença de pesagens é tolerável e admitida quando a variação entre elas não

supere 0,05%, no prazo entre 30 e 60 minutos (30 minutos). Sendo: Tara = peso do pesa filtro em gramas; P1= peso do pesa filtro mais amostra em gramas; P2= peso do pesa filtro com amostra já sem umidade e voláteis em gramas; Peso da amostra = P1- tara em gramas.

Amostra Data Tara P1 P2 Peso Amostra

Umidade voláteis

Cor

A C I D E Z L I V R E A O C S C A 5 A 4 0 Definição: Este método determina os ácidos graxos livres na amostra. Aplicação: Em óleos crus e refinados, gorduras marinhas e vegetais. Procedimento: Pesar cerca de 10g de amostra (consultar Tabela B4) em um frasco

Erlenmeyer de 250 mL. Adicionar 75 a 100 mL de álcool etílico neutralizado, aquecer em banho-maria com agitação periódica.

Titular com NaOH N/2 usando fenolftaleína como indicador. Cálculo: Análise dimensional: ƒator = Fator da solução de NaOH N/2 Nota:

P.A0rx0,141x10(N/2)xfato NaOH ml=eico)livre(c/ol Acidez

(%)=amostra de gramas

100%gmoles

282gramasml 1000

esequivalent 0,5NaOHx ml xx

%100xP.A

P2)(P1-=volateis e %Umidade

139

No caso de baixa acidez utilizar NaOH N/10 Tabela B3. Tamanho da Amostra.

Intervalo Amostra (g) mL álcool NaOH (N) 0,0 a 0,2 56,4+ 0,2 50 0,1 0,2 a 1,0 28,2+0,2 50 0,1 1 a 30,0 7,05+0,05 75 0,25

30,0 a 50,0 7,05+0,05 100 0,25 a 1 50,0 a 100,0 3,525+0,001 100 1,0

FONTE: AOCS,1980

Amostra Data Peso da Amostra (g)

Volume de NaOH (mL)

Acidez Livre (%)

I N S A P O N I F I C Á V E L A O C S C A 6 A - 4 0 Definição: Matéria insaponificável inclui aquelas substâncias que se encontram

freqüentemente dissolvidas em óleos e gorduras e que não pode ser saponificada por um álcali caustico, mas é solúvel em solventes. Inclui esteróis, álcoois alifáticos (cadeia comprida), pigmentos e hidrocarbonetos.

Aplicação: Óleos vegetais, e gorduras. Não é sensível para óleos e gorduras marinhas contendo excesso de insaponificáveis. Não se aplica para gorduras comestíveis.

Procedimento: Em um balão de 250 mL, adaptável a um condensador de refluxo - resfriador de água ou de ar - pesar cerca de 6 g de amostra. Adicionar 5 mL de solução de KOH a 50% e 25 mL de álcool a 96%. Ferver durante 30 minutos.

Esfriar, lavar o tubo condensador com água, transferir a solução de sabão formada, para um funil de separação (decantador) de 500 mL, lavando o frasco com 50 mL de água e posteriormente em éter etílico. Secar em banho-maria ou areia.

Juntar ao funil separador 50 mL de éter etílico, agitar com cuidado. Deixar separar as camadas e transferir a parte aquosa para outro funil de separação.

Juntar 2 vezes 25 mL de éter etílico e agitar. Deixar separar as camadas, esgotar a parte aquosa (pode-se proceder a uma terceira extração com éter etílico numa parte aquosa). Transferir a parte etílica para o primeiro funil de separação, lavando o segundo funil com éter etílico. Lavar a parte etérea com 20 mL de solução de KOH N/2 e depois com água até eliminar os traços de sabão (2 a 3 vezes com porções de 50 mL de água).

Esgotar a parte etérea para um béquer de 250 mL, secado em estufa e previamente tarado para a operação.

Filtrar através de papel de filtro seco. Lavar o funil separador e papel de

140

filtro com éter etílico. Evaporar, em banho de areia, e secar até peso constante da estufa a 105 , 110o C. Após pesado o béquer de 250mL, coloque 50 mL de álcool 95%l ( a 50oC) contendo

fenolftaleína e previamente neutralizado e títule com NaOH a 0,02 N. Executar o mesmo procedimento para o branco, quando necessário Ta 1a 64. Cálculos: Tara = peso do copo béquer previamente tarado em gramas; PR= resíduo - tara do béquer em gramas; AGR= peso de ácidos graxos no resíduo da amostra

AGR= mL de NaOH x N x 0,282 Matéria insaponificável incluindo o branco,

Amostra Data Tara P.A (g) PR (g) AGR (g) Insaponificável

Í N D I C E D E S A P O N I F I C A Ç Ã O Definição: O índice de saponificação, também designado Índice de Koettsdorfer

(nome do autor do método) é o número de miligramas de hidróxido de potássio necessários para neutralizar os ácidos graxos livres e saponificar os ésteres contidos em 4 g de gordura, óleo vegetal ou volátil, cera, resina, bálsamo e demais substâncias de composição similar.

Portanto, este índice representa a quantidade de hidróxido de potássio representada em décimos por cento, necessários para neutralizar todos os ácidos graxos, tanto livres como combinados, contidos em uma substância. O índice de Saponificação também acusa as alterações de uma amostra, por adição de matérias insaponificáveis, óleos minerais, etc..

P.A00separadox1 material do peso =cavelInsaponifi

P.AAGR)x100-(PR =cavelInsaponifi

( )P.A

x100AGRB)-(AGR-AGR)-(PR =anco)cavel(c/brInsaponifi

141

Preparação da amostra. Instrumentação necessária: ⎯ Erlenmeyer de 250 mL; ⎯ Tubo de refluxo de ar; ⎯ Banho de areia; ⎯ Pipeta de 25 mL; ⎯ Bureta de 25 ou 50 mL. Reagentes: ⎯ Solução alcoólica de potassa cáustica (0,5N) meio normal ⎯ Ácido clorídrico (0,5N) meio normal ⎯ Solução de fenolftaleína Procedimento: Em um balão de 250 mL pesar 1 a 3 g de amostra; adicionar 25 cm3

de solução alcoólica de potássio, tomando cuidado para que por ocasião do esvaziamento da pipeta, sempre vertam as mesmas gotas finais em todas as provas.

Coloca-se em refluxo , agitando de vez em quando, até completar o período de 30 minutos. Retira-se do refluxo, colocam-se 8 a 10 gotas de solução de fenolftaleína e titula-se o excesso de potássio livre com ácido clorídrico (0,5N).

Simultaneamente, efetua-se uma prova branca colocando-se 25 cm³ de potassa alcoólica, sem adicionar da gordura e proceder-se da idêntica maneira.

A diferença entre a quantidade do ácido clorídrico (0,5N) com a prova branca, é deduzida e tem-se a quantidade de potassa necessária para a saponificação completa da matéria graxa. Multiplicando-se por 28,05 e dividindo-se pelo peso da amostra obtém-se o índice de saponificação.

Cálculos: Sendo: PB = prova branca em mL PR = prova real em mL P.A = peso da amostra em gramas

Amostra Data P.A (g)

PB (mL)

PR (mL)

IS

P.APR)x28,05-(PB=SI .

142

Q U E S T Õ E S P R O P O S T A S 1. Qual o significado físico-químico e a importância das seguintes análises:

(a) acidez acidez

(b) umidade e voláteis

(c) índice de saponificação

(d) insaponificáveis

2. Qual a conclusão que você chegou de seus resultados?

3. Como você determinaria ou prepararia em laboratório:

(a) O grau de saturação do óleo de oliva e do sebo?

(b) Qual apresenta maior grau de saturação?

(c) Qual a relação do grau de saturação com o fato do sebo der uma gordura e o azeite ser um óleo?

(d) A rancidez do óleo de oliva e do sebo?

(e) Qual a relação da rancidez com o grau de saturação? E por quê?

(f) Um litro de uma solução aquosa de NaOH a 1,ON? É a mesma coisa que 1,O L de solução aquosa a 1,0 M?

(g) Uma solução aquosa de NaOH a 0,1N a partir da solução preparada na letra (f)?

100 mL de solução alcóolica de NaOH a 0,5N?

4. Por que o óleo de oliva virgem é verde e o refinado é levemente amarelo?

5. A partir do índice de saponificação determinado em suas análises, determine:

(a) A massa molecular (MM) e o teor de glicerol do óleo de oliva e do sebo industrial?

(b) Qual dos dois apresentou maior teor de glicerol?

(c) Quantidade de soda caústica para saponificar 1tonelada de sebo?

6. Sob o aspecto nutricional, responda:

(a) O valor energético de 1grama de sebo é maior, menor ou igual a 1grama de óleo?

(b) Quem são mais energéticos os lipídeos, carboidratos ou as proteínas?

(c) Quais os principais ácidos graxos encontrados no óleo de oliva e no sebo industrial e sua importância nutricional?

(d) Como se dá a digestão dos óleos em nosso organismo?

(e) Por que se recomenda utilizar na dieta óleos vegetais e não gorduras

143

animais?

7. Com respeito ao colesterol:

(a) Qual a sua função orgânica?

(b) Quais os tipos de colesterol?

(c) Qual a sua relação com os insaponificáveis presentes nos óleos vegetais?

8. Hoje no mercado existem diversas marcas e tipos de óleos vegetais. Baseado nos seus conhecimentos adquiridos em sala de aula qual o óleo que apresenta melhor características nutricionais para ser consumido e por quê?

PRÁTICA Nº 6

EXTRAÇÃO DE ÓLEOS E GORDURAS POR SOXHLET F U N D A M E N T O S :

Extração da amostra seca, finamente dividida, colocada em extrator com condensador a refluxo, mediante éter anidro ou éter de petrôleo, até esgotamento completo. Evaporação do solvente e secagem do extrato etéreo, seguida de pesagem até peso constante.

O B J E T I V O S : ⎯ Determinar o teor de óleo em diferentes amostras de oleaginosas utilizando o

método soxhlet.

M A T E R I A L : ⎯ Éter etilico anidro ou éter de petrôleo sem resíduo de

evaporação, com ponto de ebtiliçio entre 35 e 38oC e que destila

cerca de 95% a 54oC.

⎯ Nota. No éter etílico em repouso se formam perôxidos, os

quais podem explodir violemiamente durante a destilação. Por

isso deve ser usado éter livre de peróxidos. Estes podem ser

reconhecidos facilmente: a) por cheiro acre, forte; b) por adição

de solução levemente ácida de KI, da qual é libertado iodo.

⎯ O éter etílico dëve ser guardado em frasco escuro.

⎯ Extrator Soxhlet completo, conforme figura ao lado.

⎯ Cartucho extrator em forma de dedal ou, em sua falta, papel de

filtro qualitativo (porosidade para filtrar produtos cristalinos).

⎯ Aquecedor elétrico, de placa preferentemente.

M É T O D O : ⎯ Pegue uma amostra e moa se necessário em uma cápsula.

⎯ Prepare um cartucho de alumínio, pondo uma mecha de algodão no fundo.

⎯ Pese 10g de amostra, enrole-a num papel filtro e ponha tudo no cartucho e

coloque mais um algodão para tampar o cartucho.

⎯ Tare um balão de extração (P1) de 250 mL e adicione 125 mL de solvente.

⎯ Ponha o cartucho no intermediário, concete ao condensador e ao balão e ponha

em refluxo por 3 horas. O solvente condensado deve cair no centro do cartucho à

razão de no mínimo 150 gotas por minuto.

145

⎯ Feche a torneira do condensador que permite o refluxo e deixe evaporar o

solvente, até que não sinta mais o cheiro do mesmo.

⎯ Ponha o balão em estufa a 150º C por 2 horas, esfrie em dessecador e pese

(P2).

Cálculo: % de Óleo =

Q U E S T Õ E S P R O P O S T A S 1. Por que deve ser fixado o tempo de extração?

2. Se o éter de petróleo ou o éter etílico náo extraem apenas as gorduras e os óleos dos substratos naturais,mas os lipídios de uma maneira mais ampla, como se justifica tal método de extração para análise de gorduras e óleos em alimentos ou outros substratos, naturais ou modificados?

3. Existe diferença no resultado usando diferentes solventes, qual a explicação?

4. Industrialmente, qual o processo que você utilizaria após a extração do óleo? Porquê?

amostra Peso100 x P1 - P2

PRÁTICA Nº 7

DOSAGEM DE PROTEÍNAS POR KIELDAHL

F U N D A M E N T O S : O método foi proposto por Kjeldahl na Dinamarca em 1883, quando estudava

proteína em grãos. O método original sofreu várias modificações, mas continua sendo ainda o mais utilizado na determinação de proteína.

Este método determina N orgânico total, isto é, o N protéico e não protéico orgânico. Porém, na maioria dos alimentos, o N não protéico representa muito pouco no total. A razão entre o nitrogênio medido e a proteína estimada depende do tipo de amostra e de outros fatores.

Por exemplo, no trigo esta razão é afetada pela variedade, condições de crescimento e quantidade e tipo de fertilizante utilizado. Para converter o nitrogênio medido para proteína, devemos multiplicar o conteúdo de nitrogênio por um fator arbitrário, que representa um fator médio para o material em estudo, que é 5,7 para trigo e 6,25 para alimentos em geral.

O procedimento do método baseia-se no aquecimento da amostra com ácido sulfúrico para digestão até que o carbono e hidrogênio sejam oxidados. O nitrogênio da proteína é reduzido e transformado em sulfato de amônia. Adiciona-se NaOH concentrado e aquece-se para a liberação da amônia dentro de um volume conhecido de urna solução de ácido bórico, formando borato de amônia. O borato de amônia formado é dosado com uma solução ácida (HCI) padronizada. Existe uma segunda maneira de recolher a amônia, em urna solução ácida (H2S04 padrão) em excesso, e depois titular o ácido que não reagiu com a amônia, com uma solução básica padronizada (NaOH). Esta segunda maneira tem a desvantagem de necessitar de duas soluções padronizadas e também de fazer a determinação indiretamente.

Reações envolvidas na análise · Digestão com H2S04, K2S04 e catalisador metálico.

O B J E T I V O S :

⎯ Determinar o teor proteína em uma amostra de soja.

M A T E R I A L : ⎯ H2 804 concentrado p.a ⎯ Selenio em pó. ⎯ K2 504 anidro (para elevar o ponto de ebulição na digestão). ⎯ Solução de NaOH a 40%.

147

⎯ Solução padrão de HCl 0,02 N, padronisado contra tetraborato dc sódio com o mesmo indicador misto, abaixo indicado.

⎯ Solução de ácido bórico p.a., a 4%.

(normalidade do Hei — mg de borato pesado (Na2B4O7.10H20) ml Hei gasto X 190,69

⎯ Indicador misto (pode ser usada qualquer uma das seguintes composições): a)

vermelho de metila em solução a 0,06% em álcool 95o + azul de metileno em solução a 0,09% em álcool 95o juntar partes iguais em volume; b) 1 parte em volume de solução de vermelho de metila a 0,2% em álcool 95o + 5 partes em volume de solução de verde de bromocresol a 0,2% em álcool 95o.

⎯ Aparelhagem. A aparelhagem representada pela Figura 4B (1) é a convencional, através da qual será feita a determinação, conforme método a seguir descrito.

Figura 4B. Aparelhagem: (1) convencional; (2) micro-destilação.

⎯ A aparelhagem da Figura 4B (2) é a idealisada por Parnas e Wagner e conhecida

como de micro-destilação. Permite trabalhar com muito menor quantidade de amostra (50 mg), gastando menos reagentes. O frasco A recebe a solução digerida em micro-balão tipo Kjeldahl, semelhante, porém menor, ao balão A da Figura 4B (1). A soda é alimentada pelo funil F. O aquecimento do balão A, para prover a destilação, é feito mediante vapor, gerado em G, e não por aquecimento direto. Quando se dá por terminada a destilação,

148

suprimindo-se o calor que gera o vapor em G, este balão esfria e causa vácuo, o qual suga o conteúdo, agora livre da amônia, de A, para o balão R, sem que haja necessidade de desconectar a aparelhagem toda, que fica pronta para receber novo material digerido (nova amostra).

M É T O D O : ⎯ Pesar em papel de filtro de cinza desprezível 3 g de sulfato de potássio anidro,

0,03 g de selênio em pó e 0,5 g da amostra; fechar o papel e introduzir no balão Kjeldahl A - (Fig. 1).

⎯ Adicionar 20 ml de H2 S04 conc. e fazer a digestão, em capela, mantendo o balão inclinado a cerca 60~ iniciar com fogo lento, virando o balão várias vazes no início, Depois que o digerido ficou claro (1 a 2 horas), marcar mais 30 minutos, para completar a digestão.

⎯ Esfriar e levar, quantitativamente, a balão volumétrico de 100 ml, lavando o balão A com pequenas. quantidades de água destilada; completar os 100 ml com água.

⎯ Pipetar 25 ml do balão volumétrico (peso da amostra ÷ 4) para o balão B do aparelho destilador, previamente montado, juntando um pouco de água destilada. Conectar o balão ao conjunto, bem vedado.

⎯ Colocar, em Erlenmeyer de 250 ml (E), 20 ml de ácido bórico a 4% em peso e algumas gotas de indicador misto, O Erlenmeyer deve ser colocado em suporte de altura graduável. A extremidade do condensador E deve ficar, sempre, mergulhada na solução receptora do destilado.

⎯ Adicionar no funil C, 20 ml de NaOH a 40% em peso. ⎯ Verificar se as conexões estão t~das bem adaptadas e ligar a água do

condensador E. ⎯ Acender o gás. Quando a ebulição estiver uniforme e o vapor borbulhar no balão

B, deixar escorrer, aos poucos, a solução de NaOH a 40%, contida no funil C, ou diretamente, através de alimentador (quando existe) inserido no “dedo frio” D, para dentro do balão B em ebulição. Pelo início da passagem da amônia, o indicador no receptor F mudará de coloração.

⎯ Recolher o destilado a 3/4 do volume dê Erlenmeyer receptor, mais ou menos. No final da destilação há ebulição mais violente no balão B, quando se pode interromper o processo.

⎯ Para finalizar a destilação, proceder da seguinte maneira: a) baixar o Erlenmeyer E com o destilado; b) desconectar a parte superior do condensador E do conjunto; c) lavar, com pouca água destilada, a parte superior do condensador,

recolhendo o llquidõ no Erlenmeyer; d) fechar o gás; (quando se usa gerador de vapor, Figura 5B, fechar a

válvula de segurança P e esperar que, por esfriamento de G o líquido de A seja aspirado para R, sendo, após, recolhido para o copo B);

149

⎯ Tentar desconectar o balão B (Fig. 1) do aparelho; caso não for possível, deixar esfriar;

⎯ Titular o conteúdo do Erlenmeyer com HC1 0,02 N. Colocar mais algumas~ gotas de indicador misto, caso necessafio.

Q U E S T Õ E S P R O P O S T A S 1. Por que é usado o ácido sulfúrico conc. e quente na digestáb da proteína? Poderia, por exemplo, ser utilizada a hidrôlise alcalina ou a enzimática?

2. Na hidrôlise ácida há destruiçcto de alguns aminoácidos. Quais? Isto tem importância quanto aos resultados?

3. De que forma exercer-se- ia a influência de diferentes catalizadores, que podem ser usados na digestcïo, em lugar do selênio? Como V. verificaria os resultados?

4. Que precipitantes poderia ser usado para separar Nproteico do náo proteico? Por quê?

5. Qual é o gas de cheiro acre que emana durante a digestcïo com H2S04 conc. e quente?

PRÁTICA Nº 8

DOSAGEM DE PROTEÍNAS POR BIURETO

F U N D A M E N T O S : O método por biureto foi proposto por Riegler em 1914, baseado na observação de

que substâncias contendo duas ou mais ligações peptídicas formam um complexo de cor roxa com sais de cobre em soluções alcalinas. A intensidade da cor formada é proporcional à quantidade de proteína, e a medida é feita num colorímetro.

Este método tem as seguintes vantagens:

⎯ Ser bastante específico por não apresentar problemas de interferentes. ⎯ É simples, rápido e barato. ⎯ Por envolver uma reação com a ligação peptídica, o método determina proteína,

ao contrário do método de Kjeldahl que determina N total. Porém ele tem duas desvantagens que são:

⎯ A necessidade de uma curva de calibração tomada com um padrão conhecido de proteína, por exemplo, uma proteína determinada por Kjeldahl.

⎯ A cor formada no complexo não é idêntica para todas as proteínas, porém os desvios causados são menores do que em outros métodos colorimétricos.

O B J E T I V O S : ⎯ Determinar o teor proteína em uma amostra de soja a partir de uma curva padrão

BSA.

M A T E R I A L : ⎯ Reativo de Biureto: dissolver 1,500 g de CuSO4 e 6,00 g de Tartarato duplo de

Na e K em aproximadamente 500 mL de água e adicionar 300 mL de NaOH

10%, agitar bem e levar a volume de 1L com água destilada.

⎯ Albumina de soro bovino (BSA): solução 10,0 mg/mL;

⎯ Soja em grão;

⎯ Balança analítica

⎯ Espectrofotómetro Vis;

⎯ Vidraria comum de laboratório

M É T O D O : ⎯ Preparar curva-padrão com a BSA: na faixa de concentração de 0 - 2 - 4 - 6 - 8 -

10 mg. ⎯ A cada alíquota de 1,0 mL de cada solução padrão adiciona-se 1,0 mL de água

e 3 mL do reagente de Biureto. ⎯ Efetuar as leituras de %T a 540 nm

151

⎯ Construir a curva-padrão, entre A vs. C.

C(mg/mL) %T A

0

2 4 6 8

⎯ Preparar um teste quantitativo de sua amostra: retirar 0,5 mL de sua amostra e

adicionar 1,5 mL de água e 3 mL de biureto, agitar, esperar 5 min. e efetuar a leitura de %T a 540 nm.

⎯ Calibrar seu instrumento com água seguido de seu branco para depois efetuar a leitura de sua amostra.

PRÁTICA Nº 9

EXTRAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE UMA ENZIMA F U N D A M E N T O S :

A soja, uma leguminosa de grande valor nutricional, contém a enzima urease que catalisa o desdobramento da uréia em NH3 e CO2 desenvolvendo um sabor desagradável no produto alimentício quando esta não é inativada corretamente.

Utilizando o princípio da sua natureza protéica, esta enzima pode ser extraída mediante sistema de solventes hidrofílicos de constante dielétrica intermediária, de modo a evitar a contaminação com outros componentes do grão.

Em meio aquoso a hidrólise da uréia é favorecida em pH da neutralidade, nesse meio a formação de carbonato de amônio indica o grau de avanço da reação.

A determinação da atividade ureásica da soja é importante porque se constitui um teste simples e rápido na avaliação da eficiência do processamento desta leguminosa, devido a que a urease apresenta resistência térmica semelhante aos fatores antinutricionais presentes no grãos de soja. Farinhas com alto grau de atividade ureásica são pobres no valor nutritivo.

O B J E T I V O S : ⎯ Determinar o teor proteína em uma amostra de soja a partir de uma curva padrão

BSA. ⎯ Determinar o melhor meio para a extração da Urease da soja; ⎯ Demonstrar a natureza protéica de uma enzima; ⎯ Determinar quantitativamente a concentração da enzima; ⎯ Caracterização bioquímica qualitativa e quantitativa da enzima; ⎯ Determinar a atividade enzimática, usando método oficial.

M A T E R I A L : ⎯ Reativo de Biureto: dissolver 1,500 g de CuSO4 e 6,00 g de Tartarato duplo de

Na e K em aproximadamente 500 mL de água e adicionar 300 mL de NaOH

10%, agitar bem e levar a volume de 1L com água destilada.

⎯ Albumina de soro bovino (BSA): solução 10,0 mg/mL;

⎯ Soja em grão;

⎯ Balança analítica

⎯ Espectrofotómetro Vis;

⎯ Vidraria comum de laboratório

153

M É T O D O : E X T R A Ç Ã O ⎯ Pesar 5,00 g de farinha de soja, colocar em erlenm. de 125 cc ⎯ Adicionar 50 mL de soln. de glicerol ⎯ Agitar manualmente por 5 min. vagarosamente ⎯ Deixar 24 h em refrigeração ⎯ Filtrar em tecido e depois em papel de filtro rápido OBS: Testar extração com Tampão fosfato pH 7,0, com água destilada e com

glicerol 50%, usando uma relação soluto/solvente de 1/10.

D E T E R M I N A Ç Ã O Q U A N T I T A T I V A D E P R O T E Í N A ⎯ Determinar o teor de proteínas por Biureto (ver prática).

D E T E R M I N A Ç Ã O Q U A L I T A T I V A D E P R O T E Í N A S : T E S T E D E H E L L E R

⎯ 0,5 mL de extrato, adicionar 1,5 mL de água destilada, agitar ⎯ Adicionar 1,0 mL de HNO3 p.a com cuidado pelas paredes do tubo de ensaio ⎯ Deixar repousar por 10 min. e verificar precipitado ⎯ Comparar com branco de glicerol 50%

T E S T E Q U A L I T A T I V O D A A T I V I D A D E E N Z I M Á T I C A ⎯ A 0,2 mL de extrato, adicionar 0,8 mL de água ⎯ Adicionar 3,0 mL de tampão fosfato 0,001 M pH 7,0 com uréia ⎯ Agitar vagarosamente ⎯ Adicionar 0,2 mL do indicador de vermelho de fenol ⎯ Levar a BM a 37ºC por 5 min ⎯ Observar cor e comparar com branco de tampão fosfato sem uréia 0,001 M pH

7,0, 0,2 mL de extrato, 0,8 mL de água, 0,2 mL de indicador, 37ºC por 5 min.

T E S T E Q U A L I T A T I V O D A I N A T I V A Ç Ã O P E L O C A L O R ⎯ Ferver por 5 min 5 mL do extrato ⎯ Retirar 0,2 mL do extrato fervido e adicionar 0,8 mL de água mais 3,0 mL

tampão com uréia ⎯ Agitar vagarosamente ⎯ Adicionar 0,2 mL do indicador vermelho de fenol ⎯ Levar a BM 37ºC por 5 min ⎯ Comparar a cor com o branco de tampão fosfato sem uréia.

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T E S T E Q U A L I T A T I V O D E I N A T I V A Ç Ã O P O R M E T A I S ⎯ Retirar 0,5 mL do extrato e adicionar 1,5 mL de água

⎯ Adicionar 2 a 3 gotas de Cl2Hg, direto na solução, agitar vagarosamente.

⎯ Adicionar 3,0 mL do tampão fosfato pH 7,0 0,001 M com uréia

⎯ Adicionar 0,2 mL do indicador vermelho de fenol e agitar

⎯ Levar a BM a 37 C por 5 min

⎯ Comparar a cor com branco de extrato e tampão sem uréia.

T E S T E Q U A L I T A T I V O D E E S P E C I F I C I D A D E E N Z I M Á T I C A ⎯ A 0,2 mL de extrato adicionar 0,8 mL de água, agitar; ⎯ Adicionar 3,0 mL do tampão com uréia pH 7,0 ⎯ Agitar bem e adicionar 0,2 mL do indicador vermelho de fenol ⎯ Levar a BM a 37ºC por 5 min ⎯ Comparar sua leitura com um branco e com a solução de tiouréia ⎯ A 0,2 mL do extrato, adicionar 0,8 mL de água destilada com agitação; ⎯ Adicionar 3,0 mL de tampão pH 7,0 com tiouréia ⎯ Agitar bem e adicionar 0,2 mL de indicador, levar a 37ºC por 5 min. ⎯ Comparar com branco.