Emulcificantes e emulsoes, Esquemas de Bioquímica

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Conservação

de Alimentos

ConservaçãoConservação

de Alimentosde Alimentos

Ana Costa Freitas Ana Costa Freitas

Paulo FigueiredoPaulo Figueiredo

Lisboa 2000Lisboa 2000

ANA COSTA FREITAS é actualmente

Professora Auxiliar de nomeação definitiva do Departamento de Química da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de

Lisboa e membro do Centro de Química-Física e Bioquímica da mesma

Faculdade onde exerce a sua actividade de investigação. É licenciada em Engª Agronómica pelo

Instituto Superior de Agronomia e doutorada em Ciências Agrárias, ramo de Biotecnologia Alimentar pela

Universidade de Évora. Foi responsável, juntamente com o co- autor deste trabalho pela elaboração do

programa da disciplina de Conservação de Alimentos dos cursos de Engª Biotecnológica e Biotecnologia da

Universidade Lusófona. Elaborou igualmente os programas das disciplinas de Enologia, Indústrias

Agro-Alimentares e Panificação da mesma Universidade.

PAULO FIGUEIREDO é Professor Associado da Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologia, onde exerce a docência das disciplinas de Conservação de Alimentos e de Indústrias Agro-Alimentares. É licenciado em Química Aplicada, ramo de Biotecnologia pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa e doutorado em Química-Física pela mesma Universidade. Ao longo dos últimos treze anos efectuou diversas publicações sobre a química-física de antocianinas.

ÍndiceÍndice

1ª Parte 1ª Parte

Definição, Classificação, Composição e

Valor Nutritivo dos Alimentos

Ao consumi-los, no dia-a-dia, não nos preocupamos em definir o que são os alimentos; mas quando pretendemos tratá-los com carácter científico é conveniente limitarmos de algum modo o nosso campo de intervenção. Assim, começamos este curso por dar algumas possíveis definições daquilo que podem considerar-se alimentos, e que serão o objecto da nossa atenção ao longo deste livro.

A A L I M E N T O SL I M E N T O S :: Î Todas as substâncias ou produtos de qualquer natureza, sólidos ou líquidos, naturais ou transformados que, por suas características, aplicações, composição, preparação e estado de conservação são susceptíveis de ser utilizados na alimentação. Î Todos os produtos utilizados para manter e construir os tecidos corporais, regular processos vitais e fornecer energia. Î Qualquer substância não tóxica capaz de satisfazer as necessidades nutritivas do organismo. Î Substâncias naturais de composição química complexa que associadas a outras são capazes de assegurar o ciclo regular da vida. Podemos ainda classificar os alimentos, quanto à sua origem, em:

• Naturais Simples - consumidos directamente sem outras manipulações que não o cultivo (vegetais) e matança (animais).
• Naturais Complexos - de origem vegetal ou animal mas tecnologicamente transformados.

Exs: Pão, açúcar, azeite, enlatados, compotas, ...

podendo variar de uma pequena quantidade até várias centenas de proteínas diferentes. Apesar de ser enorme o número de proteínas existentes na natureza, todas elas são constituídas a partir de diversas combinações de apenas vinte diferentes moléculas, conhecidas por amino-ácidos. Estes são os chamados amino-ácidos primários, existindo outros que, no entanto, não têm capacidade para formar proteínas. O nome amino- ácido deriva do facto de que quimicamente todos os vinte são constituídos por um grupo carboxilo e um grupo amina ligados ao mesmo átomo de carbono

C H

COOH NH 2 R R designa um grupo substituinte que varia de amino-ácido para amino-ácido, conferindo-lhes as suas características particulares

Ex: Asparagina (Asn)

H 2 N CH C CH 2

OH

O

C NH 2

O

Os nomes dos amino-ácidos são geralmente derivados das fontes alimentares, a partir das quais foram primeiramente isolados. Por exemplo, a asparagina tem o seu nome derivado dos espargos e a glutamina do glúten de trigo. Na literatura, é frequente encontrar estes compostos químicos referidos por conjuntos de três letras que os caracterizam (Tabela 1.1).

Alanina Ala Arginina Arg Asparagina Asn Ácido aspártico Asp Cisteína Cys Glutamina Gln Ácido glutâmico Glu Glicina Gly Histidina His Isoleucina Ile Leucina Leu Lisina Lys Metionina Met Fenilalanina Phe Prolina Pro Serina Ser Treonina Thr Triptofano Trp Tirosina Tyr Valina Val TabelaTabela 1.11.1 - Os vinte amino-ácidos primários e as suas abreviaturas. Quando presentes no meio fisiológico, ou seja em solução aquosa, os amino- ácidos encontram-se sob forma ionizada, podendo comportar-se como ácidos ou como bases, como abaixo se ilustra, no caso da alanina.

ácido (dador de protões)

C

H R COO- N+H 3

C

H R COO- NH 2

• H+

C

H R COOH NH 3

• H+

base (aceitador de protões)

NH 3

R^ COO-

H C

Na formação das proteínas, os amino-ácidos, que podem variar de cerca de uma centena a 1800, ligam-se covalentemente entre si (as chamadas ligações peptídicas), com a libertação de uma molécula de água por cada ligação formada, de acordo com o esquema seguinte:

são responsáveis por funções de nutrição e transporte e também constituem o muito particular grupo das enzimas. Temos assim que, dependendo da sua composição em amino-ácidos e da sua conformação espacial, as proteínas podem desempenhar diferentes papéis biológicos nos organismos vivos. Podemos desse modo dividi-las em: 7 Enzimas (actividade catalítica) 7 Proteínas de transporte (hemoglobina, lipoproteínas, ...) 7 Proteínas de armazenamento e nutrição (sementes de plantas, ovalbumina, ...) 7 Proteínas de contracção e movimento (músculos) 7 Proteínas estruturais (pele, queratina, ...) 7 Proteínas de defesa (anticorpos, veneno das plantas, ...) 7 Proteínas de regulação (hormonas) 7 Outras (podendo apresentar como exemplos a monelina, extraída de uma planta africana, usada como adoçante; e proteínas anticongelamento de peixes polares; ...) Além dos amino-ácidos, as proteínas podem conter outros componentes tais como lípidos (lipoproteínas), açúcares (glicoproteínas), metais (metaloproteínas) ou grupos fosfato (fosfoproteínas). A estas proteínas dá-se o nome genérico de proteínas conjugadas , por oposição àquelas apenas compostas por amino-ácidos a que se chama

proteínas simples. Uma das mais importantes modificações que as proteínas globulares podem sofrer é a desnaturaçãodesnaturação , isto é o “desenrolamento” da sua estrutura terciária, com alteração irreversível das suas propriedades. A desnaturação deve-se normalmente à acção do calor, como no conhecido exemplo da clara de ovo, que contém albumina (uma proteína), a qual quando aquecida coagula, ou seja desnatura-se. No entanto, outros agentes físicos ou químicos tais como valores extremos de pH, solventes orgânicos miscíveis (etanol, acetona, ...), solutos (ureia, ...), detergentes ou agitação aeróbica vigorosa, podem também causar a desnaturação das proteínas.

As proteínas per se não são necessárias à dieta humana. É o seu conteúdo em nove amino-ácidos essenciais (His, Ile, Leu, Lys, Met, Phe, Thr, Trp e Val) que lhes confere o seu valor nutritivo. A qualidade nutritiva de uma proteína pode ser medida pelo seu valor

biológico. Este factor mede a quantidade de amino-ácidos essenciais, na forma livre e nas proporções adequadas, capazes de ser absorvidos pelo organismo.

Alimento Valor biológico Leite humano 95 Leite de vaca 81 Bife de vaca 93 Ovo 87 Milho 36 Arroz 63 Pão integral 30

Tabela 1.2 Tabela 1.2 – Valor biológico de alguns alimentos. Os lípidoslípidos , ou gorduras são substâncias oleosas ou gordurosas, insolúveis na água. Podem existir sob várias formas ( triglicéridos , ceras , fosfoglicéridos ,

esfingolípidos , esteróis e ésteres de ácidos gordos ) das quais os mais abundantes são os triglicéridos ou gorduras comuns, os quais servem de principal combustível para a maioria dos organismos. De facto, estas moléculas são as mais importantes fontes de armazenamento de energia química. Outra das funções desempenhadas pelos lípidos é o transporte de vitaminas lipossolúveis (A, D, E e K). A maioria dos lípidos contém, como componentes principais, os chamados ácidos gordos, que são ácidos orgânicos de cadeias longas, podendo apresentar de 4 a 20 átomos de carbono; contêm um único grupo carboxilo e uma “cauda” não polar, responsável pela insolubilidade na água e pelo carácter oleoso. Os ácidos gordos diferem entre si pelo comprimento da cadeia e pela presença, número e posição de ligações duplas. Quase todos possuem um número par de átomos de carbono (16 ou

Os triglicéridos, principais componentes dos depósitos de gordura, tanto nos animais como nos vegetais, são, como já foi dito, os lípidos mais abundantes na natureza. Quimicamente, são ésteres de glicerol com 3 moléculas de ácidos gordos.

H C

H O C R 1

O

C

H C H

H O C R 2

O C R 3

O O

glicerol

Quando R 1 = R 2 = R 3 , estamos na presença de triglicéridos simples; no caso em que duas ou mais das cadeias de ácidos gordos são diferentes, chamam-se triglicéridos mistos. Na maioria das gorduras naturais, utilizadas na nossa alimentação, como o azeite, a manteiga e outras, coexistem as duas espécies de triglicéridos. No caso particular em que os três ácidos gordos são saturados, os triglicéridos de que fazem parte têm um aspecto de sólido gorduroso, à temperatura ambiente, de que o sebo é um exemplo. Quando o inverso se dá, isto é todas as cadeias de ácidos gordos são insaturadas o triglicérido é líquido, quando conservado à temperatura ambiente. O exemplo típico desta ocorrência é a trioleína, principal componente do azeite. Estes compostos podem ser degradados ou alterados por acções físicas e químicas. De entre as possíveis reacções de que são objecto, destacamos: M HidróliseHidrólise por acção do calor, de ácidos ou bases e da lipase (enzima secretada pelo pâncreas)

H C

H O C R 1

O

C

H C H

H O C R 2

O C R 3

O O

H C

H OH

C

H C H

H OH OH

• (^3) HOO C R

A saponificação é uma hidrólise específica por acção de NaOH ou KOH que origina sais de K+^ ou Na+^ (sabões) em vez de ácidos gordos. É este o processo conducente ao fabrico dos sabonetes caseiros. M D e c o m p osiçãoD e c o m posição por acção de temperaturas muito elevadas (> 200 ºC) com formação de acroleína, a qual origina um odor penetrante.

MA auto -auto- oxidaçãooxidação é causada por um ataque de oxigénio a triglicéridos insaturados, com formação de ácidos gordos inferiores, de cheiro forte. Esta é a reacção que leva ao surgimento do cheiro a ranço e que pode ser inibida por acção da vitamina E ou do ácido ascórbico. Menos abundantes que os triglicéridos, mas também de elevada importância biológica, temos outra família de lípidos, as ceras. Estas são ésteres de ácidos gordos de cadeia longa (14 - 36 átomos de carbono), saturada ou insaturada, com álcoois de cadeia também longa (16 - 22 átomos de carbono).

C (CH 2 ) 7

O

O

(CH 2 ) 8

C

H

C

H

(CH 2 ) 7

C

H

C

H

(CH 2 ) 7

CH 3

CH 3

éster ác. oleico

oleiol O papel das ceras é, sobretudo, de protecção dos organismos; aparecem, por exemplo, como constituintes das peles dos animais e das penas das aves. Em termos de componentes alimentares, refira-se ainda que os lípidos devem constituir cerca de 20% da dieta diária de um adulto humano, dando-se na Tabela 1. uma ideia do conteúdo, em gorduras, de alguns dos alimentos mais comuns.

Os monossacáridos apresentam-se como sólidos cristalinos, solúveis em água e são geralmente doces. Quando se apresentam sob a forma de aldeído recebem o nome de aldoses e quando sob forma cetónica denominam-se cetoses. O gliceraldeído e a dihidroxiacetona são dois dos exemplos mais simples de aldoses e cetoses existentes.

H C

O

C

H

C

OH

OH

H

H

gliceraldeído

C

OH

C C

OH

O

H

H

H

H

dihidroxiacetona Os monossacáridos podem ter 4, 5, 6 ou 7 átomos de carbono, recebendo os nomes de, respectivamente, tetroses, pentoses, hexoses e heptoses. As hexoses, de que a glucose e a frutose são exemplos, formam o grupo de monossacáridos mais abundante na natureza. Os monossacáridos com 5 ou mais átomos de carbono, encontram-se normalmente, em solução, sob forma cíclica, aqui exemplificada por uma molécula de glucopiranose.

O

HO

HO

OH

OH

OH

Os dissacáridos são formados por reacção de um grupo OH de uma das unidades com o carbono anomérico da segunda, formando a chamada ligação glicosídica. A estrutura seguinte mostra um dos dissacáridos mais conhecidos, a sacarose, evidenciando esse tipo de ligação entre os dois açúcares. Estas ligações glico-

O

CH 2 OH

OH

OH

OH

O

O

CH 2 OH

CH 2 OH

OH

OH α-D-glucopiranose (^) β-D-frutofuranose

sídicas podem ser facilmente hidrolisadas por acção de ácidos, mas resistem bem em soluções básicas. Os polissacáridos podem ser constituídos por um único tipo de monómero, recebendo a designação de homopolissacáridos, de que o amido - apenas composto por unidades de glucose - é um exemplo, ou terem na sua constituição dois ou mais tipos diferentes de monómeros, sendo então chamados heteropolissacáridos. Dos polissacáridos mais comuns, distinguiremos, pela sua importância na alimentação, o já mencionado amido (encontrado nas batatas e muitas sementes) e o glicogénio (existente nos fígados dos animais). Do mesmo modo que o descrito para os nutrientes anteriormente estudados, também se encontram alimentos com teores em hidratos de carbono muito díspares, documentando a Tabela 1.4 as percentagens encontradas em alguns dos alimentos mais correntes.