CONSTITUINTES EM ALIMENTOS: DETERMINAÇÃO POR MÉTODO PARAMÉTRICO

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1 CONSTITUINTES EM ALIMENTOS: DETERMINAÇÃO POR MÉTODO PARAMÉTRICO Maria Ângela de B. C. Menezes, Claudia V. S. Sabino, Angela M. Amaral, Wagner de Souza, Geraldo F. Kastner, Dovenir Francisco Comissão Nacional de Energia Nuclear/CNEN Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear/CDTN Caixa Postal CEP Belo Horizonte - MG RESUMO Em Minas Gerais a determinação de elementos traços em alimentos é de extrema importância, pois o Estado apresenta produção agrícola e animal que se desenvolve em solo rico em ocorrência de diversificadas reservas minerais, sendo líder em produção e transformação mineral no País. Evidencia-se, assim, a necessidade de se avaliar a presença de constituintes nos produtos agroindustriais. A ativação neutrônica não paramétrica é técnica disponível em Minas Gerais e tem sido aplicada nas mais diversas matrizes atendendo a solicitações de análises e desenvolvimento de pesquisas. O método proposto ativação neutrônica k 0 paramétrico está sendo implantado no CDTN onde o reator TRIGA MARK I IPR-R1 tem apresentado parâmetros adequados. É um método absoluto que utiliza a convenção de Högdahl, onde em paralelo à amostra é irradiado apenas um monitor para cálculo da atividade específica. Este trabalho visou verificar quais elementos seriam detectados em alimentos consumidos na região de Belo Horizonte e foram analisados feijão, milho e amendoim adquiridos em mercados locais. Para a determinação dos elementos nas amostras e padrões de referência, foram aplicados dois métodos de análise por ativação neutrônica: meia-vida curta e média, através dos quais foram determinados Al, Br, Cl, K, Mg, Mn e Na. I. INTRODUÇÃO A alimentação é a fonte de todos os elementos para o corpo humano, nutrindo-o, se a concentração estiver dentro da faixa adequada sob o ponto de vista nutricional, ou intoxicando-o, se acima dos limites desejáveis [1,2]. O reconhecimento da influência de elementos traço para a saúde tem levado a necessidade da aplicação de métodos analíticos de alta sensibilidade para a determinação desses elementos em produtos alimentícios. Em Minas Gerais a determinação de constituintes é de extrema importância, pois o Estado apresenta produção agrícola e animal que se desenvolve em solo rico em ocorrência de diversificadas reservas minerais, sendo líder em produção e transformação mineral no País. Assim, evidencia-se a necessidade de se avaliar a presença de constituintes em produtos agroindustriais. A técnica proposta de análise ativação neutrônica através do método paramétrico k 0 [3,4] é adequada para as determinações por apresentar alta sensibilidade e seletividade multielementar. A ativação neutrônica nãoparamétrica já é técnica disponível em Minas Gerais e tem sido aplicada nas mais diversas matrizes atendendo a solicitações de análises e desenvolvimento de pesquisas. A paramétrica k 0 está em fase de implantação às diversas matrizes. II. OBJETIVO Este estudo visou verificar quais os elementos seriam detectados em alimentos na aplicação do método paramétrico k 0. As matrizes analisadas foram aquelas que fazem parte da alimentação típica mineira, que são o feijão (principal componente do feijão tropeiro e do tutu), milho (do angu, canjiquinha, curau, bolo, broa) e amendoim (péde-moleque, canjica). As amostras foram adquiridas em mercado local de Belo Horizonte.

2 III. CONSIDERAÇÕES GERAIS Pesquisas [1,2] têm mostrado que dos 92 elementos químicos naturais listados na Tabela Periódica, 21 são essenciais à nutrição. Eles são classificados como macronutrientes, quando presentes em concentrações superiores a 0,005% do peso corporal, e como microconstituintes, quando em quantidades inferiores a esse valor. Encontram-se, ainda, no organismo, elementos que aparentemente não desempenham qualquer papel e que, eventualmente, podem estar presentes devido à contaminação através do meio ambiente. Os elementos macroconstituintes [1,2] são os que se apresentam no organismo em maior concentração e fazem parte da estrutura física do organismo. Nesta classificação se encontram o cálcio, cloro, enxofre, fósforo, magnésio, potássio e o sódio. Exemplificando a importância do macroconstituinte em geral, pode ser citado o sódio que é o principal íon encontrado nos fluidos extracelulares tendo função importante na regulação da osmolaridade (pressão osmótica), do ph e do equilíbrio eletrostático. É indispensável para os fenômenos de transporte ativo de substâncias através de membranas biológicas como, por exemplo, na absorção de nutrientes dos alimentos. Os microconstituintes [1,2], também denominados oligoelementos ou elementos traço, têm papel regulador que é acompanhado de diversos mecanismos bioquímicos. São os seguintes: ferro, iodo, cobre, manganês, zinco, cobalto, molibdênio, selênio, cromo, estanho, vanádio, silício, flúor e níquel. Estes elementos são potencialmente tóxicos havendo dificuldades em se estabelecer os limites de toxicidade e os requisitos de dieta. Desses acima, apenas os nove primeiros têm valores tabelados pelo National Research Council [5]. As funções dos microconstituintes envolvem metaloenzimas, cofatores e ativadores/inibidores de enzimas. Exemplificando, o manganês foi reconhecido como elemento essencial para ratos e coelho, entre outros animais, e presume-se que seja essencial também para o ser humano. Foi demonstrado seu envolvimento na estrutura dos ossos, na reprodução e na atividade do sistema nervoso, além de participar de reações enzimáticas, sendo componente de várias metaloproteinas. Os outros elementos não classificados como essenciais mas que há evidências de participarem em determinadas reações biológicas, são o arsênio, bário, bromo, estrôncio e cádmio [1]. Já o alumínio, antimônio, bismuto, boro, chumbo, gálio, lítio, mercúrio, prata e ouro, ainda não têm suas funções estabelecidas. Alguns desses elementos, como o mercúrio e o arsênio, têm grande importância toxicológica, sob ponto de vista ocupacional e ambiental. IV. PARTE EXPERIMENTAL Preparo. As amostras das matrizes em estudo, amendoim, feijão e milho, foram adquiridas no mercado local. O preparo inicial foi de acordo com a amostra: o feijão foi cozido em recipiente de vidro em forno de microondas, o milho foi debulhado e batido no liquidificador com água destilada e o amendoim foi descascado mas conservada a película envoltória. Após este preparo inicial, as amostras foram secas em estufa a 100ºC e calcinadas em forno mufla a 450 ºC, tendo sido aumentada a temperatura de 10 em 10 ºC. As cinzas obtidas foram homogeneizadas e tomadas alíquotas de aproximadamente 0,3g que foram acondicionadas em tubos de polietileno para a análise. O procedimento de transformar os alimentos em cinzas teve como objetivo concentrar os elementos presentes. Como monitores foram utilizados padrões líquidos de sódio (padrão Titrisol - Merck) e de ouro (padrão preparado a partir de folha de ouro da Johnson Matthey Co.) que foram pipetados para os tubos de irradiação e evaporados lentamente a 50ºC tendo massa final de 1,0 mg e 0,0256 mg respectivamente. Foi determinada a umidade das amostras e padrões de referência para correção de massa. Material de Referência Certificado. Acompanhando as amostras em estudo, foram utilizados padrões de referência da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA), como o A-11 ( Milk Powder ), A-13 ( Freeze Dried Animal Blood ), V-8 ( Rye Flour ), V-9 ( Cotton Cellulose ), e do National Institute of Standards & Technology (NIST) como o 1548 ( Total Diet ), 1549 ( Bovine Liver ) e 1577b ( Non Fat Milk Powder ). Esses padrões foram apenas pesados e acondicionados tal qual as amostras. Irradiação. A ativação neutrônica instrumental é uma importante ferramenta analítica na determinação de elementos traço em diversas matrizes. Em linhas gerais, baseia-se na transmutação do elemento após ser submetido a um fluxo de nêutrons. As irradiações foram realizadas no reator TRIGA MARK-I IPR-R1, localizado no CDTN. Em torno do núcleo do reator há uma mesa giratória apropriada por ativar simultaneamente 40 amostras. Durante a irradiação, a mesa gira a uma taxa constante de modo a garantir um fluxo de nêutrons térmicos uniforme de 6,6x10 11 n cm -2 s -1. Análise por Ativação Neutrônica/k 0. Para a determinação dos elementos nas amostras e padrões de referência, foi aplicada a técnica de ativação neutrônica paramétrica através de dois métodos: meia-vida curta (irradiação de 5 min e 15 de espera) e média (1 e 4 horas de irradiação e 24 de espera). Foi executada a espectrometria gama em um detector HPGe ORTEC modelo P, FWHM de 1,85 kev para a energia de 1332 kev do 60 Co, acoplado a microcomputador por eletrônica apropriada/maestro II. Cálculo por k 0. Este é um método instrumental e monostandard onde em paralelo à amostra é irradiado apenas um monitor/padrão para cálculo da atividade específica. É um método [3,4 ] absoluto que utiliza a convenção de Högdahl, onde a massa do i-ésimo elemento presente na amostra é calculado por:

3 m a onde, k 0 m C, ε F S C D H = k C ε F S C D H = 0 M M p n a p p p a a a n, p a a a p p p θ P p a γ, a 0, a θ P σ σ a p γ, p 0, p ( 1) Considerando os índices a, referindo-se à amostra, e p ao padrão, tem-se em (1) que: m é a massa do elemento analisado, C n é a área líquida sob o fotopico gama do radionuclídeo de interesse; ε é a eficiência do detector para o gama considerado; F é [f + Q 0 (α)],onde f é a razão entre os fluxos de nêutrons térmico e o epitérmico definido a partir de uma determinada energia e Q 0 (α) é a razão entre o I 0 (α), integral de ressonância, e σ 0, secção de choque a nêutrons epitérmicos; S é o fator de saturação de irradiação o qual é uma função do tempo de irradiação; C é o fator de correção de decaimento do radionuclídeo durante a contagem; D é o fator de correção de decaimento do radionuclídeo entre o final de irradiação e o início da contagem e H é o tempo morto do detector durante a contagem. Em (2), k 0 é definido por: M que é o peso atômico do elemento, θ é a abundância isotópica do elemento, P γ é a abundância absoluta do fotopico medido e σ é seccão de choque a nêutrons térmicos. Esta é a equação fundamental do método k 0, empregando a convenção de Högdahl. K 0 é então uma constante natural dos isótopos em estudo podendo ser calculada a partir de seus componentes. Para 91 isótopos de interesse, os valores de k 0 tem sido medidos por diversos ( 2) laboratórios em todo o mundo e são disponíveis na literatura os valores recomendados, com incertezas menores que 2%. Para outros 21 a incerteza está na faixa de 5% [3,4]. V. RESULTADOS E CONCLUSÕES O método paramétrico k 0 está em implantação no CDTN tendo sido já aplicado em matrizes como argila e cabelo com excelentes resultados. Em alimentos, matriz objeto deste estudo, os resultados preliminares que estão na TABELA 1 e 2, mostram que o método, com alguns ajustes experimentais e otimização de parâmetros, é uma excelente opção de análise instrumental. É importante ressaltar que alguns elementos que foram detectados nos alimentos e não foram nos materiais de referência, foi devido ao fato de as amostras terem sido analisadas sob a forma de cinzas, ou seja, concentradas. O método apresenta em relação à análise não paramétrica, em rotina no CDTN, a vantagem principal de quantificar todos os elementos presentes, se detectados, utilizando-se apenas um monitor/padrão. Na análise convencional seria necessário se ter uma curva de padrões para cada elemento identificado. A TABELA 3 traz a dose recomendada de ingestão diária para o adulto. Comparando-se os valores com aqueles encontrado nas amostras de amendoim, feijão e milho é possível se ter uma idéia da contribuição desses alimentos na dieta diária [5]. TABELA 1. Concentração dos Elementos nas Amostras em Estudo Elementos Amostra in Natura (peso úmido) mg g -1 µg g -1 Amendoim 0,017±0,001 0,056±0,006 6,9±0,6 < 0,03 < 0,03 0,016±0,002 0,71±0,01 Feijão 0,008±0,001 0,079±0,008 0,67±0,07 < 0,02 0,58± 0,06 0,009±0,001 0,76±0,01 Milho 0,014±0,001 0,191±0,002 1,7±0,1 0,205± 0,002 < 0,006 0,002±0,001 0,17±0,01 incertezas determinadas através das medidas das amostras em triplicata

4 Amostra TABELA 2. Concentração dos Elementos nas Amostras/Padrões de Referência mg g -1 µg g -1 Referência (peso seco) A-11 c - 9,08±1,74 17,2±1,7 1,10±0,07 0,257±0,009 4,42±0,33 - e - 13,2±2 17,7±2 ND ND 4,3±0,4 - A-13 c - - 2,5±0,3 0,099±0,04-12,6±0,9 22±2 e - - 2,2±2 ND - 10,5±2 ND V-8 c 0,003±0,001 0,57±0,11 1,92±0,14 0,121±0,009 0,0020±0,0001 0,0025±0,0010 0,38±0,07 e ND 0,5±0,1 1,4±0,2 ND ND 0,002±0,001 ND V-9 c 0,044±0,009 0,6±0,04-0,053±0,001 0,0001±0,0001 0,056±0,008 0,0002±0,00002 e ND 0,56±0,05 - ND ND 0,047±0,005 ND 1548 c - 8,7±0,4 6,06±0,28 0,556±0,027 0,0052±0,0004 6,25±0,26 - e - 9,2±0,9 5,7±0,6 ND ND 5,9±0, c - 10,9±0,2 16,9±0,3 1,20±0,03 0,0026±0,0006 4,97±0,10 12 e - 11±2 18± ,6±0,5 ND 1577b c - 2,78±0,06 9,94±0,02 0,010±0,002 0,60±0,02 2,42±0,06 9,7 c é o valor certificado e é o valor experimental e - 2,3±0,2 9,4±0,9 ND ND 2,1±0,2 ND TABELA 3. Dose Recomendada de Ingestão Diária para Adultos (mg) [5] * * * elementos não classificados como essenciais

5 REFERÊNCIAS [1] Avelar, M. M. Perfil mineral e respectivo valor nutritivo em potencial do pão forte/fsdt e do pão francês. Dissertação. Curso de Pós-Graduação em Ciências de Alimentos, Faculdade de Farmácia da Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, [2] McKenzie, H. A., e Smythe L. E. Quantitative trace analysis of biological materials, Elsevier, Amsterdam, [3] Rossi, E. H. M. Evaluation y estandarizacion analisis por activacion neutronica segun el metodo del k-sub cero en el reactor nuclear RP-10. Tesis grado de maestro en Ciencias com mencion en Quimica, Escuela Peruana de Post Grado Victor Alzamora Castro, Universidade Peruana Cayetano Heredia, Lima, [4] Sabino, C, V. S. Estudo de parâmetros relativos ao Reator Triga Mark IPR-R1, visando a aplicação da Técnica de Ativação Neutrônica k 0. VI Congresso Geral de Energia Nuclear, Associação Brasileira de Energia Nuclear, Rio de Janeiro, [5] NRC (National Research Council). Recommended dietary allowances. 10 ed. Washington, Academy Press, ABSTRACT Estimates of the dietary intake of nutritive and toxic elements are crucial in obtaining an assessment of the nutricional status of a population and in determining potential public health risks associated with the diet. The State of Minas Gerais, Brazil, has a rich soil with several mineral ocurrence that influences the animal and agricultural production. The determination of toxic and essencial elements in foodstuffs is very important because the State is one of the most agricultural producer in the Country. The k 0 parametric neutron activation method was applied in this preliminary study so as to identify and determine the concentration of the elements present in several certificated reference materials and samples of beam, maize and peanut, material usually used in typical and daily dishes in Minas Gerais. Al, Br, Cl, K, Mg, Mn and Na were determinated and the preliminary results showed that k 0 is an alternative instrumental method to be used to analyse foodstuffs in CDTN where the reactor TRIGA MARK-I IPR-R1 presents suitable parameters.