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NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS SFE "HOME-MADE".: IV. QUALIDADE DOS ALIMENTOS

Resumos

São apresentadas algumas aplicações de um sistema "Home-Made" para Extração com Fluido Supercrítico (EFS) na análise de resíduos de pesticidas e de óleos essenciais em alimentos. Foram desenvolvidos diversos estudos com os parâmetros: temperatura, pressão, escolha e concentração de modificadores. Os resultados são apresentados para amostras de maracujá (resíduos de pesticidas organofosforados e piretróides), mel (resíduos de pesticidas organoclorados) e laranja (óleo essencial).

pesticidas; extração com fluido supercrítico (EFS); cromatografia; frutas; mel


Some applications of a home-made SFE (Supercritical Fluid Extraction) system in the analysis of pesticides residues and essential oils in food are reported. Several studies with modification of the parameters: temperature, pressure, choice and concentration of modifiers were developed. The results of pesticides residue analysis are presented for passion fruits (organophosphorus and pyrethroids pesticides), honey (organochroline pesticides) and oranges (essential oils).

pesticides; supercritical fluid extraction (SFE); chromatography; fruits; honey


NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS SFE" HOME-MADE".

IV. QUALIDADE DOS ALIMENTOS1 1 Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97.

Fernando M. LANÇAS2 1 Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97. , * 1 Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97. , Haroldo S. DÓREA3 1 Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97. , Roberto A. MÜLLER4 1 Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97. , Camilla B. FAGUNDES2 1 Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97.

RESUMO

São apresentadas algumas aplicações de um sistema "Home-Made" para Extração com Fluido Supercrítico (EFS) na análise de resíduos de pesticidas e de óleos essenciais em alimentos. Foram desenvolvidos diversos estudos com os parâmetros: temperatura, pressão, escolha e concentração de modificadores. Os resultados são apresentados para amostras de maracujá (resíduos de pesticidas organofosforados e piretróides), mel (resíduos de pesticidas organoclorados) e laranja (óleo essencial).

Palavras-chave: pesticidas, extração com fluido supercrítico (EFS), cromatografia, frutas, mel.

SUMMARY

NEW APPLICATIONS OF HOME-MADE SFE SYSTEMS. IV. QUALITY OF FOODS. Some applications of a home-made SFE (Supercritical Fluid Extraction) system in the analysis of pesticides residues and essential oils in food are reported. Several studies with modification of the parameters: temperature, pressure, choice and concentration of modifiers were developed. The results of pesticides residue analysis are presented for passion fruits (organophosphorus and pyrethroids pesticides), honey (organochroline pesticides) and oranges (essential oils).

Keywords: pesticides, supercritical fluid extraction (SFE), chromatography, fruits, honey.

1 — INTRODUÇÃO

Os alimentos têm sido cada vez mais monitorados quanto a qualidade, o que resulta em melhores níveis de sabor, aroma e toxidez. A utilização de sistemas" home-made" para extração com fluido supercrítico desenvolvidos no Laboratório de Cromatografia do Instituto de Química de São Carlos (IQSC-USP) tem demonstrado ser uma opção adequada para a análise de alimentos, tais como frutas e mel.

Atenção cada vez maior tem sido dedicada às análises de resíduos de pesticidas em frutas, para garantir a qualidade dos alimentos, principalmente os destinados a exportação. O Brasil é o maior produtor de frutas do mundo [1] e laboratórios com técnicas modernas de extração para análises rápidas e eficientes são cada vez mais necessários. O Laboratório de Cromatografia do IQSC tem desenvolvido diversos trabalhos para determinar diferentes classes de resíduos de pesticidas [2 - 5].

Como parte da dieta alimentar humana, o mel pode conter resíduos de pesticidas trazidos pelas abelhas. A necessidade de análise do mel pode ser ilustrada com o caso raro de intoxicação ocorrida na Turquia [6]. O estudo do mel e outros alimentos agrícolas já atingiu 13,5 % de todas as aplicações analíticas da cromatografia a gás [7].

As frutas cítricas são comercialmente importantes para o Brasil, principalmente na exportação de suco concentrado, com destaque especial para a laranja. Os óleos essenciais da laranja contém de 90% a 95% de terpenos (principalmente d-limoneno), que podem ser oxidados pelo ar, resultando em sabores indesejáveis. Para reduzir o teor desses compostos, foi desenvolvido um método por extração com fluido supercrítico. As condições ótimas foram estabelecidas e as análises realizadas por Cromatografia Gasosa com coluna capilar e Detector de Ionização de Chama (Capillary Gas Chromatography - Flame Ionization Detector - CGC-FID) e com Detector de Espectrometria de Massas (Capillary Gas Chromatography - Mass Spectrometry Detector - CGC/MSD).

Este trabalho é uma continuação dos anteriores [8 - 11] e apresenta um sistema "home-made" para extração com fluido supercrítico para o estudo da qualidade dos alimentos. Como amostras foram utilizadas: maracujá (Passiflora edulis), laranja (Citrus sinensis) e mel.

No maracujá foram determinados os pesticidas organofosforados: dimetoato, malation, paration, metidation e pirazofós; e como piretróide a permetrina. No mel foram selecionados os pesticidas organoclorados: lindano (LIN), dicloro difenildicloro eteno (DDE) e tetradifon (TDF). Resíduos de DDE podem indicar a extensão da presença de dicloro difenil tricloroetano (DDT) no ambiente antes de sua degradação ter ocorrido. Na laranja estudou-se a redução dos terpenos no óleo essencial.

2 — MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 – Preparo das amostras

Maracujá: as amostras não tratadas com pesticidas ("testemunhos") foram congeladas em freezer após a colheita. Para a análise, essas amostras foram descongeladas e trituradas em liquidificador antes da extração com fluido supercrítico.

Mel: as amostras adquiridas comercialmente em São Carlos foram armazenadas em local arejado e posteriormente foi realizada a EFS.

Laranja: tipo "pêra", também foram obtidas no comércio de São Carlos. A casca foi retirada e triturada no liquidificador.

2.2 – Procedimentos de extração

As amostras de maracujá e laranja foram pesadas e um volume de mel foi separado para análise (Tabela 1). Para analisar resíduos de pesticidas (maracujá e mel), foi adicionada a mistura contendo os padrões de pesticidas, para realizar os testes de recuperação. Os padrões de pesticidas organoclorados foram dissolvidos em acetona e os padrões de pesticidas organofosforados e piretróide em acetato de etila.

Nas amostras de maracujá foi adicionado o adsorvente Florisil e a mistura homogeneizada durante 10 minutos.

Em seguida, foi realizada a extração com fluido supercrítico. A Tabela 1 apresenta as principais condições utilizadas para cada amostra.

TABELA 1.
Condições da extração com fluido supercrítico nas análises de resíduos de pesticidas e óleos essenciais.

2.3 – Sistema de Extração com Fluido Supercrítico

O sistema extrator com fluido supercrítico foi desenvolvido e construído no IQSC-USP e descrito previamente na literatura [12]. Novas modificações foram realizadas e o esquema atual está representado na Figura 1. O sistema é construído em aço inoxidável e pode ser utilizado no modo estático fechando-se a válvula (14) ou no modo dinâmico, abrindo-se esta mesma válvula. A válvula (6) controla a saída do fluido supercrítico para a cela de extração contendo o filtro (11) na saída da mesma, e a válvula (14) controla a saída para um restritor de aço inoxidável. A extração com CO2 e modificadores pode ser feita no mesmo sistema, sendo necessário apenas adicionar o modificador na proporção adequada no vaso pressurizador (4).

FIGURA 1.
Sistema de Extração com Fluido Supercrítico desenvolvido no IQSC-USP. (1) cilindro de CO2, (2) Cilindro de N2, (3) válvula reguladora de pressão, (4) vaso pressurizador (5) recipiente para resfriamento (banho de gelo), (6) válvula, (7) termostato, (8) banho de aquecimento, (9) resistência, (10) cela de extração, (11) filtro de aço inox, (12) agitador mecânico, (13) termômetro, (14) válvula do restritor, (15) restritor, (16) tubo coletor, (17) recipiente para resfriamento (banho de gelo).

2.4 – Condições cromatográficas

As condições cromatográficas utilizadas para as amostras de maracujá, mel e laranja são apresentadas nos cromatogramas das Figuras 2, 3 e 4, respectivamente.

As curvas analíticas para determinação de pesticidas em maracujá e mel seguiram as mesmas condições cromatográficas das amostras. Quatro soluções, contendo a mistura dos padrões de pesticidas em concentrações diferentes, foram utilizadas para construir a curva analítica. A solução contendo a mistura era injetada no cromatógrafo e analisados em uma única corrida. A cada um dos compostos foi aplicado o método de regressão linear e os coeficientes de correlação foram superiores a 0,990.

2.5– Limites de Detecção

Os limites de detecção, para as análises de pesticidas em amostras de maracujá e mel, foram estabelecidos como sendo 3 vezes a altura do ruído.

3 — RESULTADOS E DISCUSSÃO

3.1 – Análise de resíduos de pesticidas em maracujá.

O filtro da cela de extração com fluido supercrítico pode gerar problemas de entupimento, principalmente quando as amostras possuem alto teor de água (como as frutas e verduras). Para minimizar este problema, foi utilizado um dispersante da matriz. Florisil (100 - 200 mesh) foi escolhido baseado em estudos anteriores para determinação de pesticidas organofosforados na casca de frutas cítricas, sendo utilizado na etapa de clean-up em método de extração sólido-líquido. Os 6 pesticidas analisados nesse estudo foram recuperados em níveis de adição diferenciados entre 0,1 a 1,0 mg/kg [13]. Outro método de extração com fluido supercrítico também utilizou Florisil, na saída do vaso de extração, com o objetivo de fazer um clean-up direto in-line durante a extração com CO2 supercrítico. Os resultados de recuperação desse trabalho foram baixos para 4 dos 9 pesticidas organoclorados usados na análise de plantas [14]. É possível que com a mudança para um fluido supercrítico mais polar (adição de um modificador polar ao CO2 supercrítico), todos os pesticidas pudessem ser recuperados.

A melhor proporção encontrada entre amostra e dispersante foi 1:1. A amostra (1 g) foi pesada em um béquer, adicionado 1 g de Florisil e, depois de homogeneizada, foi adicionada a mistura contendo os pesticidas na concentração apresentada na Tabela 2.

A quantidade de amostra também é um fator importante para que não haja entupimento na cela. Amostras com 3 g mostraram-se inviáveis, mesmo quando a quantidade de Florisil foi aumentada proporcionalmente.

Os resultados apresentados na Tabela 2 são para CO2 supercrítico modificado com 5% (v/v) de metanol mantendo um tempo de 10 min no modo estático e 20 min no modo dinâmico. Segundo Skopec et. al. [15], um número significativo de estudos têm indicado alguns fatores que interferem na eficiência da extração com fluido supercrítico. Dentre estes fatores, o tipo da matriz, a escolha e a concentração do modificador são mais importantes do que fatores como temperatura e pressão da extração [15]. O mesmo trabalho definiu a concentração de 5% (v/v) de metanol para análise de pesticidas organofosforados.

Os cinco pesticidas organofosforados usados no estudo foram recuperados no intervalo de 83,4% a 101,1% com desvio padrão relativo abaixo de 30,6%. O composto que apresentou melhor recuperação foi o paration com um nível mais baixo de adição de padrão (0,4 mg/kg) em relação aos demais. O isômero cis da permetrina obteve uma recuperação de 123,0%, provavelmente devido a co-eluição de extrativos apolares da matriz. Malation, paration e o isômero trans da permetrina foram os compostos com melhor repetitividade.

Um teste foi realizado para um nível de adição padrão de 2 mg/kg (0,8 mg/kg para o paration) e os resultados de recuperação obtidos variaram de 91,0% a 129,9%, com exceção do malation que ficou acima de 130%.

TABELA 2.
Recuperação, limite de confiança (LC), desvio padrão relativo (DPR) e limite de detecção (LD) dos pesticidas organofosforados e piretróide em amostras de maracujá (n = 3 com 2 injeções por amostra).

Os resultados da Tabela 2 foram baseados nas curvas analíticas (4 pontos) de cada composto no intervalo de 20 ng/mL a 1,0 (g/mL.

O detector de captura de elétrons tem sido usado nas análises desses pesticidas por sua sensibilidade e repetitividade [17].

TABELA 3.
Comparação do método proposto por extração com fluido supercrítico (EFS) com o método clássico de extração líquido-líquido (ELL) para determinar pesticidas organofosforados e piretróides em alimentos.

1 Extração líquido-líquido

2 Pesticidas citados na Tabela 2.

Um método usado freqüentemente para análise de resíduos de pesticidas em alimentos é o de Leoni et. al.[16], com a técnica de extração líquido-líquido (ELL). A Tabela 3 apresenta uma comparação desse método com o proposto neste trabalho por extração com fluido supercrítico. Vantagens podem ser observadas com o método proposto: menor consumo de solventes orgânicos (17 vezes menos), quantidade pequena de amostra necessária para análise, não é necessária a etapa de "clean-up" e a quantidade de amostra injetada no cromatógrafo (50 vezes menor) proporciona uma maior vida útil da coluna capilar.

A redução do consumo de solventes nos laboratórios, especialmente os clorados, tem sido recomendada pela EPA (Environmental Protection Agency) nesses últimos anos [18].

Um método com extração líquido-líquido foi desenvolvido para análise de citros [17] e este também apresentou um consumo de solvente menor do que o método de referência [16]. Um trabalho utilizando extração com fluido supercrítico [18] para amostras de batatas foi comparado com o método proposto por apresentar os mesmos pesticidas selecionados, a exceção do pirazofós. Os resultados de recuperação foram próximos, com a vantagem de que no método proposto não é necessária a etapa posterior de "clean-up".

A Figura 2 apresenta o cromatograma da amostra de maracujá utilizando extração com fluido supercrítico nas condições especificadas na figura. Co-extrativos da matriz foram extraidos com os pesticidas, mas não interferiram na quantificação dos resultados nos níveis estudados (Tabela 2).

FIGURA 2.
Cromatograma do extrato obtido a partir de 1 g de maracujá: 1. Dimetoato, 13 pg; 2. Malation, 13 pg; 3. Paration, 5 pg; 4. Metidation, 13 pg; 5. Pirazofós, 13 pg e 6. permetrina, 13 pg. Condições EFS: 130 atm e 60(C, coletado em acetato de etila. Cromatografia gasosa com detector de captura de elétrons e coluna capilar 5% fenil metilpolisiloxano (25m x 0,25mm x 0,33(m) com a seguinte programação de temperatura: 160o C (6 min) – 6o C/min – 200o C– 8o C/min – 300o C (5 min). Split 1:40. Volume de injeção 1m .

3.2 – Análise de resíduos de pesticidas em mel.

Diversas condições experimentais utilizando extração com fluido supercrítico foram testadas, como temperatura e pressão críticas, sistema com CO2 estático e dinâmico, com e sem modificadores de polaridade, coletores de extratos utilizando tubos vazios e outro com Extração em Fase Sólida (Solid-Phase Extraction– SPE) em linha.

O método de extração com fluido supercrítico aliado a extração em fase sólida utilizando cartuchos de C-18 não foi satisfatório. Os resultados de recuperação ficaram abaixo de 30%. Como modificadores, foram utilizados acetona e acetonitrila, em concentrações de 1%. Os resultados, porém, foram inferiores àqueles apresentados na Tabela 4, com CO2 puro. Além disso, a resolução cromatográfica não foi satisfatória.

A Tabela 4 apresenta os resultados de recuperação para os pesticidas organoclorados escolhidos no estudo em função da temperatura, pressão e da quantidade de sal sulfato de sódio. Estes resultados estão baseados na linearidade do detector de captura de elétrons na faixa de 10 a 500 (g/L.

TABELA 4.
Recuperações dos pesticidas organoclorados por extração com fluido supercrítico no modo dinâmico (n=1), com adição de 25,0 (g/L de lindano, DDE e tetradifon em mel.

Sempre que se utilizou sulfato de sódio anidro na cela de extração houve maior número de compostos extraídos, menos problemas com a linha de base e menos problemas de entupimento do restritor, certamente devido a retenção de água dentro da cela.

O ultra-som foi utilizado para desagregar o gelo formado dentro do restritor.

O método clássico de extração líquido-líquido apresenta diversos problemas quando se utiliza hexano para extrair os analitos da matriz mel, como formação de espuma estável, de emulsão gelatinosa termoestável, resistente a ácidos, bases e sais diversos, possibilidades maiores de retenção dos analitos nas paredes de recipientes necessariamente utilizados. A recuperação média dos analitos para o método clássico foi 12,9%.

A aplicação da extração com fluido supercrítico à matriz mel apresenta a desvantagem de produzir, em diversos experimentos, uma espuma semelhante a emulsão, que se expande pelo volume da cela, contaminando o restritor e o canal alimentador do fluido supercrítico. O modo estático não apresentou formação de emulsão. Nas condições utilizadas, o método também foi demorado (Tabela 1).

O limite de detecção para lindano e DDE foi 1,0 pg e para o tetradifon 2,0 pg.

A Figura 3 apresenta o cromatograma de uma amostra de mel com adição dos padrões selecionados neste estudo. Existe uma maior predominância de compostos polares na matriz e o lindano, por ser mais polar que DDE e tetradifon, sai da coluna junto com os co-extratos da matriz. Contudo, não houve interferência na quantificação do lindano (Tabela 4).

FIGURA 3.
Cromatograma do extrato obtido a partir de 20,0 mL de mel com adição padrão de 25,0 (g/L de: 1. Lindano, 2. DDE e 3. Tetradifon, a 300 atm e 80o C. Coleta do extrato em hexano com banho de gelo e ultra-som. Cromatografia gasosa com detector de captura de elétrons e coluna capilar 5% fenil metilpolisiloxano (28m x 0,25mm x 0,4(m) com a seguinte programação de temperatura: 155o C – 2,5o C/min – 255o C – 8o C/min – 280o C (5 min). Split 1:30. Volume de injeção 1 m .

3.3 – Análise de óleo essencial em laranja.

Foram estudados os parâmetros de temperatura e pressão para o CO2 supercrítico, com o objetivo de obter a menor quantidade de terpenos, e a maior quantidade de aldeídos.

As análises mostraram que não foi possível extrair óleo essencial do bagaço da laranja, mas apenas da casca.

Para comparação, foi utilizado o método clássico de extração com arraste a vapor. Observou-se que por extração com fluido supercrítico foram obtidos componentes voláteis na sua maioria, enquanto que por arraste obteve-se os componentes mais pesados. Como os voláteis são os mais importantes no atributo de sabor e aroma dos óleos essenciais, torna-se evidente a vantagem do método por extração com fluido supercrítico em relação ao clássico.

A quantidade de terpenos, principalmente limoneno, no óleo essencial extraído por extração com fluido supercrítico é menor 50% em relação à presença do mesmo composto no óleo extraído por arraste a vapor. Isto mostra que a qualidade do óleo essencial obtido por extração com fluido supercrítico é de qualidade superior.

A Figura 4 apresenta o cromatograma do óleo essencial extraido da casca de laranja, com destaque para o limoneno em maior quantidade.

A análise por espectrometria de massas do óleo essencial da laranja por extração com fluido supercrítico identificou os compostos pineno (a e b ), d-limoneno, mirceno, decanal e octanal, através de seus principais fragmentos.

FIGURA 4.
Cromatograma do óleo essencial extraído por EFS em amostra de casca de laranja à pressão a 100 atm e temperatura de 60(C. Cromatografia gasosa com detector de ionização em chamas, coluna capilar 5% fenil metilpolisiloxano (30m x 0,25mm x 0,35(m) e programação de temperatura: 40o C (3 min) – 4o C/min – 300o C (5 min). Split 1:20. Volume de injeção 1 m .

4 — CONCLUSÕES

Com os resultados apresentados em matrizes diversas de alimentos, conclui-se que o sistema "Home-Made" para extração com fluido supercrítico utilizado em nosso laboratório mostrou-se eficiente para extração de resíduos de pesticidas organofosforados e piretróides em maracujá, como também na extração do óleo essencial da laranja conferindo melhor qualidade a esse produto com relação ao método clássico por arraste a vapor. Para análise de mel o sistema de extração com fluido supercrítico apresentou melhores resultados do que com extração líquido-líquido. O sistema é simples e econômico, podendo ser uma alternativa aos métodos atuais para análise de resíduos de pesticidas e de óleos essenciais.

5 — REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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6 — AGRADECIMENTOS

Ao CNPq e CAPES pelas bolsas de estudos concedidas.

2

Universidade de São Paulo, Instituto de química de São Carlos, C.P. 780, 13.560-970, São Carlos,SP, Brasil, Fone +55. 16. 274. 9178 fax +55. 16. 274. 9179

3

Universidade Federal de Sergipe, DQI/CCET,

dorea@iqsc.sc.usp.br

4

Universidade Federal de Viçosa, 36570-000, Viçosa, MG

*

A quem a correspondência deve ser endereçada.

  • 1
    Recebido para publicação em 5/8/97.Aceito para publicação em 12/12/97.
  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      17 Dez 1998
    • Data do Fascículo
      Dez 1997

    Histórico

    • Aceito
      12 Dez 1997
    • Recebido
      05 Ago 1997
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