Ciência e tecnologia de alimentos

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Elaborado com o apoio da International Union of Food Science and Technology (IUFoST), esta obra traz ao leitor 21 capítulos escritos por 30 especialistas de 11 países, os quais representam algumas das mais conceituadas universidades e organizações da ciência e tecnologia de alimentos no mundo. O livro aborda tópicos como Análise, Engenharia, Processamento, Química, Bioquímica, Biotecnologia, Microbiologia, Física, Embalagens, Mercado, Garantia de qualidade, Nutrição, entre muitos outros assuntos relevantes a todos aqueles envolvidos no setor.

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1. Introdução

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Introdução

Geoffrey Campbell-Platt

A Ciência e Tecnologia de Alimentos refere-se à compreensão e aplicação da ciência para satisfazer as necessidades da sociedade por alimentos sustentáveis com qualidade e segurança.

Em várias universidades ao redor do mundo, programas de graduação em Ciência e Tecnologia de Alimentos foram desenvolvidos nos últimos

50 anos. A isso se seguiu a liderança da Universidade de Strathclyde (então Royal College of Science and Technology), em Glasgow, Escócia, sob a liderança do primeiro professor em de Ciência de Alimentos, que também se tornou presidente da União

Internacional de Ciência e Tecnologia de Alimentos

(IUFoST), o falecido John Hawthorn.

O objetivo desses cursos tem sido oferecer profissionais graduados em Ciência e Tecnologia de

Alimentos com a habilidade, por meio de estudos multidisciplinares, de compreender e integrar as disciplinas científicas relevantes à área de alimentos. Eles seriam então capazes de expandir seu conhecimento e compreensão dos alimentos por meio de uma abordagem científica, e de aplicar e transmitir esse conhecimento para atender às necessidades da sociedade, da indústria e do consumidor por alimentos sustentáveis com qualidade e segurança no fornecimento.

 

2. Química de alimentos

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Química de alimentos

Richard A. Frazier

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Química dos carboidratos: estruturas, propriedades e reações dos principais monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos nos alimentos.

Proteínas: química dos aminoácidos e de seu papel na estrutura das proteínas, uma descrição das principais forças que estabilizam a estrutura da proteína e de como elas são quebradas durante a sua desnaturação.

Lipídios: estrutura e nomenclatura, polimorfismo dos triglicerídios, processamento de óleo e gordura (hidrogenação e interesterificação), e oxidação lipídica.

Química de componentes alimentícios menores: aditivos permitidos, vitaminas e minerais.

Papel da água nos alimentos: atividade da água, sua determinação e importância para o crescimento microbiano, reações químicas e textura do alimento.

Físico-química de sistemas dispersos: soluções, dispersões liófílicas e liofóbicas, interações coloidais e a teoria DLVO, espumas e emulsões.

 

3. Análise de alimentos

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Análise de alimentos

Heinz-Dieter Isengard e Dietmar Breithaupt

Pontos-chave

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Este capítulo determina as propriedades básicas de produtos alimentares e define os métodos instrumentais mais importantes na área de análise dos alimentos.

O nitrogênio é particularmente determinado para estimar o teor de proteína. As análises podem ser realizadas pelos métodos Kjeldahl e Dumas. O teor de gordura é determinado após sua extração da matriz. Um método clássico é a extração pelo extrator Soxhlet.

O teor de água e a matéria seca são especialmente importantes nos alim 0entos.

Os métodos para determinar essa propriedade são amplamente discutidos.

Uma ênfase maior é dada aos diversos tipos de titulação, nominalmente ácidobase, redox, de complexação e técnicas de precipitação. Nesse contexto, é abordada a mensuração de pH. A análise enzimática também é mencionada.

Técnicas de cromatografia objetivam a separação de misturas em componentes usando a diferença de afinidade dos componentes com uma fase estacionária ou móvel. As principais técnicas de cromatografia descritas são cromatografia em camada delgada (CCD) e em papel (CP), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), cromatografia iônica (CI), cromatografia gasosa (GC) e eletroforese capilar (CE).

 

4. Bioquímica de alimentos

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Bioquímica de alimentos

Brian C. Bryksa e Rickey Y. Yada

Pontos-chave

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Este capítulo foca em conceitos bioquímicos básicos relevantes para os alimentos em seis categorias principais: carboidratos, proteínas, lipídios, ácidos nucleicos, enzimas, processamento e armazenagem de alimentos.

Além do poder adoçante, os carboidratos são importantes em processos como geleificação, emulsificação, encapsulamento e ligação de sabor, coloração e produção de sabor por meio de reações de escurecimento, controle da umidade e atividade da água.

A informação genética codificada pelo DNA tem como finalidade única a construção de proteínas, que são de dois tipos: proteínas globulares e fibrosas.

As proteínas globulares incluem enzimas, proteínas de transporte e receptoras, ao passo que as proteínas estruturais e de motilidade (músculo) são fibrosas.

Os triglicerídios incluem 98% dos lipídios dos alimentos, desempenhando um papel crítico como fonte de energia, bem como contribuindo para a sensação de saciedade na boca.

 

5. Biotecnologia de alimentos

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Biotecnologia de alimentos

Cherl-Ho Lee

Pontos-chave

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A história da biotecnologia de alimentos incluindo fermentação alcoólica, fermentação ácida, fermentação de pães e fermentação de aminoácidos/peptídeos pelo mundo.

Desenvolvimentos recentes na tecnologia enzimática e na produção industrial de aminoácidos,

ácidos nucléicos e ácidos orgânicos.

A base da engenharia genética e da cultura de tecidos utilizada na moderna biotecnologia de alimentos.

5.1 História da biotecnologia de alimentos

A biotecnologia tem sido amplamente definida como o uso de moléculas, estruturas, células ou organismos derivados biologicamente para realizar um processo específico (Wasserman et al., 1988).

Muitas técnicas convencionais de processamento de alimentos usam organismos vivos e moléculas bioativas, especialmente nas indústrias de fermentação e cervejeira. Alimentos e bebidas alcoólicas, queijos, iogurtes, vegetais fermentados por ácido láctico, molho de soja e molho de peixe foram feitos por milhares de anos utilizando micro-organismos que surgem naturalmente e que crescem em condições ambientais específicas. Enzimas de plantas, como o malte, foram usadas na indústria cervejeira bem antes do homem adquirir conhecimento sobre a química das enzimas.

 

6. Microbiologia de alimentos

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Microbiologia de alimentos

Tim Aldsworth, Christine E.R. Dodd e Will Waites

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Este capítulo discute os diferentes micro-organismos importantes para a indústria alimentícia, incluindo vírus, bactérias, leveduras, protozoários e vermes.

Examina o crescimento microbiano e discute os métodos de medição.

Descreve os agentes bacterianos de doenças transmitidas por alimentos, incluindo o Clostridium botulinum, Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, espécies Vibrio, Yersinia enterocolitica,

Clostridium perfringens, Salmonella, Shigella, Escherichia coli, Campylobacter, Mycobacterium e

Listeria monocytogenes.

Examina agentes não bacterianos de doenças transmitidas por alimentos, incluindo micotoxinas, protozoários, helmintos, Taenia, Trichinella, Toxoplasma, scrapie, encefalopatia espongiforme bovina, kuru e doença de Creutzfeldt-Jacob.

Discute epidemias específicas de doenças transmitidas por alimentos, bem como sua incidência, a fim de compreender melhor suas causas.

 

7. Procedimentos numéricos

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Procedimentos numéricos

R. Paul Singh

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Resolver problemas no processamento de alimentos requer um conhecimento profundo de procedimentos numéricos. Com frequência, é preciso expressar determinadas quantidades com suas respectivas unidades. Para tanto, devem ser seguidas regraspadrão criadas a partir do uso de um sistema internacional de unidades.

A expressão fundamental usada em cálculos numéricos é a equação. Os diferentes tipos de equações, como linear e não linear, são resolvidos usando técnicas apropriadas.

Processos dependentes do tempo, frequentemente encontrados no processamento de alimentos, exigem a aplicação de métodos aprendidos em cálculo.

Esses tópicos são revistos neste capítulo, de modo que os procedimentos numéricos apropriados sejam selecionados na resolução de um determinado problema.

7.1 Sistema Internacional de Unidades (SI)

Em medições científicas, quantidades físicas são determinadas utilizando-se uma grande variedade de sistemas de unidades. Os mais comuns incluem o sistema CGS (centímetro, grama, segundo) e o MKS (metro, quilograma, segundo). Uma confusão considerável ocorre quando são utilizados símbolos diferentes para expressar certas unidades de medida. Para resolver essas questões de maneira sistemática, organizações internacionais tentaram padronizar sistemas de unidade, símbolos e quantidades. Acordos internacionais resultaram no “Système International d’Unités”, ou unidades SI.

 

8. Física de alimentos

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Física de alimentos

Keshavan Niranjan e Gustavo Fidel Gutiérrez-López

Pontos-chave

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Este capítulo introduz os conceitos básicos de física geral na aplicação em materiais alimentícios e servirá aos estudantes e profissionais da área de ciência de alimentos envolvidos no tratamento de materiais alimentícios.

Este capítulo destaca as inter-relações entre, propriedades físicas interfaciais e materiais.

É necessária uma compreensão detalhada dos princípios básicos da física e das propriedades físicas dos alimentos para o desenvolvimento, fabricação e controle de qualidade do produto, e também para entender como o alimento é sentido na boca e como se desintegra dentro do trato gastrointestinal.

As principais propriedades físicas são abordadas: no entanto, deve-se ter em mente que outras propriedades também são relevantes para determinados alimentos ou processos.

8.1 Princípios físicos

8.1.1 Dimensões e unidades físicas

 

9. Processamento de alimentos

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Processamento de alimentos

Jianshe Chen e Andrew Rosenthal

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O processamento de alimentos transforma sua matéria­‑prima por meio de uma variedade de operações de limpeza, separação, redução de tamanho, mistura, aquecimento, resfriamento e embalagem, em produtos nutritivos de alta qualidade.

Sem o processamento dos alimentos nos tornaríamos dependentes de alimentos nativos e de

época. O processamento dos alimentos estende a vida de prateleira ao mesmo tempo em que introduz variedade e uma experiência sensorial mais rica no ato de comer.

As propriedades físicas dos alimentos ditam seu comportamento durante o processamento.

Em geral, os alimentos são maus condutores de calor, o que traz o desafio de se alcançar temperaturas homogêneas.

Alimentos não tratados geralmente são ambientes propícios para o crescimento de micro­

‑organismos; as técnicas de conservação dos alimentos utilizam operações de processamento para estender a vida de prateleira, seja eliminando esses micro­‑organismos, seja tornando o alimento menos propício a eles.

 

10. Engenharia de alimentos

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Engenharia de alimentos

R. Paul Singh

Pontos-chave

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A engenharia dos alimentos envolve um estudo detalhado de várias operações unitárias e um entendimento fundamental sobre momento, transferência de massa e calor relevantes para o processamento de alimentos.

Este capítulo introduz conceitos relevantes ao design higiênico dos equipamentos usados no processamento, manuseio e armazenagem de alimentos, a aplicação de sistemas de controle de processos comuns, e abordagens empregadas no manuseio das águas residuais geradas em uma fábrica de processamento de alimentos.

Esses tópicos são apresentados em detalhes suficientes para que seja possível apreciar o papel importante da engenharia dos alimentos em determinados aspectos do processamento.

10.1 Aspectos de engenharia na operação e design higiênico

Em uma fábrica de processamento de alimentos, o alimento cru é convertido e processado nos produtos desejados por meio de uma variedade de equipamentos. Ao se projetar equipamentos de processamento de alimentos para qualquer finalidade, um engenheiro deve considerar vários critérios inerentes a um processo. Por exemplo, ao projetar um trocador de calor, deve-se considerar a transferência de calor, o escoamento do fluido, e as várias alterações físicas, químicas e biológicas que ocorrem em um alimento.

 

11. Embalagens de alimentos

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Embalagens de alimentos

Gordon L. Robertson

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Requisitos dos materiais de embalagens: contenção; proteção; conveniência; comunicação.

Classificação dos materiais de embalagens: metal; vidro; papel; plástico.

Características de permeabilidade das embalagens plásticas.

Interações entre os materiais de embalagens e o alimento: corrosão; migração.

Sistemas de embalagem: embalagem com atmosfera modificada; embalagem ativa.

Fechamento e integridade das embalagens.

Impactos ambientais das embalagens: lixo doméstico; redução das fontes; reciclagem e compostagem; incineração para produção de energia; aterro; avaliação do ciclo de vida; legislação sobre resíduos de embalagem.

As embalagens são hoje globalmente difundidas e essenciais na sociedade, já que envolvem, melhoram e protegem os produtos, desde o momento em que são processados e manufaturados até o armazenamento e a venda ao consumidor final.

 

12. Nutrição

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Nutrição

C. Jeya Henry e Lis Ahlström

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Cálculo das necessidades energéticas e de proteína.

Necessidades ideais de nutrientes para a saúde e o bem-estar.

Necessidades de nutrientes durante a vida.

Necessidades especiais durante o crescimento, a gravidez e a lactação.

Fontes de alimentos ricos em nutrientes.

12.1 Introdução

A nutrição pode ser definida como "a ciência do alimento, seus nutrientes e substâncias, sua ação, interação e equilíbrio em relação à saúde ou doença, e o processo pelo qual os organismos ingerem, digerem, absorvem, transportam, utilizam e excretam as substâncias dos alimentos" (segundo o Conselho sobre Alimento e Nutrição da Associação Médica Americana). A descoberta das vitaminas no início do século XX (1906) pode ser vista como um marco na origem da ciência da nutrição. No entanto, foi apenas nos últimos 40 anos que ela capturou o interesse e a imaginação de legisladores e do público. Hoje em dia, não apenas a nutrição está moldando o desenvolvimento de novos produtos alimentícios, como também as inovações tecnológicas ajudaram a criar uma variedade de alimentos nutritivos e funcionais. Este capítulo oferece informações básicas relevantes para os cientistas, os estudiosos da tecnologia e os fornecedores da área de alimentos.

 

13. Avaliação sensorial

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Avaliação sensorial

Herbert Stone e Rebecca N. Bleibaum

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Avaliação sensorial é a ciência que mede a resposta das pessoas aos produtos pelo modo como eles são percebidos pelos sentidos. Conhecimentos sobre o comportamento humano e a fisiologia dos sentidos são essenciais para se obter informações significativas.

A informação sensorial é única, ela não é fácil ou diretamente obtida por outros meios, e seu valor vai além dos resultados diretos de um teste específico.

Uma razão importante para os testes sensoriais é medir o impacto das propriedades físicas sobre as características sensoriais e, por fim, saber como elas afetam a preferência do consumidor e seu comportamento de compra.

A configuração do laboratório (as instalações) onde os testes são conduzidos é importante para o sucesso de qualquer programa de testes sensoriais.

Existem dois tipos de métodos, o analítico e o afetivo, e cada um fornece tipos diferentes de informações.

 

14. Análise estatística

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Análise estatística

Herbert Stone e Rebecca N. Bleibaum

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Este capítulo introduz o planejamento e a análise de dados, bem como guia o cientista de alimentos na tomada de decisão a partir de uma perspectiva aplicada, em vez de teórica.

Por causa dos aspectos comportamentais do instrumento de medida (seres humanos), a análise de dados é abordada de uma forma bastante diferente da abordagem utilizada nas ciências físicas (dados instrumentais, dados químicos, etc.).

Os cientistas de alimentos devem compreender os vários tipos de escalas e os diversos tipos de análises associados a cada escala. Também devem conhecer os métodos analíticos de variáveis múltiplas e sua ampla variedade de aplicações.

A análise de variância (ANOVA) constitui o teste estatístico mais comumente utilizado na pesquisa sensorial. Essa análise acomoda facilmente os grupos de indivíduos, múltiplas condições de tratamento e produtos múltiplos.

 

15. Garantia de qualidade e legislação

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Garantia de qualidade e legislação

David Jukes

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Os consumidores esperam contar com um fornecimento de alimentos seguro e com o desenvolvimento de uma legislação que os ajude a garantir isso. Os cientistas e tecnólogos de alimentos precisam conhecer o sistema operante em seus próprios países.

Os sistemas nacionais de controle de alimentos são afetados por acordos regionais e internacionais. Com relação a esse aspecto, o uso da análise de risco constitui um elemento decisivo, cujo papel é considerado.

A Comissão do Codex Alimentarius e desenvolve padrões internacionais na área de alimentos que possuem um status especial para a Organização Mundial de Comércio (OMC). A relação entre os padrões do Codex e a OMC é descrita.

Os cientistas, engenheiros e tecnólogos de alimentos são fundamentais à implementação de sistemas de gestão da qualidade que capacitam os negócios do ramo alimentício a fornecer aos clientes os produtos que atendem suas necessidades.

 

16. Toxicologia regulatória

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Toxicologia regulatória

Gerald G. Moy

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A presença de compostos químicos potencialmente tóxicos nos alimentos constitui um problema de saúde pública global, e a maioria dos governos utiliza a toxicologia regulatória para tratar dessas ameaças em potencial.

A toxicologia regulatória caracteriza as ameaças por meio da avaliação de animais e outros estudos, e, sempre que possível, estabelece os níveis seguros ou toleráveis com base nos níveis adequados de proteção.

A toxicologia regulatória também estima a probabilidade de ingestão dietética de compostos químicos pela população, a fim de garantir que os níveis seguros ou toleráveis sejam respeitados.

Considerando que os compostos químicos chegam aos alimentos oriundos de numerosas fontes, as abordagens da toxicologia regulatória diferem para as várias categorias de substâncias químicas, como aditivos alimentares, resíduos de fármacos veterinários, contaminantes, agentes tóxicos naturais e adulterantes.

 

17. Administração de negócios no ramo de alimentos: princípios e práticas

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Administração de negócios no ramo de alimentos: princípios e práticas

Michael Bourlakis, David B. Grant e Paul Weightman

Pontos-chave

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Introduzir alguns aspectos significativos do papel e da importância dos negócios e da administração em setores selecionados da indústria alimentícia.

Ilustrar o ambiente de negócios no ramo de alimentos, bem como enfocar o sistema da cadeia de alimentos e seus componentes-chave.

Focar particularmente nas funções administrativas decisivas das empresas alimentícias, incluindo as operações administrativas e de administração de recursos humanos.

Analisar o papel do financeiro e da contabilidade no contexto de sua contribuição para a administração dos negócios no ramo de alimentos.

17.1 Introdução

Os alimentos são essenciais à saúde, felicidade e estabilidade política (Bourlakis e Weightman, 2004).

A necessidade de conseguir alimentos, água e abrigo é uma necessidade fisiológica básica, segundo a hierarquia de necessidades de Abraham Maslow

 

18. Mercado de alimentos

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Mercado de alimentos

Takahide Yamaguchi

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As atividades de marketing são implementadas por empresas e organizações do ramo da indústria alimentícia "para criar valor para os consumidores" e "construir relações mais fortes com os consumidores".

Os comerciantes precisam conhecer seus mercados e consumidores para formular uma estratégia de marketing que lhes proporcione vantagens competitivas.

18.1 Introdução

As atividades de marketing geralmente são conduzidas em todos os tipos de indústria. De forma mais ampla, os tipos de atividade de marketing em prática também são comuns a todas as indústrias. A natureza da indústria, contudo, faz com que as atividades sejam um pouco distintas. Isso implica a possibilidade de a metodologia de marketing ser aplicada a muitas indústrias, ainda que com algumas modificações. O marketing também pode ser aplicado à indústria de alimentos. Existem livros sobre marketing que fornecem informações sobre as metodologias e teorias gerais de marketing, baseadas em estudos sobre empresas do ramo de alimentos. Os livros-texto básicos contêm estudos de caso sobre a Nestlé, a Unilever, a

 

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