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A densidade do leite consiste na soma das seguintes fases: gordura, extrato seco desengordurado (ESD) e água. Ela é determinada por métodos analíticos e pode sofrer alterações decorrentes de fatores como a composição e adulterações do leite.
As propriedades dos materiais (ou sistemas) são agrupadas em químicas e físicas. As propriedades químicas estão relacionadas com a composição do material, com uma determinada transformação química tal como uma reação entre substâncias reagentes dando origem a novos compostos químicos (por exemplo, a lipólise enzimática no leite dando origem a ácidos graxos livres); ou ainda com a interação de uma substância com outra (por exemplo, a interação entre albumina do soro bovino e luteína(1), dando origem a um complexo solúvel (PAIVA et al, 2020)).
Já as propriedades físicas não envolvem qualquer mudança na composição ou identidade dos materiais, isto é, são propriedades que podem ser observadas e medidas sem modificação de sua composição. As propriedades físicas podem ser classificadas como extensivas ou intensivas.
As propriedades extensivas de um sistema são diretamente proporcionais à quantidade de matéria (número de mols), enquanto as intensivas independem da quantidade de matéria. Massa e volume são exemplos de propriedades extensivas, enquanto a temperatura, pressão e densidade são propriedades intensivas.
É importante ressaltar que uma propriedade extensiva pode ser convertida em uma propriedade intensiva de duas maneiras: 1) dividindo-se a propriedade extensiva pela quantidade de matéria; ou 2) dividindo-se por outra propriedade extensiva (normalmente massa ou volume). Por exemplo, a densidade, que é uma propriedade intensiva, é dada pela razão massa/volume (CÉSAR et al, 2004).
A densidade absoluta (d) de um sistema é definida como a relação entre a sua massa (m) e o seu volume (V), d = m/V, a uma determinada temperatura e pressão (para sólidos e líquidos, o efeito da pressão é geralmente desconsiderado).
A densidade absoluta é também uma propriedade específica, isto é, cada substância pura tem uma “densidade” própria, que a identifica e a diferencia das outras substâncias. Neste caso, a denominamos de massa específica da substância pura (µ).
A densidade relativa é a relação entre a sua densidade absoluta (ou massa específica) e a massa específica de uma substância estabelecida como padrão. No cálculo da densidade relativa de sólidos e líquidos, o padrão usualmente escolhido é a massa específica da água, igual a 1,000 kg/dm3 (equivalente a 1,000 g/cm3) a 4 °C. No caso de gases, a densidade relativa é determinada em relação ao ar ou ao hidrogênio.
A unidade de densidade absoluta (ou massa específica), segundo o Sistema Internacional de Unidades (SI), é o kg/m3. Entretanto, outras unidades frequentemente usadas são g/cm3, g/mL e kg/L. Já a densidade relativa é uma grandeza física adimensional.
(1)Luteína é um corante natural amarelo-laranja da classe das xantofilas, que são carotenoides oxigenados com importantes propriedades bioativas para os seres humanos, principalmente relacionadas à prevenção contra doenças oculares relativas à idade, como degeneração macular e catarata. É geralmente encontrada em vegetais folhosos (por exemplo, espinafre e couve), frutas (manga e melancia) e gema de ovo, e tem sido reconhecida como um interessante corante alimentar para substituir corantes artificiais e desenvolvimento de alimentos funcionais.
O que é densidade do leite?
A densidade é uma propriedade física dos materiais e, dependendo da natureza, da quantidade e do estado de dispersão das partículas, apresentará oscilação em seus valores. Para o leite, a densidade é considerada como uma propriedade aditiva, dependendo diretamente da matéria dissolvida e suspensa no volume pesquisado.
De acordo com a Tabela 1, a densidade do leite consiste da soma das seguintes fases: gordura, extrato seco desengordurado (ESD) e água (PENNA et al, 2004).
Qual a densidade do leite de vaca?
Normalmente os valores encontrados para a densidade do leite variam de 1,028 a 1,034 g/mL, com média de 1,032 g/mL em leites de mistura (de conjunto). Individualmente, o leite de vaca pode variar de acordo com a sua composição.
Segundo a Instrução Normativa N° 76 (IN 76), de 26 de novembro de 2018, que aprova os “Regulamentos Técnicos que fixam a identidade e as características de qualidade que devem apresentar o leite cru refrigerado, o leite pasteurizado e o leite pasteurizado tipo A”, o leite íntegro apresenta densidade relativa variando entre 1,028 e 1,034 a 15 ºC. Já para o leite semidesnatado ou desnatado a densidade relativa deve variar de 1,028 a 1,036. (BRASIL, 2018b).
Quais são os objetivos da análise de densidade do leite?
A determinação da densidade do leite é uma análise diária realizada nos latcínios e apresenta como objetivos:
- Seleção de amostras de leite para análises mais completas;
- Estabelecimento de suspeitas de fraude no leite por adição de água, solutos (reconstituintes, conservantes ou neutralizantes) ou desnate;
- Determinação das porcentagens de gordura e extrato seco total (como componentes de fórmulas para o cálculo desses índices). Esta análise pode ser facilmente realizada assim que um volume de leite chega nas plataformas de recepção, em latões ou a partir de amostras colhidas do caminhão isotérmico, ou do tanque de resfriamento da propriedade rural.
Alguns dados sobre densidade podem ser considerados como indicadores de adulteração do leite com água, mas os resultados não são conclusivos. Existem outras análises mais específicas que devem ser realizadas a fim de se confirmar a fraude do leite com água, como o índice crioscópico (ou depressão do ponto de congelamento do leite), considerado uma prova de precisão.
Fatores que podem afetar a densidade do leite
Diversos fatores contribuem para a variação da densidade do leite, sejam de origem natural ou devido a adulterações realizadas.
Causas naturais de variação da densidade do leite
Entre os fatores de variação natural na densidade do leite, podemos citar:
- Composição natural do leite;
- Tempo decorrido após a ordenha;
- Porção da ordenha.
Composição natural do leite
Amostras de leite ricas em ESD apresentam maiores valores de densidade. Quando a vaca produz um leite com maior teor de ESD em virtude de uma readequação no manejo, naturalmente aumenta-se também o seu teor de gordura.
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Entretanto, como o ESD possui maior densidade e está em maior concentração do que a gordura, consequentemente ocorre o aumento da densidade quando se produz leite com maior teor de extrato seco total (EST).
Tempo decorrido após a ordenha
Quando o leite permanece em repouso por algumas horas após a ordenha a densidade tende a aumentar devido a fatores como a perda de CO2 e outros gases, a solidificação de parte da gordura e a hidratação de proteínas. Daí a importância de se determinar a densidade quatro/cinco horas após a ordenha e de se evitar qualquer tipo de incorporação de ar ao produto.
Porção da ordenha
O leite proveniente das primeiras porções de ordenha tem densidade maior quando comparada à obtida nos jatos finais. Isto ocorre porque o teor de gordura do leite é menor nas porções iniciais, aumentando até cinco vezes até o final da ordenha.
Fraude no leite que alteram sua densidade
Dentre as adulterações do leite que acarretam em variações da sua densidade, temos:
- Adulteração com água;
- Adulteração com reconstituintes;
- Adulteração com soluções conservantes ou neutralizantes;
- Desnate;
- Adição de conservantes.
Adulteração com água
A adição fraudulenta de água acarretará em uma diminuição no valor da densidade relativa do leite. Esta tenderá a aproximar-se de 1,0 à medida que seja adicionada mais água.
Adulteração com reconstituintes
Determinadas substâncias tais como amido, cloreto de sódio e sacarose, por exemplo, são adicionadas ao leite com o intuito de mascarar fraude com água. A adição destas substâncias provoca um aumento na densidade do leite, reconstituindo os valores originais de densidade e índice crioscópico (exceto o amido, que não interfere na crioscopia do leite) que haviam sido alterados em virtude da fraude com água.
Adulteração com soluções conservantes ou neutralizantes
A densidade do leite dependerá da densidade e da quantidade das soluções adicionadas. Geralmente, estas soluções possuem densidade maior, portanto, tendem a aumentar a densidade do leite.
Desnate do leite
A retirada parcial ou total da gordura acarretará no aumento da densidade do leite. Isto pelo fato de estar sendo eliminado o componente de menor densidade.
Adição de conservantes
A adição de conservantes para a preservação das amostras até o momento da análise no laboratório ou laticínio provoca variação na densidade do leite. Como exemplo, a adição do dicromato de potássio, conservante analítico reconhecido pela International Dairy Federation - IDF (Federação Internacional de Laticínios - FIL) aumenta a densidade das amostras.
Vale ressaltar também que dados sobre densidade do leite devem ser considerados apenas como indicadores de fraude, sendo que os resultados não são conclusivos. Para se confirmar as possíveis adulterações, devem ser realizadas análises mais específicas, como o índice crioscópico do leite para verificação de possível adição de água, além de análises (normalmente qualitativas) para detecção da presença de substâncias “estranhas”.
Métodos de determinação da densidade do leite
A medida de densidade é uma das análises comumente utilizadas no controle de qualidade e identidade de produtos alimentícios. A sua aplicação é maior em alimentos líquidos, como o leite, embora tenha grande utilidade nos alimentos sólidos, com relação às especificações técnicas (GOMES, 2001).
Os métodos de determinação da densidade no laboratório de físico-química do leite e derivados podem ser classificados em direto (método do picnômetro) ou indireto (método densitométrico ou por meio de densímetro digital).
Método do picnômetro
Picnômetro é uma vidraria de alta exatidão para medidas de volume, conforme apresentado na Figura 1.
Para medir a densidade relativa do leite com o picnômetro, deve-se seguir o procedimento abaixo (PEREIRA et al, 2001):
- Lavar e secar o picnômetro;
- Pesar o picnômetro completo;
- Retirar a tampa do capilar e o termômetro do reservatório do picnômetro, e rinsar com água destilada;
- Transferir um volume adequado de água destilada a 15 °C para o picnômetro, até transbordamento;
- Garantir que não sejam formadas bolhas de ar e que o capilar esteja completamente cheio;
- Enxugar toda a parte externa, tampar o capilar e enxugar novamente o picnômetro;
- Pesar o picnômetro, após estabilização à temperatura ambiente; e
- Repetir as operações acima, empregando leite previamente aquecido a 40 °C e resfriado a 15 °C.
- Calcular a densidade por meio da fórmula:
Método densitométrico
O método densitométrico é baseado no equilíbrio entre as forças peso e empuxo, quando um densímetro específico é imerso e flutua no líquido o qual se deseja medir a densidade.
A força peso é a força gravitacional, tem direção vertical e sentido para baixo. Em módulo, é igual à massa do material multiplicada pela aceleração da gravidade (9,8 m/s2), ou seja: P = mg. Enquanto o empuxo é o somatório das forças que um fluido exerce em um material imerso total ou parcialmente. Tem direção vertical e sentido para cima. Em módulo, é igual ao peso do líquido deslocado pelo material imerso, ou seja:
No equilíbrio de um material imerso e flutuante, temos as seguintes situações:
- a) P > E: o material afunda no líquido com aceleração constante;
- b) P < E: o material subirá no líquido com aceleração constante, até ficar flutuando na superfície;
- c) P = E: o material ficará em equilíbrio mecânico, qualquer que for o ponto no líquido em que for colocado.
Em outras palavras, a determinação da densidade é baseada no princípio de Arquimedes, o qual afirma que “todo corpo imerso total ou parcialmente em um líquido recebe uma força vertical de baixo para cima, igual ao peso da porção de líquido deslocado pelo corpo”.
Assim, a imersão do densímetro de massa constante no líquido provocará deslocamento de uma quantidade deste, que será, em volume, igual à porção imersa do densímetro utilizado, e em massa, inversamente proporcional à densidade da amostra. Este deslocamento fará o líquido alcançar um valor na escala, graduada em graus densitométricos (PEREIRA et al, 2001).
Diversos apetrechos foram desenvolvidos para medir densidade: balança de Mohr, balança de Westphal, hidrômetros, alcoômetros, sacarímetros, salímetros, lactodensímetros, dentre outros. Deve-se salientar que estes densímetros já vêm calibrados para medir a concentração de um determinado componente.
Por exemplo, o alcoômetro já informa o teor de álcool etílico (etanol) e não apenas a densidade, não havendo necessidade de efetuar cálculos ou consultar tabelas. Caso não haja estes calibrados, deve-se fazer a conversão pela tabela de densidade versus teor alcoólico (GOMES, 2001).
Entretanto, este artigo abordará sobre a utilização do termolactodensímetro no laboratório de físico-química do leite e derivados. Um artigo futuro discutirá sobre a aplicação de outros densímetros importantes para a tecnologia de leite e derivados, como o areômetro de Baúme, utilizado para a determinação de sal em salmoura, e o alcoômetro Gay-Lussac, aplicado no preparo da solução de alizarol 72 ºGL (ou de concentração superior).
Lactodensímetro (ou termolactodensímetro)
O uso de densímetros consiste no método mais rápido e prático de se determinar a densidade relativa de líquidos, apresentando resultados bastante exatos. Este instrumento apresenta escala apropriada para a leitura da densidade de cada material específico a ser testado.
O lactodensímetro é destinado à análise da densidade do leite. Quando apresenta um termômetro acrescido, é designado como termolactodensímetro. As escalas observadas nos densímetros para leite variam de 15 a 40 ou 14 a 42 graus lactodensitométricos, sendo graduado de cima para baixo.
Os valores das escalas correspondem às densidades relativas de 1,015 a 1,040 ou 1,014 a 1,042, respectivamente. São vários os modelos existentes, mas o densímetro de Quevenne é o mais comum. Para determinação da densidade do leite por meio do termolactodensímetro, que em média é realizada em cinco minutos, deve-se seguir o procedimento abaixo (COSTA JÚNIOR, 2020):
- Transferir para uma proveta, capacidade de 500 mL (ou 1000 mL), evitando incorporação de ar e consequente formação de espuma, aproximadamente 500 mL de leite preferencialmente a 15 ºC;
- Introduzir cuidadosamente o termolactodensímetro limpo e seco na amostra, girando-o para romper a tensão superficial e sem encostar na parede da proveta;
- Observar a densidade aproximada, erguer cuidadosamente o termolactodensímetro e enxugar sua haste com papel absorvente, retornando o aparelho à posição anteriormente observada;
- Deixar em repouso por um a dois minutos e fazer a leitura da densidade na cúspide do menisco;
- Observar a temperatura e, sempre que possível, fazer a leitura da densidade a 15 ºC;
- Após a estabilização, anotar a temperatura e a densidade lidas.
Para a obtenção do resultado da análise, caso a temperatura de leitura seja exatamente 15 ºC, aplicar a fórmula:
Caso a temperatura de leitura esteja acima ou abaixo de 15 ºC (entre 10 ºC e 20 ºC) corrigi-la para densidade a 15 ºC por meio da fórmula abaixo:
Neste método, os pontos críticos são: calibração do termolactodensímetro; certificação de que o mesmo se encontra devidamente limpo e seco; e ainda, durante a determinação da densidade, verificar se o equipamento não está encostado na parede da proveta e se não formou espuma. A Figura 2 mostra a determinação da densidade do leite pelo método densitométrico, com o termolactodensímetro imerso e em equilíbrio na amostra contida em uma proveta de 500 mL.
Para a calibração do termolactodensímetro, deve-se dessecar cloreto de sódio pró-análise (NaCl p.a.) em forno mufla a 300 ºC por 2 horas ou em estufa a 105 ºC por 24 horas. Pesar rápido e exatamente 44,000 g de NaCl. Dissolver e transferir para balão volumétrico de 1000 mL, completando o volume com água destilada. Esta solução deverá apresentar a densidade de 1,030 g/mL (ou 1030 g/L a 20 ºC). Introduzir o termolactodensímetro na solução a 20 ºC e calcular o fator de correção.
Outra maneira de determinar o fator de correção do termolactodensímetro é por meio do picnômetro. Neste caso, calcular o fator de correção por meio da diferença entre a densidade obtida com o picnômetro (item 3.1) e a densidade lida no termolactodensímetro.
O fator de correção calculado deverá ser somado à densidade da amostra, antes ou depois da correção da densidade para 15 °C.
Densímetro digital
Na determinação da densidade do leite utilizando-se um densímetro digital, a análise ocorre por meio de um tubo oscilante em forma de “U”, que é uma técnica para determinação da densidade de líquidos e gases baseada na medida eletrônica da frequência de oscilação, a partir da qual o valor da densidade é calculado.
O princípio da medida se fundamenta no modelo “Massa-mola” de um oscilador. Esta análise também se realiza de forma rápida, em aproximadamente cinco minutos, e o método é assim descrito (COSTA JÚNIOR, 2020):
- Com o auxílio de um banho-maria, aquecer a amostra a 38 ºC ± 2 ºC, até sua homogeneização;
- Esfriar a temperatura ambiente; e
- Obter a densidade relativa da amostra a 15 ºC de acordo com as instruções do densímetro utilizado.
Caso a temperatura de leitura seja exatamente 15 ºC:
Uma observação que deve ser feita é reportar o valor obtido com três casas decimais. Dentre os pontos críticos, destacam-se a calibração do densímetro e a certificação de que o mesmo se encontra devidamente limpo e seco.
Considerações finais
O Manual de Métodos Oficiais para Análise de Alimentos de Origem Animal, 2ª Edição, estabelece como padrão a utilização de densímetro digital de acordo com a norma ISO 15212-1: Oscillation-type density meters – Part 1: Laboratory instruments (MAPA, 2019). Entretanto, a adoção desta técnica é compulsória pelos laboratórios integrantes da Rede Nacional de Laboratórios Agropecuários do Sistema Unificado de Atenção e Sanidade Agropecuária (BRASIL, 2018a).
Segundo a Instrução Normativa N° 77, de 26 de novembro de 2018, no Art. 35 ite-se a utilização de outros métodos de controle operacional, desde que validados segundo protocolos oficiais e aplicados os seus desvios, incertezas metrológicas, correlações e correções em relação aos respectivos métodos oficiais (BRASIL, 2018c). Em outras palavras, a determinação da densidade pelos métodos descritos neste artigo é válida e geralmente realizada para controle de qualidade do leite, principalmente o uso do termolactodensímetro.
Como parâmetro para a verificação da qualidade do leite, utiliza-se o termolactodensímetro para medir a densidade principalmente devido à facilidade de execução desta técnica e à adaptação da mesma às atividades de rotina de um laticínio ou laboratório credenciado para análises de leite.
Segundo a legislação brasileira (IN 76, MAPA, 2018), a densidade relativa do leite deverá sempre ser expressa a 15 ºC e, caso não seja medida com o leite nessa temperatura, correções deverão ser feitas nos valores lidos, ajustando-os às normas técnicas. Entretanto, não se recomenda leituras de densidade em amostras com temperaturas inferiores a 10 ºC ou superiores a 20 ºC.
Referências
BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Instrução Normativa n. 30, de 26 de junho de 2018. Estabelece como oficiais os métodos constantes no Manual de Métodos Oficiais para Análise de Alimentos de Origem Animal...Diário Oficial[da] República Federativa do Brasil, Seção 1, Brasília, 13 de julho de 2018a.
BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Instrução Normativa n. 76, de 26 de novembro de 2018. Aprova os Regulamentos Técnicos que fixam a identidade e as características de qualidade que devem apresentar o leite cru refrigerado, o leite pasteurizado e o leite pasteurizado tipo A, na forma desta Instrução Normativa e do Anexo Único. Diário Oficial[da] República Federativa do Brasil, Seção 1, Brasília, 30 de novembro de 2018b.
BRASIL. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Instrução Normativa n. 76, de 26 de novembro de 2018. Estabelece os critérios e procedimentos para a produção, acondicionamento, conservação, transporte, seleção e recepção do leite cru em estabelecimentos registrados no serviço de inspeção oficial, na forma desta Instrução Normativa e do seu Anexo. Diário Oficial[da] República Federativa do Brasil, Seção 1, Brasília, 30 de novembro de 2018c.
CÉSAR, J.; DE PAOLI, M. A.; ANDRADE, J. C. A determinação da densidade de sólidos e líquidos. Chemkeys. Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química. Campinas-SP, 2004. 8 p.
COSTA JÚNIOR, L. C. G. Métodos físico-químicos para controle de qualidade em leite e produtos lácteos (e-book - livro eletrônico). 1ª. ed. - Juiz de Fora, MG : Ed. do Autor, 2020. PDF. 681 p.
GOMES, J. C. Análise de Alimentos. Universidade Federal de Viçosa. Viçosa-MG, 2003. 153 p.
MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, PECUÁRIA E ABASTECIMENTO. Manual de Métodos Oficiais para Análise de Alimentos de Origem Animal. 2ª Edição. Brasília, 2019.
PAIVA, P. H. C. et al. Influence of protein conformation and selected Hofmeister salts on bovine serum albumin/lutein complex formation. Food Chemistry. v. 305, 2020.
PENNA, C. F. A. M. et al. Determinação da densidade do leite. Tecnologia de leite e produtos derivados. Universidade Federal de Minas Gerais, Escola de Veterinária. Belo Horizonte-MG, 2004. 6 p.
PEREIRA, D. B. C.; SILVA, P. H. F. da.; DE OLIVEIRA, L. L.; COSTA JUNIOR, L. C. G. C. Físico-química do leite e derivados – Métodos analíticos. 2. ed. revisada e ampliada. Juiz de Fora-MG: Oficina de Impressão Gráfica e Editora Ltda., 2001. 234 p
