Atividade da Água

O
H
H
ATIVIDADE
DA ÁGUA
O
H
H
O
H
H
O
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H
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H
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H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
H

A MOLÉCULA DE ÁGUA

A MOLÉCULA POLAR DE ÁGUA
δ +
H
δ −
O
O
H
δ +
H H
χ o = 3,5
χ H = 2,1
⎫ O conjunto formado pelo reduzido volume, alto
momento dipolar e elevada constante dielétrica é o
principal responsável pelas propriedades especiais da
molécula de água como solvente.

PROPRIDADES FÍSICAS DA ÁGUA
PROPRIEDADE
Peso molecular
Densidade
Viscosidade
Ponto de ebulição o C
Ponto de fusão o C
Calor latente de vaporização (cal/mol)
Calor latente de liquefação (cal/mol)
Constante dielétrica
Momento dipolar
H 2 O
18
1,000
1,002
100
0
9.750
80
80,4 (20 o C)
1,84

PROPRIDADES FÍSICAS DA ÁGUA
⎫ O pequeno volume da molécula de água permite
a penetração nas estruturas cristalinas e entre as
moléculas de grandes dimensões como
hidrocalóides, solvatando os íons ou as moléculas.
⎫ As características elétricas e momento dipolar
da água permitem a sua participação em ligações
covalentes, dipolo-dipolo e íon-dipolo e sua alta
constante dielétrica é fator importante na
solvatação e separação de íons.

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
⎫ Solvatação e separação de íons.

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO
⎫ As ligações de hidrogênio ou pontes de hidrogênio
são um caso particular das ligações de Van der Waals.
⎫ São ligações eletrostáticas dipolo-dipolo com um
nível energético baixo (entre 1-10 Kcal/mol), quando
comparadas com ligações covalentes, como a ligação
O-H na água com 118 Kcal/mol.

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
ÁGUA LÍQUIDA
⎫ Cada molécula de água
pode se ligar a outras 4
moléculas, formando um
agregado ao qual
moléculas de água
poderão se unir.
⎫ Os agregados
estão em permanente
formação e ruptura e
em permanente
movimento.

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
ÁGUA NO ESTADO DE VAPOR
⎫ Aquecendo a água estaremos aumentando a energia
das moléculas, o que permitirá que elas possam se afastar
mais e aumentar a velocidade de ruptura e formação das
pontes de hidrogênio.
⎫ Quando a quantidade de energia cedida à água for suficiente,
as moléculas na superfície poderão passar em grande número
para a fase de vapor (temperatura de ebulição).

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
ÁGUA NO ESTADO SÓLIDO
⎫ Resfriamento da massa de água: diminui gradativamente
energia do sistema e assim também os movimentos moleculares.
⎫ Estado cristalino: todas as moléculas ocupam posições
fixas, formando o retículo cristalino com as distâncias entre
as moléculas, sendo maior do que no estado líquido.

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
ÁGUA NO ESTADO SÓLIDO

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
- E
Água vapor Água líquida Água sólida
+ E
Moléculas afastadas,
raras ligações de H;
conteúdo de energia
alto, praticamente
todas as moléculas
estão livres.
Formação de
agregados com
moléculas livres entre
os mesmos, grande
número de ligações
de H, conteúdo de
energia mais baixo.
- E
+ E
Moléculas fixas no
retículo cristalino em
distâncias superiores
a 1,2 Å; todas as
ligações de H
possíveis estão
formadas.
Conteúdo de energia
baixo. Nenhuma
molécula livre.

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
⎫ Em presença de
íons ou de moléculas
com grupos
hidrofílicos, há
formação de
diversos tipos de
ligações entre as
moléculas de soluto
e da água.
INTERAÇÃO ÁGUA-SOLUTO

PROPRIDADES DA MOLÉCULA DA ÁGUA
INTERAÇÃO ÁGUA-SOLUTO
⎫ Quando o soluto possui grupos hidrofóbicos, há um acréscimo
da entropia da água causado pelo aumento do número de
agregados e ou de moléculas de água e os grupos hidrofóbicos.
CLATRATOS
⎫ São formados por moléculas de água unidas por pontes
de hidrogênio em estruturas capazes de aprisionar as
moléculas com grupos hidrofóbicos.
⎫ São a base para métodos de separação e purificação de
compostos orgânicos sob condições de operação não-destrutiva.

ÁGUA NOS ALIMENTOS
⎫ O conteúdo de água é obtido pela
determinação da água total contida no alimento.
Entretanto, esse valor não nos fornece indicações
de como está distribuída a água nesse alimento,
como também não permite saber se toda a água
esta ligada do mesmo modo ao alimento.

CARNE
PEIXE
LEITE
OVO
ÁGUA NOS ALIMENTOS
ALIMENTOS
FRUTAS: Laranja
Melancia
Banana
Morango
Abacate
VEGETAIS: Brócolis
Cenoura
Alface
Repolho
Batata
% H 2 O
90
95
75
90
70
85
85
95
90
80
50-75
70-80
85-90
70-75

ÁGUA NOS ALIMENTOS
ÁGUA LIVRE
A água fracamente ligada ao substrato, e que
funciona como solvente, permitindo o crescimento
dos microorganismos e reações químicas e que é
eliminada com relativa facilidade.
ÁGUA COMBINADA
A água está fortemente ligada ao substrato, mais
difícil de ser eliminada e que não é utilizada como
solvente e não permite o desenvolvimento de
microorganismos e retarda as reações químicas.

ATIVIDADE DA ÁGUA
CONTEÚDO DE ÁGUA DE UM ALIMENTO
X
VIDA ÚTIL

ATIVIDADE DA ÁGUA
a w
Indica a intensidade das forças que unem a
água com outros componentes não-aquosos
e, conseqüentemente, a água disponível para
o crescimento de microorganismos e para
que se possam realizar diferentes reações
químicas e bioquímicas.

ATIVIDADE DA ÁGUA
PROCESSOS DE CONCENTRAÇÃO E
DESIDRATAÇÃO
Reduzir o conteúdo de água de um alimento,
aumentando simultaneamente a concentração de
solutos e reduzindo sua alterabilidade ou perecibilidade.

ATIVIDADE DA ÁGUA
DIFERENTES TIPOS DE ALIMENTOS COM
O MESMO CONTEÚDO DE ÁGUA
⎫ Diferem significativamente em sua estabilidade ou vida útil.
⎫ O conteúdo de água por si mesmo não é um
indicador real da estabilidade.

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ Diferenças na intensidade com que a água se associa
com os constituintes não aquosos.
⎫ A água envolvida em associações mais fortes é
menos suscetível ou propensa para as atividades de
degradação (crescimento de microorganismos e
reações químicas de hidrólise).

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ O termo atividade da água (a w ) foi implantado para se
ter o valor da intensidade com que a água se associa a
diferentes componentes não aquosos.
⎫ Quando se adiciona um soluto à água pura, as moléculas de
água orientam-se na superfície do soluto e inter-relacionam-se
com ele. Como conseqüência, diminui o ponto de
congelamento, aumenta o ponto de ebulição e reduz a pressão
de vapor, segundo a lei de Raoult, que diz: “a diminuição
relativa da pressão de vapor de um líquido ao dissolver-se em
um soluto é igual “a fração molar do solvente”.

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ A expressão matemática da lei de Raoult é:
P
P o
=
n 2
n 1 + n 2
P = pressão de vapor da solução
P o = pressão de vapor da água pura
N 1 = mols de soluto
N 2 = mols de solvente

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ A atividade da água define-se como a relação
existente entre a pressão de vapor de uma solução ou
de um alimento (P) com relação à pressão de vapor da
água pura (Po) à mesma temperatura.
a w = P / Po

ATIVIDADE DA ÁGUA
a w = P / Po
⎫ Condição: ausência de solutos (água pura).
⎫ A relação entre as pressões é a unidade.
⎫ Conseqüentemente, a w , de todos os alimentos é
sempre inferior a um.
⎫ Os constituintes químicos presentes imobilizam
parcialmente a água, diminuindo a sua capacidade de
evaporação e sua reatividade química.

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ Atividade mínima para o crescimento da Staphylococcus
aureus dependendo do soluto usado para produzir a
pressão relativa de vapor.

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ a w é a relação entre a fugacidade do solvente na solução
(f) e a fugacidade do solvente puro (fo).
⎫ FUGACIDADE: tendência que um solvente apresenta
de escapar de uma solução.
⎫ A diferença entre a fugacidade e a pressão de vapor é tão
pequena (inferior a 1%) que normalmente se fala de pressões.
a w =
f
f o
• P
Po

ATIVIDADE DA ÁGUA
⎫ A a w de um alimento e a umidade relativa do ambiente
no qual se encontra tendem sempre a equilibrar-se, e,
por isso, é comum expressar-se como umidade relativa
de equilíbrio (%) (URE).
a w = URE
100

ATIVIDADE DA ÁGUA E
CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS
⎫ Valor máximo da atividade da água: 1,0 (água pura).
⎫ Valores de atividade acima de 0,9: pode haver a formação de
soluções diluídas com componentes do alimento que servirão de
substrato para os microorganismos poderem crescer.
Reações químicas e enzimáticas podem ter sua velocidade
diminuída pela baixa concentração dos reagentes.

ATIVIDADE DA ÁGUA E
CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS
⎫ Atividade da água entre 0,40-0,80: há a possibilidade
de reações químicas e enzimáticas rápidas pelo
aumento da concentração dos reagentes.
⎫ Atividade da água • 0,6: pequeno ou nenhum crescimento de
microorganismos.
⎫ Atividade da água menor que 0,3: atinge a zona de absorção
primária, onde as moléculas de água poderão estar ligadas a
pontos de absorção primários (-COOH) e por sua vez se ligar a
outras moléculas de água por pontes de hidrogênio.

ATIVIDADE DA ÁGUA E
CONSERVAÇÃO DOS ALIMENTOS

MOBILIDADE MOLECULAR
⎫ Secagem ou congelamento de um
alimento, visando sua preservação.
⎫ Diminuição da água que pode servir de
solvente ou de reagente nesse alimento.
⎫ Nos dois casos, entretanto, sobrará água líquida suficiente
para criar zonas em que se formarão soluções altamente
concentradas e com elevada viscosidade.

MOBILIDADE MOLECULAR
Aumento de transformações químicas.
Aumento da concentração de vários componentes do
alimento, especialmente de baixo peso molecular.
Rancificação oxidativa das gorduras.

MOBILIDADE MOLECULAR

MOBILIDADE MOLECULAR
⎫ Limitação do movimento das moléculas (Mn),
pela alta viscosidade das soluções causada pela
formação de soluções supersaturadas.
⎫ Dificuldade de alinhamento das moléculas que iriam formar
cristais e participar do crescimento dos mesmos.

MOBILIDADE MOLECULAR
⎫ T g : intervalo de temperatura de transição entre a
solução supersaturada e o estado vítreo.
⎫ T g ’: temperatura abaixo da qual não mais aumenta a
concentração da solução supersaturada, só ocorrendo
um maior resfriamento do produto.
⎫ Um alimento conservado na temperatura T g ’ estaria
na temperatura de máxima estabilidade física,
química, microbiológica e, conseqüentemente, das
propriedades organolépticas.

ATIVIDADE DA ÁGUA X TEMPERATURA
⎫ A medida que aumenta a temperatura o mesmo
ocorre com a w , porque cresce a pressão de vapor.
Maior influência da
temperatura na a w

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA
⎫ As isotermas de sorção de água são gráficos que
relacionam a quantidade de água de um alimento com
sua atividade de água, o que é o mesmo, em função
da umidade relativa da atmosfera que circunda o
alimento, uma vez alcançado o equilíbrio e a uma
temperatura constante.

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA
⎫ A maioria das isotermas de sorção de água dos alimentos
apresenta forma sigmóide, com pequenas variações conforme
a estrutura física, a composição química, a temperatura e a
capacidade de retenção de água do alimento.
⎫ Há alimentos que apresentam uma zona mais plana ma
primeira parte da curva: essas curvas, em forma de J, são
típicas de alimentos com grande quantidade de açúcar e
solutos e que apresentam pouca adsorção por capilaridade,
como as frutas e os doces de frutas.

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA
É a água mais
fortemente
ligada e
menos móvel.
É a água correspondente às
camadas de hidratação dos
constituintes solúveis (proteínas,
sais, açúcares)
Pontes de hidrogênio e
interações dipolo-dipolo ou
retida fisicamente.
Maior parte
da água
dos tecidos
frescos.

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA
⎫ Para o mesmo conteúdo em água, a a w aumenta à
medida que a temperatura se eleva.

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA
⎫ Quando se coloca o alimento em ambiente com
umidade relativa (UR) superior à umidade relativa de
seu equilíbrio (URE), ele fixa o vapor de água,
tendendo a alcançar o equilíbrio, isto é, absorve água.
⎫ Ao contrário, se o alimento é colocado em um ambiente
cuja UR é inferior URE correspondente ao conteúdo de
água do produto, este cede água mediante o processo
chamado dessorção.

ISOTERMAS DE SORÇÃO DE ÁGUA
Histerese das isotermas de sorção de água: a isoterma de
adsorção para um determinado produto não é equivalente à
isoterma de dessorção.
⎫ Os alimentos
com uma a w
determinada, a
uma temperatura
constante, sempre
apresentam maior
conteúdo de água
durante a
dessorção do que
na adsorção.