A água é um líquido inorgânico que está presente naturalmente no nosso planeta, com propriedades muito importantes que merecem uma atenção especial. Uma molécula de água é formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, sendo que o átomo de oxigênio está no centro de um tetraedro regular. Além disso, a água possui comportamentos anômalos, como a expansão que decorre da solidificação da água. Até mesmo o fato do estado líquido ser mais denso que o sólido, sua máxima densidade é encontrada a 4°C, ocorrendo um aumento entre 0°C e 4°C. Outra característica importante é o seu alto calor especifico (1 kcal/kg°C) comparado com outras substancias. Também será apresentado o diagrama de fase da água onde encontra-se o ponto triplo em que os três estados físicos coexistem : sólido, líquido e vapor (Felix Franks, 1983).
1. Propriedades da água em cada estado físico
Como apresentado anteriormente, a água ocorre naturalmente em três estados físicos. Abaixo, discutem-se esses estados, além de sua importância e utilização na indústria alimentícia.
1.1 Vapor
Vapor é o estado gasoso da água. Nesse estado, as forças intermoleculares de atração entre as moléculas de água não são tão fortes como aquelas no estado líquido. Sendo que, as moléculas que constituem o vapor possuem movimentos vibracionais, rotacionais e translacionais.
Esse estado de vapor surge com a evaporação da água líquida, ou por sublimação da água no estado sólido, e também do estado crítico. Para essa mudança de estado é importante conhecer o conceito de calor latente que é a energia que uma substancia deve ceder ou fornecer para mudar de estado. Em outras palavras, a água pode receber energia (calor) suficiente para se tornar vapor que nada mais é : ÁGUA + ENERGIA = VAPOR. Quando o vapor esfria, libera essa energia e ele retorna a ser água (VAPOR – ENERGIA = ÁGUA).
O vapor é amplamente utilizado na indústria como fonte de aquecimento de alimentos e equipamentos como por exemplo tanques, pasteurizadores, esterilizadores, evaporadores, entre outros.
1.2 Líquido
O estado líquido da água é caracterizado por uma difusão randômica de moléculas e pela ausência de uma ordem periódica. Ademais, tem-se nesse estado diversas propriedades que tornam a água um líquido tão especial para a utilização nas indústrias, a principal sendo explicada no próximo parágrafo.
Uma característica de grande importância da água é a sua polaridade, sendo uma molécula polar, com o oxigênio no polo negativo e o hidrogênio no polo positivo. Essa polaridade, permite que a água estabeleça ligações de hidrogênio que é uma habilidade responsável pelas propriedades da água como solvente, ou seja, a capacidade da água dissolver diversas moléculas.
Devido a essa polaridade e suas propriedades como solvente, um exemplo de utilização da água no estado líquido nas indústrias, está na dissolução de fórmulas de alimentos.
Outra propriedade é seu alto calor específico que significa a quantidade de energia necessária para alterar a temperatura de 1 kg da substância em 1°C (calor especifico da água = 1 kcal/kg°C). Na indústria de alimentos essa propriedade tem uma grande aplicação nos processos de pasteurização, onde se mantem a água em uma temperatura por um certo tempo. Como é necessário aplicar um calor grande para subir a temperatura da água, sua temperatura é mantida constante com baixa aplicação de calor.
1.3 Sólido
O estado sólido da água geralmente é obtido através da diminuição da temperatura do seu estado líquido. Desta forma, suas moléculas estão bem próximas formando uma estrutura cristalina.
Com o avanço de técnicas da indústria, atualmente tem-se utilizado muito a crioconcentração, que se trata de um método de remoção de água por congelamento. É uma técnica que apresenta a vantagem de manter a qualidade nutricional e os compostos voláteis do produto e pode ser aplicada sucos de frutas, por exemplo.
Entretanto, apesar da grande importância que o estado sólido da água possui, o mesmo pode ser responsável por diminuir a qualidade de outros produtos, como o sorvete. No caso do sorvete, a temperatura de armazenamento deve ser muito bem controlada, do contrário, as oscilações de temperatura desencadeiam a formações de cristais indesejáveis, diminuindo a qualidade e afetando a experiência sensorial do consumidor.
2. Diagrama de fases da água
Como explicado, a água pode estar presente nos estados vapor, sólido e líquido, sendo funções da temperatura e pressão em que a mesma se encontra.
Por isso, o gráfico que representa as fases da água em função da temperatura e pressão de vapor recebe o nome de diagrama de fases (estado), abaixo serão explicados alguns termos importantes desse diagrama.
- Ponto triplo: É onde as três diferentes fases da água (sólido, líquido e vapor) coexistem em equilíbrio. Ocorrendo uma única combinação de pressão e temperatura (273,15 K e 611 Pa).
- Ponto crítico: Delimita o estado físico de vapor, onde, a partir daquele ponto não é possível distinguir os estados líquidos e vapor.
- Curva de fusão (1), vaporização (2) e sublimação (3) : Regiões (linhas) em que os estados estão em equilíbrio.
Por exemplo, em 80°C e pressão atmosférica (1 atm), a água está naturalmente no estado líquido, pois sua pressão de vapor é menor que a pressão atmosférica, quando a temperatura é aumentada atingi a curva de saturação (equilíbrio entre liquido e vapor) em 100°C onde ocorre a ebulição , aquecendo-se o vapor a 120°C sua pressão de vapor supera a pressão atmosférica, tornando-se vapor superaquecido.
3. Água nos alimentos: Atividade de água vs. Umidade
Depois de explicado sobre as propriedades da água em cada estado, temos que entender sobre a atividade de água nos alimentos e como esse conceito é diferente de umidade.
Enquanto umidade se refere a um parâmetro extrínseco, definindo a quantidade de água nos alimentos, a atividade de água (Aw) é uma característica intrínseca do alimento que diz respeito a água disponível para o desenvolvimento dos microrganismos.
Porém, ambas as definições são importantes, pois existe uma relação importante entre a Aw e a umidade que se denomina isoterma de sorção de umidade. As isotermas são curvas que relacionam a umidade de um alimento com sua atividade de água. A compreensão das mesmas, permite que condições de embalagem e armazenamento sejam especificadas corretamente, além de auxiliar na predição da vida de prateleira do produto, bem como possíveis mudanças físico-químicas que podem vir a ocorrer no processamento.
4. Conclusão
Com esse artigo observa-se a importância do conhecimento da água e suas propriedades para a indústria de alimentos. Além disso, é fundamental lembrar da potabilidade da água para sua utilização na indústria, obtendo produtos finais seguros, bem como higiênicos para o consumidor final.
Ademais, o conhecimento de termos técnicos, como a diferença de umidade e atividade de água, isotermas de sorção e até mesmo o diagrama de fases da água devem ser de conhecimento na indústria alimentícia para que o produto final tenha máxima qualidade. Sem o risco de crescimento de microrganismos, e até mesmo para a desenvolvimento do melhor tipo de embalagem para determinado produto.
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5. Referências
(1) DOS SANTOS, C. D. et al. DETERMINAÇÃO DE ISOTERMAS DE SORÇÃO DE UMIDADE PARA GRÃOS DE SOJA. Blucher Chemical Engineering Proceedings, v. 1, n. 2, p. 4736-4743, 2015.
(2) FRANKS, Felix. Solute—Water interactions: Do polyhydroxy compounds alter the properties of water?. Cryobiology, v. 20, n. 3, p. 335-345, 1983.
Autores:
Giovanna Gualtieri Garcia – https://www.linkedin.com/in/giovanna-gualtieri-2335401aa
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