Avaliação da qualidade de silagem e grãos de milho usando equipamento de análise química olfativa znose (Nariz Eletrônico)

Transcrição

1 Avaliação da qualidade de silagem e grãos de milho usando equipamento de análise química olfativa znose (Nariz Eletrônico) Baseado no artigo original: STAPLES, E.J. Quality assessment of corn silage using the znose. Disponível em: < Acessado em: 15 jun Por Daniel Junges e Patrick Schmidt UFPR Um novo tipo de nariz eletrônico, chamado znose, baseia-se em uma análise ultra-rápida de cromatografia gasosa, com um número quase ilimitado de detecção de componentes químicos, que produzem imagens olfatórias com base na composição química dos aromas detectados. O equipamento é capaz de realizar medições analíticas de vapores orgânicos voláteis e odores em tempo real, com sensibilidade de uma parte por trilhão (ppt). A separação e quantificação das substâncias químicas individuais que formam os odores é realizada em segundos. O equipamento, portátil, pode ser uma ferramenta útil para avaliar a qualidade dos produtos alimentares aromáticos, tais como silagens de milho e outras gramíneas. Como ocorre a quantificação química dos odores O equipamento é dividido em duas seções. Uma seção utiliza gás hélio, um tubo capilar e um detector de estado sólido. A outra seção consiste de um filtro aquecido e uma bomba com amostras do ar ambiente. A operação ocorre em duas etapas. Primeiramente, o ar do ambiente (odores) é captado e aquecido, e a amostra com vapores orgânicos recolhidos é pré-concentrada no recipiente. Em seguida, a amostra é misturada ao gás hélio, sendo injetada em uma coluna capilar. Os compostos orgânicos (gases voláteis) passam pela coluna capilar com velocidades diferentes, e os componentes químicos individuais são detectados e quantificados na saída da coluna por um detector de estado sólido.

2 Um microprocessador interno de alta velocidade controla e realiza a tomada de dados do sensor, que são transferidos para uma interface de usuário ou para um computador usando conexão USB. O odor químico (cheiro) pode ser exibido como espectros dos componentes (Cromatograma) ou por uma imagem olfativa de odor de intensidade versus o tempo de retenção (Figura 1). A calibração é realizada com vapor de n-alcano padrão. Uma biblioteca de tempos de retenção dos produtos químicos conhecidos, associada à leitura de n-alcanos (Índices de Kovats), permite ao aparelho realizar a medição independente e identificação dos compostos. Figura 1. Respostas do sensor ao padrão de n-alcanos (C6-C14), apresentada como componente observado vs tempo, ou a sua imagem olfativa equivalente polar (imagem do autor). Qualidade da silagem de milho A silagem é o resultado da fermentação e armazenamento das plantas forrageiras, como milho, sorgo, entre outras plantas. A forragem é preservada em uma estrutura hermética que fornece condição anaeróbia para garantir a qualidade nutricional desse alimento por longos períodos. O principal ácido produzido pela fermentação de milho é o ácido lático. Grãos de milho atacados por fungos são indesejáveis, devido aos riscos de contaminação por micotoxinas nos animais de produção. A umidade nos grãos

3 permite o crescimento de bolores e substâncias tóxicas produzidas por fungos e mofos, tais com as Aflatoxinas e Zearalenona (doença do milho mofado), sendo ambos com potencial letal se ingeridos em grande quantidades ou por longos períodos. Bolores e fungos produzem odores que contêm compostos orgânicos voláteis, sendo percebidos pelos seres humanos como cheiro de mofo. Esses mesmos componentes podem ser identificados quando do crescimento de fungos em silagens mal conservadas. Teste com amostras de milho azedo Duas amostras diferentes de grãos de milho classificados como azedos foram avaliadas. O procedimento do ensaio foi colocar cerca de 5 gramas de milho em frascos de 40 ml fechados com tampa de modo que os vapores exalados fossem contidos. Os frascos foram mantidos em temperatura de 40 ºC por 5 minutos antes dos produtos químicos exalados serem medidos com o equipamento znose. O resultado da cromatografia para cada amostra de milho está apresentado juntamente com a tabulação dos compostos detectados e concentrações (pico) nas Figuras 2 e 3. Figura 2. Cromatograma da amostra número 170 de milho azedo (imagem do autor).

4 Figura 3. Cromatograma da amostra número 101 de milho azedo (imagem do autor). O cheiro azedo destas amostras de milho é devido aos ácidos orgânicos como o ácido lático representado pela letra G (pico) na Figura 2 e letra D (pico) na Figura 3. A amostra 101 apresentou contagem de 2784 de ácido lático. A amostra 170 continha outros dois compostos de concentração elevada (contagem maior que 5000). Entre esses componentes verificou-se a presença do isoborneol, que confere o odor de mofo. Teste de presença de fungos em amostras de milho Os vapores de uma amostra considerada mofada (Figura 4) foram avaliados, encontrando-se grande variedade de ácidos em sua composição, que não estavam presentes em outras amostras. O componente G apresentou índice de 1135, provavelmente seja o composto 3-octanol com uma contagem de A substância J (pico) com índice 1310 e concentração de 5482, com odor forte parece ser Indol ou Undecanol, componentes orgânicos aromáticos produzidos por microrganismos à partir da degradação de aminoácidos. O Isoborneol também esteve presente (letra H), mas em contagem muito baixa, igual a 294.

5 do autor). Figura 4. Cromatograma da amostra número 150 de milho mofado (imagem Teste com milho bem preservado Avaliando um lote de milho considerado adequado, foram encontradas reduzidas concentrações de componentes voláteis, resultando em reduzido odor nas amostras (Figura 5). Apenas pequenos traços de ácido lático (205 contagens) foram detectadas. Alguns vestígios de compostos indicativos da presença de fungos também foram verificados, mas as contagens foram abaixo de 1000 em todas as amostras.

6 Figura 5 Cromatograma de milho bem preservado (imagem do autor). Comparação do odor entre os cromatogramas de milho A comparação vertical de cinco amostras de milho testadas com o znose está apresentada na Figura 6. O pico de ácido lático é claramente visualizado nas amostras de milho azedo (SOUR) e os picos são distintos ao milho mofado (MOLDY), não apresentando picos dos mesmos componentes. Os cromatogramas do milho considerado bom (GOOD) estão em contraste, com picos reduzidos de componentes voláteis. Figura 6. Comparação vertical dos cromatogramas das amostras de milho azedo (SOUR), mofado (MOLDY) e bom (GOOD) (imagem do autor).

7 Comparação do odor entre as amostras usando as imagens olfativas Com base nos cromatogramas, todas as amostras de milho testadas são apresentadas na Figura 7, na forma de IMAGENS OLFATIVAS (Vaporprints ), que fornecem uma forma visual para comparação dos odores. O pico de ácido lático é facilmente detectado no milho azedo (SOUR), e os diferentes picos no milho mofado (MOULDY) também são facilmente reconhecidos. Os cromatogramas praticamente livres de odores nas amostras de milho bom (GOOD) apresentam pequenas curvas nas imagens, uma vez que o teor dos componentes voláteis é bastante baixo. Figura 7. Imagens Vaporprint baseadas nos cromatogramas das amostras de milho (imagens do autor).

8 Considerações finais Amostras de milho e silagem de milho podem ser analisadas qualitativamente e quantitativamente, de forma rápida e eficiente, com base na avaliação química dos componentes de odor. Grãos de milho considerados bons produzem pouco odor e baixas concentrações dos compostos químicos. Milho de baixa qualidade, parcialmente fermentado ou embolorado, produz elevadas concentrações de odores. A análises por cromatografia gasosa de ultra-rápida velocidade pode, juntamente com dados sensoriais, ser usada para classificar silagens de milho, sorgo, cana, alfafa, soja e demais forragens, avaliando se o processo de fermentação foi adequado ou não. Os dados químicos e sensoriais podem ser submetidos a análise multivariada, como Análise de Componentes Principais (PCA) e Partial Least Squares (PLS) para determinar quais métodos são mais seguros para classificar a qualidade do material a ser analisado. O nariz eletrônico oferece VELOCIDADE, PORTABILIDADE, PRECISÃO e EXATIDÃO necessária para medições a campo. Tais medidas por serem baseadas em cromatografia, podem ser facilmente validadas em testes de laboratório. NOTA: As informações disponíveis foram avaliadas em grãos de milho, sendo que as avaliações de silagens ainda não foram testadas. Contudo, devido à altíssima precisão e gama de possibilidades do aparelho, o uso do nariz eletrônico pode vir a ser ferramenta de grande utilidade na avaliação qualitativa de silagens.