Curso Superior de Tecnologia em Gastronomia Faculdade Senac-PE

Tecnologia de Novos Produtos

Prof. Artur Bibiano de Melo Filhoarturbibiano@yahoo.com.br

artur.melofo@ufpe.br

A bioquímica dos alimentos é um dos tópicos

principais da ciência dos alimentos , que trata

das propriedades e estrutura das substâncias

O que é Bioquímica dos Alimentos?

em alimentos, bem como das transformações

químicas que eles passam durante

manipulação, processamento e armazenamento.

“GASTRONOMIA MOLECULAR”

O que é Alimento?

Toda substância ou mistura de substâncias, no

estado sólido, líquido, pastoso ou qualquer outra

forma adequada, destinadas a fornecer ao

organismo humano os elementos normais à sua organismo humano os elementos normais à sua

formação, manutenção e desenvolvimento.

O valor biológico está associado aos nutrientes que ele contém.

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PROPRIEDADES DOS CONSTITUINTES DOS ALIMENTOS

• Água nos alimentos (atividade de água)

• Carboidratos

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

• Carboidratos

• Lipídeos

• Proteínas

REAÇÕES OCORRIDAS NOS ALIMENTOS

“Reações de escurecimento”

(Enzimático e químico)

Importância:

� Componente em maior quantidade na maioria dos alimentos;

� Participa e possibilita reações químicas (meio ou reagente);

ÁGUA NOS ALIMENTOS

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

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� Participa e possibilita reações químicas (meio ou reagente);

� Favorece o crescimento de microrganismos;

� Facilitadora da atividade dinâmica de macromoléculas (enzimas);

� Sofre transformações físicas;

� Portadora de substâncias nutritivas e resíduos.

Estrutura, aparência, sabor e Estrutura, aparência, sabor e deterioração química e microbiológicadeterioração química e microbiológicaEstrutura, aparência, sabor e Estrutura, aparência, sabor e deterioração química e microbiológicadeterioração química e microbiológica

• Atividade de água

• Funções da água nos alimentos

Água é ocomposto mais abundantes dos

alimentosSolvente universalMeio onde ocorre

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

• Funções da água nos alimentos

• Formas em que ocorre nos alimentos

• Efeitos

• Atividade de água X umidade

Meio onde ocorre reações

Água no Alimento x Estabilidade

⇓⇓⇓⇓ Teor de água ⇒ ⇑⇑⇑⇑ Estabilidade

Água e perecibilidade

⇑⇑⇑⇑ Teor de água ⇒ ⇓⇓⇓⇓ Estabilidade

� Métodos de conservação baseados no conteúdo de água do alimento• Secagem

• Congelamento � Redução da mobilidade da água

• Adição de solutos7

ÁGUA ÁGUA VAPORVAPOR

ÁGUA ÁGUA LÍQUIDALÍQUIDA

ÁGUA ÁGUA SÓLIDASÓLIDA

MENOS ENERGIA MENOS ENERGIA

MAIS ENERGIA MAIS ENERGIA

Formas em que ocorre nos alimentos

Cada molécula de H2O pode se ligar a outras 4 moléculas;

tais agregados estão em

permanente formação e ruptura e em permanente movimento, de tal

forma que nenhuma das moléculas de

água é distinguível.

Aquecendo a água, quando lher for

fornecida energia suficiente = moléculas

afastadas, com raras ligações de H; elevado conteúdo

de energia; praticamente todas as moléculas estão

livres.

Ao se resfriar a água, diminui-se gradativamente a

energia do sistema e assim também os

movimentos moleculares. Todas

as ligações de H possíveis estão

formadas –nenhuma molécula

livre. Menor densidade que o estado líquido. 8

Modo da água nos alimentos

ÁGUA LIGADAÁGUA LIGADA

• Contato com solutos e outros constituintes não aquosos

• Mobilidade reduzida

• Não congela a -40ºC

• Não comporta-se como água pura

• Não está disponível para reações e crescimento microbiológico

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ÁGUA LIVRE• Fracamente ligada ao substrato

Modo da água nos alimentos

• Fracamente ligada ao substrato

• Removida por secagem convencional e convertida a gelo no congelamento

• Ocorrem reações químicas, enzimáticas e crescimento microbiológico

• Representa cerca de 95% da água total

• Não flui livremente do alimento quando ele é cortado

Qualidade do

alimento

Capacidade de retenção de água (CRA) 10

Modo da água nos alimentos

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ÁGUA PARCIALMENTE LIGADA

“Aprisionada” na matriz do alimento por capilaridade

• Reduzido crescimento microbiológico

• Baixa velocidade das reações

Conceito de Atividade de Água

ATIVIDADE DE ÁGUA

Faixa: 0 (completamente seco) — 1.0 (água pura )

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Todo alimento terá uma Aw inferior a 1

• Medidas de Aw 0,0 = sem água

1.0 = muita água livre

• aw é afetada pela presença de solutos (sais e açúcares se ligam à água e consequentemente a convertem em

ATIVIDADE DE ÁGUA

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se ligam à água e consequentemente a convertem em água não disponível para o crescimento microbiano)

aw mínima para o crescimento microbiano:

Bactérias 0.90Leveduras 0.87Fungos 0.70

Zona I Zona II Zona III

ÁGUA LIGADA

ÁGUA LIVRE

ÁGUA PARCIALMENTE

LIGADA

ATIVIDADE DE ÁGUA

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As linhas divisórias entre as três regiões não são definidas por nenhum valor determinado de umidade relativa.

ATIVIDADE DE ÁGUA

ProteínasTem como base de sua estrutura os polipeptídios formados de ligações peptídicas entre os grupos amino (-NH2) de um aminoácido e carboxílico (-COOH) de outro, ambos ligados ao carbono alfa de cada um dos aminoácidos.

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

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ao carbono alfa de cada um dos aminoácidos.

Proteínas• Propriedades funcionais

Geleificação;

Hidratação;

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

Hidratação;

Solubilidade;

Emulsificante;

Fixação de aroma, Viscosidade, Espumante.

GLÚTENGLÚTEN GLIADINAGLIADINA GLUTENINAGLUTENINA

Propriedades funcionais das proteínas

FUNÇÃOFUNÇÃO MECANISMOMECANISMO ALIMENTOALIMENTO

Solubilidade Hidrofilicidade Bebidas

ViscosidadeCapacidade de reter água, tamanho

e forma hidrodinâmicaSopas, molhos, sobremesas

Retenção de águaPontes de hidrogênio, hidratação

Salsichas, bolos, pãoRetenção de águaPontes de hidrogênio, hidratação

iônicaSalsichas, bolos, pão

GelificaçãoImobilização da água, formação de

redes Carnes, géis, bolos, queijo,

produtos de panificação

Coesão, adesãoInterações hidrofóbicas e iônicas,

pontes de hidrogênioCarne, salsicha e produtos de

panificação

ElasticidadeInterações hidrofóbicas, pontes

dissulfeto (controle da elasticidade)

Carne, produtos de panificação

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FUNÇÃOFUNÇÃO MECANISMOMECANISMO ALIMENTOALIMENTO

Absorção e formação de filme na Salsichas, sopas, bolos,

Propriedades funcionais das proteínas

Emulsificação Absorção e formação de filme na

interfaceSalsichas, sopas, bolos,

molhos

Formação de espumaAbsorção interfacial e formação de

filmeChantilly, sorvete, bolos,

sobremesas

Retenção de gordura e sabor

Ligação hidrofóbicaProdutos de panificação de

baixo teor de gordura

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Lipídios

• Aspectos químicos

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

• Aspectos químicos

Rancidez hidrolitica (Lipólise)

Rancidez oxidativa (Autoxidação – Fotoxidação – Enzimática)

FUNÇÕESFunções nos alimentos:

• Meio de transferência de calor em fritura;• Sabor e cor aos alimentos;• Melhoram a aparência e palatabilidade;• Maciez;• Sensação de saciedade;

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• Sensação de saciedade;• Emulsificantes (mono e diglicerídeos e

fosfolipídeos);• Fonte de vitaminas lipossolúveis;• Fonte de ácidos graxos essenciais;• Fonte de energia para funções orgânicas• São substâncias untuosas ao tato e ao

paladar.

LIPÍDIOSAlterações químicas nos alimentos

MALTOSE ISOMALTOSE SACAROSE LACTOSE CELOBIOSE

GLICOSE GALACTOSE FRUTOSE

MALTOSE ISOMALTOSE SACAROSE LACTOSE CELOBIOSE

AMIDO GLICOGÊNIO CELULOSE

DISSACARÍDEO

MONOSSACARÍDEO

POLISSACARÍDEO23

• Carboidrato• Classificação

• Propriedades (solubilidade, higroscopicidade, cristalização, gelatinização, retenção de água, etc.)

Poder de doçura.

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

• Poder de doçura.

• Açúcar invertido.

• Retrogradação, sinerese.

• Amido modificado, etc.

• Fermentação.

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Escurecimento não enzimático (Esc Químico)

• Reação desejável ou indesejável ?1. Reação de Maillard2. Caramelização

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

2. Caramelização3. Oxidação do ácido ascórbico

• Fatores que influem na atividade não enzimática

• Efeitos desfavoráveis

• Efeitos favoráveis

� Tipos de reações por escurecimento químico

� 1. Reação de Maillard → Açúcares redutores +aminoácidos livres → formação de melanoidinas.

� 2. Caramelização → aquecimento de açúcares –

Bioquímica dos AlimentosGastronomia molecular

� 2. Caramelização → aquecimento de açúcares –desidratação de açúcares → formação de aldeídos(hidrometilfurfural) → formação de corantecaramelo.

� 3. Oxidação do ácido ascórbico → o ácido ascórbico,quando exposto ao ar, calor e luz, em meio ácido, iráformar o furfural → formação de melanoidinas.

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Açúcares redutores+

aminoácidos livres

Escurecimento químico

Reação de Maillard

Tratamento térmico

Melanoidinas , pirazinas, inúmeros outros compostos

28Reação indesejável

Reação desejável

Reação de Maillard

CARBONILACARBONILAGRUPOS AMINA GRUPOS AMINA LIVRESLIVRES

MELANOIDINAMELANOIDINA

açúcares redutores aminoácidos ou proteínas

�Não só um açúcar fornece a carbonila, mas também os ácidos graxos que tem

Escurecimento químico

Principal causa do escurecimento durante o aquecimento e armazenamento prolongados de alimentos.

Além da cor, tem-se a formação do flavor.

2

�Não só um açúcar fornece a carbonila, mas também os ácidos graxos que tem

esse grupo livre em cada um dos 3 ácidos graxos ligados à glicerina.

�O grupamento ácido do aminoácido COOH também pode fornecer a carbonila

como no caso do ácido graxo ou do açúcar redutor.

�Assim, uma lipoproteína pode então, fornecer grupamentos NH2

e C=O.

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Açúcares + temperatura elevada

Desidratação dos açúcares

Escurecimento químicoReação de Caramelização

Corante caramelo

Polimerização

Aldeídos muito ativos

Hidroximetilfurfural(sabor de caramelo)

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Escurecimento químico

Reação de Caramelização

Doçura – Poder edulcorante

A doçura dos HC é conhecida

como poder edulcorante.

Açúcar Doçura

O açúcar

considerado

como padrão

de doçura é a

31

Açúcar Doçura

Sacarose 100Frutose 175Glicose 75

de doçura é a

sacarose, ao

qual se

atribui o

valor de

doçura

relativo a

100.

� Degradação de açúcares (ou xaropes de açúcares) com formação de produtos escuros (caramelos)

AÇÚCARAÇÚCAR CARAMELOCARAMELO

T 0C > 120; H+ ou OH-

Aquecimento prolongadoAquecimento prolongado

Escurecimento químico

Aquecimento prolongadoAquecimento prolongado

� Utilização de diferentes catalisadores e temperaturas

� 200 a 240 0C, sem catalisador

� Baixa intensidade de cor

� Agentes flavorizantes

� 130 a 200 0C, com o uso de catalisadores (sais de amônio)

� Alta intensidade de cor

� Corantes alimentícios 32

Oxidação da vitamina C

DEIDROÁCIDO ASCÓRBICO

ÁCIDO ASCÓRBICO

O2

Escurecimento químico

MELANOIDINA

FURFURAL

ÁCIDO DICETOGULÔNICO

H+,O2,

+ CO2 + H2O

Polimerização

C

C

C

C

C

C

OOH

O=

O=

H2

H2OH

-OH

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Transformações químicas nas quais os produtos formam novos compostos de cor escura.

Cor caramelo, marrom claro amarelado.

MECANISMO O2 Açúcar Proteína pH ÓTIMOPRODUTO

FINAL

MAILLARDMAILLARD - + + Alcalino MelanoidinaMAILLARDMAILLARD - + + Alcalino Melanoidina

CARAMELIZAÇÃOCARAMELIZAÇÃO - + - Alcalino/ácido Caramelo

OXIDAÇÃO da VIT.OXIDAÇÃO da VIT. CC + - -Ligeiramente

ácidoMelanoidina

Alterações por enzimas

�Proteinases → produtos com sabor amargo�Pectinase → diminuição da textura

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�Pectinase → diminuição da textura�Lipoxigenase → ácidos graxos insaturados →

peróxidos�Polifenoloxidase (escurecimento enzimático)

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� A PPO é encontrada praticamente em todos os tecidos vegetais, como por exemplo, cogumelo, batata, pêssego, maçã, banana, folhas de chá, café, entre outros. (obs: crustáceos)

Escurecimento enzimático

� Embora indesejável na maioria dos casos, em virtude da alteração da coloração, perda de nutrientes e formação de sabor indesejável, o escurecimento oxidativo em chá, café, cacau e ameixa seca é desejável.

Escurecimento enzimático

Polifenoloxidase (PPO)

�Para que a reação de escurecimento enzimático ocorra devem estar presentes:

a enzima, o substrato e oxigênio

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a enzima, o substrato e oxigênio

�Formando pigmentos escuros insolúveis, denominados melanoidina;

Escurecimento enzimático

Indesejável

�Batatas

�Camarões

DesejávelDesejável

�Chá

�Café,

�Cacau

�Ameixa seca

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Escurecimento enzimáticoMétodos de controle

� O escurecimento de frutas e hortaliças catalisados pela PPO pode ser prevenido de várias formas:

1. Inativação térmica da enzima pelo calor –operação de branqueamentooperação de branqueamento

2. Exclusão ou remoção de um ou ambos substratos

3. Abaixamento do pH

4. Adição de substancias redutoras

Desejável

Crosta do pão

Café torrado

Não desejável

Leite e derivados

Sucos

Chocolate

Cerveja

Carne assada

Vegetais

Produtos desidratados e concentrados