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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CCEN- Centro de ciências Exatas e da Natureza
Departamento de biologia molecular – DBM
Biologia Celular Aplicada a Engenharia
de Alimentos
Introdução
Alimentação é a base da vida e dela depende o estado de saúde do ser humano. O desconhecimento dos princípios nutritivos do alimento, bem como o seu não aproveitamento, ocasiona o desperdício de toneladas de recursos alimentares. O desperdício é um sério problema a ser resolvido na produção e distribuição de alimentos, principalmente os países subdesenvolvidos ou em desenvolvimento. O crescimento da população mundial, mesmo que amparado pelos rápidos avanços da tecnologia, nos faz crer que o desperdício de alimentos é uma
atitude injustificável. Por isso, não podemos mais desperdiçar. Antigamente, as pessoas tinham uma relação natural com o ambiente. A maioria vivia no campo, conhecia as plantas venenosas, criava pequenos animais e plantava verduras, frutas, arroz, feijão, milho e mandioca. O contato com os alimentos permitia o seu melhor aproveitamento e as informações passavam de geração em geração.
Alimentação Integral
A promoção da alimentação integral começa diante das dificuldades econômicas pelas quais passa o país. Torna-se cada vez mais difícil adquirir alimentos adequados ao consumo do dia- a-dia, razão pela qual alimentação equilibrada é atualmente uma das maiores preocupações do nosso cotidiano. Dessa forma, devemos aproveitar tudo que o alimento pode nos oferecer como fonte de nutrientes. Dentre os diferentes padrões de alimentação destacam-se as dietas não usuais, sendo as mais abordadas pela literatura: naturalista, vegetariana,macrobiótica e alimentação integral. Elas possuem características específicas e produzem diferentes repercussões sobre o organismo humano. A alimentação integral possui como princípio básico a diversidade de alimentos e a complementação de refeições, com o objetivo de reduzir custo, proporcionar preparo rápido e oferecer paladar regionalizado. Estudos mostram que o homem necessita de uma alimentação sadia, rica em nutrientes, que pode ser alcançada com partes dos alimentos que normalmente são desprezadas. As perdas não ocorrem somente em plantações, transporte e armazenamento inadequado, mas também no preparo incorreto dos alimentos. Os principais alimentos ou produtos utilizados para complementar a dieta convencional são: pós (casca de ovo, semente de abóbora); farelos (trigo, arroz, milho); farinhas torradas, raizes e tubérculos. Só com a conscientização, através da Educação Nutricional, é que se pode reverter o quadro alimentar atual do Brasil.
Definição, classificação e composição dos ALIMENTOS
A alimentação saudável sempre foi fator determinante para a
qualidade de vida do ser humano. Culturas milenares como a japonesa já incorporaram naturalmente essa sabedoria a respeito de equilíbrio dos
nutrientes, e o resultado é uma longevidade que demonstra, de forma cabal,
todos os benefícios da adoção de uma dieta harmoniosa.
Hoje, o conceito de prevenir doenças através da alimentação parece
se solidificar em todo o mundo. Uma tendência que surge em perfeita consonância com diversos outros indícios de que, finalmente, o homem
mostra-se disposto a inverter paradigmas e se antecipar ao surgimento de
moléstias, em vez de aguardar que elas se manifestem, para então adotar
medidas curativas.
Os alimentos são tão antigos como a própria vida, mas o homem, em sua evolução, aprendeu a transformá-los e a conservá-los para
satisfazer suas necessidades. As indústrias alimentícias encarregam-se de
acumular, misturar, transformar, embalar, conservar e distribuir os
alimentos.
No princípio, pelas características nômades das civilizações primitivas, os alimentos eram oriundos basicamente da caça, pesca, frutas
e raízes. Eram procurados conforme as necessidades do momento.
Com o tempo, grupos tribais começaram a se estabelecer em
determinadas regiões, e então iniciado o cultivo agrícola, assim como o
desenvolvimento de métodos rudimentares de conservação de alimentos, tanto da produção agrícola como da caça, para períodos de entre safra ou
escassez.
Segundo o Código de Alimentos: “serão considerados como
alimentos todas as substâncias ou produtos de qualquer natureza, sólidos
ou líquidos, naturais ou transformados que, por suas características, aplicações, componentes, preparação e estado de conservação, possam ser
habitual e idoneamente utilizados na nutrição humana”.
Alimento é toda substância ou misturas de substâncias não tóxicas,
que se encontram no estado sólido, líquido, pastoso ou qualquer outra
forma com a finalidade de fornecer ao organismo vivo, os elementos necessários à sua formação, manutenção e desenvolvimento.
CLASSIFICAÇÃO DOS ALIMENTOS
São muitas as formas em que os alimentos podem ser classificados:
- Com relação a sua origem:
Alimentos de origem vegetal (cereais, hortaliças, frutas, sementes oleaginosas);
Alimentos de origem animal (carnes, leite, pescados e outros).
- Com relação a sua sensibilidade às alterações ou ao seu teor de água livre (Aa) nos alimentos:
Alimentos perecíveis ou alteráveis são aqueles que contêm um elevado teor de água (leite, carnes, pescado etc.);
Alimentos semi-perecíveis ou semi-alteráveis são aqueles que embora
tenham bastante água, esta é firmemente retida no interior pelo tecido
envoltório de proteção, casca, que se rompido por qualquer meio os tornará
tão vulneráveis quanto os perecíveis (beterraba, cenoura, batata etc.);
Alimentos não perecíveis, estáveis ou não alteráveis são aqueles que
possuem baixo teor de umidade (açúcar, farinha, feijão, arroz etc.).
A água é provavelmente, o fator individual que mais influi na
alteração dos alimentos. Por outro lado, está perfeitamente demonstrado
que alimentos com o mesmo conteúdo de água alteram-se de forma distinta, do que se deduz claramente que a quantidade de água por si só
não é um indício fiel da deterioração dos alimentos. Em detrimento desse
fato, surgiu o conceito de atividade de água, que foi muito valorizado em
estudos sobre alterações de alimentos, por estar diretamente relacionado
com o crescimento e a atividade metabólica dos microrganismos e com as reações hidrolíticas. Esse termo indica a disponibilidade de água em um
alimento para o crescimento de microrganismos e para a realização de
diferentes reações químicas e bioquímicas.
Define-se a atividade de água como a relação existente entre a
pressão de vapor da água contida na solução ou no alimento e a pressão de vapor da água pura a uma dada temperatura.
Alimentos ricos em carboidratos (açúcar, mel, uvas, batatas, cereais, pão etc.);
Alimentos ricos em sais minerais e vitaminas (verduras e frutas em geral).
Estes constituintes presentes nos alimentos são responsáveis pelas características nutritivas e sensoriais dos alimentos, atuando de modo bem diversificado conforme tabela:
COMPOSIÇÃO DOS ALIMENTOS
De um modo geral, todos os alimentos são constituídos por substâncias químicas, tais como: proteínas, lipídios, carboidratos, fibras, minerais, vitaminas e água. Estas substâncias uímicas são chamadas de nutrientes as quais desempenham no organismo funções vitais,correspondentes as suas necessidades de crescimento, de energia, de elaboração e manutenção tecidual e de equilíbrio biológico. Nenhum alimento é igual a outro na sua habilidade para nutrir, porque nenhum possui idêntico teor de nutrientes que o outro. Os alimentos podem exercer influência em determinados aspectos de nossa vida: Saúde - uma alimentação incorreta pode contribuir para determinadas doenças graves (câncer, intoxicações, diabetes, infarto etc.), causando até a morte; Rendimento no trabalho - o trabalho pode ser afetado pelo tipo de alimentação ingerida, por exemplo, uma dieta carregada de proteínas aumenta a agressividade, enquanto que outra rica em carboidratos, tem o efeito oposto. O ser humano precisa comer para se manter vivo e é preciso comer os alimentos adequados, para permanecer saudável. O estudo do que é preciso comer e do que é melhor não comer é da responsabilidade de ciência da nutrição.
• CARBOIDRATOS
De todas as substâncias orgânicas existentes, os carboidratos são os mais amplamente distribuídos e os mais abundantes, estando presentes nos tecidos animais e vegetais, assim como nos microrganismos. Nos animais, o principal açúcar é a glicose, e o carboidrato de reserva é o glicogênio; nas plantas, há grande variedade de carboidratos, e o amido é, por excelência, o de reserva. O glicogênio é a principal fonte de energia dos organismos vivos, proporcionam o combustível necessário para os movimentos e abrangem um dos maiores grupos de compostos orgânicos encontrados na natureza. Pertencem a esse grupo substâncias como glicose, frutose e sacarose, responsáveis pelo sabor doce de vários alimentos. As celuloses e a hemicelulose não são fontes de energia, mas são fontes de fibras dietéticas. Os carboidratos fazem parte do grupo de nutrientes básicos e sempre tiveram muita importância na alimentação; mesmo os não-digeríveis, fibras, são considerados de grande interesse para uma alimentação equilibrada. Quando ingeridos demasiadamente, não são utilizados, são estocados como gorduras. Além de seu valor nutritivo, ajudam a tornar os alimentos mais saborosos e de aspecto mais agradável. Os carboidratos mais utilizados pelo homem são o amido e a sacarose, logo, as plantas que os contêm são as mais cultivadas e consumidas. São definidos como poliidroxialdeídos, poliidroxicetonas, poli- hidroxiálcoois, poli-hidroxiácidos, e seus derivados simples, e polímeros desses compostos unidos por ligações hemiacetáticas. Ou então são substâncias orgânicas polihidroxiladas alifáticas contendo fundamentalmente carbono, oxigênio e hidrogênio. São também chamados de glicídios ou sacarídeos por estar no grupo das substâncias doces que conhecemos como glicose e sacarose tendo um ou vários grupos alcoólicos (OH) e um grupo aldeído (-CHO) ou cetônico (-CO-), ou seja, possuem na sua estrutura um grupo
CLASSIFICAÇÃO DOS CARBOIDRATOS
a digestão, o amido se hidrolisa, produzindo moléculas de maltose que, por sua vez, são hidrolisados em glicose. A lactose ou açúcar do leite é um dissacarídeo formado por duas unidades de galactose e glicose, que ocorre no leite de todos os animais na proporção de 4 a 5 % aproximadamente.
Polissacarídeos São polímeros de alto peso molecular dos monossacarídeos. Os polissacarídeos contêm mais que 12 unidades de monossacarídeos dispostos de forma linear ou ramificada. Os que mais se encontram distribuídos na natureza são: no reino vegetal, o amido, a celulose e as pectinas; e, no reino animal, o glicogênio. Amido O amido é um polímero encontrado nos vegetais, desempenhando a função de reserva. Encontra-se principalmente no trigo, cevada, milho, batata, feijão, arroz, mandioca e várias outras fontes. Muitos dos xaropes comercializados no mercado brasileiro são derivados do amido, principalmente do milho. Uma tonelada de milho produz entre 600 a 650 Kg de amido. O amido é a matéria-prima mais barata e abundante, principalmente para a alimentação humana.
Celulose A celulose é a substância orgânica mais abundante na natureza, constitui um terço de toda a matéria vegetal no mundo e é o principal constituinte da parede celular dos vegetais, sendo o seu elemento de estrutura mais importante. Ocorre nas paredes celulares, normalmente associadas com hemicelulose e lignina. É um polissacarídeo formado por moléculas de glicose, não é digerida pelo homem, mas são indispensáveis para o funcionamento adequado dos intestinos. O segredo da fibra pode estar em seu efeito mecânico no intestino grosso facilitando a eliminação de detritos.
Glicogênio É um polissacarídeo que ocorre somente nos animais, é armazenado no fígado (2-8% do total) e no músculo em baixas concentrações (0,5-1%). O glicogênio é o principal carboidrato estocado no tecido muscular e no fígado animal. É hidrolisado à glicose, a qual por sua vez, é utilizada como fonte de energia, só que exclusivo dos tecidos animais. Quando o organismo animal necessita de glicose, o glicogênio é decomposto, em glicose que é transportada do fígado aos tecidos pelo sangue e aí oxidada dando, finalmente, dióxido de carbono e água, com liberação de energia. Após a morte do animal, grande parte degrada-se em glicose e posteriormente em ácido lático.
Pectina É o polissacarídeo que, junto com a celulose, forma o material estrutural das paredes celulares dos vegetais. Com o envelhecimento do
vegetal, a pectina é enzimaticamente degradada com perda de rigidez do material estrutural.
As pectinas em água dão soluções altamente viscosas mesmo em baixas concentrações e na presença de açúcar e ácido formam géis. Em geral, as pectinas produzem géis quando sua concentração é de apenas 1%.
A importância da pectina nos alimentos está na sua habilidade em formar os géis que constituem a base de geléias e outras conservas de frutas. A produção industrial de pectina desenvolveu-se como uma indústria de subproduto, tilizando resíduos da indústria alimentícia, principalmente das indústrias produtoras de sucos de frutas e bebidas à base de frutas.
Alimentos Fontes
Vegetais- cereais (arroz, trigo, milho, aveia, cevada), raízes e tubérculos (batata inglesa, batata- doce, mandioca, beterraba, inhame), leguminosos (feijão), frutas, doces, etc.
• PROTEÍNAS
São macromoléculas complexas de alto peso molecular, cujas unidades estruturais básicas são os aminoácidos, ligados entre si por ligações peptídicas. Esses enlaces são resultados da união do grupo amino (NH) de um aminoácido com o grupo carboxílico (COOH) de outro aminoácido com a perda de uma molécula de água.Na sua composição, as proteínas possuem C, H, O, N podendo também ter outros elementos, tais como enxofre, ferro, cobre, fósforo e zinco.
Embora mais de 300 aminoácidos diferentes tenham sido descritos na natureza, somente 20 são freqüentemente encontrados nos alimentos. Dentre os 20 apenas 8 aminoácidos são ditos essenciais devido ao fato de não poderem ser sintetizados pelo organismo, logo precisam ser fornecidos através de dieta, são eles: Isoleucina, Leucina, Lisina, Metionina, Fenilalanina, Triptofano, Treonina e Valina. Existe um aminoácido considerado essencial para recém-nascidos que é chamado de Histidina.
Os alimentos considerados de alto valor biológico ou de proteínas completas são aqueles que contêm todos os aminoácidos essenciais. Exemplo: ovos, leite, queijo, carne, peixe etc. Os alimentos de baixo valor biológico ou de proteínas incompletas são os provenientes de vegetais e frutas. Ex.: trigo, soja, milho, arroz e feijão. Entretanto, as proteínas de diferentes fontes vegetais podem ser combinadas de tal modo que o resultado é equivalente em valor nutricional à proteína animal. Por exemplo, o trigo (deficiente em lisina, mas rico em metionina) pode ser combinado ao feijão (pobre em metionina, mas rico em lisina) para produzir uma proteína completa de valor biológico melhorado.
As proteínas exercem várias funções biológicas, estruturais do corpo (colágeno, queratina), biocatalisadores (enzimas), hormonais (insulina, hormônios da tireóide), de transferência (hemoglobina que transporta oxigênio), de proteção.
CLASSIFICAÇÃO
Os lipídios constituem um grupo de substâncias que, genericamente,
chamamos de óleos ou gorduras, tanto os de origem animal quanto os de
origem vegetal. São substâncias, que em geral, são solúveis em solventes
orgânicos e insolúveis ou ligeiramente solúveis em água. Contêm na
molécula carbono, oxigênio e hidrogênio e em algumas classes são encontrados fósforo, enxofre, nitrogênio. Os triacilgliceróis são os lipídeos
mais comuns em alimentos, formados predominantemente por produtos de
condensação entre glicerol e ácidos graxos, usualmente conhecidos como
óleos ou gorduras. Os óleos e as gorduras podem ser encontrados em
células de origem animal, vegetal ou microbiana. Exercem funções
nutricionais importantes, suprindo calorias (9 kcal/g) e contêm ácidos graxos
essenciais, além do transporte das vitaminas lipossolúveis para o interior
das células. Contribuem para o sabor e palatabilidade dos alimentos e
também para a sensação de saciedade após a alimentação. A diferença
entre os termos óleo e gordura reside exclusivamente na sua forma física. As
gorduras se apresentam na forma sólida e os óleos na forma líquida, a
temperatura ambiente.
CLASSIFICAÇÃO DOS LIPÍDIOS
Lipídios simples : são compostos, formados a partir da esterificação de
ácidos graxos e alcoóis.
a. Óleos e gorduras – são ésteres de glicerol e ácidos graxos chamados de glicerídeos;
b. Ceras – são misturas complexas de alcoóis, ácidos e alguns alcanos de cadeia longa, mas os principais componentes são ésteres formados a partir de ácidos graxos e alcoóis de cadeia longa. Lipídios compostos : são substâncias que contêm além do grupo éster da união do ácido graxo e glicerol outros grupos na molécula, tais como: a. Fosfolipídios - compostos que possuem ésteres formados a partir do glicerol, ácidos graxos, ácido fosfórico e outros grupos, normalmente nitrogenados; b. Glicolipídios - compostos formados por ácidos graxos, um grupo nitrogenado e um carboidrato, não contendo grupo fosfórico.
IMPORTÂNCIA DOS LIPÍDEOS NA TECNOLOGIA DOS ALIMENTOS E NUTRIÇÃO Modifica as características sensoriais dos alimentos (odor, cor, aroma). Os óleos proporcionam um dos processamentos térmicos mais energéticos – frituras.Formação de peróxidos e outros produtos voláteis (aldeídos) responsáveis pela rancidez
• ENZIMAS
São biocatalisadores de natureza protéica que aceleram a velocidade das reações químicas que contecem nos animais ou vegetais.
Na Ciência e na Tecnologia dos Alimentos as enzimas podem ser
usadas como ferramentas com as quais se produzem mudanças bioquímicas desejáveis nos alimentos ou podem ser inimigas que temos que destruir, ou
pelo menos paralisar, para que as mesmas não produzam mudanças
indesejáveis nos alimentos. Como, por exemplo, certas enzimas são
responsáveis, às vezes, pela alteração de produtos vegetais depois de
colhidos, favorecendo modificações na sua cor, odor, textura e valor nutritivo e às vezes implica a perda da qualidade sensorial e nutritiva. Além
disso, participam também na transformação de matérias-primas em um
novo produto, como no caso de queijos, cerveja etc.
PROPRIEDADES DAS ENZIMAS A substância sobre a qual a enzima atua se chama substrato. Este pode ser da mais variada natureza química: carboidratos, lipídios, proteínas,
etc. No entanto, a enzima usa apenas uma pequena parte da sua estrutura
para se conectar com o substrato e esta parte recebe o nome de centro
ativo ou sítio ativo.
Eficiência Catalítica Cada molécula de enzima é capaz de transformar 100 a 1000
moléculas de substratos em produto a cada segundo.
Esta capacidade de transformar o substrato em produto dentro de
uma unidade de tempo chamamos de atividade da enzima. Quanto maior
for a atividade da enzima, mais rapidamente ocorre a reação que ela catalisa ou o contrário.
Especificidade As enzimas são altamente específicas em relação ao substrato no
qual vai ocorrer a catálise, isto é, cada enzima só vai catalisar a reação a
qual é específica, não ocorrendo nada se nós colocarmos uma enzima em contato com um substrato para o qual ela não é adequada. Geralmente
compara-se com uma chave a qual deve servir somente em uma fechadura.
ENZIMAS NA TECNOLOGIA DOS ALIMENTOS
As enzimas, além de seu uso em processos industriais, podem ser empregadas na terapia clínica, no tratamento de efluentes e como sensores no controle de processos. O uso de enzimas como catalisadores de processos industriais é, contudo, o de maior importância, representando mundialmente mais de 80% do volume de vendas do setor. Dentre os 80% %, 60% são utilizadas nas indústrias de alimentos, 10% nas indústrias farmacêuticas, e o restante em outras.
Polifenoloxidases ou Fenolases Atuam oxidando os compostos fenólicos, dando lugar a compostos pigmentados; são responsáveis pelo escurecimento enzimático de muitas
frutas e hortaliças.
Fosfatase alcalina É utilizada para avaliar a eficiência da pasteurização do leite.
Lipoxidases ou lipoxigenases Atuam em moléculas de ácidos graxos insaturados, induzindo a formação de radicais livres na oxidação lipídica, ou seja, catalisam a oxidação de ácidos
graxos.
Proteases Atuam degradando as proteínas por hidrólise das ligações peptídicas.
Intervêm no amaciamento da carne durante a conversão do músculo em carne (catepsinas e calpaínas) e durante seu posterior armazenamento. Há
muitas que atuam nas mudanças pós-morte. No leite, é preciso destacar a
proteólise ácida que contribui para a proteólise durante a maturação de
certos tipos de queijos, sobretudo se o leite não foi pasteurizado.
Papaína É utilizada no amaciamento de carnes, na eliminação da turbidez da cerveja,
ajuda também na digestão. As proteínas que contém a cerveja já
acondicionada tendem a formar complexos insolúveis com os polifenóis e
taninos quando se resfria a cerveja antes do consumo. Esses complexos
podem produzir turbidez indesejada. Para degradar essas proteínas residuais, emprega-se a papaína e, com isso, evita-se a formação de
sedimentos.
Bromelina Emprega-se para acelerar o processo de maturação da carne e melhorar sua
maciez. Fonte: obtidas a partir, de plantas ou de microrganismos.
Lípases Liberam ácidos graxos livres a partir dos triglicerídeos, propiciando o
aparecimento de sabores e odores característicos, às vezes desejáveis
(alguns tipos de queijos realçando o e outras vezes não desejáveis
(causando a rancificação hidrolítica).
