DETERMINAÇÃO RÁPIDA DE ACIDEZ TOTAL EM SUCOS EMPREGANDO ENTALPIMETRIA NO INFRAVERMELHO

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Alimentos

Autores

Voss, M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Alessio, K.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Dalla Nora, F.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Oliveira, A.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Ferreira, D.F. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Lucas, B.N. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Schlesner, S.K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Cichoski, A.J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA) ; Barin, J.S. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA)

Resumo

Neste estudo, a termografia no infravermelho foi combinada com a entalpimetria visando determinação da acidez total em suco de duas diferentes espécies de limão. Desta forma, a chamada entalpimetria no infravermelho (TIE, do inglês Thermal Infrared Enthalpimetry) foi estabelecida empregando reações de neutralização, onde foi verificada a variação da temperatura gerada nas reações para a construção de curva de calibração e quantificação. Os resultados do método proposto apresentaram boa concordância (98,0 e 94,3 %), com o método convencional recomendado pelo compêndio oficial AOAC. Dessa forma, a TIE efetua análises de maneira rápida, eficaz, simples e com elevada frequência de análise, com essas características a TIE tem potencial para ser aplicada como análise de rotina.

Palavras chaves

Suco; Acidez; Entalpimetria

Introdução

Suco pode ser definido como uma bebida não fermentada, não concentrada e não diluída, destinada ao consumo, obtida da fruta sã e madura, ou parte do vegetal de origem, por processo tecnológico adequado, submetida a tratamento que assegure a sua apresentação e conservação até o consumo (MAPA, 1997). O suco de limão é obtida da parte comestível do limão, através de processo tecnológico adequado. Segundo o Ministério de Agricultura Pecuária e Abastecimento, o valor mínimo de acidez no suco de limão é de 5 g de ácido cítrico por 100 g de amostra (MAPA, 2000). Em geral, os métodos recomendados pelos compêndios oficiais como a AOAC e o Adolfo Lutz para o controle de qualidade de suco de frutas, utilizam as titulações para avaliar a acidez. Esses métodos são laboriosos, gastam elevados volumes de reagentes e geram grandes quantidades de resíduos provenientes das reações. Além disso, muito tempo é dispendido para as análises, o que prejudica a produtividade e afeta negativamente a rotina. Dessa forma, o desenvolvimento de métodos alternativos que permitam análises rápidas e que sigam o princípio da química analítica verde são desejáveis (GALUSZKA, 2013). A entalpimetria no infravermelho (TIE, do inglês Thermal Infrared Enthalpimetry) foi introduzida recentemente como um método rápido, fácil de utilizar e permite o monitoramento de temperatura de várias reações simultaneamente, sem entrar em contato com a amostra, através da combinação de microplacas descartáveis, uma pipeta multicanal, uma câmera infravermelho e um software para tratamento dos dados (BARIN et al., 2015). Esta técnica foi proposta inicialmente como alternativa à titulação utilizando reações de neutralização, oxirredução, complexação e precipitação (BARIN et al., 2015). Para as reações envolvendo TIE são utilizadas dispositivos descartáveis como reatores e a temperatura em cada poço é determinada usando uma câmera infravermelho. A reação foi realizada por injeção direta, na qual uma alíquota de reagente em excesso estequiométrico é adicionado sob a amostra previamente acondicionada nos poços. Os sinais analíticos são obtidos pela diferença de temperatura antes e após a injeção de reagente. O uso de uma pipeta multicanal permite a injeção do reagente simultaneamente em cada poço, dessa maneira ocorre o aumento da frequência de análise, podendo chegar de centenas a milhares de amostras por hora (BARIN et al., 2015; TISCHER et al., 2017). Com relação à determinação da acidez, a TIE foi proposta para avaliação de vinagres e salmouras de vegetais em conserva (TISCHER et al., 2017a e 2017b). Este trabalho propõem a TIE como um novo método de determinação de acidez total em suco, por ser rápido, fácil, com elevada frequência de análise e de acordo com os princípios da química verde.

Material e métodos

Para o monitoramento das análises entalpimétricas, foi utilizada uma câmera de infravermelho (7,5 - 13,0 µm, modelo FLIR E60, FLIR, Wilsonville, EUA), que fornece imagens com 320 × 240 pixels a uma taxa de aquisição de imagens de 30 Hz. As reações foram realizadas em microplacas descartáveis de poliestireno de 24 poços, com 1,6 cm de diâmetro em cada poço e com volume interno de 3,0 mL. Uma pipeta multicanal, foi utilizada para dispensação do reagente em excesso simultaneamente em quatro poços e um agitador magnético foi utilizado para homogeneizar as soluções. Para a elaboração deste trabalho, foram utilizadas duas amostras de limão das espécies siciliano e cravo, adquiridas em comércio local Santa Maria, RS, Brasil. A determinação da acidez total do suco dos limões pelo método convencional foi realizada por titulação com uma solução de hidróxido de sódio (NaOH) padronizado na concentração de 0,1 mol L-1 e fenolftaleína (1%) como indicador. As titulações das amostras foram preparadas usando 10 mL de amostra, 100 mL de água purificada e 3 gotas do indicador (AOAC, 2005). As determinações foram realizadas em triplicata (n=3). A curva de calibração do método proposto (TIE) foi preparada com ácido cítrico na faixa de concentração de 0,05 a 0,60 mol L-1. Para o preparo da curva, foram adicionados 1,2 mL das soluções de referências nos poços das microplacas e 1,2 mL de NaOH como reagente em excesso (2 mol L-1). Para a homogeneização das soluções nos poços foi utilizada uma barra magnética recoberta com politetrafluoretileno (3,06,5 mm). A temperatura da reação foi monitorada antes, durante e após a dispensação do reagente em excesso. Estas temperaturas foram calculadas com a média das temperaturas obtidas 2 s antes e depois da reação. Posteriormente, uma curva de calibração foi construída usando soluções de referência e as concentrações do analito foram obtidas utilizando a equação dessa curva. A calibração e a quantificação foram realizadas em quadruplicata (n=4). Para o branco da curva de calibração foi utilizado água ultrapura. Para obter melhores resultados foi realizada a otimização dos principais parâmetros instrumentais do sistema TIE, considerando o menor desvio padrão relativo (RSD) em todas as medidas. Os parâmetros avaliados e otimizados foram a influência da velocidade de agitação para homogeneização da solução e da taxa de dispensação da pipeta multicanal. Para a otimização das condições foi utilizado a concentração de 0,3 mol L-1 de ácido cítrico e NaOH como reagente em excesso (2 mol L-1). A taxa de dispensação da pipeta eletrônica foi avaliada nos níveis de 5 a 10 (correspondendo à faixa de 0,41 a 0,71 mL s-1) e a velocidade de agitação foi avaliada entre 100 e 350 rpm. A variação das médias das temperaturas e o desvio padrão relativo (RSD) das medidas foram considerados para a avaliação dos resultados.

Resultado e discussão

A temperatura de todas as reações foi monitorada antes, durante e após a dispensação do reagente em excesso. Estas temperaturas foram calculadas com a média das temperaturas obtidas 2 s antes e depois da reação. Para o monitoramento das temperaturas das reações a diferença de temperatura (ΔT) foi obtida pela equação ΔT= Tf-Ti, onde Tf e Ti são as temperaturas finais e iniciais da reação, respectivamente (BARIN et al., 2015). Para todas as medidas, as temperaturas foram corrigidas pelo software e a temperatura ambiente e umidade foram monitoradas por um termo higrômetro. Para obter-se melhores resultados foi realizada a otimização dos principais parâmetros da TIE, sendo que o volume em cada poço para todos os experimentos foi fixado em 2,4 mL, conforme estudado anteriormente por Tischer et al., (2017) e Oliveira et al., (2017). Esses autores afirmaram que os desvios mais baixos foram alcançados utilizando 2,4 mL de volume total nos poços, pois maiores volumes não podem ser usados devido a dificuldades de agitação e formação de bolhas, o que prejudica a determinação da temperatura. Dessa forma, para amostras e soluções de referência foram adicionados 1,2 mL seguidos de 1,2 mL de NaOH, totalizando 2,4 mL de solução em cada poço. Uma homogeneização eficiente pode garantir a liberação de calor reprodutível e rápida, por isso a agitação é um parâmetro muito importante para a análise por TIE. Assim, de acordo com as velocidades de agitação avaliadas (Figura 1A), os valores de 100 a 200 rpm apresentaram maiores desvios entre as medidas. A velocidade agitação adequada foi 250 rpm, pois permitiu uma melhor homogeneização das soluções e apresentou menor variação (RSD = 0,5%) nas medidas. Além do mais, o mesmo RSD foi observado em 300 rpm, porém em velocidades superiores como 300 e 350 rpm ocorre projeção da solução para fora dos poços, o que promove perda de analito. O efeito da velocidade de dispensação das soluções nos poços pode ser observado na Figura 1B. As velocidades de dispensação apresentaram temperaturas semelhantes, em torno de 5,3 ºC e RSD inferior à 1%, porém, as velocidades de dispensação menores (0,41 a 0,5 mL s-1), apresentaram valores de RSD maiores. Isso ocorreu devido à presença da ponta da pipeta na frente da câmera durante a mistura da solução, afetando a medida precisa da temperatura. Esta interferência também foi observada por Oliveira et al., (2017). No entanto, também foram observados problemas para as velocidades de dispensação maiores (0,63 e 0,71 mL s-1), provavelmente devido à rápida dissipação de calor que prejudicou a precisão e exatidão das medidas. Finalmente, para a velocidade de dispensação intermediária (0,57 mL s-1), foi obtido menor valor de RSD, e essa condição foi escolhida para os experimentos subsequentes. Os resultados obtidos na determinação da acidez total nas duas amostras de limão pelo método proposto TIE, podem ser observados na Tabela 1. Neste estudo, os valores obtidos por TIE apresentaram similaridade com o método convencional, com concordâncias entre 98,0 e 94,3%, sem apresentar diferença significava entre as médias (Teste t de Student, p > 0,05). Para a quantificação da acidez total foi necessário a extração do suco dos limões, porém nenhuma outra etapa de pré-tratamento foi necessária, permitindo a realização da análise diretamente na amostra. Para a construção da curva de calibração foram utilizadas concentrações crescentes de soluções de referência de ácido cítrico, abrangendo a faixa de concentração de 0,05 a 0,6 mol L-1. Foi observada uma boa linearidade na curva com um aumento da temperatura proporcional ao aumento da concentração de ácido, atingindo um coeficiente de determinação adequado (r² 0,9995). O limite de detecção (LOD) e limite de quantificação (LOQ) foram calculados considerando I + 3σ e I + 10σ respectivamente, onde I corresponde ao valor do branco, e σ corresponde ao desvio padrão médio das medidas do branco. O limite de detecção e quantificação apresentaram valores de 0,09 e 0,22 mol L-1 de ácido cítrico, respectivamente. Cabe destacar, que os desvios entre as medidas empregando a TIE foram maiores que os desvios do método convencional, porém a precisão pode ser melhorada utilizando um maior número de replicatas (n=24), como já relatado na literatura (TISCHER et al., 2017). Por fim, a TIE utiliza volumes de amostra 8 vezes menores que o método convencional. Além disso, uma redução no consumo de NaOH de aproximadamente 42 vezes foi possível, mostrando que o método proposto pode ser considerado um avanço no sentindo da diminuição da quantidade de reagentes utilizados e resíduos gerados. Neste estudo foram utilizados 4 poços, entretanto o tempo empregado de análise por TIE para 24 poços é de apenas 3 min. Devido ao menor tempo de análise da TIE, esta apresenta elevada frequência de análise, permitindo a determinação de acidez total de 480 amostras h-1, enquanto que para o método convencional a frequência de análise é de apenas 18 amostras h-1 (FERREIRA, et al, 2016).

Conclusões

A TIE pode ser considerada uma alternativa viável e rápida para a determinação da acidez total em suco de limões, apresentando uma boa exatidão e precisão nos resultados, estando de acordo com o método convencional. A otimização dos parâmetros de análise mostrou-se uma etapa importante para obter uma melhor resposta e melhorar a precisão dos resultados. Além disso, com a TIE também foi possível o emprego de menores quantidades de amostra em relação ao método convencional, maior frequência de análise frente ao método convencional, além de ser menos laboriosa. Assim, a combinação da termografia no infravermelho com a análise entalpimétrica mostrou-se promissora, dessa maneira a TIE pode ser considerada uma importante ferramenta para executar análises de rotina de acordo com os princípios da química analítica verde.

Agradecimentos

Os autores agradecem a CAPES, CNPQ e FAPERGS por apoiar este estudo.

Referências

AOAC. (Association of Official Analytical Chemists) (2005). Official Methods of Analysis of the Association of Analytical Chemists International, 18th ed. Gathersburg, MD U.S.A Official methods, 2005.08.
BARIN, J. S.; TISCHER, B.; OLIVEIRA, A.S.; WAGNER, R.; COSTA, A. B.; FLORES, E. M. M. Infrared Thermal Imaging: A Tool for Simple, Simultaneous and High Throughput Enthalpimetric Analysis. Analytical Chemistry, v. 87, p. 12065-12070, 2015.
FERREIRA, D.F., Análise rápida da acidez de bebidas em microplacas de papel empregando entalpimetria no infravermelho. Dissertação de Mestrado, p. 56, 2016.
GALUSZKA A., MIGASZEWSKI Z., NAMIESNIK J., The 12 principles of green analytical chemistry and the significance mnemonic of green analytical practices, Trends Analytical. Chemistry. 50 (2013) 78-84.
MAPA, Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA), Regulamento técnico para fixação dos padrões de identidade e qualidade para suco de limão. Instrução normativa n° 1, de 07 de janeiro de 2000.
MAPA, Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (MAPA). Decreto nº 2.314, 1997.
OLIVEIRA A.S., DALLA NORA F. M., MELLO R. O., MELLO, P. A., TISCHER, B., COSTA, A. B., BARIN, J. S. One-Shot, reagent-free determination of the alcoholic content of distilled beverages by thermal infrared enthalpimetry. Talanta, v. 171, p. 335-340, 2017.
TISCHER, B., OLIVEIRA, A. S., FERREIRA, D. F., MENEZES, C. R., DUARTE, F. A., WAGNER, R., BARIN, J. S. Rapid microplate green method for high-throughput acidity evaluation of vinegars using thermal infrared enthalpimetry. Food Chemistry, v. 215, p. 17-21, 2017a.
TISCHER, B., OLIVEIRA, A. S., COSTA, A. B., CICHOSKI, A. J., BARCIA, M.T., WAGNER, R., BARIN, J. S. Rapid and simultaneous determination of acidity and salt content of pickled vegetable brine by using thermal infrared enthalpimetry. Journal of Food Composition and Analysis. 2017b, doi:https://doi.org/10.1016/j.jfca.2017.07.029