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: <http://www.estcal.com/tech_papers/papers/Food/CornSilage.pdf> Acessado
em: 15 jun. 2010.
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.
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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
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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).
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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 2992. 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.
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Figura 4. Cromatograma da amostra número 150 de milho mofado (imagem
do autor).
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.
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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).
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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).
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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.
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