Química e microbiologia das águas e alimentos

AVALIAÇÃO Frequência: os alunos devem realizar os trabalhos práticos propostos, incluíndo o respetivo relatório.

Classificação final: Parte I - 35%; Parte II -35%; Parte III – 30%.

Avaliação teórica: 1 teste de cada Parte ou Exame final.

A avaliação de cada uma das partes do programa é a média ponderada das classificações

Obtidas na componente teórica (80%) e na componente prática (20%).

Assiduidade: mínimo 80%

Classificação mínima de ensino-aprendizagem: 6.

Relatórios de trabalhos práticos: mínimo 10. 1 António Mendonça - UBI 2013

Datas de avaliação:

1º 28/10/2013

2º 9/12/2013

3º a definir

Exame: final do semestre.

2 António Mendonça - UBI 2013

Química e microbiologia das águas e alimentos

QUÍMICA DOS ALIMENTOS Objectivos (módulo Alimentos)

- Conhecer os principais grupos de alimentos e os respectivos componentes químicos;

- Seleccionar métodos de análise adequados às matrizes disponíveis

- Conduzir análises físico-químicas de alimentos e interpretar os resultados

- Resolver problemas analíticos

Bibliografia

Food Chemistry, H.D. Belitz , W. Grosh, P. Schieberle, Springer, 3th edition, Berlin, 2004.

Food Analysis, S.S. Nielsen (ed.), Kluwer, 4th edition, N.Y., 2010.


António Mendonça - UBI 2013

Química e microbiologia das águas e alimentos QUÍMICA DOS ALIMENTOS

BROMATOLOGIA /(Ciências Farmacêuticas)

Ciência que estuda os alimentos, novos e desconhecidos, ou ao nível do controlo de qualidade

•As tendências, exigências e preocupações dos consumidores, a indústria agro-alimentar e os regulamentos nacionais e internacionais, obrigam à monitorização da composição dos alimentos para garantir a qualidade e segurança da cadeia alimentar. • Nas empresas as análises (físico-químicas e microbiológicas) a alimentos fazem parte do programa de gestão da qualidade, desde o processo de desenvolvimento, passando pela produção e até ao consumidor após um produto se encontrar no mercado. • A composição química dos alimentos e as suas propriedades físicas, são utilizadas para determinar o valor nutritivo, características funcionais e aceitabilidade do produto alimentar.

Dietas personalizadas

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Alimentos

A nutrição e a dieta

Os alimentos são constituídos por nutrientes, substâncias que fornecem a energia e os elementos necessários para a síntese e manutenção da matéria viva.

A nutrição pode ser considerada como o ramo da Biologia que estuda os nutrientes e a relação destes com todos os processos da vida. A nutrição é o cerne da medicina preventiva e um auxiliar da medicina clínica.

António Mendonça - UBI 2013 5

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Suplemento alimentar pode ser qualquer produto, exceptuando tabaco, com o qual se pretenda suplementara dieta e que contenha constituintes individualizados como por exemplo: vitaminas, minerais, aminoácidos extratos, ou as suas combinações, de composição nem sempre inteiramente conhecida. O objetivo destes suplementos é complementar, corrigir ou adaptar dietas para cada indivíduo. Do ponto de vista legal em Portugal, os suplementos alimentares são tutelados pelo Ministério da agricultura, do Desenvolvimento Rural e das Pescas, enquanto os medicamentos são tutelados pelo ministério da saúde.


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Alimento fortificado é um alimento enriquecido com algum(uns) componente(s), por exemplo, vitaminas e minerais, em valores que podem duplicar ou triplicar o teor normal destes constituintes no alimento. A fortificação do alimento pretende compensar a perda desse(s) constituinte(s)s devido ao processamento desse alimento.


Precisamos dos alimentos para quê?

Energia para trabalhar ou descansar.

8A Food – who needs it?

Materiais para crescermos.

Materiais em bruto para repararações no organismo.

Os alimentos são constituídos por nutrientes, substâncias que fornecem a energia e os elementos necessários para a síntese e manutenção da matéria viva.


Os nutrientes são substâncias que se obtêm a partir dos alimentos com alguma função, específica ou genérica, no funcionamento do nosso organismo. São essenciais para o crescimento e manutenção de um corpo saudável ao longo da vida.

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Nos alimentos existem mais de 40 nutrientes, desempenhando cada um deles funções específicas mas também complementares: todos no seu conjunto são importantes e cada um deles tem a sua importância específica.



Os nutrientes dividem-se em 2 grupos: ESSENCIAL – não é sintetizado no organismo, sendo crítica a sua ausência na dieta, ou a sua ingestão inadequada.

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NÃO ESSENCIAL – Pode ser sintetizado pelo organismo ou a função fisiológica que desempenha pode ser substituída por outro nutriente, ou ainda, quando a sua ausência da alimentação não conduz a uma patologia específica.

NUTRIENTES ESSENCIAIS

ÁGUA Minerais

PROTEÍNAS /AMINOÁCIDOS Cálcio

isoleucina

Leucina

lisina

Fenilalanina

Treonina

Triptofano

Valina

Fósforo

Magnésio

Ferro

Zinco

Cobre

Manganésio

Iodo

VITAMINAS

Hidratos de carbono

Lípidos / Ácidos gordos

Ácido linoleico

Ácido a-linolénico

Selénio

Molibdénio

Crómio

Sódio

Bromo

Boro

Nutrientes não essenciais

PROTEÍNAS /AMINOÁCIDOS

Todos os excluídos da lista em cima

Lípidos / Ácidos gordos

Ácidos gordos trans

Ácidos gordos saturados

Colesterol

Álcool

Fitoquímicos

Cafeína (exemplo)

Creatina (exemplo)



Os diferentes nutrientes cumprem no nosso corpo uma tripla função: ENERGÉTICA – fornecem energia para os processos metabólicos do organismo (hidratos de carbono, proteínas, gorduras/lípidos); PLÁSTICA – contribuem para a sintetização e restabelecimento dos diferentes tecidos corporais (proteínas, gorduras/lípidos, vitaminas, minerais, água); REGULADORA – Como substratos ou catalisadores de todas as reacções bioquímicas necessárias à vida (proteínas, gorduras/lípidos, vitaminas, minerais, água).

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Considerando as necessidades fisiológicas em termos de quantidade, os nutrientes podem ser agrupados em: Macronutrientes - glúcidos, gorduras, proteínas, água. Micronutrientes –vitaminas (lipossolúveis), minerais. Oligoelementos – minerais.

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Proteínas

Os alimentos são uma mistura complexa de compostos químicos. Estes compostos podem ser classificados em diferentes tipos, sendo os principais:

Óleos e gorduras

Glúcidos

Vitaminas

Minerais

Água Fibra


8A Which food contains which chemical?

Alimentos e respectivos grupos

Carbohydrates Water

Proteínas

Água Glúcidos

Óleos e gorduras



Relações reivindicadas entre alimentos e saúde

Alimento /componente Situação de saúde

Cálcio osteoporose

Gordura da dieta cancro

sódio hipertensão

Gordura saturada e colesterol Doença coronária

Sementes contendo fibras, frutas e vegetais

cancro

Folato Defeitos nos tubos neuronais

Açúcares-alcóois Cáries dentárias

Fibra solúvel de aveia (oats) integrais

Doença coronária Estanol / ésteres de esterol

Proteína de soja

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Nutracêutico


É um produto ou ingrediente, isolado ou purificado a partir de algum tipo de matriz (p.ex., plantas ou alimentos) – e que é geralmente disponibilizado como princípio activo de um medicamento, suplemento alimentar, ou integrado na formulação de alimentos funcionais. Um nutracêutico apresenta benefício(s) fisiológico(s) e/ou contribui para a redução do risco de incidência de doenças crónicas.

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Alimentos Funcionais, são produtos alimentares que foram modificados, ou

enriquecidos com ingredientes que aumentam os efeitos benéficos na saúde, para além do valor nutricional original desses produtos alimentares. As modificações mais comuns podem ser: • alimentos com menor teor calórico; • alimentos com teor de gordura reduzido.


Os alimentos aos quais foi adicionado um ingrediente funcional podem ser por exemplo: • alimentos enriquecidos em cálcio e vitaminas; • alimentos enriquecidos em fibra; • alimentos com esteróis vegetais;

e, também os alimentos com PREBIÓTICOS e PROBIÓTICOS.


Probióticos

São microrganismos viáveis que, após ingestão, exercem um efeito benéfico sobre a saúde do hospedeiro devido à melhoria da composição e propriedades da flora intestinal. Devem apresentar três características: - elevada resistência à digestão por enzimas entéricas e pancreáticas; - diminuir a capacidade de aderência, colonização, replicação ou actividade de enteropatogénicos. - elevada resistência a ácidos e bílis.

Os probióticos mais comuns são bactérias dos géneros Bifidobacterium (“bifidos”) e Lactobacillus, B. Longum mas também há leveduras prebióticas, como Saccharomyces cerevisiae (a “levedura da cerveja”).

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Os oligossacáridos são compostos prebióticos de última geração. Quimicamente, são cadeias curtas de 3 a 10 unidades de açúcares simples, como a glucose, a frutose ou xilose.

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Análises Físico-Químicas a alimentos

(Principais) parâmetros determinados após a amostragem:

Cinzas

Proteínas

Hidratos de Carbono (Glúcidos)

Fibras

Lipídios

Vitaminas

Água

Outros componentes individuais (ex: compostos fenólicos)

QUÍMICA DOS ALIMENTOS

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Principais grupos de alimentos:

Pão e cereais

Leguminosas e vegetais

Fruta

Bebidas fermentadas e não fermentadas

Leite e lacticíneos

Carne

Peixe

Ovos

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Contribui para:

•Pesquisa de novas metodologias analítica

• Pesquisa de novos produtos.

•Controlo de qualidade dos produtos existentes.

•Combate a falsificações

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MÉTODOS DE ANÁLISE DE ALIMENTOS

Determinar um componente específico do

alimento, ou vários componentes, como no

caso da composição centesimal do alimento.

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Análise de Alimentos

Métodos clássicos

Equipamentos simples

Material de vidro

Métodos instrumentais

Equipamentos sofisticados

Equipamentos electrónicos

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• Os métodos instrumentais são os preferidos mas há vantagens e desvantagens.

• Os métodos convencionais são utilizados quando: Não há equipamentos disponíveis; Requer-se por lei um método clássico por se tratar de um método oficial;


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ESCOLHA DO MÉTODO ANALÍTICO

Alimentos : amostra muito complexa, em que os vários componentes da matriz podem interferir entre si.

Determinado método pode ser apropriado para um tipo de alimento e não fornecer bons resultados para outro

ESCOLHA DO MÉTODO: depende do produto a ser analisado; dos requisitos legais em vigor




FATORES QUE DEVEM SER CONSIDERADOS NA ESCOLHA DO MÉTODO DE ANÁLISE

1. Quantidade Relativa do Componente Analisado Classificação dos Componentes • Principais : mais de 1% •Minoritários: 0,01%-1% • Micro: menos de 0,01% • Vestigiais: ppm e ppb (Em relação ao peso total da amostra)

Métodos Clássicos

Métodos Instrumentais

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2. Exatidão Requerida •Quanto maior a quantidade de analito na amostra maior a exactidão da análise. Porquê?

•Analitos em baixas concentrações requerem métodos analíticos mais sofisticados. Porquê?

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3. Composição Química da Amostra

• Escolha do método: depende da composição química do alimento, isto é, dos possíveis interferentes. • Determinação de um componente predominante: não oferece grandes dificuldades. • Matriz complexa: necessidade de efectuar a separação dos interferentes potenciais antes da medida final. • Extração ou separação prévia do componente a ser analisado.

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4. Recursos Disponíveis O método utilizado depende também de: • Custo • Tipo de reagente • Pessoal especializado

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Amostragem

Sistema de processamento da amostra

Reacções Químicas Mudanças Físicas

Separações

Medições

Processamento de dados

Resultados

Avaliação estatística 33 António Mendonça - UBI 2013



AMOSTRAGEM

É o conjunto de operações com as quais se obtém, do material em estudo, uma porção relativamente pequena, de tamanho apropriado, mas que ao mesmo tempo represente correctamente todo o conjunto da amostra.

Homogeneidade da amostra Amostra heterogénea: vagão de laranjas. Amostra homogénea: lote de sumo de laranja.

PROCESSO DE AMOSTRAGEM

1) Recolha da amostra bruta; 2) Preparação da amostra de laboratório; 3) Preparação da amostra para análise;

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Análise Qualitativa:

Expressos em termos relativos

Análise Quantitativa:

Concentração de componentes

Medida de uma

Quantidade de Amostra

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SISTEMA DE PROCESSAMENTO DA AMOSTRA

A preparação da amostra está relacionada com o tratamento que ela necessita antes de ser analisada. • Moagem dos sólidos; • Filtração de partículas sólidas em líquidos; • Eliminação de gases.

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REAÇÕES QUÍMICAS OU MUDANÇAS FÍSICAS

Obtenção de uma solução apropriada para a realização da análise.

Tipo de tratamento depende da natureza do material e do método analítico escolhido.

Extração com água ou solvente orgânico, ataque com ácido.

Preparação do extracto para análise:

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Eliminação de substâncias interferentes.

Isolamento físico

Transformação numa espécie inócua: por

oxidação, redução ou complexação.

como uma fase separada (extração com solventes e cromatografia).

SEPARAÇÕES

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MEDIDAS

Processo analítico

Resulta na medida de uma certa quantidade, a partir da qual se avalia a quantidade relativa (ou absoluta) do componente da amostra.

O processo analítico deve representar, com suficiente exatidão, a composição média do material em estudo.

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PROCESSAMENTO DE DADOS E AVALIAÇÃO ESTATÍSTICA

O Resultado da análise deve apresentar uma estimativa da

incerteza do resultado (desvio padrão, erro padrão ou

coeficiente de variação).

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O CONTROLO DE QUALIDADE DE ROTINA

* Consiste na verificação tanto da matéria-prima

como do produto final que sai de uma empresa, além

de controlar os diversos estágios do processamento.

* Requer a utilização de métodos instrumentais.

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ENSAIOS COMPARATIVOS FISCALIZAÇÃO

E AUDITORIAS

Procedimentos para avaliar a qualidade analítica dos resultados,

verificar o cumprimento da legislação, através da utilização de

métodos analíticos precisos e exactos e, de preferência, oficiais.

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DESENVOLVIMENTO DE NOVOS MÉTODOS

• Consiste no desenvolvimento ou adaptação de métodos

analíticos exactos, precisos, sensíveis, rápidos, eficientes,

simples e de baixo custo na determinação de um dado

componente do alimento.

Exigências: legais; dos consumidores ou contrafacções

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FACTORES A CONSIDERAR NUMA AMOSTRAGEM

1 . FINALIDADE Aceitação ou rejeição/ avaliação da qualidade média / determinação da uniformidade.

2. NATUREZA DO LOTE Tamanho/ divisão em sublotes / estado (a granel ou embalado).

3. NATUREZA DO MATERIAL EM TESTE Homogeneidade / tamanho unitário/ história prévia / custo. 4. NATUREZA DOS PROCEDIMENTOS DE TESTE Significância/ procedimentos destrutivos ou não destrutivos/ tempo e custo das análises.

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QUANTIDADES (Rigorosamente determinadas por estatística) Produto a ser analisado: granel ou embalado em caixas, latas ou outros recipientes. Embalagens únicas ou pequenos lotes: todo material deve ser tomado como amostra bruta. Lotes maiores: a amostragem deve compreender de 10% a 20% do número de embalagens contido no lote, ou de 5% a 10% do peso total do alimento a ser analisado.

Ainda sobre a amostragem…

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Fórmula Geral para a recolha da amostra

N = número de unidades (ex: sacos, caixas, latas) colectadas como amostra bruta. n = população (número de sacos, caixas, latas, etc.); c = factor ligado ao grau de precisão e homogeneidade da amostra (c < 1 para população homogénea, e c> 1 para população heterogénea).

N = c n

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REDUÇÃO DA AMOSTRA BRUTA – AMOSTRA DE LABORATÓRIO

A amostra bruta é frequentemente grande demais para ser

convenientemente trabalhada em laboratório e, portanto, deve ser

reduzida. A redução vai depender do tipo de produto a ser analisado

e da análise.



• Alimentos secos (em pó ou granulares): a redução pode ser feita manualmente ou por meio de equipamentos. • 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 misturando as porções no final. • Alimentos semi-sólidos (queijos duros e chocolate): as amostras devem ser raladas.



Alimentos húmidos (carnes, peixes e vegetais): a amostra deve ser picada ou moída e misturada. A conservação deve ser realizada sob refrigeração.

Alimentos semi-viscosos e pastosos (ex: pudins, molhos) e alimentos líquidos contendo sólidos (compotas de frutas, vegetais em salmoura e produtos enlatados em geral): as amostras devem ser picadas em liquidificador, misturadas e as alíquotas retiradas para análise.




Alimentos emulsionados (manteiga e margarina): as amostras devem aquecidas a 35 C num frasco com tampa, que depois é agitado para homogeneização. Frutas: as frutas grandes devem ser cortadas ao meio no sentido longitudinal e transversal, de modo a reparti-las 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.

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TIPOS DE PREPARAÇÃO DE AMOSTRA Extração ou tratamento químico. Desintegração mecânica: a moagem de alimentos secos é feita utilisando moínhos. Para amostras húmidas, a desintegração pode ser feita em liquidificadores.

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Desintegração enzimática. É utilizada em amostras vegetais (ex: celulases para solubilizarpolissacáridos). As Proteases são utilisadas para solubilizar proteínas. Desintegração química. Vários agentes químicos podem ser usados na dispersão ou solubilização dos componentes dos alimentos.

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PRESERVAÇÃO DA AMOSTRA • Inativação enzimática. Serve para preservar o estado original dos componentes de um material vivo. • Diminuição das alterações nos lípidos. Os métodos tradicionais de preparação de amostras podem afectar a composição dos extractos lipídicos. Por isso deve refrigerar-se a amostra rapidamente antes da extracção e congelá-la se for para armazenar. Controlo do ataque oxidativo: preservação a baixa

temperatura (N líquido) para a maioria dos alimentos.

Controlo do ataque microbiológico

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• Os consumidores preocupam-se com:

variedade, qualidade, valor nutricional, segurança, relação dieta – saúde.

Novos produtos ex: produtos com níveis diferenciados de gordura

A indústria preocupa-se também com a concorrência. Para garantir a qualidade do produto final, são aplicados métodos analíticos através de toda a cadeia alimentar, desde os ingredientes até ao alimento na mesa do consumidor.

Muitas vezes a responsabilidade do controlo do cumprimento de especificações de ingredientes é dos fornecedores quando a empresa delega (por confiar) essa tarefa.

Os conceitos tradicionais de controlo da qualidade e garantia da qualidade fazem parte do sistema de gestão da qualidade.


A informação analítica tem de ser: obtida avaliada integrada com outra informação relevante sobre o sistema

alimentar, para responder a problemas relacionados com a qualidade

A tomada de decisões apropriadas depende do conhecimento dos métodos analíticos e equipamento utilizado para obter os dados relacionados com as características de qualidade. Os resultados analíticos devem ser avaliados criticamente de modo a decidir se o produto deve ser reformulado, ou que partes do processo produtivo devem ser modificados.


Regulamentos governamentais e padrões internacionais

Regulamentos de etiquetagem nutricional

Boas práticas de fabrico (Good Manufacturing Practice, GMP)

Análise de perigos e controlo de pontos críticos (Hazard analysis critical

control point, HACCP)


• Codex Alimentarius

Pretende proteger a saúde do consumidor, garantir práticas justas no comércio alimentar, assim como facilitar o comércio internacional de alimentos.


Exemplos de acidentes com alimentos e suas consequências

Vidros e lâminas de barbear em alimentos para bébé diminuíram as vendas em cerca de 100 milhões (£)

Contaminação cruzada de Salmonella a partir de leite crú (76

doentes, uma morte) Chocolate contaminado (245 doentes; custo £500 000) Benzeno em água mineral engarrafada (160 milhões de garrafas

destruídas (custo US$ 79 milhões) Òleo de colza contaminado em azeite (total de 1100 mortos e

20000 a 25000 afectados ao longo de 16 anos, 1981-1997)


• Organizações que produzem normas

• FDA – Food and Drug Administration

• FCC – Food Chemicals Codex (USA)

• Comissão Europeia

• Comité Conjunto de Peritos FAO/WHO em Aditivos Alimentares (JECFA) – Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives

• USDA – United States Department of Agriculture

• A comissão do Codex alimentar é encorajada a utilizar as normas estabelecidas pela JECFA sobre a pureza dos aditivos alimentares.

• As normas estabelecidas pela FCC e JECFA são consideradas referências por muitos países que não têm normas próprias.

• ISO - International Standard Organization


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