PALAVRAS-CHAVE: óleo de soja; espectroscopia no infravermelho; índice de acidez; calibração multivariada.

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1 ESTUDOS PRELIMINARES PARA A IMPLANTAÇÃO DA ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO EM ROTINAS DE CONTROLE DE QUALIDADE DO ÓLEO DE SOJA NO PROCESSO DE FRITURA DE SNACKS DE TRIGO L.F. Fetter 1, P.F. Filoda 1, A.B. da Costa 1, G. A. Helfer 2 1- Programa de Pós-Graduação em Sistemas e Processos Industriais Universidade de Santa Cruz do Sul, Avenida Independência, 2293 Cep: Santa Cruz RS Brasil, Fone: 0xx (adilson@unisc.br) 2- Departamento de Computação Universidade de Santa Cruz do Sul, Av. Independência, 2293 Cep: Santa Cruz RS Brasil RESUMO O processo de fritura está diretamente relacionado com a interação entre a transferência de massa e as interações dos componentes do alimento com o óleo. Neste processo, o óleo é exposto a temperaturas elevadas, ocorrendo reações químicas como, por exemplo, a oxidação do óleo. A espectroscopia no infravermelho vem se apresentando uma importante ferramenta no controle de processos de fabricação de alimentos, principalmente, na produção e controle de qualidade de gorduras e óleos comestíveis. Deste modo, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um método de calibração utilizando espectroscopia por infravermelho na região próximo, para correlacionar com o índice de acidez de óleos utilizados em processos de frituras em indústrias produtoras de alimentos. Os resultados obtidos demonstraram que a espectroscopia no infravermelho próximo aliada ao método calibração multivariada, pode ser utilizada para determinar a degradação do óleo de soja, através da correlação com o índice de acidez. ABSTRACT - The frying process is directly related to the interaction between mass transfer and interactions of food components with the oil. This process occurs hight temperatura, resulting on de gradual oxidation of oil. Infrared spectroscopy has been performing an important tool in the control of food manufacturing processes, production and quality control of edible fats and oils. That way, the aim of this study was to develop a calibration method using infrared spectroscopy in the near region, to relate to the acid number oils used in frying process in food producing industries. The results obtained showed that the near infrared spectroscopy, associate to multivariate calibration methods, can be used to determine soybean oil degradation, by correlation with the acidity index. PALAVRAS-CHAVE: óleo de soja; espectroscopia no infravermelho; índice de acidez; calibração multivariada. KEYWORDS: soybean; infrared spectrospy; acidity index; multivariate calibration. 1. INTRODUÇÃO A qualidade dos alimentos fritos está inseparavelmente ligada à qualidade do óleo de fritura usado. Em geral o processo de fritura está relacionado com a interação entre a transferência de massa e as interações dos componentes do alimento com o óleo. Durante o processo de fritura o óleo é aquecido a temperaturas elevadas, o que acarreta na ocorrência de reações químicas como, por exemplo, a oxidação, e a degradação térmica devido à presença de umidade no alimento (Talpur et al. 2015). Além disto, a degradação durante o processo de fritura será maior quanto mais prolongado for o

2 período de utilização do óleo e/ou da gordura. Desta forma, a avaliação da alteração e a identificação dos compostos que são formados durante a fritura de alimentos é de grande importância e interesse, não só para pesquisadores, como também para consumidores, indústrias de alimentos e serviços de inspeção sanitária (Chen et al. 2015) Embora o Brasil não possuir uma resolução vigente referente a limites de utilização de óleos em processos de frituras, muitas indústrias do ramo adotam parâmetros determinados por países como os Estados Unidos, onde é regulamentado um limite máximo de 1,0 2,5%, para o teor de ácidos graxos livres (Borjes et al. 2014). A técnica de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi utilizada em estudos de estabilidade térmica de óleos comestíveis (Pinto et al. 2010), onde estes estudos comprovaram que o método é uma abordagem de pesquisa promissora para a análise rápida da degradação térmica dos óleos. Nos últimos anos, a utilização da técnica de espectroscopia no infravermelho próximo com transformada de Fourier (FT-NIR) vem se tornando uma poderosa ferramenta analítica no estudo de óleos comestíveis e gorduras (Santos et al. 2013). O uso de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier combinado com análise quimiométrica é constantemente explorado em estudos de reconhecimento de padrões de óleos vegetais comestíveis, na análise de parâmetros físico-químicos de qualidade e nos estudos de autenticidade e adulteração destes óleos (Sinelli et al. 2010). Neste contexto, este estudo tem como objetivo principal desenvolver um método de calibração utilizando espectroscopia por infravermelho na região próximo para correlacionar com o índice de acidez de óleos utilizados em processos de frituras em indústrias produtoras de alimentos, com a finalidade de facilitar o monitoramento da qualidade do óleo utilizado durante a fritura. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 gem Para realizar as análises referidas neste estudo, as amostras de óleos foram coletadas de processos de fritura de snacks de trigo em uma indústria de panificação localizada na região central do Rio Grande do Sul. As amostras foram coletadas nos fritadores após o processo de fritura por um período de 40 dias, sendo estas armazenadas em frascos apropriados e colocados sob refrigeração até o momento da realização dos ensaios. 2.2 Análise do índice de acidez O índice de acidez do óleo foi determinado a partir do método 325/IV determinação da acidez, descrito pelo Instituto Adolfo Lutz (2005), com algumas alterações, onde ocorreu a diluição de 15 g de óleo de soja usado com 50 ml de solução neutralizada preparada de éter etílico e álcool etílico na proporção de 2:1, após a diluição foi adicionado ao frasco o indicador ácido-base fenolftaleína, sendo as amostras tituladas com uma solução padronizada de hidróxido de sódio 0,1 molar. As análises foram realizadas em triplicatas. 2.3 Aquisição dos espectros no infravermelho Os espectros foram obtidos em um espectrofotômetro Perkin Elmer (Spectrum 400) empregando-se o acessório contendo esfera de integração, equipado com um detector Índio-Gálio- Arsênio, resolução de 4 cm -1 e 16 varreduras. Foram utilizados os intervalos entre e cm -1, pois conforme descrito por Christy et al. (2004), para realizar a predição do índice de acidez das amostras, toda a região espectral deverá ser utilizada para que se tenha uma melhor análise dos dados.

3 Uma quantidade de 2,0 ml de amostra foi depositada em uma capsula de quartzo com defletor de alumínio, com o uso de uma pipeta de Pasteur e depositada sobre a esfera de integração. Para cada amostra foram adquiridas triplicatas dos espectros, sendo que o espectro do branco foi obtido antes de cada análise. Desta forma, foram utilizadas 23 amostras para a construção do modelo de calibração e 15 amostras para efetuar a avaliação do desempenho do modelo através da predição. 2.4 Análise dos dados Depois de obter os espectros, foi gerada uma matriz de dados através do banco de dados gerados pela leitura no espectrofotômetro, a matriz obtida foi submetida a etapas de préprocessamento para efetuar o tratamento dos dados gerados e remover as informações não desejadas geradas a partir de linhas de base e ruídos do equipamento, com o auxílio do software Chemostat versão ( O melhor desempenho foi obtido através da normalização dos dados, em seguida foi aplicada a primeira e a segunda derivada e por ultimo os dados foram centrados na média. A quantificação do índice de acidez dos óleos foi determinada através da calibração multivariada utilizando a técnica de regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), relacionando a absorbância de cada amostra de óleo (matriz X) com o índice de acidez medido através do método convencional (matriz Y), onde o modelo de calibração obtido foi determinado em função do erro médio de calibração (RMSEC) para o conjunto de dados, e o erro médio de predição (RMSEP) para o conjunto de dados utilizados para a previsão. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A partir das amostras coletadas no processo de fritura, foram realizadas as determinações do índice de acidez das mesmas, utilizando o método convencional por titrimetria, sendo que os resultados obtidos estão representados nas tabelas 1 e 2. Conforme descrito por NG et al. (2011), quanto maior for o índice de acidez apresentado pelo óleo maior a degradação apresentada pelo mesmo, isto é, os ácidos graxos são os principais produtos oriundos da degradação da hidrolise causada pela perda de água que o alimento sofre durante o processo de fritura, assim quanto maior for a quantidade de produto processado maior será a quantidade de cadeias de ácidos graxos hidrolisados, o que eleva o índice de acidez do óleo utilizado. Tabela 1 Índice médio (n=3) de acidez das amostras de calibração Acidez (%) Desv. Pad. FA01 0,16 ± 0,0058 FA09 0,12 ± 0,0058 FA17 0,99 ± 0,0115 FA02 0,22 ± 0,0058 FA10 1,13 ± 0,0058 FA18 1,11 ± 0,0231 FA03 0,25 ± 0,0153 FA11 0,99 ± 0,0115 FA19 0,3 ± 0,0115 FA04 0,23 ± 0,0058 FA12 1,11 ± 0,0100 FA20 0,28 ± 0,0208 FA05 0,25 ± 0,0100 FA13 1,15 ± 0,0058 FA21 0,02 ± 0,0010 FA06 0,15 ± 0,0115 FA14 1,08 ± 0,0153 FA22 0,01 ± 0,0010 FA07 0,14 ± 0,0058 FA15 1,17 ± 0,0173 FA23 0,22 ± 0,0010 FA08 0,12 ± 0,0115 FA16 0,97 ± 0,0252

4 Tabela 2 Índice médio (n=3) de acidez das amostras de predição FA24 0,23 ± 0,0058 FA29 0,13 ± 0,0100 FA34 1,17 ± 0,0252 FA25 0,25 ± 0,0058 FA30 1,08 ± 0,0173 FA35 1,11 ± 0,0231 FA26 0,15 ± 0,0153 FA31 1,11 ± 0,0058 FA36 0,3 ± 0,0115 FA27 0,14 ± 0,0115 FA32 1,15 ± 0,0115 FA37 0,28 ± 0,0058 FA28 0,12 ± 0,0058 FA33 1,08 ± 0,0153 FA38 0,01 ± 0,0010 A Figura 1 apresenta os espectros obtidos através das leituras realizadas na região do infravermelho próximo, entre e cm -1, podendo-se observar que os espectros apresentaram algumas pequenas diferenças em determinadas bandas demonstrando que ocorreram reações de transformações nos óleo durante o processo de fritura, sendo que os picos e bandas demonstradas através da região do infravermelho próximo são característicos dos grupos funcionais e de vibrações e alongamentos das ligações de C H e C O (Inarejos-García et al. 2013, Sinelli et al. 2010). Figura 1 Espectro infravermelho da região próximo, obtido através da leitura de diferentes amostras de óleos oriundos de processos de fritura. Segundo Chen et al. (2015), as bandas formadas nas regiões entre 8563 e 8262 cm -1, representam o estiramento das ligações C H dos grupamentos metil e metilenos e os picos representados entre as bandas 7186 e 7064 cm -1, apresentam as deformações das vibrações dos grupos metil e metilenos, as bandas entre as regiões 5793 e 5678 cm -1, são características dos grupos de ligações CH 2. O pico em torno de 4706 cm -1 é relacionado com os alongamentos das vibrações das ligações C H e C=O, relacionadas aos grupamentos COOR, característico dos ácido carboxílicos. Ögütcü et al. (2012), relatou que as bandas de absorção entre as regiões de 5000 e 4545 cm -1 são características da degradação oxidativa dos óleos vegetais. Conforme descrito por Ferreira et al. (2014) o intervalo espectral compreendido entre 5200 e 5100 cm -1 está diretamente relacionado com a ligação do primeiro harmônico da ligação O H do grupo funcional, as absorções na região entre 5600 e 5000 cm -1 estão relacionadas as ligações C-H dos grupamentos CH 3 e CH=CH, correlacionadas aos diferentes ácidos graxos que compõe a formação do óleo analisado.

5 Após a avaliação dos espectros obtidos, a matriz de dados foi submetida ao processo de calibração por PLS, a fim de criar um modelo matemático para predizer o índice de acidez das amostras de óleos que foram submetidas à leitura no espectrofotômetro. Para realizar a calibração do método, optou-se por utilizar as cinco principais componentes, sendo através destas, possível explicar 99,88% da variância dos dados. A partir da escolha da quantidade de principais componentes que seriam usadas para a composição do modelo, foi realizada a calibração por meio de PLS das amostras, esta apresentou um coeficiente de determinação (R²) de 0,9988, um erro médio de calibração (RMSEC) de 0,016 e um erro médio de calibração cruzada (RMSECV) de 0,512, conforme demonstrado no gráfico da Figura 2. Na sequência foi realizada a avaliação do desempenho do modelo proposto pela calibração, sendo utilizadas 15 amostras recolhidas aleatoriamente na linha de produção da empresa, com estas amostras foi realizada a predição do resultado. Através do método de predição obteve-se um coeficiente de determinação (R²) de 0,9216, e um erro médio de predição (RMSEP) de 0,2352, como representado na Figura 3. Figura 2 - Gráfico do modelo de calibração das amostras óleo de fritura Figura 3 - Gráfico do modelo de predição das amostras óleo de fritura No trabalho relatado por Ögütcü et al. (2012), onde foi utilizada a região do infravermelho próximo com um tratamento de dados envolvendo a 1ª e 2ª derivada e a média centrada os valores para o método de calibração envolvendo o índice de acidez do óleo de fritura, apresentaram na calibração R² de 0,9650 e RMSEC de 0,083, ao avaliar a eficiência de seu modelo através da predição do índice de acidez apresentou um R² de 0,8941 e RMSEP de 0,140. Apesar dos resultados elevados para o erro de predição, a metodologia proposta permitiu destingir o óleo de soja de baixa acidez (adequado para o processo de fritura), do óleo de soja que deve ser descartado devido a presença de acidez elevada (superior a 1,0%). 4. CONCLUSÕES Com os resultados obtidos neste estudo, foi possível concluir que a espectroscopia no infravermelho próximo aliada ao método de calibração multivariada pode servir de ferramenta de controle de qualidade na indústria de alimentos, para monitorar a evolução da degradação do óleo utilizado em fritadores, através da correlação com o índice de acidez. Assim esta ferramenta seria uma facilitadora para a garantia da qualidade do produto, pois apresenta potencial para uso industrial e sua metodologia de análise é de mais fácil operação em comparação com as metodologias de determinação de acidez utilizando técnicas de titrimetria, o que diminuiria as taxas de erros analíticos nos sistemas de controle de qualidade das indústrias.

6 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e ao Fundo de Apoio a Pesquisa da Universidade de Santa Cruz do Sul (FAP), pelo apoio no desenvolvimento desta pesquisa. 6. REFERENCIAS Borjes, L. C., Cecon, G., & Bautitz da Silva, A. P. (2014). Análise da degradação do óleo de fritura de restaurantes comerciais do centro de Chapecó-SC. Demetra: Food, Nutrition & Health/Alimentação, Nutrição & Saúde, 9(3), Chen, X.; Yu, X.; Wang, Y.; Yang, Y.; Zhang, J. (2015) Determination of polar componentes in frying oils by Fourier-transform near-infrared spectroscopy. Journal of óleo Science, 64, Christy A. A., Kasemsumran, S., Du, Y., & Ozaki, Y. (2004). The Detection and Quantification of Adulteration in Olive Oil by Near-Infrared Spectroscopy and Chemometrics. Analytical Sciences, 20, Ferreira, D. S.; Galão, O. F.; Pallone, J. A. L.; Poppi, R.J. (2014) Comparison and application of nearinfrared (NIR) and mid-infrared (MIR) spectroscopy for determination of quality parameters in soybean samples. Food Control, 35, Inarejos-García, A., Gómez-Alonso, S., Fregapane, G., Salvador, M. (2013) Evaluation of minor components, sensory characteristics and quality of virgin olive oil by near infrared (NIR) spectroscopy. Food Research International, 50, Instituto Adolfo Lutz. (2005) Métodos físico-químicos para análise de alimentos (4. ed.) São Paulo: Instituto Adolfo Lutz NG, C. L.; Wehling, R. L.; Cuppett, S. L.. (2011) Near-infrared spectroscopic determination of degradation invegetable oils used to fry various foods. Journal of agricultural and food chemistry, 59, Ögütcü, M.; Aydeniz, B.; Büyükcan, M. B.; Yilmaz, E.; (2012) Determining frying oil degradation by near infrared spectroscopy using chemometric techniques. Journal of the American oil chemists society, 89, Pinto, R. C., Locquet, N., Eveleigh, L., & Rutledge, D. N. (2010). Preliminary studies on the midinfrared analysis of edible oils by direct heating on an ATR diamond crystal. Food Chemistry, (4), Santos, C. A. T.; Lopo, M.; Páscoa, R. N. M. J.; Lopes, J. A. (2013) A review on the applications of portable near-infrared spectrometers in the agro-food industry. Applied Spectroscopy AO, 67, Sinelli, N., Cerretani, L., Di Egidio, V., Bendini, A., Casiraghi, E. (2010) Applicaton of near (NIR) infrared and mid (MIR) infrared spectroscopy as a rapid tool to classify extra virgin olive oil on the basis of fruity attribute intensity. Food Research International, 43, Talpur, M. Y., Hassan, S. S., Sherazi, S. T. H., Mahesar, S. A., Kara, H., & Kandhro, A. A. (2015). A simplified FTIR chemometric method for simultaneous determination of four oxidation parameters of frying canola oil. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 149,