Qual a influência da umidade relativa do ar na atividade de água dos alimentos?

A água é um componente essencial para o processo vital, bem como para a deterioração química, enzimática e microbiológica dos grãos. Quanto maior a disponibilidade de água nos alimentos, mais susceptível à deterioração, razão pela qual a maioria dos processos de preservação é baseada na remoção de água.

A quantidade de água presente nos alimentos pode ser expressa, basicamente, de duas formas. Uma delas é o teor de água, valor facilmente medido que indica a quantidade de água contida na amostra. A outra forma é através da atividade de água, conceito mais apurado e com mais significado físico, por indicar a quantidade disponível para reações de degradação do alimento.

1)Teor de água

Nos materiais higroscópicos, tais como grãos e sementes, a água existe sob duas formas: água livre e água ligada, sendo a soma das duas parcelas conhecida por teor de água do produto.

Água livre: está disponível para o crescimento de microrganismos e para reações físicas e enzimáticas que afetam diretamente a qualidade dos alimentos.

Água ligada: apresenta mobilidade restringida devido ao contato com solutos e outros constituintes não aquosos do produto.

Devido à relevância do teor de água dos grãos, é de fundamental importância a sua determinação através de métodos específicos. Em geral, existem dois diferentes métodos para avaliação do teor de água, conhecidos por métodos diretos e indiretos. Como exemplo dos métodos diretos pode-se citar: método oficial da estufa e método de destilação. Os métodos indiretos são aqueles que envolvem equipamentos de bancada, cujo princípio de funcionamento é a capacitância elétrica.

O teor de água pode ser expresso em Ubs para base seca e Ubu para base úmida, conforme as equações a seguir:

Em que: Ubs – teor de umidade em base seca (%); Ubu – teor de umidade em base úmida (%); mt – massa total da amostra (g); ma – massa de água da amostra (g); ms – massa seca da amostra (g).

Geralmente, a porcentagem em base úmida é usada em designações comerciais, no estabelecimento de preços e no dia-a-dia das unidades armazenadoras. Já o teor de água em base seca é comumente empregado em trabalhos de pesquisa científica e cálculos específicos.

Portanto, compreender o teor de água das matérias-primas e sua obtenção é um procedimento importante para garantir a qualidade nas fases de conservação, armazenamento e comercialização dos produtos agrícolas.

É muito comum encontrar o termo “teor de umidade” fazendo referência à “teor de água” dos alimentos. A palavra “teor” deve se referir à alguma substância, como por exemplo: água, proteína, carboidrato, etc. Umidade não é classificada como substância; portanto a designação “teor de água” se torna mais adequada.

2)Atividade de água (aw)

O teor de água de um produto agrícola não é indicativo real de sua estabilidade, pois a água livre contida no produto pode estar associada em diferentes graus de intensidade. As moléculas de água fortemente ligadas aos solutos do produto são menos suscetíveis ou propensas a participar das reações de deterioração do que as moléculas de água fracamente ligadas.

Por esse motivo, a terminologia de atividade de água (aw) passou a ser empregada para o melhor entendimento da estabilidade dos alimentos, pois provê uma avaliação real da quantidade de água disponível, correlacionando-se com as velocidades de crescimento microbiano e de outras reações de enzimáticas e de deterioração, conforme pode ser visualizado na Figura 1.

Figura 1. Atividade de água e reações de deterioração.

Conforme pode ser visualizado na Figura 1, as bactérias desenvolvem-se em produtos cuja aw é superior a 0,85; enquanto para os fungos e leveduras os valores variam entre 0,65 a 0,70. Além de influenciar o crescimento microbiano, a aw também determina a estabilidade dos alimentos, sendo um parâmetro importante para reações de oxidação, hidrolíticas e enzimáticas (Figura 1); influenciando desta forma, a estabilidade nutricional, a coloração, o odor, o sabor e a textura do produto.

A atividade de água (aw) pode ser definida como a relação entre a pressão parcial da água contida no alimento (P) e a pressão de vapor da água pura à mesma temperatura (P0) (Equação 3).

Em que: aw – atividade de água (decimal); P – pressão parcial da água contida no alimento (kPa); P0 – pressão de vapor da água pura a mesma temperatura (kPa).

No equilíbrio termodinâmico, existe uma relação entre a atividade de água (aw)de um alimento e a umidade relativa de equilíbrio (URe) do ar (expressa em porcentagem) no ambiente em que esse se encontra e, portanto, é sempre 100 vezes maior que o valor de atividade de água. A relação entre atividade de água e teor de águapermite prever quais alimentos irão ganhar ou perder água, quando forem expostos a uma atmosfera com determinada umidade (Equação 4), conceito relacionado ao teor de água de equilíbrio.

3)Teor de água de equilíbrio

O teor de água de equilíbrio, também denominado equilíbrio higroscópico, é o teor de água no qual a pressão de vapor da água no produto é igual à do ar que o envolve. Em outras palavras, o produto está em equilíbrio com o ar quando não ocorre transferência de água (na forma de vapor) do produto para o ambiente, e do ambiente para o produto.

Os grãos, devido sua natureza higroscópica, podem ganhar ou perder água sob determinada condição de temperatura e umidade relativa, relacionando-se diretamente com os processos de secagem e armazenagem de produtos agrícolas.

A relação entre o teor de água de equilíbrio do grão e a umidade relativa do ar (ou atividade de água), obtidas a temperatura constante, pode ser expressa por meio de modelos matemáticos. Tais modelos são instrumentos úteis usados em sistemas de gerenciamento de armazenagem para estimar o teor de água de equilíbrio dos produtos, bem como a atividade de água contida no meio intergranular; auxiliando os agricultores e indústrias na tomada de decisão e estratégias de manejo pós-colheita.

Em um dos capítulos da minha tese de doutorado intitulada “Modelagem matemática dos fenômenos de higroscopia e respiração de grãos de soja em diferentes condições de armazenamento” (Zeymer, 2021), o modelo matemático que melhor se ajustou aos dados observados de equilíbrio higroscópico dos grãos de soja foi Halsey Modificado. A partir da escolha deste modelo, foi possível construir tabelas para avaliar a relação entre o teor de água de equilíbrio, a temperatura e umidade relativa do ar (ou atividade de água).

Na Tabela 1 é possível observar os valores de atividade de água geradas pelo modelo Halsey Modificado e pelos seus coeficientes (Equação 5), em função da temperatura e do teor de água de equilíbrio dos grãos de soja.

Em que: Ue – teor de água de equilíbrio (% b.s); aw - atividade de água (decimal) e T – temperatura (°C).

Tabela 1. Valores de atividade de água (decimal) estimados pelo modelo Halsey Modificado, em função da temperatura e do teor de água de equilíbrio dos grãos de soja.

Com o intuito de preservar as características qualitativas e quantitativas dos grãos durante o armazenamento, e limitar o desenvolvimento de indesejáveis reações químicas e crescimento de microrganismos, a atividade de água dos produtos agrícolas deve estar abaixo de 0,70 durante a armazenagem, conforme pode ser visto na Figura 1.

É possível observar pela Tabela 1, conforme destacado em vermelho, que grãos de soja armazenados com 14% de teor de água em temperaturas acima de 32 °C apresentam atividade de água acima de 0,70; que se traduz em risco de crescimento de fungos na massa de grãos. Fungos são responsáveis por grande parte da atividade respiratória observada no ecossistema de armazenagem, e, consequentemente, pela perda de massa dos grãos, conhecido também por “quebra técnica”. Além disso, tais microrganismos são potenciais desenvolvedores de micotoxinas, substâncias altamente tóxicas aos seres humanos e animais. Desta forma, através de dados científicos, compreende-se que a redução do teor de água dos grãos de soja em 13% é essencial para o correjo manejo durante a armazenagem dos grãos.

De acordo com a Instrução Normativa 11/2007 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (BRASIL, 2007), para fins de comercialização dos grãos de soja, recomenda-se o percentual de 14% de teor de água, valor este mantido pelas unidades armazenadoras e indústrias durante o armazenamento. Entretanto, graças a um possível acordo estabelecido entre Brasil e China (maior comprador da soja brasileira), o novo padrão do teor de água da soja poderá ser alterado para 13%. Tal mudança de cenário contribuirá de maneira significativa para a manutenção da qualidade dos grãos de soja armazenados por longos períodos.

O termo qualidade deve ser premissa básica ao tratarmos sobre grãos, alimento este presente na mesa do consumidor diariamente, e responsável pela alimentação de milhares de animais destinados à alimentação humana. Priorizar a qualidade dos grãos é sinônimo de segurança alimentar!

Juliana Soares Zeymer

Engenheira Agrônoma, Doutora em Engenharia Agrícola, Pesquisadora da Procer Automação e Sistemas