Análise de formaldeído em leite empregando reagente em fase sólida

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Analítica

Autores

Araújo, A.L.S. (UFRPE) ; Lavorante, A.F. (UFRPE) ; Belian, M.F. (UFRPE)

Resumo

O leite é um dos alimentos mais consumidos na dieta humana, classificado como muito perecível. Devido a este fato, é uma das matrizes mais adulteradas no mundo. O formaldeído (CH2O) é um dos principais adulterantes no leite segundo a OMS, tendo limite de 1,0 mg L 1. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é a determinação de CH2O em leite e para tanto propõe-se uma metodologia via reagente em fase sólida. A caracterização foi realizada por espectroscopias vibracional, absorção e termogravimetria. O método emprega um sistema em fluxo, baseado na geração in situ de um reagente seletivo para o CH2O: o Fluoral-P. As leituras foram feitas variando a concentração entre 1,0 e 10,0 mg L-1 obtendo reta [y = 29,13(± 0,705)x + 182,51(± 3,76)/R = 0,997] demonstrando a viabilidade do sistema proposto.

Palavras chaves

Formaldeído; Análise em fluxo; Espectrofluorimetria

Introdução

O leite é um alimento muito nutritivo e amplamente consumido no Brasil, principalmente nas classes populares, e devido a tal abrangência no mercado, tem recebido um maior enfoque em seu controle de qualidade. A qualidade deste produto pode ser evidenciada pelos seus aspectos visuais e além de testes físico-químicos, colorimétricos, entre outros (TRONCO, 2010). O leite apresenta um pH e quantidade de substratos apropriados para o desenvolvimento de diversos micro-organismos, que em pouco tempo vão degradar este alimento. Visando conter perdas, devem-se manter boas práticas de manuseio, além de instalações climatizadas e equipamentos de aço inoxidável para garantir uma maior vida útil ao leite. Contudo o método recorrente para o aumento na durabilidade do leite é a fraude (NASCIMENTO, 2017). Na maior parte dos testes de qualidade, constatam-se fraudes no leite por meio de adição de água, substâncias neutralizantes de pH, inibidores de proliferação microbiana e até compostos que aumentam a viscosidade do produto (ALMEIDA, 2013). Partindo deste fato, considera-se frauduloso todo o leite que apresentar substâncias extrínsecas à sua composição natural ou ter parte de seus componentes retirados por alguma razão (BRASIL, 1997). Um produto aplicado frequentemente na adulteração do leite é o formaldeído, devido às suas propriedades conservantes. O formaldeído, conhecido como formol ou metanal é um composto orgânico da classe dos aldeídos, que apresenta pequena massa molecular, alta reatividade e solubilidade em meio aquoso, além da sua toxidade já citada na literatura. Macroscopicamente, o formaldeído é um líquido incolor volátil, moderadamente inflamável, com propriedades antimicrobianas. Devido à tal característica, o formaldeído está contido nas formulações de produtos como pesticidas e cosméticos (WAHED et al, 2016). Alguns métodos vêm sendo desenvolvidos para a detecção do formaldeído em leite, já que este o insumo sustenta toda uma cadeia econômica em nossa produção agrícola, logo este produto deve apresentar boa qualidade no mercado interno e externo (WANG, 2008). Este químico é constantemente é detectado nos processos de controle de qualidade. Um forte indício para essa alta ocorrência é o baixo custo de aquisição do formaldeído. Isso implica na importância se estudar esse aldeído. Toma-se como justificativa deste trabalho, a importância do desenvolvimento de novas técnicas para determinação tanto quantitativa quanto qualitativa de formaldeído em leite e seus derivados para que a população consuma um produto de boa procedência e que não apresente riscos à saúde do comprador. O projeto se baseia no desenvolvimento de um sistema multicomutado que emprega compostos de coordenação à base de níquel e dicetonas para a detecção espectrofluorimétrica quantitativa de formol em produtos lácteos. A aplicação na análise em fluxo neste processo incorpora um ganho significativo no sistema, pois, a reprodutibilidade das análises cresce (também suas velocidades) e tanto o consumo de reagente quanto a geração de resíduos são mínimos (LAPA et al, 2002). 1.1 OBJETIVO GERAL Desenvolver um sistema em fluxo multicomutado para a determinação espectrofluorimétrica de formaldeído em amostras de leite empregando um composto de coordenação como reagente sólido. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Sintetizar o composto de coordenação de Ni (II) via síntese inorgânica; • Caracterizar o composto de coordenação proposto por técnicas espectroscópicas e análise termogravimétrica; • Definir a r capacidade máxima de análises mantendo uma massa fixa de reagente sólido; • Avaliar os fatores físicos e químicos para determinação de formaldeído pela metodologia sugerida; • Montar do módulo de análise para a determinação de formaldeído; • Desenvolver um programa específico escrito em LabView® para controle das variáveis do sistema e aquisição dos dados gerados.

Material e métodos

Transferiu-se 238 mg de NiCl2•6H2O (~ 1mmol), dissolvendo-o em água destilada em um balão reacional de 50 mL, em seguida ocorreu a adição excessiva de 427 mg NaAcac (3,5 mmol). Depois o meio foi mantido sob agitação magnética por 4h conectado ao sistema de refluxo. O sólido verde obtido após resfriamento, sendo posteriormente filtrado e reservado. A reação é ilustrada na figura 1. Figura 1: Síntese do composto de coordenação 2.1 REAÇÃO DE FORMAÇÃO DA 1-(5-ACETIL-2,6-DIMETIL-1,4-DIHIDRO- PIRIDINIL)-ETANONA (DDL), A reação de detecção do formaldeído por luminescência é oriunda de uma reação entre o formaldeído e a 4-amino-3-penten-2-ona (conhecido como Fluoral-P). Para ocorrer esta reação, submeteu-se o composto de coordenação formado [Ni(Acac)2], com um excesso de amônia. O produto desta reação seria o reagente seletivo ao formol: o Fluora-P. Quando este entra em contato com o analito ocorre uma reação condensação formando a DDL, responsável pela fluorescência do processo (COMPTON B. J.; PURDY W. C., 1980; PINHEIRO et al, 2004; SOUZA et al, 2009). O esquema reacional está ilustrado na figura abaixo: Figura 2: (a) Reação de formação indireta do Fluoral-P (b): Reação entre o Fluoral-P e o formaldeído gerando a DDL 2.2 ELABORAÇÃO DO SISTEMA DE DETECÇÃO O sistema proposto neste trabalho é ilustrado abaixo na figura 3. Na primeira etapa o composto de coordenação é inserido na CIA, posteriormente a amônia é bombeada até entrar em contato com o material. Em seguida, o fluido carreador transporta a mistura até o ponto de confluência. Na terceira etapa a amostra de leite previamente tratada é inserida no sistema entrando em contato com a fase aquosa que contém o Fluoral-P. O módulo fica estacionário por alguns minutos no banho com ultrassom. Na fase final, a água é novamente bombeada e leva o produto até o detector. Após a quantificação se estima a concentração de formaldeído no insumo e se investiga o enquadramento da amostra com relação aos parâmetros aceitáveis pela legislação. Figura 3: Design do sistema proposto para a detecção de formaldeído Onde: (R) = Reagente; (C) = Fluido Carreador; (P) = Minibombas; (A) = Amostra; (CI) = Cela Imobilizadora; (Y) = Confluências; (BMU) = Banho-Maria com Ultrassom; (D) = Detector e (L) = Lixo

Resultado e discussão

3.0 RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1 ESPECTROSCOPIA VIBRACIONAL NA REGIÃO DO INFRAVERMELHO Devido à possibilidade de mais de um número de coordenação tomou-se como referência a estrutura [Ni(Acac)x(H2O)y]; onde x = 2 ou 3 e y = 2 ou 0. A figura 4 mostra os espectros de infravermelho que comparam a dicetona, o ligante e o composto de coordenação sintetizado. O Acac apresentou um pico principal referente ao grupo cetônico na sua estrutura (ⱱ = 1700). Quando comparado ao espectro do sal orgânico vemos que o valor observado para o estiramento de cetonas decresce um pouco (ⱱ = 1680). Isso é indicativo de cetonas conjugadas. Também nota-se o aparecimento do estiramento C-H do carbono sp2 (ⱱ = 3100) que condiz com o pico moderado referente à deformação angular do plano (ⱱ = 1000). Esses são indícios da formação do sal de Acac (enolato). Houve a aparição de uma banda larga na região de 3400 cm-1 que acredita-se ser uma pequena quantidade de água adsorvida no material. O último espectro apresenta os picos citados acima, que indicam a presença de grupos cetônicos, além da dupla ligação e possivelmente a coordenação com moléculas de água, já que, este apresenta uma banda larga na região característica (ⱱ = 3400). O espectro do composto de coordenação se assemelha com o NaAcac, porém a ligação coordenativa que há entre o centro metálico e o ligante destorce o padrão variacional do sal e por tal motivo o espectro apresentou variâncias em alguns picos. Esse fato pode ser um forte indicativo do êxito da síntese. Todos o perfil visto no espectro com composto de coordenação de interesse se assemelha ao disponível na literatura. (LEAL et al, 2011) Figura 4: Espectros vibracionais do Acac (em preto); NaAcac (em vermelho) e o Compostos de Coordenação (em azul) 3.2 ESPECTROSCOPIA DE ABSORÇÃO ELETRÔNICA NA REGIÃO UV-VIS Nesta técnica foram avaliados os comportamentos do metal livre, o ligante, e a espécie formada. Quando ocorreu a coordenação entre o metal e o ligante, nota-se que houve um deslocamento de bandas. Essa Esse mudança é devida à coordenação com o centro metálico, estabilizando-o. A substituição de ligante no grupo cromóforo altera a intensidade e posição da banda de absorção, pois, estes mesmos podem absorver radiação frente e causar variação no que se era visto no analito antes da substituição. Espécies que tem esse comportamento são chamadas de auxocromos, que neste caso, causaram um efeito batocrômico (deslocamento para a região do vermelho). Na nova estrutura formada também pode ocorrer transferências de carga entre o ligante e o metal e deste modo, facilitar as transições eletrônicas. Como esperado, a banda de absorção deslaça-se para maiores comprimentos de onda, que indica a necessidade de menor energia para promover o fenômeno com a radiação eletromagnética. Este fato é um indicativo da formação de um novo composto, que corrobora para o êxito da síntese. Os espectros ilustrados na figura 5. Figura 5: Espectros de absorção do metal, ligante e composto de coordenação 3.3 ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA A partir das curvas térmicas conseguiu-se estimar o peso dos fragmentos oriundos de quebra das ligações químicas mais fracas. A partir dos cálculos feitos constatou-se que houve dois eventos térmicos (ET). O primeiro referente à saída da molécula de água na faixa de 50-100º C, enquanto o segundo foi na faixa de 150-400º C, como observado na Figura 6. Figura 6: Curva Termogravimétrica do [Ni(Acac)x(H2O)y] As massas aproximadas de cada ligante foram obtidas pelos cálculos que relacionam a perda de massa com o peso molecular da substância. Os dados aproximados são ilustrados no quadro 1 e a partir deles pode-se inferir qual a estrutura formada. Os dados obtidos nos dá um suporte probabilístico da possível estrutura de coordenação, e desse modo, a fórmula que mais se aproxima do real foi a [Ni(Acac)2]. Contudo os dados sobre a água são incertos, pois, não se sabe se a água estava apenas adsorvida no material ou de fato inclusa na primeira esfera do poliedro de coordenação. Quadro 1: Relações dos ligantes a partir da TGA Estudo dos Eventos Térmicos Fórmula Molecular M. M. (g/mol) 1º E.T. (%) Ligante A (g/mol) 2º E.T. (%) Ligante B (g/mol) [Ni(Acac)2(H2O)2] 292.7 7,1 20,78 37,2 108,88 [Ni(Acac)( H2O)2] 193,7 7,1 13,75 37,2 72,06 [Ni(Acac)( H2O)4] 229,7 7,1 16,31 37,2 85,45 [Ni(Acac)2] 256,7 7,1 18,23 37,2 95,49 [Ni(Acac)3] 355,7 7,1 25,25 37,2 132,33 Comparativo  H2O  18,02 Acac-1  99,00 3.4 ESTUDO DA TEMPERATURA DE AQUECIMENTO Foram testadas réplicas de um padrão de formaldeído, variando sua temperatura entre 40 e 100 ºC, a fim de averiguar como o parâmetro afetaria a cinética reacional e em qual temperatura se obteria a melhor resposta de intensidade de fluorescência. Como ilustrado na figura 7, nota-se que a temperatura de 100º C foi a que melhor respondeu neste estudo. Contudo proceder análises nesta temperatura se torna um impasse principalmente pelos componentes voláteis presentes no processo (amônia e formol), por esta razão é que se optou pela faixa de 70 ºC como parâmetro para as demais análises na pesquisa. Figura 7: Efeito da intensidade frente a temperatura de aquecimento 3.5 ESTUDO DA VOLUME As proporções entre a quantidade de Fluoral-P e o volume de amostra que continha formaldeído adicionado foram estudadas. Seis diferentes razões foram avaliadas (1:1; 1:2; 1:3; 1:4; 1:5 e 1:10), e a partir dos das intensidades observadas foi possível definir a melhor proporção para proceder as análises. A princípio notou-se que a segunda e terceira proporções responderam melhor que a 1:1. Acredita-se que o fator decisivo foi a excesso de aldeído que pode causar um deslocamento do equilíbrio para os reagentes, produzindo assim mais DDL. As demais proporções estudadas tiveram quedas nas suas intensidades pois, independente da concentração do analito no meio, o fator de diluição está sendo predominante, diminuindo assim a concentração do produto fluorescente. A razão que se observou a resposta máxima de intensidade foi a 1:3 como ilustrado na figura 8. Figura 8: Estudo da relação Formol/Fluoral-P em volume 3.6 ESTUDO DA EXTENSÃO ANALÍTICA DO COMPOSTO DE COORDENAÇÃO A partir de uma quantidade fixa do [Ni(Acac)2], foi realizado um teste com réplicas de formaldeído para verificar a quantidade de análises que poderiam ser feitas mantendo-se o material na cela. A partir dos dados obtidos observou-se um comportamento de decaimento no sinal analítico, que corrobora com o comportamento de consumo do reagente. A curva traçada estima quando a concentração estará tão baixa que o sinal ficará constante. Até o momento consegue-se operar vinte análises com o mesmo montante do material (cerca de 50 mg). Os resultados são ilustrados na figura 9. Figura 9: Estudo da quantidade de análises mantendo-se uma massa fixa do composto de coordenação 3.7 CONSTRUÇÃO DE CURVA ANALÍTICA As curvas analíticas foram construídas variando-se a concentração do formol entre 0,0 a 10,0 mg.L-1,obtendo uma linearidade satisfatória (y = 29,13(± 0,705)x + 182,51(± 3,76); R = 0,997 / y = -0,05(±0,005)x + 0,836(±0,031); R = 0,61). O resultado obtido é ilustrado na figura 9. Figura 9: Curvas analítica do formaldeído, onde (A): reta correlacionando concentração x intensidade; (B): reta construída pela razão F0/F e (C): ilustração espectral da curva analítica Ambas curvas analíticas mostram a partir dos seus coeficientes de correlação (Rlinear = 0,997 / RF0/F = 0,961) que o método proposto é viável e que a faixa de trabalho está adequada, sabendo que os limite aceito para este adulterante está numa escala de 1,0 mg.L-1.

Conclusões

4.0 CONCLUSÕES • Houve êxito na síntese do composto de coordenação [Ni(acac)2] de acordo com as técnicas espectroscópicas de absorção e vibração; • A partir da curva de TG foi possível estimar uma estrutura mais provável para o composto de coordenação utilizando os valores dos eventos térmicos; • O efeito da temperatura influenciou na resposta do analito onde à 100 ºC obteve-se o melhor resultado; • A curva de repetibilidade mostrou que o sinal da DDL tende a estabilizar em torno de 20ª análise, comprovando o esgotamento do [Ni(acac)2] que foi transformado em outro componente no processo; • O método demonstrou linearidade significativa e sensibilidade para o formaldeído (y = -0,049(± 0,006)x + 0,83069(± 0,037) / r = 0,991).

Agradecimentos

5.0 AGRADECIMENTOS À Universidade Federal Rural de Pernambuco, À FACEPE pelo financiamento do projeto; Ao Lab. de Medicamentos, Tecnologias, Energia e Soluções Ambientais pela disponibilidade para realização da pesquisa.

Referências

ALMEIDA, T. V. Detecção De Adulteração Em Leite: Análises De Rotina E Espectroscopia De Infravermelho, Goiânia (GO), Universidade Federal de Goiás, Escola de Veterinária e Zootecnia, Disciplina: Seminários Aplicados, 2013.


BRASIL. Ministério da Agricultura. Decreto nº 30.691 de 29 de março de 1952, alterado pelos Decretos nº 1255 de 25 de junho de 1962, nº 1236 de 2 de setembro de 1994, nº 1812 de 8 de fevereiro de 1996 e nº 2.244 de 4 de junho de 1997. Regulamento da Inspeção Industrial e Sanitária de Produtos de Origem Animal - RIISPOA. Brasília, DF, 1997


COMPTON, B. J., PURDY, W. C. Fluoral-P, a Member of a Selective Family of Reagents for Aldehydes, Department of Chemistry, McGill University, Quebec (Canada), Analytica Chimica Acta, ed. Elsevier, 1980.


INCA. Instituto Nacional de Câncer. Disponível em: <http://www.inca.gov.br/conteudo_view.asp?ID=795>. Acesso: 17 jun de 2019.

LAPA, R. A. S. et al. Multi-pumping In Flow Analysis: Concepts, Instrumentation, Potentialities, Analytica Chimica Acta, ed. Elsevier, 2002.


LEAL, B. C. et al. Abordagem Teórico-Experimental Da Teoria Do Campo Cristalino Na Disciplina De Síntese Inorgânica, Química Nova, vol. 34, nº 10, 2011, p.1830-1835.


MACAGNAN, K. K.; SARTORI, M. R. K.; CASTRO, F. G. Sinais E Sintomas Da Toxicidade Do Formaldeído Em Usuários De Produtos Alisantes Capilares, Cadernos da Escola de Saúde, Curitiba, 4: 46-63 vol.1 ISSN 1984 – 7041.


NASCIMENTO, C. F. et al. Recent Advances On Determination Of Milk Adulterants, Food Chemistry, v.221, 2017, p. 1232–1244.


PINHEIRO, H. L. C. et al. Importância Do Monitoramento De Formaldeído Em Ambientes Hospitalares Utilizando O Reagente Fluoral “P” E Detecção Espectrofluorimétrica, Anais Do I Congresso Nacional Da ABDEH – IV Seminário De Engenharia Clínica, 2004.


SOUZA, L. T. et al. A Semi-Continuous Analyzer for the Fluorimetric Determination of Atmospheric Formaldehyde, Brazil, J. Braz. Chem. Soc., Vol. 20, 2009.

TRONCO, V. M. Manual de Inspeção da Qualidade do Leite, Santa Maria, Ed. UFSM, 4ª edição, 2010, p.17-21 / 131-141.


WAHED, P. et al. Determination of formaldehyde in food and feed by an in-house, Food Chemistry, vol. 202, 2016, p.476–483.

WANG, J. et al; An enrichment method to detect low concentration formaldehyde, Sensors and Actuators B, v.134, 2008, p. 1010–1015.