Nome do Projeto
Desenvolvimento de Métodos Analíticos para Análise de Alimentos Visando a Avaliação da Composição Elementar por MIP OES
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/05/2020 - 30/04/2024
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
O objetivo do presente projeto de pesquisa se baseia no desenvolvimento e validação de métodos analíticos para a determinação da concentração total e da fração bioacessível de elementos essenciais e potencialmente tóxicos (Al, As, Ba, Ca, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Se, Sn e Zn) em amostras de alimentos a base de proteínas animal e vegetal e em suplementos proteicos. A ênfase maior do projeto é dada para a etapa de preparo das amostras e subsequentes análises pela técnica de espectrometria de emissão óptica com plasma induzido por micro-ondas (MIP OES). Serão investigadas diferentes formas para a introdução da amostra no plasma tais como: (a) sistema de introdução de amostra multimodo (MSIS), que alia simultaneamente a nebulização pneumática e a geração química de vapor, (b) substituição da nebulização convencional pelo nebulizador ultrassônico com sistema de dessolvatação (USN) e (c) uso de dispositivo desenvolvido para diluição do aerossol que será instalado entre a câmera de nebulização e a tocha para introdução de gases (ex. ar comprimido, Ar e/ou H2) e/ou vapores químicos. Desta forma, busca-se melhorar os limites de detecção dos analitos na técnica de MIP OES focando alcançar a determinação simultânea de macro e micro constituinte nos alimentos. Serão realizados estudos de métodos de preparo das amostras usando um bloco digestor com acoplamento de um sistema de refluxo aos tubos reacionais. Para os estudos da fração bioacessível, será desenvolvida uma nova alternativa para a validação, que será feito através do balanço de massas entre a fração bioacessível e não bioacessível versus a concentração total, uma vez que o teste de adição e recuperação, muito empregado na literatura para este propósito, não é confiável para este tipo de estudo, devido à dificuldade de simular a forma exata na qual os elementos se encontram associados aos alimentos. Estudos relacionados às otimizações dos parâmetros instrumentais do MIP OES, das condições da geração química e/ou fotoquímica de vapor, efeito da adição de gases especiais, tais como Ar e/ou H2 no plasma, do uso da USN, assim como da presença de possíveis interferências e métodos de calibração serão realizados. Por fim, todos os métodos desenvolvidos serão validados, sendo que para a concentração total dos analitos, sempre que possível e disponível, os materiais de referência certificados serão analisados. Palavras-chave: proteína animal, proteína vegetal, elementos essenciais, elementos potencialmente tóxicos, bioacessibilidade, MIP OES.

Objetivo Geral

Objetivos Gerais e Específicos:
- O presente projeto de pesquisa tem por objetivo principal o desenvolvimento e a validação de métodos analíticos para análises de proteínas animal (carnes vermelhas), proteína vegetal (soja, grão de bico, lentilha e ervilha) e suplementos proteicos, focando principalmente na determinação da concentração total e da fração bioacessível de elementos essenciais e potencialmente tóxicos em amostras comerciais destinadas ao consumo humano. Para isto, serão investigadas diferentes possibilidades para a introdução da amostra na técnica de MIP OES, visando obter métodos mais sensíveis, aliando simplicidade e baixo custo, com melhor exatidão e precisão.

Neste contexto, as principais metas deste projeto são:

1) Estudos para Introdução da Amostra no Plasma:
- Avaliar as diferentes possibilidades para introdução da amostra no plasma, assim como da presença de um gás adicional:
(a) Sistema de introdução de amostra multimodo (MSIS), que alia simultaneamente a nebulização pneumática e a geração química de vapor;
(b) Nebulização ultrassônica com sistema de dessolvatação (USN);
(c) uso de dispositivo desenvolvido para diluição do aerossol a ser instalado entre a câmera de nebulização e a tocha para introdução de gases e/ou vapores no plasma.

2) Estudos para Determinação da Concentração Total dos Analitos:
- Desenvolver e validar metodologias eficientes, rápidas e de menores custos voltadas para a determinação da concentração total de elementos essenciais e potencialmente tóxicos nas amostras de proteína animal, vegetal e em suplementos proteicos, visando realizar uma caracterização elementar;
- Realizar estudos do preparo destas amostras em sistema de copo aberto convencional com uso de um sistema de refluxo e controle de temperatura, para posterior determinação das concentrações totais dos analitos por MIP OES.

3) Estudos de Bioacessibilidade:
- Realizar estudos da fração bioacessível de cada analito em todas as amostras a serem estudadas, através da simulação do processo digestivo humano in vitro conforme descrito por Minekus e colaboradores1;
- Desenvolver um novo procedimento de validação para a metodologia empregada nos estudos de quantificação da fração bioacessível, através da análise da fração não bioacessível das amostras;
- Analisar as amostras por técnicas comparativas, tais como F AAS e GF AAS de modo a avaliar a exatidão da metodologia empregada para a determinação da concentração total;
- Relacionar os valores de fração bioacessível obtidos com as concentrações totais encontradas para cada analito nas diferentes amostras;
- Comparar todos os resultados obtidos com os valores de limites diários de ingestão permitidos ou com dados da legislação pertinentes aos alimentos investigados quando disponíveis.

Além das metas experimentais, outros objetivos também são muito importantes e devem ser destacados, tais como:
- Propiciar a participação de alunos de Iniciação Científica, Pós-Graduação e Pós-doutorado através da execução das atividades experimentais pertinentes a este projeto, contribuindo desta forma com a formação de recursos humanos qualificados na região;
- Divulgar os resultados obtidos através de publicações de artigos científicos em revistas com bons fatores de impacto e através da participação em eventos científicos nacionais e internacionais sempre que possível.

Justificativa

Para alimentos em geral, estudos da concentração total e da bioacessibilidade, se tornam importantes, uma vez que estes apresentam nutrientes essenciais para a dieta diária humana. Sendo assim, é necessário o emprego de técnicas analíticas multielementares e sensíveis para realizar determinações das frações totais e bioacessíveis dos elementos essenciais e tóxicos presentes nos alimentos a base de proteínas animal, vegetal e em suplementos proteicos. Assim, podemos assegurar a qualidade destes alimentos para o consumo humano e garantir uma boa orientação nutricional para as pessoas que buscam alternativas de dietas isentas de proteínas de origem animal, pois através dos estudos de bioacessibilidade, será possível orientar a população se é seguro substituir as proteínas animais pelos vegetais, bem como destacar quais seriam as melhores alternativas vegetais para isso, ou se faz necessário do uso de suplementos proteicos.

Metodologia

A metodologia a ser empregada para o desenvolvimento do projeto de pesquisa é apresentada a seguir.

Instrumentação
Como se trata de uma técnica recentemente comercializada, na medida em que os problemas forem surgindo, todas as possibilidades já exploradas em outras técnicas de espectrometria atômica, certamente serão investigadas e adaptadas para o bom desempenho da técnica de MIP OES. Assim, serão realizados estudos para a otimização dos parâmetros operacionais para os diferentes sistemas de introdução da amostra no plasma, tais como a vazão do gás carreador, concentração de ácidos e reagentes redutores para cada amostra a ser analisada.
Também serão realizados estudos do desempenho do plasma no MIP OES, avaliando algumas condições: vazão e mistura de gases, estudos das diferentes linhas espectrais para as emissões dos analitos, estudos de interferências espectrais e não espectrais e suas correções, necessidade ou não do uso de padrão interno e/ou agentes mascarantes, etc. Sempre que necessário, usaremos outras técnicas de análise para comparação dos resultados (F AAS ou GF AAS).

Amostras
Todas as amostras serão de origem comercial, destinadas ao consumo humano e serão obtidas em comércio local. As amostras, quando necessário, passarão por um processo de limpeza, homogeneização e posteriormente serão armazenadas a -16 oC. A estocagem em temperatura baixa será utilizadas para as amostras de proteína animal, com a finalidade de neutralizar o máximo possível a proliferação de microrganismos, evitando a decomposição das amostras durante o desenvolvimento do projeto.

Estudos para Determinação da Concentração Total
- Realizar estudos do preparo das amostras usando a decomposição ácida em bloco digestor com sistema de refluxo;
- Avaliar o efeito da temperatura de aquecimento do bloco digestor e a condensação do sistema de refluxo para os elementos voláteis na etapa de mineralização das amostras;
- Avaliar o uso de mistura de ácidos minerais e peróxido de hidrogênio no preparo das amostras;
- Avaliar o teor residual de ácidos e de sólidos totais dissolvidos nas soluções resultantes da mineralização.

Estudos para a Determinação da Fração Bioacessível
- Realizar estudos das frações bioacessíveis através do método in vitro, simulando os fluidos do processo digestivo humano (saliva, suco gástrico e intestinal) com base no método descrito por Minekus e colaboradores1;
- Desenvolver um método alternativo para avaliar a exatidão do procedimento utilizado para estudos da fração bioacessível.

Tratamento dos Dados
- Realizar a avaliação da exatidão dos métodos obtidos para determinação da concentração total através da análise de materiais de referência certificados quando disponíveis ou se necessário, utilizar o teste de adição e recuperação;
- Realizar a avaliação da exatidão das metodologias obtidas para os estudos da fração bioacessível, através do uso de materiais de referência certificados quando disponíveis para cada amostra analisada ou confrontar os dados das frações na fase sólida (não bioacessível) e líquida (bioacessível) após os estudos da simulação do processo digestivo com a concentração total obtida para todas as amostras, uma vez que o teste de adição e recuperação não é uma opção confiável para este estudo, devido à dificuldade em simular a forma exata com que os elementos se encontram nas amostras, não reproduzindo com fidelidade o processo de biodisponibilidade, uma vez que os analitos adicionados já estarão na fase líquida.
- Avaliar todos os resultados obtidos através da utilização de ferramentas estatísticas, submetendo a testes de rejeição (Teste Q) e comparação de conjuntos de dados, tais como o teste T e de Tukey.

Indicadores, Metas e Resultados

O presente projeto de pesquisa irá gerar conhecimentos em relação às concentrações totais e das frações bioacessíveis dos elementos ao ser humano, fornecendo informações a respeito da qualidade nutricional das diferentes fontes de proteínas consumidas pelo homem.
Além disso, irá contribuir com o desenvolvimento de métodos analíticos usando a técnica de MIP OES, os quais poderão ser uma nova alternativa aos métodos clássicos de análise para o controle de qualidade de alimentos.
Do ponto de vista de melhorias na técnica de MIP OES, espera-se que a presença de um gás adicional (ar comprimido, Ar e H2) no plasma usado para diluir o aerossol, possa aumentar a energia disponível para minimizar as interferências espectrais e não espectrais, propiciando uma melhora nos sinais de emissão atômica para os elementos com maior energia de excitação e com linhas iônicas, na busca de melhorar as sensibilidades e também para reduzir os efeitos de matriz, principalmente para análise das soluções resultantes dos estudos de bioacessibilidade, os quais apresentam elevados teores de sais e enzimas que são utilizados na simulação dos estudos in vitro, que necessitam de elevadas diluições e podem comprometer a determinação dos microconstituintes nos alimentos.
Uma outra alternativa que propomos para contornar a limitação do MIP OES é o uso do nebulizador ultrassônico (USN). As condições de trabalho do equipamento com uso da nebulização convencional, limita o uso da solução de análise em 5% v/v de acidez e de 3% m/v para os sólidos dissolvidos. Acima destas condições, o plasma se torna instável, comprometendo a precisão das análises, além de propiciar depósitos de resíduos na superfície interna no quartzo da tocha, levando a fusão desta região, provocando uma perda prematura da peça e/ou necessitando de limpeza constante entre os ciclos de trabalho para tentar contornar este inconveniente. Assim sendo, a USN por apresentar uma melhora significativa nos limites de detecção dos métodos, em função da sua maior eficiência de transporte e introdução das soluções de análise no plasma, aliada ao sistema de dessolvatação, propicia uma redução da carga de solvente e/ou ácidos, que deve ampliar a detectabilidade para elementos minoritários presentes nos alimentos e aumentar a vida útil das tochas, além de permitir a análise de soluções mais diluídas.
É importante salientar também que o referido projeto, irá colaborar na formação de recursos humanos através da participação dos estudantes. O grupo LabMeQui possui um dos poucos equipamentos de MIP OES instalados, em operação e destinado à Pesquisa e Ensino no Brasil. Desta forma, pretende-se formar profissionais qualificados na área de Química Analítica atuando principalmente nesta técnica e em outras disponíveis no Grupo, através da orientação de alunos de Iniciação Científica, Pós-Graduação em nível de Mestrado e Doutorado e Pós-doutorados, os quais irão desenvolver atividades experimentais de seus trabalhos vinculados a este projeto. Também, sempre que possível, os resultados obtidos serão apresentados em eventos científicos especializados na área de conhecimento de Química Analítica e de Química de Alimentos e também serão publicados em revistas científicas indexadas da área com alto fator de impacto, de modo a divulgar os resultados obtidos para toda a comunidade científica internacional.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ADRIANE MEDEIROS NUNES2
ANA RENATA DA ROSA LOUZADA
ANDERSON SCHWINGEL RIBEIRO4
CAROLINE DUTRA CLASEN
CHARLIE GUIMARÃES GOMES
DAISA HAKBART BONEMANN
EDUARDO GRILL DA SILVA CARVALHO
EMANOELLI RESTANI LOPES
KAIANE DE QUEVEDO RIBEIRO
MARIANA ANTUNES VIEIRA2
MEIBEL TEIXEIRA LISBOA
MÔNICA REGINA DE ALMEIDA CHAVES FERREIRA
SABRINA HÄRTER SCHERDIEN
SANDY ARAUJO SILVA
YASMIN RIBEIRO BLOEDORN

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
CNPq / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoR$ 39.600,00Coordenador
CAPES / Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível SuperiorR$ 14.851,68Coordenador
CAPES / Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível SuperiorR$ 6.060,00Coordenador

Plano de Aplicação de Despesas

DescriçãoValor
BolsasR$ 39.600,00

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