Ciclo De Weende

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TRABALHO PRÁTICO – ESQUEMA DE WEENDE ESQUEMA DE WEENDE Introdução: As linhas químico-analíticas seguidas no estudo da composição química dos produtos alimentares derivam das investigações realizadas por Henneberg e Stohnann na Estação de Weende de 1857 a 1865 e continuadas por Kuhn e Kellner, tendo sido a respectiva técnica analítica sumariada por Woll em 1875/1876. Esta técnica ficou conhecida para a posteridade como Esquema de Weende. ALIMENTO Humidade Matéria Seca Matéria Orgânica Proteína Gordura Cinza Fibra bruta Extractivos Não Azotados (ENA) A partir dos valores obtidos dos diversos constituintes do alimento torna-se possível calcular de forma aproximada o valor energético de um alimento e obter algumas indicações acerca do seu valor alimentar. Neste trabalho vão ser efectuadas as seguintes determinações experimentais: humidade, cinza, gordura bruta, proteína bruta e fibra bruta. No final será também calculado o teor em 3 Extractivos Não Azotados (predominantemente glúcidos), o valor calórico do alimento bem como as necessidades calóricas e proteicas dos indivíduos. 1.1 - HUMIDADE Para efeitos deste esquema entende-se por humidade a perda de peso sofrida pela amostra quando seca a 100-105 ºC até peso constante. A determinação é feita recorrendo a uma estufa eléctrica, se possível com circulação forçada. Trata-se de uma técnica susceptível de numerosas críticas. Basta considerar o facto de por este método serem englobadas na humidade as substâncias voláteis eventualmente existentes, conduzindo por isso a erros por excesso. Por outro lado, nalguns alimentos parte da água encontra-se dificilmente acessível, podendo não ser completamente eliminada pela dessecação efectuada, conduzindo então a erros por defeito. Material: • Pesa filtros • Excicador • Estufa de secagem (100-105 ºC) • Balança analítica (0,0001 g) • Almofariz Modo operatório: O método usualmente adoptado compreende os seguintes passos: a) Se necessário, macerar no almofariz uma pequena quantidade da amostra, até esta se encontrar bem triturada e homogénea. b) Pesar o pesa-filtros vazio, tomando nota do seu número (nota: o pesa-filtros deve ter sido previamente mantido a 100-105 ºC durante pelo menos 30 minutos e arrefecido em excicador antes da pesagem). c) Pesar rigorosamente cerca de 2 g de amostra (com uma precisão de 0,0001 g) utilizando o pesa-filtros já tarado. d) Secar a 100-105 ºC na estufa durante 4 horas. e) Arrefecer o pesa-filtros no excicador. f) Depois de arrefecido pesar rigorosamente o pesa-filtros com a amostra seca (assegurese que está a utilizar o pesa-filtros correcto correspondente ao número referido em a). 4 NOTA: Este procedimento é simplificado para poder ser realizado durante as aulas práticas. Um procedimento mais completo envolve os seguintes passos adicionais: f) Repetir os passos c), d) e e), efectuando a secagem na estufa durante 2 horas apenas. g) Se o novo peso obtido for igual ou superior ao peso obtido em e) a determinação considera-se terminada; senão volta-se ao passo f). Resultados: Determinar a percentagem de humidade do alimento (g de água por 100 g de alimento) com base no peso inicial da amostra húmida e no seu peso final seco. 1.2 - CINZA Entende-se por cinza o resíduo calcinado obtido submetendo a amostra a uma temperatura de 550 ºC numa mufla. A temperatura escolhida afecta obviamente os valores obtidos uma vez que se for demasiado baixa dificulta a calcinação da amostra e se for muito alta provocará decomposição e perda de alguns elementos minerais. Material: • Cápsulas de sílica ou porcelana • Excicador • Mufla • Balança analítica (0,0001 g) • Almofariz Modo operatório: O método usualmente adoptado compreende os seguintes passos: a) Se necessário, macerar no almofariz uma pequena quantidade da amostra, até esta se encontrar bem triturada e homogenea. b) Pesar a cápsula vazia, tomando nota do seu número (nota: a cápsula deve ter sido previamente colocada na mufla a 550 ºC e arrefecida em excicador antes da pesagem). c) Pesar rigorosamente cerca de 2 g de amostra (com uma precisão de 0,0001 g) utilizando a cápsula já tarada. d) Calcinar na mufla a 550 ºC até se obter um resíduo branco (durante cerca de 4 horas). NOTA: No caso da amostra permanecer escura trata-se o resíduo com HNO3 concentrado calcinando de novo. 5 e) Arrefecer em excicador. f) Depois de arrefecido pesar rigorosamente a cápsula contendo a cinza (assegure-se que está a utilizar a cápsula correcta correspondente ao número referido em a). Resultados: Determinar a percentagem de cinza do alimento (g de cinza por 100 g de alimento) relativamente à matéria original e relativamente à matéria seca (é necessário entrar em conta com o teor de humidade encontrado em 1.1) 1.3 – GORDURA BRUTA Entende-se por gordura bruta a fracção da amostra extraída por um solvente orgânico num extractor de Soxhlet. Material: • Extractor de Soxhlet (incluindo cápsulas de alumínio e cartuchos de filtro de papel) • Excicador • Almofariz • Balança analítica (0,0001 g) Modo operatório: NOTA: A determinação da gordura é feita num extractor de Soxhlet. Devido à falta de tempo para treinar os alunos no correcto funcionamento deste tipo de equipamento especializado, apenas lhes caberá a preparação inicial da amostra e a sua pesagem final. O processo de extracção será efectuado por um técnico de laboratório, sendo embora apresentado e explicado aos alunos. O método usualmente adoptado compreende os seguintes passos: a) Se necessário, macerar no almofariz uma pequena quantidade da amostra, até esta se encontrar bem triturada e homogenea. b) Pesar a cápsula de alumínio vazia, tomando nota do seu número (nota: a cápsula deve ter sido previamente colocada na estufa a 100-105 ºC e arrefecida em excicador antes da pesagem). c) Pesar rigorosamente cerca de 5 g de amostra (com uma precisão de 0,0001 g) e introduzi-la com o devido cuidado dentro dum cartucho de filtro de papel. d) Colocar um pouco de algodão a tapar o cartucho e introduzir o cartucho no suporte, tomando nota do seu numero de posição. 6 e) O processo de extracção será efectuado num extractor de Soxhlet por um técnico do laboratório. f) Após a extracção, pesar a cápsula contendo a gordura (assegure-se que está a utilizar a cápsula correcta correspondente ao número referido em a). Resultados: Determinar a percentagem de gordura bruta no alimento (g de gordura por 100 g de alimento) relativamente à matéria original e relativamente à matéria seca (é necessário entrar em conta com o teor de humidade encontrado em 1.1). 1.4 – PROTEÍNA BRUTA Entende-se por proteína bruta o resultado obtido multiplicando pelo factor 6,25 o valor de % de azoto total determinado pelo método de Kjeldhal. Este resultado só é correcto quando: i – todo o azoto presente na amostra for de natureza proteica ii – a % de azoto nas proteínas for de 16% (100/16 = 6,25) É evidente que tais condicionalismos não se verificam na generalidade dos casos surgindo então a necessidade de se adoptarem outros factores para além de 6,25 para determinados alimentos. A FAO (Food and Agriculture Organization) recomenda o uso do factor 6,25 sempre que não se disponha de outro reconhecidamente mais adequado, devendo contudo vir devidamente assinalado na apresentação dos resultados qual o factor utilizado nos cálculos. Na Tabela 1.1 (página 8) apresentam-se os factores para o cálculo da proteína bruta para alguns produtos. Existem várias técnicas de análise de Kjeldhal sendo as mais utilizadas a técnica macro e a técnica semi-macro. Neste trabalho a determinação da proteína será efectuada segundo a técnica semi-macro, enquanto que a técnica macro será utilizada num trabalho experimental da disciplina de Nutrição Vegetal e Fertilidade dos Solos. 7 Tabela 1.1 - Factores para o cálculo da proteína bruta Produto Factor Produto Factor Produto Factor Ovos 6,25 Cereais: Carne 6,25 Arroz 5,95 Amêndoa 5,18 Gelatina 5,55 Aveia 5,83 Amendoim 5,30 Leite 6,38 Centeio 5,83 Avelã 5,30 Cevada 5,83 Caju 5,30 Leguminosas: Frutos Secos: Ervilha 5,46 Mileto 5,83 Castanha 5,30 Fava 6,20 Milho 6,25 Cast.-maranhão 5,46 Feijão 6,25 Sorgo 6,25 Noz 5,30 Feijão Frade 6,25 Trigo (farelo) 6,31 Noz americana 5,30 Soja 5,71 Trigo (int.) 5,83 Pinhão 5,30 Tremoço 5,80 Trigo (endos.) 5,70 Pistachio 5,30 Trigo (embr.) 5,80 Oleaginosas: Algodão 5,30 Canhamo 5,30 Gergelim 5,30 Girassol 5,30 Linho 5,30 1.4.1 – Técnica Semi-macro Material: • Aparelho de destilação • Balões de Kjeldhal de 300 mL • Bloco de digestão • Almofariz • Balança analítica (0,0001 g) • Erlenmeyers de 100 mL • Funil • Balões volumétricos de 250 mL • Pipetas e buretas várias Reagentes: 8 • Ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado • Hidróxido de sódio (NaOH) 40% • Ácido bórico (H3BO3) 4% • Sulfato de cobre (CuSO4) • Ácido clorídrico (HCL), conc. variável • Sulfato de potássio (K2SO4) • Indicador misto (verde de bromocresol com vermelho de metilo) Modo operatório: NOTA: A determinação do azoto pelo método de Kjeldhal é feita com recurso a uma digestão com ácido num digestor apropriado seguido de uma destilação. Devido à falta de tempo para treinar os alunos no correcto funcionamento deste tipo de equipamento especializado, apenas lhes caberá a preparação inicial da amostra e a titulação final. O processo de digestão e de destilação será efectuado por um técnico de laboratório (assinalado em baixo dentro de uma caixa cinzenta), sendo embora apresentado e explicado aos alunos. O método usualmente adoptado compreende os seguintes passos: a) Se necessário, macerar no almofariz uma pequena quantidade da amostra, até esta se encontrar bem triturada e homogenea. b) Pesar rigorosamente cerca de 0,2 a 2 g de amostra* (com uma precisão de 0,0001 g) e introduzi-la com o devido cuidado dentro dum balão de Kjeldhal, tomando nota do seu número. c) Adicionar cerca de 12,5 mL de H2SO4 concentrado e uma pequena quantidade (<0,5 g) do catalisador (mistura de CuSO4 e K2SO4 na proporção 10/90). d) Colocar o balão de Kjeldhal no digestor, iniciando a digestão a baixa temperatura (100 ºC) a aumentando-a progressivamente até se atingir a temperatura máxima de 350 ºC. Manter a esta temperatura durante cerca de 2 – 2,5 horas, até se obter um líquido xaroposo incolor. e) Com o auxílio de um funil transferir quantitativamente o líquido que ficou no interior do balão de Kjeldhal para um balão volumétrico de 250 mL. Lavar muito bem as paredes internas do balão de Kjeldhal com água destilada. f) Deixar arrefecer o balão e acertar ao traço com água destilada. g) Medir 10 mL de ácido bórico (H3BO3) 4% para um erlenmeyer de 100 mL e adicionar 3 a 4 gotas de indicador (indicador misto, mistura de verde de bromocresol com vermelho de metilo). h) Medir 25 mL da solução a analisar para o aparelho de destilação e adicionar 25 mL de NaOH a 40%, dando inicio ao processo de destilação. i) Recolher cerca de 50 mL do destilado e titulá-lo com uma solução de HCl (tomar nota da concentração e do volume de titulante gasto). * A quantidade de amostra a pesar depende do tipo de amostra e do teor esperado de proteína. Deve-se pesar uma pequena quantidade de amostra quando o teor de proteína esperado for relativamente grande. 9 Resultados: Determinar a percentagem de azoto (atómico) no alimento (g de N por 100 g de alimento) relativamente à matéria original e relativamente à matéria seca (é necessário entrar em conta com o teor de humidade encontrado em 1.1). Converter o teor de azoto em teor de proteína utilizando o factor adequado. 1.5 – CELULOSE BRUTA Entende-se por celulose bruta o resíduo orgânico constituído por celulose contendo pequenas quantidades de hemicelulose e pentosanas e obtido a partir da substância seca e isenta de matéria gorda, pela remoção de outros glúcidos e dos prótidos mediante tratamento por ebulição com uma solução apropriada. O método mais divulgado e utilizado, conhecido como método de Weende, é de realização demasiado complexa e morosa para ser efectuado nas aulas práticas pelo que se vai utilizar um método alternativo, o método de Van Kramer e Van Ginkel, de menor rigor nos resultados obtidos, mais de execução mais simples e rápida, adequado, portanto, a ser realizado nas aulas. 1.5.1 – Método de Van Kramer e Van Ginkel Material: • Almofariz • Placa filtrante (porosidade G3) • Erlenmeyers 250 ou 300 mL • Estufa eléctrica • Excicador • Balão de kitasato com trompa • Condensador de vara • Placa eléctrica • Álcool etílico Reagentes: • Éter petróleo • Mistura nitro-acética (90 mL HNO3 + 732 mL CH3COOH + 178 mL H2O = 1L) Modo operatório: O método usualmente adoptado compreende os seguintes passos: a) Pesar o cadinho de placa filtrante vazio, tomando nota do seu número (nota: ao cadinho deve ter sido previamente colocada na estufa a 100-105 ºC e arrefecida em excicador antes da pesagem). 10 b) Pesar rigorosamente cerca de 0,5 g de amostra (com uma precisão de 0,0001 g) e introduzi-la com o devido cuidado num erlenmeyer de 200 ou 300 mL. c) Adicionar 50 mL da mistura nitroacética. d) Adaptar o condensador de vara ao erlenmeyer e aquecê-lo numa placa eléctrica de modo a manter uma ebulição suave. Deixar em ebulição durante 25 minutos. Durante este período vigiar o erlenmeyer não deixando que a ebulição se torne demasiado violenta, nem que a mistura evapore à secura. e) Terminado o período de ebulição adaptar o cadinho de placa filtrante ao kitasato, ligá-lo à trompa de água e filtrar a mistura através desse cadinho, sob sucção. f) Uma vez transferido todo o resíduo para a placa filtrante lavar, sucessivamente, com cerca de 5 mL da mistura nitroacética, álcool e éter petróleo. g) Secar o cadinho de placa filtrante em estufa a 100-105 ºC até peso constante. Resultados: Determinar a percentagem fibra bruta no alimento (g de fibra por 100 g de alimento) relativamente à matéria original e relativamente à matéria seca (é necessário entrar em conta com o teor de humidade encontrado em 1.1). 1.6 – Extractivos Não Azotados (ENA) Entende-se por Extractivos Não Azotados (ENA) a diferença para 100 dos restantes constituintes determinados anteriormente (em %). Corresponde em grande parte a glúcidos, excepção feita à celulose e polissacáridos contaminantes, embora englobe também outros compostos. Assim tem-se: % ENA (m.o.) = 100 – (%Humidade + %Cinza + %Gordura + %Proteína bruta + %Celulose bruta) % ENA (m.s.) = 100 – [%Cinza(m.s.) + %Gordura(m.s.) + %Proteína bruta(m.s.) + %Celulose bruta(m.s.)] Onde m.o refere-se à matéria original (húmida) e m.s. à matéria seca 11 1.7 – Cálculo do Valor Calórico do Alimento Em princípio esse cálculo deverá resultar de determinações calorimétricas directas, isto é, da determinação do valor calórico do alimento efectuado numa bomba calorimétrica, corrigindose depois pela subtracção do número de calorias correspondentes à fracção não assimilada e eliminada através dos excretos. Em nutrição designar-se-iam esses valores como valor calórico bruto e como coeficiente de digestibilidade, deles resultando o valor calórico efectivo. Como é evidente essas determinações são morosas e difíceis e por isso se procuraram estabelecer métodos rápidos baseados em determinações analíticas fáceis e expeditas. A solução usualmente aceite parte do Esquema de Weende. A partir dos dados obtidos pelo recurso a bombas calorimétricas foi possível verificar que o calor de combustão dos diversos nutrientes isolados se apresenta bastante homogéneo, podendo por isso adoptar-se os seguintes valores médios de energia: Nutrientes Valores médios (cal.g-1) Variação (valores extremos) Glúcidos 4,15 3,8 – 4,5 Proteínas 5,65 (4,20) 5,5 – 5,9 Lípidos 9,40 6,4 – 9,5 Note-se porém que, enquanto que os glúcidos e lípidos são integralmente oxidados a CO2, no caso das proteínas os resíduos metabólicos eliminados através da urina apresentam ainda uma certa energia (cerca de 1,25 cal.g-1 em média). Daí que, no caso das proteínas se considera como energia utilizável a diferença 5,65-1,65 = 4,20 cal.g-1. Se, por outro lado, considerarmos o coeficiente de utilização digestiva médio dos diversos alimentos poderemos corrigir os valores anteriores e transformá-los em calorias úteis aos organismos. Atwater propôs o coeficiente médio de 95% e, na sequência dos raciocínios anteriores, calculou a energia útil por 1 grama de cada um dos nutrientes: 12 Nutrientes Energia média (cal.g-1) Glúcidos 4,15 × 0,95 = 3,94 Proteínas 4,20 × 0,95 = 3,99 Lípidos 9,40 × 0,95 = 8,93 Para simplificação do sistema, Atwater propôs que se considerassem não esses valores mas 4 cal.g-1 para os glúcidos e proteínas e 9 cal.g-1 para os lípidos. Daí a designação proposta de Sistema 4:9:4. Comparando estes valores com a energia determinada por via calorimétrica conclui-se que é um pouco superior aquele o que se verifica, aliás, na generalidade das rações muito ricas em cereais e no caso de farinhas grosseiras. Daí Atwater ter proposto uma modificação do seu próprio sistema em que recorre a coeficientes específicos para alguns alimentos. Em todos os outros casos deve continuar a recorrer-se ao sistema clássico 4:9:4 que é aliás adoptado pela FAO/OMS como sendo de aplicação geral. Com base nestes valores de teores energéticos dos nutrientes e das necessidades energéticas dos diferentes indivíduos é possível calcular a fracção das necessidades totais cobertas por 100 g de cada alimento. Nas tabelas seguintes apresentam-se as necessidades calóricas para homens e mulheres em função do peso e actividade (tabela 1.2) e para crianças e adolescentes em função da idade (tabela 1.3). Tabela 1.2 – Necessidades calóricas do homem e da mulher de referência de acordo com o peso corporal e com a actividade (calorias por dia). Peso (kg) Homem (cal/dia) Mulher (cal/dia) 40 Activ. ligeira - Activ. Moderada - Activ. Intensa - Activ. mto intensa - Activ. ligeira 1440 Activ. Moderada 1600 Activ. Intensa 1880 Activ. mto intensa 2200 45 - - - - 1620 1800 2120 2480 50 2100 2300 2700 3100 1800 2000 2350 2750 55 2310 2530 2970 3410 2000 2200 2600 3000 60 2520 2760 3240 3720 2160 2400 2820 3300 65 2700 3000 3500 4000 2340 2600 3055 3575 70 2940 3220 3780 4340 2520 2800 3290 3850 75 3150 3450 4050 4650 - - - - 80 3360 3680 4320 4960 - - - - 13 Tabela 1.3 – Necessidades calóricas de crianças e adolescentes de acordo com o sexo e com a idade (para um determinado peso corporal, em calorias por dia). Sexo masculino Sexo feminino Idade (anos) Peso (kg) Cal/dia Peso (kg) Cal/dia 1 7,3 820 7,3 820 1 11,4 1180 11,2 1180 2 13,6 1360 13,4 1350 3 15,6 1560 15,4 1520 4 17,4 1720 17,5 1670 5 20,7 1870 20,0 1790 6 23,2 2010 22,4 1900 7 25,9 2140 25,0 2010 8 28,6 2260 27,6 2110 9 31,3 2380 30,4 2210 10 33,9 2500 33,8 2300 11 36,7 2600 37,7 2350 12 40,2 2700 42,4 2400 13 45,5 2800 47,0 2450 14 51,7 2900 50,3 2500 15 56,6 3000 52,3 2500 16 60,3 3050 53,6 2420 17 62,4 3100 54,2 2340 18 63,7 3100 54,6 2270 19 65,0 3020 55,0 2200 adulto 65,0 3000 55,0 2200 1.8 – Cálculo das necessidades proteicas Quanto às necessidades proteicas o problema é um pouco mais complicado pois uma proteína possui um valor nutritivo tanto mais elevado quanto maior for a sua aptidão para cobrir as necessidades do organismo, uma vez terminado o processo de hidrólise digestiva e sua absorção através das paredes do intestino delgado. As proteínas alimentares não podem, portanto, ser comparadas entre si se a noção de quantidade não se ligar à de qualidade. 14 Como é evidente o problema pode numa primeira aproximação ser simplificado de algum modo. E assim, ao indicarem-se as necessidades proteicas, muitas vezes se indicam quantitativos diários de proteínas cuja ingestão é recomendada. A FAO preconiza nesse sentido para um homem adulto de 70 kg de peso vivendo numa zona temperada e desenvolvendo uma actividade normal, a ingestão de 70 g de proteína por dia. Na tabela 1.4 indicam-se os níveis de ingestão de segurança, ou seja, as quantidades de proteína de ovo ou leite capazes de cobrirem as necessidades do indivíduo. Tabela 1.4 – Níveis de ingestão de segurança de proteínas de ovo ou leite suficientes para cobrir as necessidades dos indivíduos (g proteína por kg de peso por dia, g/kg/dia). Idade Sexo Masculino Sexo Feminino <3 meses 2,40 2,40 3-6 " 1,85 1,85 6-9 " 1,62 1,62 9-11 " 1,44 1,44 1 ano 1,27 1,27 2 " 1,19 1,19 3 " 1,12 1,12 4 " 1,06 1,06 5 " 1,01 1,01 6 " 0,98 0,98 7 " 0,92 0,92 8 " 0,87 0,87 9 " 0,85 0,85 10 " 0,82 0,81 11 " 0,81 0,76 12 " 0,78 0,74 13 " 0,77 0,68 14 " 0,72 0,62 15 " 0,67 0,59 16 " 0,64 0,58 17 " 0,61 0,57 adulto 0,57 0,52 15