Nome do Projeto
DESENVOLVIMENTO DE MÉTODOS PARA A DETERMINAÇÃO DE METAIS, METALOIDES E NÃO METAIS EM ALIMENTOS E ESTUDOS DE BIODISPONIBILIDADE
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
01/05/2021 - 01/04/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências Exatas e da Terra
Resumo
Diversos elementos químicos desempenham papeis metabólicos importantes no organismo humano e, na maioria das vezes, são ingeridos na alimentação. Porém, concentrações inadequadas de metais, metaloides e não metais presentes nos diversos alimentos que são consumidos, podem afetar negativamente o metabolismo, interferindo na qualidade dos alimentos e afetando diretamente a saúde das pessoas. Sendo assim, é necessário o adequado controle de qualidade dos mais diversos alimentos com relação à concentração elementar presente nessas amostras. Além disso, existe uma variedade muito extensa de alimentos com características diferentes entre si, como forma de apresentação (sólidos, semissólidos ou líquidos), forma de consumo (cru, cozido, frito, etc.), composição majoritária, composição minoritária, dentre outras. Ainda é importante destacar que a concentração dos analitos presente nos alimentos não é efetivamente a concentração disponibilizada e absorvida no organismo. Assim, é de fundamental importância avaliar, além da concentração total dos elementos e suas espécies nos alimentos, a fração bioacessível/biodisponível desses analitos a partir do consumo de cada amostra. Dessa maneira, é fundamental o desenvolvimento de métodos analíticos confiáveis visando a determinação de metais, metaloides e não metais em alimentos e sua fração bioacessível/biodisponível, adequados para as características tanto dos analitos quanto da matriz alimentícia analisada. O desenvolvimento de um método confiável passa, dentre outras etapas, pelo adequado preparo das amostras, levando em consideração além das características da matriz, os elementos a serem determinados e suas concentrações, assim como a técnica de determinação a ser utilizada. Nesse sentido, vêm sendo propostos métodos de preparo de amostras de alimentos preconizando pelo uso de formas alternativas de energia, como as radiações micro-ondas e ultravioleta, bem como a energia ultrassom, aumentando a eficiência do método e fornecendo soluções compatíveis com múltiplas técnicas de determinação. Isso acarreta na ampliação da gama de analitos que podem ser determinados nos alimentos, com adequada sensibilidade e exatidão. Dessa forma, o presente projeto visa o desenvolvimento, otimização e avaliação de métodos analíticos para a determinação de metais, metaloides e não metais em diversos alimentos, além da quantificação das espécies químicas em que esses elementos se encontram em cada uma das amostras e o quanto desses analitos são efetivamente disponibilizados e absorvidos a partir do consumo alimentar.

Objetivo Geral

Desenvolver métodos de análises adequados para a determinação da concentração de metais, metaloides e não metais em alimentos, assim como quantificar e caracterizar suas espécies. Além disso, objetiva-se empregar os métodos propostos para obtenção de dados relevantes com relação a presença de elementos e suas espécies em amostras alimentícias, sua fração bioacessível/biodisponível, e fornecer informações relevantes para o seu controle de qualidade e sobre o padrão de consumo desses analitos.

Justificativa

A grande maioria dos alimentos possuem em sua composição diversos elementos químicos, dentre os quais metais, metaloides e não metais, que podem ser provenientes do meio ambiente ou de atividades antropogênicas. Como os alimentos são a principal via de consumo desses elementos, e vários deles desempenham funções metabólicas e/ou possuem efeitos fisiológicos, é importante realizar o controle de qualidade da presença desses analitos em amostras alimentícias. Esse controle é fundamental para guiar a ingestão de determinados nutrientes, evitando a deficiência destes, bem como como evitar a toxicidade de outros (KOHLMEIER, 2003).
Atrelado a isso, pode-se mencionar o fato de que, na maioria das vezes, a quantidade de um elemento presente em determinado alimento, não é necessariamente a quantidade que poderá ou irá efetivamente ser absorvida durante a digestão (SCHÜMANN et al., 1997; FERNÁNDEZ-GARCÍA et al., 2009; GHARIBZAHEDI & JAFARI, 2017). Nesse sentido, é importante a realização e avaliação dos ensaios de bioacessibilidade/biodisponibilidade para cada analito, em cada amostra alimentícia avaliada. Vale mencionar que estes ensaios podem ser realizados de duas formas, in vivo, utilizando-se modelos animais, ou in vitro, simulando-se as etapas da digestão utilizando de reagentes químicos, enzimas e processos de aquecimento na temperatura corporal. Apesar dos métodos in vivo serem considerados mais precisos, há um elevado custo atrelado, além da utilização de animais. Em contrapartida, métodos in vitro desenvolvidos de forma adequada apresentam elevada confiabilidade e menores custos na sua execução (VERSANTVOORT et al., 2000; MINEKUS et al., 2014).
Nesse sentido, ainda deve-se levar em consideração a existência de uma variedade extensa de alimentos com diversas características diferentes entre si, como forma de apresentação (sólidos, semissólidos ou líquidos), forma de consumo (cru, cozido, frito, etc.), composição majoritária, composição minoritária, dentre outras. Tendo isso em vista, bem como a relevância do tema, evidencia-se a necessidade do desenvolvimento de métodos analíticos confiáveis para a determinação de metais, metaloides e não metais em alimentos. Dentre as etapas envolvidas no desenvolvimento de métodos analíticos, destaca-se a etapa de preparo de amostras. O modo de execução dessa etapa depende da natureza e características da matriz da amostra, das características químicas dos elementos a serem determinados, dentre outros fatores (KRUG & ROCHA, 2016).
Dentre os métodos de preparo de amostras para posterior determinação elementar mais comumente empregados, está a digestão por via úmida para a decomposição de amostras orgânicas. Tendo em vista que, geralmente, os alimentos são constituídos de matrizes orgânicas, à primeira vista, esses métodos são adequados para o preparo dessas amostras. Entretanto, a digestão por via úmida utiliza de reagentes ácidos minerais oxidantes concentrados para promover a decomposição da matéria orgânica, o que implica em duas limitações principais, a primeira está relacionada com o aumento nos valores dos brancos analíticos para alguns analitos, impossibilitando a determinação em baixas concentrações; e a segunda está relacionada com o fato de que estes reagentes não são adequados para a estabilização de todos os elementos químicos, à medida que alguns deles, principalmente alguns não metais, podem ser convertidos às suas espécies voláteis em meio ácido de solução (MELLO et al., 2012; 2013; FLORES, 2014; KRUG, ROCHA, 2016; MESKO et al., 2016).
Além desses fatores, deve-se levar em consideração que a utilização de fontes de energia convencionais (como o aquecimento por convecção em chapas aquecedoras ou blocos digestores) e de sistemas abertos, representam uma menor frequência analítica e maiores riscos de contaminação ou perda de analitos quando comparados ao uso de energias alternativas (como micro-ondas, ultrassom e ultravioleta) e de sistemas fechados. Nesse sentido, é sempre fundamental a busca por alternativas que melhor se adequem à finalidade do método em desenvolvimento. Dentre as alternativas disponíveis e consolidadas na literatura frente a utilização de ácidos minerais concentrados, bem como frente a utilização de sistemas convencionais de aquecimento, destacam-se a digestão por via úmida assistida por micro-ondas pressurizada com oxigênio (MW-O2) e da digestão por via úmida assistida por micro-ondas e radiação ultravioleta (MW-UV), que possibilitam empregar soluções ácidas diluídas para decompor as amostras (FLORIAN & KNAPP, 2001; BIZZI et al., 2010; 2011a; 2011b).
Por outro lado, para possibilitar a eficiente decomposição de matrizes orgânicas sem perder analitos por volatilização em meio ácido, uma alternativa que vem se consolidando na literatura é a Combustão Iniciada por Micro-ondas (MIC). Nesse método, a reação de combustão da matéria orgânica elimina quase que totalmente a matriz da amostra e, por isso, é possível escolher soluções outras que não os ácidos minerais (como soluções alcalinas e água ultrapura) para absorver os analitos inorgânicos remanescentes após a queima (MELLO et al., 2013; FLORES, 2014).
Como é possível observar, então, os métodos que utilizam a radiação micro-ondas para auxiliar os procedimentos de preparo de amostras se mostram como alternativas bastante promissoras, tanto com relação à eficiência e versatilidade, quanto com relação à sua aplicação em análises de rotina, o que é fundamental para o controle de qualidade de alimentos. Além de superar limitações significativas, geralmente os digeridos obtidos por esses métodos são compatíveis com múltiplas técnicas de determinação, incluindo aquelas de elevada sensibilidades, proporcionando a realização da quantificação dos analitos a nível traço e, em alguns casos, ultra traço (FLORES, 2014).
Dentre essas técnicas, destacam-se as potenciométricas, como a potenciometria com eletrodo íon-seletivo (ISE); espectrométricas com plasma indutivamente acoplado, a de emissão óptica (ICP-OES) e a de massas (ICP-MS); e cromatográficas, como a cromatografia de íons com detecção condutimétrica (IC-CD) e acoplada com a espectrometria de massas (IC-CD-MS).
Por fim, deve-se ressaltar que é extremamente relevante que se faça a avaliação de métodos de preparo de amostras em combinação com a utilização dessas técnicas de determinação, mas visando análises de especiação química. A análise especiação pode ser definida como a quantificação da concentração individual das diferentes formas físico-químicas (espécies) de um elemento, que juntas constituem a concentração total do analito (MESTER & STURGEON, 2003). Porém, é necessário ressaltar que são necessárias estratégias completamente distintas para o preparo de amostras para análise de especiação em comparação com as estratégias utilizadas para a determinação da concentração total de um elemento químico.
Muito embora seja possível, e até indicado, utilizar as formas de energias alternativas mencionadas, como micro-ondas e ultrassom, não se deve realizar a decomposição completa da matriz das amostras, tendo em vista que esse procedimento acarreta na interconversão das espécies dos analitos em decorrência da força de ataque dos reagentes nesses casos. Nesse sentido, são necessários métodos de preparo de amostras mais brandos para realizar a extração das espécies e conservá-las na sua forma original (KRUG & ROCHA, 2016). Assim, podem-se citar métodos como a extração assistida por micro-ondas (MAE) e a extração assistida por ultrassom (UAE).
Entretanto, na etapa de determinação também é necessário adotar estratégias distintas, uma vez que as soluções provenientes de extrações, via de regra, possuem maior teor de carbono dissolvido e outros concomitantes da matriz, o que pode limitar ou impedir a determinação dos analitos por algumas técnicas (KRUG & ROCHA, 2016). Ainda, deve-se mencionar o fato de que, para realizar especiação, é necessário sempre haver a hifenação entre uma técnica que seja capaz de separar as espécies e uma que seja capaz de quantificar os analitos de forma adequada (MESTER & STURGEON, 2003).
Dessa maneira, o presente projeto visa a avaliação e o desenvolvimento de métodos analíticos explorando todo potencial das ferramentas mencionadas, visando a determinação de metais, metaloides e não metais em alimentos, além de desenvolver estudos relacionados à determinação e quantificação das espécies químicas em que esses elementos se encontram.

Metodologia

Inicialmente, será realizada uma revisão na literatura e um levantamento de dados das técnicas analíticas disponíveis que sejam adequadas para a determinação de cada tipo de analito a ser determinado, e sua compatibilidade com os métodos de preparo de amostras possíveis de serem realizados. Posteriormente, será feita uma ampla revisão desses métodos de preparo de amostras para a posterior determinação elementar em alimentos, buscando conhecer suas possíveis aplicações, vantagens e limitações – prezando por aqueles que utilizam de fontes de energia alternativas e que apresentem adequado desempenho analítico, maior consonância com os princípios da química analítica verde, elevada frequência analítica e relativos menores custos.
Posteriormente, as ações deste projeto serão divididas em dois eixos principais:
a) Determinação da concentração total dos analitos e suas espécies em amostras de alimentos;
b) Determinação da concentração biodisponível dos analitos e suas espécies em amostras de alimentos.
Em ambos os eixos, serão avaliados diversos parâmetros relacionados com todas as etapas da sequência analítica. Entretanto, no desenvolvimento de trabalhos relacionados com o segundo eixo (b), serão utilizadas metodologias disponíveis na literatura para avaliação in vitro da bioacessibilidade dos analitos, com alterações se pertinente, para então posteriormente serem avaliados métodos de preparo de amostras e técnicas de determinação que sejam adequados para a determinação elementar no alimento antes e após a simulação da digestão gastrointestinal.
Tendo em vista a variedade de amostras e seus diversos padrões de consumo, bem como a ampla gama de analitos, abrangidos no escopo deste projeto, diversos métodos de preparo de amostras – com diferentes princípios químicos – deverão ser avaliados ao longo do desenvolvimento dos estudos. Isso porque, como mencionado anteriormente, cada alimento tem composições majoritárias e minoritárias distintas, e são consumidos de diversas formas. Sendo assim, é necessário que se avalie diferentes parâmetros a fim de atender ao objetivo de cada método proposto, além da otimização de outros fatores como massa de amostra, quantidade e concentração da solução extratora/digestora/absorvedora, e tempo, temperatura e pressão requeridos para o procedimento atingir a máxima eficiência possível.
Nesse sentido, os métodos de preparo de amostras serão avaliados empregando sistemas de energias alternativa, como micro-ondas, ultrassom e ultravioleta. Além disso, para a escolha do método mais adequado e eficiente, serão levados em consideração fatores como as características da matriz (como estado físico, complexidade, composição majoritária), o tipo de analitos a serem determinados (metais, metaloides ou não metais), e o tipo de análise que será realizada (determinação total ou especiação, com ou sem ensaios de bioacessibilidade). Com relação à utilização de fontes alternativas de aquecimento, serão avaliados os métodos de MW-O2, MW-UV, e MIC. A execução dos experimentos será realizada em um forno de micro-ondas (Multiwave 3000®, Anton Paar, Áustria), equipado com oito frascos de quartzo com volume interno máximo de 80 mL, temperatura e pressão máximas de operação de 280 °C e 80 bar, respectivamente. Além desse sistema, para a MIC serão utilizados oito suportes de quartzo para as amostras, e para a MW-UV serão utilizadas oito lâmpadas que emitem radiação ultravioleta também constituídas de quartzo. Para fins de comparação com os métodos propostos, também serão avaliados métodos baseados em extração e dissolução com fonte de aquecimento convencional, radiação micro-ondas e ultrassom, seguindo as devidas etapas de otimização. Caso seja necessário, outros métodos de preparo de amostras podem ser avaliados ao longo da pesquisa.
As determinações dos elementos selecionados para a pesquisa serão realizadas, preferencialmente, pelas técnicas de ISE, ICP-OES, ICP-MS e IC-CD-MS. As condições operacionais variam conforme as técnicas, sendo selecionadas conforme orientação dos fabricantes, mas podendo ser otimizadas visando melhores resultados no que diz respeito, por exemplo, à exatidão e precisão, limites de detecção e quantificação, tempo de análise por amostra, separação dos analitos, dentre outros. A escolha da técnica de determinação a ser utilizada em cada método dependerá de critérios como sensibilidade, riscos de interferências e custos de aquisição e manutenção.
A exatidão dos métodos propostos será atestada por meio de ensaios de recuperação com adição de padrão e materiais de referência certificados (CRM). Além disso, esse parâmetro também será avaliado com a comparação entre resultados obtidos utilizando diferentes métodos de preparo de amostras e técnicas de determinação. Os dados obtidos serão analisados com base em critérios empregados exclusivamente na área de química analítica, sendo possível estabelecer parâmetros de validação.

Indicadores, Metas e Resultados

Dentre as principais metas a serem alcançadas com a realização deste projeto, pode-se mencionar:
• Desenvolver e otimizar métodos analíticos confiáveis para determinação elementar em amostras de alimentos, que possam ser difundidos e empregados em procedimentos de rotina e para o controle de qualidade, visando trazer avanços relevantes não apenas para a pesquisa científica na área da química analítica, mas também para a sociedade;
• Promover a formação de recursos humanos em nível de pós-graduação pela orientação de mestres e doutores na área de desenvolvimento de métodos analíticos para determinação elementar em amostras de alimentos junto ao Programa de Pós-Graduação em Química e do Programa de Pós-Graduação em Bioquímica e Bioprospecção da UFPel;
• Promover a formação de recursos humanos em nível de graduação pela orientação de discentes de iniciação científica;
• Divulgar os resultados com a submissão de artigos para revistas científicas indexadas pelo sistema Qualis/CAPES e com reconhecimento internacional, bem como pela submissão de trabalhos para congressos da área a nível local, regional, nacional ou internacional.
Como resultado dos estudos realizados, é esperado que os métodos analíticos desenvolvidos sejam amplamente utilizados para análises de rotina de alimentos, sendo demonstrada sua adequabilidade, relevância e viabilidade. Ainda, espera-se demonstrar nitidamente as vantagens obtidas social, ambiental e cientificamente, ao lançar mão dos princípios da química analítica verde no desenvolvimento e aplicação dos métodos propostos. Nesse sentido, os impactos que devem ser alcançados no desenvolvimento desse projeto são diversos, superando a área da química analítica e gerando informações relevantes acerca da ingesta de determinados elementos, além de como e quanto deles é absorvido pelo organismo, gerando um panorama mais amplo e completo sobre a alimentação. Por fim, as atividades de pesquisa visam possibilitar a aproximação, integração, formação pessoal e científica, bem como a geração de conhecimento entre pesquisadores e discentes das universidades envolvidas no desenvolvimento das atividades descritas anteriormente.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
CATARINA FERREIRA SANTOS MORAES
DIOGO LA ROSA NOVO
FERNANDA PITT BALBINOT
FILIPE SOARES RONDAN
GABRIELA DE OLIVEIRA
MARCIA FOSTER MESKO3
MARINA SEYFFERT XAVIER
PRISCILA TESSMER SCAGLIONI
TAMIRES DA CONCEICAO RAMIRES
ÁLISSON ALINE DA SILVA

Recursos Arrecadados

FonteValorAdministrador
PROAP - CAPESR$ 3.000,00Coordenador
Taxa de bancada - CNPqR$ 20.000,00Coordenador

Plano de Aplicação de Despesas

DescriçãoValor
339030 - Material de ConsumoR$ 23.000,00

Página gerada em 30/06/2022 14:17:39 (consulta levou 0.075070s)