MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO
PROFESSORA MSc. CRISTIANE LOPES PINTO FERREIRA
CUIABÁ/MT
NUTRIÇÃO
APLICADA À
TECNOLOGIA DE
ALIMENTOS
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Tipologia: Notas de estudo
Antes de 2010
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO PROFESSORA MSc. CRISTIANE LOPES PINTO FERREIRA
CUIABÁ/MT
NUTRIÇÃO
APLICADA À
TECNOLOGIA DE
ALIMENTOS
Profª. MSc. Cristiane Lopes Pinto Ferreira^2010
ÍNDICE
BIODISPONIBILIDADE DOS NUTRIENTES ............................................................
- Introdução........................................................................................................
- Aplicação dos estudos de biodisponibilidade..................................................
- Fatores que interferem na biodisponibilidade dos nutrientes.......................... 3.1 Fatores intrínsecos ou fisiológicos............................................................ 3.2 Fatores extrínsecos ou dietéticos..............................................................
- Classificação das interações dos nutrientes..................................................... 4.1 Competitivas, diretas ou negativas............................................................ 4.2 Não competitivas, indiretas ou positivas................................................... 4.3 Interações multielementos.........................................................................
- Classificação das interações segundo sua localização no organismo humano................................................................................................................ 5.1 Em nível pré-absortivo............................................................................... 5.1.1 No lúmen intestinal........................................................................... 5.1.2 Na mucosa intestinal........................................................................ 5.2 Em nível pós-absortivo..............................................................................
- Fatores que interferem na nutrição mineral.....................................................
- Cuidados com a nutrição.................................................................................
EFEITO DO PROCESSAMENTO E ARMAZENAMENTO NA ESTABILIDADE DOS NUTRIENTES ....................................................................................................
- Introdução........................................................................................................
- Proteínas......................................................................................................... 2.1 Propriedades funcionais das proteínas..................................................... 2.2 Desnaturação protéica.............................................................................. 2.3 Degradação protéica................................................................................. 2.4 Agentes físicos.......................................................................................... 2.5 Agentes químicos......................................................................................
- Carboidratos.................................................................................................... 3.1 Propriedades funcionais dos carboidratos................................................ 3.2 Reação de Maillard ................................................................................... 3.3 Reação de Caramelização........................................................................
- Lipídios............................................................................................................ 4.1 Propriedades físicas dos lipídios............................................................... 4.2 Rancidez hidrolítica ou lipólise.................................................................. 4.3 Rancidez oxidativa.................................................................................... 4.3.1 Fatores que afetam a velocidade de oxidação............................... 5. Vitaminas.........................................................................................................
BIBLIOGRAFIA .........................................................................................................
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3.2 Fatores extrínsecos ou dietéticos: relacionados ao alimento ingerido, a composição química e o estado físico nos quais os nutrientes se encontram no alimento, afetam diretamente sua absorção. Essas propriedades podem ser influenciadas pelos efeitos do processamento do alimento com possíveis conseqüências na absorção de seus nutrientes. Alguns componentes da própria refeição podem retardar ou aumentar a absorção dos nutrientes; sendo assim, a composição da dieta é um fator importante. Do mesmo modo, outras substâncias ingeridas, como álcool e drogas, podem interferir nos mecanismos fisiológicos de absorção. Portanto, como a biodisponibilidade pode ser influenciada por um grande número de parâmetros, a quantidade de nutriente realmente disponível pode variar consideravelmente.
4. CLASSIFICAÇÃO DAS INTERAÇÕES DOS NUTRIENTES
4.1 Competitivas, diretas ou negativas: devido à similaridade da forma química, ocorre concorrência por um mesmo sítio funcional ou sítio de absorção, tanto o de enzimas como o de membranas celulares. Quando o excesso de um prejudica o outro. Exemplo: o excesso de Fe interfere na absorção de Zn e vice-versa; 4.2 Não competitivas, indiretas ou positivas: quando por exemplo, o nutriente depende do outro para se transformar na forma ativa, desta forma, a deficiência de um pode acarretar prejuízo na função do outro. Exemplo: o selênio é importante para o metabolismo do iodo, pois para transformar a forma inativa tiroxina (T4) em triiodotironina (T3) que é sua forma ativa há necessidade da ação da enzima selenodependente (deiodinase); 4.3 Interações multi-elementos: a interação entre dois nutrientes resulta em efeitos negativos sobre um terceiro. Exemplo: cálcio-fitato-zinco, a formação de um complexo entre cálcio e fitato inibe a absorção do zinco.
5. CLASSIFICAÇÃO DAS INTERAÇÕES SEGUNDO SUA LOCALIZAÇÃO NO
ORGANISMO HUMANO
5.1 EM NÍVEL PRÉ-ABSORTIVO (no tubo digestório)
5.1.1 No lúmen intestinal: a absorção no lúmen intestinal está diretamente relacionada com a estabilidade de complexos formados, onde a alta estabilidade melhora a absorção e a baixa reduz sua disponibilidade. Essa estabilidade interfere na biodisponibilidade dos nutrientes e depende das condições químicas do meio. Um exemplo de complexos formados no lúmen intestinal são os quelatos. Quelatos são compostos formados por íons metálicos. A palavra "quelatos" vem do grego "chele" que significa "garra“ ou “pinça”, um termo para descrever a maneira na qual íons metálicos são ligados a compostos orgânicos, como aas, vitaminas e polissacarídeos (Mellor, 1964). Quando um íon metálico se combina com um grupo doador de um par de elétrons, o composto resultante é chamado de complexo, e a substância doadora de elétrons é denominada de “agente quelante”. Um quelato natural em nosso organismo é a hemoglobina, onde o Ferro está ligado a uma proteína.
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Figura 1. Hemoglobina Fonte: www.camep.com.br
Exemplos: Vitamina C + Ferro→ alta estabilidade, muito bem absorvidos. Vitamina C + Cobre→ baixa estabilidade, portanto pouco absorvidos. Ferro + Glicina→ o ferro é totalmente envolvido pelo aminoácido, formando um complexo solúvel, 5 vezes mais absorvido pelo intestino.
¾ ÁCIDO FÍTICO (FITATOS): presentes nas fibras dos cereais, leguminosas, raízes, tubérculos e castanhas, sobretudo crus. Alimentos integrais como farelo de trigo, são ricos em fitatos. Atua seqüestrando minerais como zinco, cobre, magnésio, cálcio e ferro, formando complexos insolúveis e não absorvíveis;
¾ ÁCIDO OXÁLICO (OXALATOS): presentes em alimentos como espinafre, beterraba, acelga e chocolate. Os oxalatos formam complexos insolúveis com o cálcio, ferro e zinco e são excretados nas fezes;
¾ TANINOS: são compostos fenólicos caracterizados por sua capacidade de combinar-se com as proteínas e outros polímeros como os polissacarídeos. Eles interagem com as proteínas da saliva, alterando sua composição e textura, criando uma superfície rugosa, plena de arestas (adstringência). É a impressão de secura e rugosidade provocada pelos taninos, em vez da umidade lisa a que estamos habituados quando passamos a língua pelo palato, experimentamos uma resistência ao escorregamento, como se a língua estivesse cortiçada. Estão presentes no chá (especialmente mate e preto), café, vinho tinto, romã, leguminosas, oleaginosas, etc. Os taninos combinam-se com o ferro e iodo, formando compostos insolúveis, não absorvíveis. Compostos fenólicos são substâncias que apresentam hidroxila ligada diretamente ao núcleo benzênico. Vários polifenóis distribuídos na natureza apresentam ação antioxidante e têm sido associados com a redução de doenças aterogênicas e carcinogênicas, como é o caso dos flavonóides (quercetina, campferol, miricetina, apigenina, luteolina, fitoalexina, etc.). Alguns flavonóides apresentam efeito antioxidante quatro vezes maiores que a vitamina E. As fontes de flavonóides são: maçãs, cebola, vinho tinto, chocolate, frutas vermelhas, frutas cítricas, azeite e chá verde.
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interação seja negativa que positiva, o que reforça a tese que se devem ingerir os alimentos fontes de ferro separadamente daqueles fontes de cálcio. O heme é uma molécula não protéica (grupo prostético) de algumas proteínas. O radical heme consta de uma parte orgânica (protoporfirina IX) e um átomo de ferro (quelato), onde a protoporfirina IX é um anel e o ferro está no centro deste anel. O radical heme é responsável por enlaçar o oxigênio na hemoglobina.
5.2 EM NÍVEL PÓS-ABSORTIVO
¾ PIRIDOXINA (vit. B6): co-fator enzimático de reações do metabolismo dos ácidos graxos essenciais; ¾ TIAMINA (vit. B1), RIBOFLAVINA (vit. B2) E NIACINA (vit. B3): constituintes de coenzimas necessárias para o metabolismo energético; ¾ VITAMINA D: realiza a absorção de cálcio nos ossos; ¾ CÁLCIO: a vitamina B12 (cobalamina) é absorvida somente na presença do cálcio.
6. FATORES QUE INTERFEREM NA NUTRIÇÃO MINERAL
¾ DEFICIÊNCIA DO SOLO: há uma diminuição significativa de minerais em alimentos vegetais decorrente da exaustão do solo e/ou do uso incorreto de adubos;
¾ REFINO: no arroz branco ocorre perda de 75% do conteúdo de cromo e zinco e 26-45% do conteúdo de cobre, manganês e cobalto. Na farinha refinada, foi observado cerca de 90% de perda do ferro.
¾ DIMINUIÇÃO DE PRODUÇÃO DE ÁCIDO CLORÍDRICO: o ácido clorídrico no estômago é decisivo na preparação do alimento para absorção de seus componentes nutricionais. A partir dos 35-40 anos diminui-se a produção no organismo;
¾ SEQÜESTRO DOS MINERAIS: fitatos, oxalatos e taninos;
¾ PERDAS EXCESSIVAS: as perdas excessivas ocorrem em várias circunstâncias, como aumento da eliminação de líquidos orgânicos através da transpiração, diarréia, urina, sangramento, vômitos;
7. CUIDADOS COM A NUTRIÇÃO
¾ Aplicar técnicas de preparo que minimizem os fatores antinutricionais dos alimentos, como deixar as leguminosas de remolho durante no mínimo 1 hora, e desprezar a água de cocção, para eliminar na água as substâncias fenólicas (taninos), e também coccionar alimentos vegetais para inativar os inibidores de proteases pelo aquecimento;
¾ Evitar o uso simultâneo de alimentos com o mesmo fator antinutricional, como leguminosas (feijão, lentilha, ervilha).
¾ Indivíduos que restringem alimentos devem ser acompanhados quanto ao seu estado nutricional, clínica e bioquimicamente. Um exemplo são os
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vegetarianos, que podem sofrer carência de nutrientes como o ferro, iodo, zinco, cálcio, vitaminas A, D, B1, B2, B12.
¾ Utilizar diariamente alimentos ricos em fibra, porém sem ultrapassar os limites recomendados. O excesso contém teor elevado de fitatos e oxalatos;
¾ Associar à ingestão de alimentos vegetais ricos em ferro, fontes alimentares de vitamina C;
¾ Aumentar o fracionamento das refeições (4 a 6 refeições/dia), pois garante o equilíbrio do organismo. Exemplo, o café da manhã deve ser rico em cálcio, assim como o almoço rico em proteínas, ferro e vitaminas;
¾ Servir, em refeições distintas, alimentos ricos em cálcio (leite e derivados) das fontes alimentares de ferro (carne e alguns vegetais);
¾ Evitar o consumo de café e chás mate e preto imediatamente após as grandes refeições.
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As propriedades funcionais das proteínas podem ser classificadas em 3 grupos principais:
- Propriedade de Hidrofilia : dependem das interações entre a água e as proteínas. Compreendem propriedades como absorção (capacidade de manter a água no interior da molécula, provocando aumento da massa do alimento), formação de gel (reações intermoleculares das proteínas, que resulta em estrutura tridimensional, filamentosa responsável pela estrutura do alimento), solubilidade e viscosidade. Exemplos: as proteínas do soro (lactoalbuminas, lactoglobulinas) estão presentes no leite em solução verdadeira, já a caseína encontra-se no leite em dispersão coloidal, sob a forma de fosfocaseinato de cálcio (caseína estabilizada pelo fosfato de cálcio – cimento que une as moléculas de caseína). As proteínas gliadina (pouco elástica e extensível) e glutelina (elástica e pouco extensível), absorvem água, e pela ação mecânica se unem formando o glúten, rede tridimensional viscoelástica, coloidal, formada por longas cadeias de proteínas;
- Propriedade relacionada com interações proteína-proteína : a este grupo pertencem propriedades como a formação de gel e a coagulação (na desnaturação protéica, aminoácidos apolares são expostos, provocando a coagulação – separação da fase aquosa);
- Propriedade de superfície : emulsificação (na emulsificação de gorduras as partes hidrofóbicas das proteínas são adsorvidas na interface, entre glóbulos de gordura e a fase aquosa, evitando a formação de “ilhas” de gorduras), formação de espumas (expansão do volume pela aeração – albumina da clara de ovo e do leite), formação de películas (a albumina, que forma película na clara batida e ajuda na incorporação de ar; assim como forma película na fervura do leite).
Figura 1. Formação de gel Fonte: Degenhardt, J., 2007
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Figura 2. Absorção de água pela proteína Fonte: Degenhardt, J., 2007
Figura 3. Emulsificação de gorduras com adsorção protéica Fonte: Degenhardt, J., 2007
Todas as propriedades funcionais estão relacionadas com a capacidade hidrofílica e/ou hidrofóbica das proteínas, e estas, por sua vez dependem dos teores de aminoácidos polares, apolares, da estrutura e da conformação das proteínas, entre outros fatores.
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Figura 6. Ponte de hidrogênio Fonte: www.fcfar.unesp.br
Figura 7. Estrutura terciária das proteínas Fonte: www.fcfar.unesp.br
Figura 8. Estrutura quaternária das proteínas Fonte: www.fcfar.unesp.br
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Análises feitas com raios-X demonstraram que as cadeias peptídicas passam para um estado menos organizado, com rompimento parcial ou total de suas ligações secundárias. Através do rompimento das ligações, a molécula se desenrola, se abre, e com isto grupos reativos são expostos, conseqüentemente as proteínas desnaturadas: Sofrem redução da solubilidade devido ao aumento da exposição de substâncias hidrofóbicas; São mais susceptíveis ao ataque de enzimas proteolíticas, devido à alta exposição das ligações peptídicas; Sofrem modificações na capacidade de se ligar a água; Perdem sua atividade biológica (enzimática, imunológica); Aumentam a reatividade química. As alterações provocadas pela desnaturação protéica podem ser desejáveis ou não. Como exemplo de alteração desejada na solubilidade das proteínas, pode-se mencionar a fabricação de queijos. A adição de renina (enzima presente no estômago de mamíferos jovens que estão amamentando) no leite provoca redução da solubilidade da caseína pela desnaturação protéica, provocando sua coagulação, formando então o queijo frescal. O grande aumento da superfície na fabricação de ovos em pó pelo método spray provoca a desnaturação das proteínas, com diminuição da solubilidade e da capacidade de reter água. O aquecimento da clara de ovo provoca desnaturação com conseqüente perda das propriedades funcionais (aeração). A desnaturação provocada pela temperatura faz com que a carne tanto congelada quanto cozida contenha menos água, seja menos suculenta e mais rígida. A desnaturação pode ser reversível ou irreversível. A sensibilidade de uma proteína à desnaturação depende da intensidade e do tipo de agente desnaturante. Os agentes desnaturantes podem ser classificados em físicos (temperatura, radiações, agitação e grande aumento de superfície, como é o caso das espumas - clara de ovo aerada) e químicos (ácidos, bases, solventes, soluções salinas concentradas, uréia). A desnaturação por esses diferentes agentes pode conduzir a estados estruturais diferentes. Por exemplo, a desnaturação completa pelo calor é geralmente irreversível, porém, a desnaturação por uréia é, comumente reversível, neste caso, a remoção do agente permite regeneração da proteína à forma ativa. No que se refere à digestibilidade, o calor se moderado, aumenta a digestibilidade, pois melhora o ataque das enzimas digestivas, por esta razão, o leite cozido é mais facilmente digerido que o leite cru, o mesmo é válido para a carne, clara de ovo, etc. Aquecimento excessivo pode provocar degradação das proteínas, influenciando negativamente na digestibilidade.
2.3 Degradação Protéica Degradação protéica é a destruição da estrutura primária, que consiste no desdobramento gradativo da molécula de proteína em peptonas, polipeptídeos e aminoácidos. Pode ser provocada por enzimas autolíticas (enzimas proteolíticas do próprio alimento) ou microbianas. Peptonas e polipeptídeos é a designação da degradação parcial das proteínas, constando de peptídeos de vários tamanhos moleculares. A putrefação dos alimentos de origem animal consiste, sobretudo em uma degradação de sua matéria protéica. Esta alteração é decorrente da ação de microrganismos, que utilizam os aminoácidos livres e os oligopeptídeos como
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2.5 Agentes Químicos A desnaturação ocasionada por meios químicos envolve rompimento ou formação de novas ligações entre os compostos químicos, e é geralmente irreversível. O pH do meio exerce forte influência no processo de desnaturação. A maioria das proteínas quando expostas em valores extremos (>10,0 ou <3,0) normalmente desnaturam. Em alguns casos quando a mudança não é muito brusca o retorno ao pH original da proteína a renatura. A maioria dos solventes orgânicos pode atuar como agentes desnaturantes, pois são capazes de penetrar nas regiões hidrofóbicas, rompendo as interações hidrofóbicas e promovendo a desnaturação das proteínas. Alguns compostos orgânicos como a uréia, contribuem para romper as pontes de hidrogênio e provocar a desnaturação protéica. O oxigênio é potente oxidante, catalisa reações de oxidação diretamente nos grupos oxidáveis das cadeias laterais de proteínas e, também, de oxidações de lipídios insaturados que, por sua vez, formam derivados complexos com as proteínas – reação chamada de complexação.
3. CARBOIDRATOS
Praticamente todo alimento contém carboidratos naturais ou adicionados, devido a principalmente seu efeito sobre o sabor do alimento. Além disso, os carboidratos são importantes por constituírem a base de nossa dieta. Nos alimentos, temos duas transformações químicas envolvendo carboidratos que merecem destaque pela sua freqüência e pelos seus efeitos: a reação de Maillard e a caramelização. Em ambos os casos, ocorrem degradações nos carboidratos com conseqüentes reações de escurecimento. As reações que provocam o escurecimento nos alimentos podem ser enzimáticas ou não. O escurecimento enzimático é uma reação entre o oxigênio (oxidativa) e um substrato fenólico, catalisado pela enzima polifenoloxidase ou polifenolase, e não envolve carboidratos.
Figura 9. Escurecimento enzimático ou oxidativo
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O escurecimento não enzimático ou não oxidativo é muito importante em alimentos, envolve o fenômeno de caramelização e/ou a interação de proteínas com carboidratos (reação de Maillard ). Antes de conhecer essas reações, é necessário entender as propriedades funcionais dos carboidratos.
3.1 Propriedades funcionais dos carboidratos Os carboidratos conferem aos alimentos, nos quais estão naturalmente presentes ou adicionados, diferentes características, em função de sua estrutura, concentração e das condições do alimento, tais como: teor de água, pH, etc.
- Hidrofilia : a capacidade dos carboidratos de se ligarem à água é uma de suas principais propriedades, pois possuem várias hidroxilas capazes de fazer pontes de hidrogênio com a água;
- Higroscopicidade : é a capacidade de ligar-se à água do ar atmosférico, através de suas hidroxilas. A alta higroscopicidade dos açúcares é responsável pela característica de pegajosidade em alimentos ricos nesse nutriente, quando expostos à umidade do ar;
- Umectância : como os carboidratos se ligam à água do alimento, eles são capazes de controlar a atividade de água do mesmo. Essa habilidade é uma de suas mais importantes propriedades funcionais. A capacidade de se ligar à água do alimento é denominada de umectância;
- Texturização : os açúcares são texturizantes, essa propriedade decorre da elevada solubilidade dos açúcares em água. Os efeitos estruturais dos açúcares nos alimentos dependem de seu estado físico e de suas interações com a água. Os açúcares podem formar soluções supersaturadas, conferindo consistência de sólido e transparência (estado vítreo), ou podem se cristalizar;
- Doçura : a doçura é uma das propriedades mais reconhecidas dos mono e dissacarídios, para estes, o padrão de doçura usado é a sacarose, a qual se atribui arbitrariamente um valor de doçura relativa. O poder de docibilidade de um alimento varia com o açúcar, bem como com sua concentração.
Tabela 1. Doçura relativa à sacarose (com valor arbitrário igual a 1) dos principais adoçantes dietéticos naturais e artificiais
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Figura 10. Principais estágios da Reação de Maillard Fonte: Cheftel, 1992
3.3 Reação de Caramelização Quando carboidratos, particularmente açúcares (redutores ou não) são aquecidos acima de seu ponto de fusão, e na ausência de proteínas, ocorre uma série de reações químicas complexas, que provocam o escurecimento, como de desidratação e polimerização, resultando na formação de polímeros complexos de massas moleculares diferentes, os caramelos. O mecanismo dessa reação ainda é desconhecido. Inicia-se pela desidratação do açúcar pelo calor, provocando a quebra de ligações glicosídicas, abertura de sua estrutura e formação de novas ligações glicosídicas (pirólise). Levemente colorido e de gosto agradável, o caramelo começa a ser produzido durante os estágios iniciais, mas à medida que a reação continua, ocorre a formação de estruturas de massa molecular mais elevada, o que influi no sabor, o qual se torna gradativamente mais amargo com a elevação da temperatura, ou seja, o açúcar irá queimar de acordo com uma relação diretamente proporcional ao tempo de aquecimento.
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Figura 11. Reação de Caramelização Fonte: Cheftel, 1992
Os açúcares no estado sólido são relativamente estáveis ao aquecimento moderado, mas em temperaturas altas (>120ºC) são pirolisados em polímeros escuros (quebra de ligações glicosídicas com formação de novas ligações), denominados caramelos. O ponto de fusão (amolecimento) do açúcar (sacarose com alto grau de pureza) é de aproximadamente 189 ºC. O açúcar passa de tons bem claros de amarelo, transformando-se para um durado característico até chegar a uma cor negra intensa, quando a temperatura atingir cerca de 210 ºC. A composição química do pigmento é complexa e pouco conhecida, embora caramelos obtidos de diferentes açúcares sejam similares em composição. Pode-se encontrar na mistura caramelizada, além do açúcar que não reagiu, ácido pirúvico e aldeídos. O caramelo é um corante marrom e, com limitações, é também um agente flavorizante. A reação de caramelização é facilitada em meio ácido, porém, sua velocidade é maior em meio alcalino. O carboidrato mais comumente usado na produção de aromas e corantes de caramelo é a sacarose, via reação de caramelização. Ela é aquecida em solução com ácido para produção de vários alimentos e bebidas, como por exemplo, refrigerante tipo “cola”, conhaque e cerveja.
Figura 12. Diferentes tonalidades do caramelo em função da temperatura