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Food Science and Technology

Print version ISSN 0101-2061On-line version ISSN 1678-457X

Ciênc. Tecnol. Aliment. vol. 17 n. 4 Campinas Dec. 1997

https://doi.org/10.1590/S0101-20611997000400018 

NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS PARA EXTRAÇÃO COM FLUIDO SUPERCRÍTICO (SFE) "HOME-MADE".
VI. CONTROLE DE AGROTÓXICOS EM PRODUTOS ALIMENTÍCIOS1

 

Fernando M. LANÇAS2,*, Marco A. BARBIRATO2, Mário S. GALHIANE2, Sandra R. RISSATO2

 


RESUMO

No presente trabalho apresentamos um sistema para extração com fluido supercrítico (SFE) "home-made" utilizado em extrações de resíduos de pesticidas de diversas matrizes. Os pesticidas estudados foram extraídos usando-se como fluido extrator CO2 no estado supercrítico com ou sem modificadores. Os resultados obtidos mostraram-se mais vantajosos do que aqueles obtidos por métodos convencionais de extração.

Palavras-chave: Pesticida; extração; fluido supercrítico; dióxido de carbono (CO2).


SUMMARY

NEW APPLICATIONS OF  SFE HOME - MADE SYSTEM. VI - PESTICIDE CONTROL IN FOOD PRODUCTS. In the present work, we describe a SFE home-made system used for pesticide residue extraction in food products. The pesticides were extracted using CO2 in the supercritical state as extracting fluid with and without modifiers. The results obtained by SFE have been better than those obtained by conventional extraction method.

Keywords:Pesticides; extraction; supercritical fluid; carbon dioxide (CO2).


 

 

1 — INTRODUÇÃO

Mesmo havendo controvérsias a respeito da utilização de defensivos agrícolas, existem poucos que duvidam que os agrotóxicos promovem a mais efetiva contribuição para a melhoria da qualidade e o aumento da produção agrícola. Por outro lado, o uso inadequado e excessivo dos pesticidas pode causar problemas de ordem ecológica ou de saúde pública; tais como: desequilíbrios ecológicos, com o surgimento de novas pragas, eliminação de insetos polinizadores, mortandade de peixes e pássaros. Outro sério problema causado pelos pesticidas é a possibilidade de ocorrência de resíduos tóxicos nos alimentos, além da persistência no meio ambiente, de onde podem ser transferidos para outras formas de vida (1 - 3). Todos estes problemas, motivam a pesquisa de novas metodologias analíticas que permitem avaliar de forma rápida e adequada a qualidade dos alimentos, proporcionando condições para se verificar tendências de aumento de uso e fornecem dados para que medidas preventivas e de controle possam ser efetuadas, antes que os níveis de contaminação se tornem um perigo para a saúde do ser humano ou causem grandes perdas econômicas.

Diversos procedimentos analíticos têm sido propostos nos últimos anos para a determinação de resíduos de pesticidas em alimentos [4 - 7]. Estes métodos, baseados na Extração Sólido - Líquido (SLE), requerem grandes volumes de solventes orgânicos, normalmente tóxicos, que causam problemas ambientais bem como de eliminação. Estes procedimentos não são seletivos e produzem um extrato diluído, que na maioria das vezes necessita ser concentrado para posterior etapa de" clean-up" antes da análise. As várias etapas que devem ser seguidas para se obter um extrato adequadamente limpo para a análise cromatográfica, fazem da metodologia tradicional, procedimentos analíticos lentos, com alto risco de contaminação e perdas de amostra, além de serem pouco reprodutivos [8].

O Laboratório de Cromatografia do Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo (IQSC - USP), vem nos últimos anos pesquisando metodologias que permitem controle confiável dos resíduos de pesticidas de forma rápida, econômica e reprodutiva. Essas metodologias visam a redução, ou algumas vezes eliminação dos principais problemas apresentados pelos métodos tradicionais de extração de resíduos de pesticidas: uso de solventes orgânicos, lentidão, custo, pouca reprodutividade e eficiência, principalmente em se tratando de amostras reais. Nesses estudos, diversos fluidos extratores foram utilizados em condições supercríticas e as metodologias estabelecidas após intensa pesquisa de parâmetros experimentais como tempo, pressão, temperatura, uso ou não de modificadores e modo de coleta [9 -19]. A extração com fluido supercrítico (SFE) mostra-se uma técnica eficiente para extrair pesticidas em alimentos e pode tornar-se uma alternativa atraente para substituir os métodos de extração tradicionais, principalmente devido a rapidez, seletividade e ao reduzido consumo de solventes orgânicos utilizados na etapa de extração [20 - 22].

Neste trabalho apresentamos os resultados de recuperação obtidos para o Dicofol, Diuron, Imidacloprid, 2,4-D, Dicamba, Clorotalonil e Atabrom extraídos com CO2 no estado supercrítico com ou sem modificadores, de matrizes como cereais, frutas, folhas, legumes e peixes. Os resultados encontrados mostraram-se superiores aos obtidos com métodos convencionais baseados na extração sólido - líquido (SLE) [12 - 19].

 

2 — MATERIAIS E MÉTODOS

No estudo de recuperação foram utilizadas amostras de repolho, maçã, cana-de-açúcar, arroz, milho, trigo, peixe e fumo; todas cultivadas em fazenda experimental sob condições controladas.

2.1 – Procedimento de Extração

As amostras após terem sido trituradas, foram pesadas e fortificadas ao nível de 0,05 mg/kg. Procedeu-se, em seguida, as extrações de resíduos de pesticidas por metodologia tradicional (SLE) e por SFE [12 - 19]. A Figura 1 apresenta de forma esquemática as principais etapas das metodologias SLE e SFE.

 

FIGURA 1. Diagrama esquemático das principais etapas das metodologias SLE e SFE.

 

A Tabela 1 apresenta as principais condições de extração utilizadas nos procedimentos adotados.

 

TABELA 1.Condições de extração para Extração Sólido-Líquido (SLE)e Extração com Fluido Supercrítico (SFE).

 

Parâmetros

Métodos

SLE

SFE

Massa de Amostra (g)

10-50

1-5

Solvente

Metanol; Acetona; Hexano

CO2; CO2/Acetona; CO2/Hexano

Tempo (min.)

10-60

2-5

Temperatura (oC)

Ambiente (ca. 25 oC)

70-100

Pressão (atm)

Atmosférica

100-150

 

2.2 – Sistema de Extração com Fluido Supercrítico (SFE)

O sistema de SFE utilizado foi construído nas oficinas do IQSC - USP, utilizando-se partes disponíveis de cromatógrafos líquidos e gasosos e dispositivos projetados para tal finalidade. A Figura 2, apresenta de forma esquemática, os principais componentes do sistema de SFE utilizado neste trabalho.

 

FIGURA 2. Esquema dos principais componentes do sistema SFE "home-made". 1. Cilindro de CO2; 2. Banho de gêlo; 3. Bomba de circulação; 4. Bomba de HPLC; 5. Câmara de pré-mistura; 6. Válvula; 7. Forno do GC; 8. Cela de extração; 9. Restritor; 10. Tubo de coleta e 11. Banho de gêlo.

 

O CO2 é pressurizado até a pressão de trabalho por meio de uma bomba seringa Varian 8500. A amostra é colocada no interior da cela de extração (30 cm x 4,6 mm) de aço inoxidável. Antes de iniciar a extração, quando necessário, um modificador é adicionado na câmara de pré-mistura (17,5 cm x 10 cm), construída em aço AIS 1316 com 500 mL de capacidade. A temperatura de extração é obtida colocando a cela de extração conectada em série com a válvula por um tubo de aço inoxidável (2 m x 1/16" d.i.), no interior do forno de um cromatógrafo gasoso (CG) Carlo Erba. Ajusta-se a temperatura de extração (70 - 100 oC) e a pressão de trabalho (100 - 150 atm). Inicia-se a extração abrindo-se a válvula. O restritor, um capilar de sílica fundida (L = 50 cm, d.i. = 50 mm, d.e. = 360 mm - Siemens Muchem, Germany) é usado para manter a pressão constante e controlar o fluxo de extração (160 - 200 mL/min.). A coleta do extrato é realizada colocando-se a extremidade do restritor no interior de um frasco de coleta que pode conter solvente e estar resfriado ou não por um banho de gelo.

Os extratos obtidos pelos procedimentos SLE e SFE são submetidos a procedimentos de "clean-up" adequados e em seguida analisados por cromatografia gasosa de alta resolução (HRGC).

2.3 – Condições Analíticas

As análises foram realizadas em cromatógrafo a gás HP 5890 série II, equipado com detetor de captura de elétrons (ECD - 63Ni) e coluna capilar de sílica fundida LM-5 (30 m x 0,25 mm x 0,35 mm), com fase estacionária 5 % fenil dimetilpolisiloxano. Utilizou-se hidrogênio como gás de arraste (m = 40 cm/s). Injetou-se 1 mL de amostra no modo split (1 : 20) a 250 oC. Foi usado nitrogênio (66 mL/min.) como "make-up" do detetor (300 oC). As análises isotérmicas foram realizadas a temperaturas que variaram entre 120 e 230 oC, de acordo com o pesticida analisado.

 

3 — RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Tabela 2 apresenta as recuperações obtidas para os pesticidas extraídos por SLE e SFE nas diferentes matrizes estudadas (9 - 19).

As Figuras 3 e 4 apresentam os cromatogramas dos extratos de amostras de repolho e maçã, obtidos pelos procedimentos de extração (SLE e SFE), respectivamente.

Observando-se os dados apresentados verificamos que utilizando o sistema SFE "Home-made" conseguimos resultados bastante satisfatórios e com diversas vantagens sobre os obtidos por procedimentos tradicionais de extração de resíduos de pesticidas.

 

TABELA 2. Recuperação dos pesticidas extraídos por Extração Sólido-Líquido (SLE) e Extração com Fluido Supercrítico (SFE) em diferentes matrizes. Nivel de fortificação 0,05 mg/ kg*.

 

Pesticidas

 

Método

Recuperação(%)

peixe

capim

repolho

maçã

arroz

cana-de- açúcar

milho

fumo

Dicofol

SLE

92,3

-

-

-

-

-

-

-

SFE

98,6

-

-

-

-

-

-

-

Dicamba

SLE

-

90,2

-

-

94,5

97,1

98,5

-

SFE

-

95,3

-

-

100,6

98,9

99,3

-

          6      

Atabrom

SLE

-

-

94,5

-

-

-

-

-

SFE

-

-

98,3

-

-

-

-

-

Clorotalonil

SLE

-

-

-

92,5

-

-

-

-

SFE

-

-

-

98,7

-

-

-

-

2,4-D

SLE

-

-

-

-

-

94,7

-

-

SFE

-

-

-

-

-

99,7

-

-

Diuron

SLE

-

-

-

-

-

93,4

-

-

SFE

-

-

-

-

-

96,8

-

-

Imidacloprid

SLE

-

-

-

-

92,5

-

-

91,5

SFE

-

-

-

-

96,7

-

-

97,2

  • Resultados médios de 5 determinações

 

Em análise de traços, a facilidade de remoção do fluido extrator é uma vantagem significante que a SFE apresenta sobre a SLE. O uso de solventes orgânicos na etapa de extração por técnicas convencionais, normalmente tóxicos, faz com que sejam necessárias etapas complementares de concentração ou eliminação de solventes, aumentando desta forma, os custos e o tempo do procedimento analítico. O procedimento SFE não requer estas etapas complementares, pois o volume dos extratos obtidos é pequeno (1 a 2 mL). Isto além de reduzir os problemas de estocagem de solventes, permite que os extratos obtidos possam ser submetidos diretamente à etapa de "clean-up".

Normalmente, a SFE é mais rápida e utiliza menores volumes de solventes, devido às propriedades dos fluidos supercríticos, como a alta difusividade e baixa viscosidade, que aumentam o poder de difusão do fluido na matriz. A facilidade de difusão aliada à densidade alta do fluido, melhora a solvatação da matriz pelas moléculas do fluido e portanto aumenta a transferência de massa entre a matriz e o fluido, permitindo desta maneira extrações mais eficientes [22].

Os procedimentos SFE geralmente são seletivos; normalmente os extratos obtidos por SFE apresentam um aspecto mais limpo que aqueles obtidos por SLE, o que pode ser observado por simples inspeção visual e também observando-se os cromatogramas apresentados nas Figuras 3 e 4.

Outro ponto a ser considerado quando se utiliza SFE é o menor número de etapas necessárias para se obter um extrato adequadamente limpo para análise cromatográfica. Isto permite reduzir os riscos de contaminação e perdas de amostra, proporcionando na maioria das vezes, um nível mais alto de recuperação e de forma mais reprodutiva quando comparado com os procedimentos tradicionais.

 

FIGURA 3. Cromatogramas dos extratos de repolho tratado com Atabron obtidos por: a) Extração convencional (10 g) e b) Extração com fluido supercrítico (5 g).

 

 

17n4a16f4.GIF (8233 bytes)

FIGURA 4. Cromatogramas dos extratos de maçã tratada com Clorotalonil, obtidos por: a) Extração convencional (10 g) e b) Extração com fluido supercrítico (5 g).

 

4 — CONCLUSÃO

Os resultados apresentados, aliados a outros já desenvolvidos com o mesmo sistema ou similares [9 - 11 e 23], permitem-nos concluir que o sistema de SFE utilizado no presente trabalho mostrou-se eficiente para a extração de resíduos de pesticidas de diferentes matrizes. As extrações são rápidas, econômicas, reprodutivas e eficientes. A SFE pode ser considerada uma alternativa atraente para substituir os métodos convencionais de extração de resíduos de pesticidas.

 

5 — REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] "UK Pesticides for Farmer and Growers" The Royal Society of Chemistry, 1987. Unwing Brothers Limited, Old Woking, Surrey, UK.

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[5] TACCHEO, M. B., SPESSOTTO, C. BRESSIN, P. et al. "Multiresidue Method for Captan, Folpet, Captafol, Vinclozolin and Iprodione on Italian Apples and Pears by Capillary Gas - Liquid chromatography with Electron Capture Detector" Pestic. Sci. 15, 612 (1984).

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[9] LANÇAS, F.M.; GALHIANE, M.S. & BARBIRATO, M.A. " Supercritical Fluid of Oxadixyl from Food Crops" Chromatographia 39, 11 (1994).

[10] LANÇAS, F.M.; BARBIRATO, M.A & GALHIANE, M.S." Extraction of Norflurazon Residues in Cotton Seeds with Supercritical CO2" Chromatographia 40, 432 (1995).

[11] . LANÇAS, F.M.; BARBIRATO, M.A & GALHIANE, M.S.." Simultaneous Extraction of Norflurazon and Oxadixyl Residues from Food Crops with supercritical Carbon Dioxide" Chromatographia 42, 147 (1996).

[12] LANÇAS, F.M.; BARBIRATO, M.A & GALHIANE, M.S." Extraction of Atabron Residues from Cabbage with Supercritical Carbon Dioxide" Chromatographia 42, 213 (1996).

[13] LANÇAS, F.M.; BARBIRATO, M.A & GALHIANE, M.S.." Supercritical fluid Extraction of Chlorothalonil Residues from Apples" Chromatographia 42, 547 (1996).

[14] LANÇAS, F.M.; GALHIANE, M. S. & RISSATO, S. R. "Off-line SFE-CZE Analysis of Carbamates Residues in Tobacco Samples"., Chromatographia 42, 323 (1996).

[15] LANÇAS, F.M.; GALHIANE, M. S. & RISSATO, S. R." Supercritical fluid Extraction of Flumetralin in Tobacco" Chromatographia 42, 416 (1996).

[16] LANÇAS, F. M., RISSATO, S. R. & MOZETO, A. A. "Off-line SFE-CGC-ECD Analysis of 2,4-D and Dicamba Residues in Real Sugar cane, Rice and Corn Samples J. High Resol. Chromatogr. 19, 564 (1996).

[17] LANÇAS, F. M.; GALHIANE, M. S.; RISSATO, S. R et al "Effect of Temperature, Collection mode and Modifier on the supercritical CO2 Extraction of Dicofol Residues Fish Samples" J. High Resol. Chromatogr. , paper MS 324 (1996), in press.

[18] Lanças, F. M.; Barbirato, M. A.; Rissato, S. R. et al" Extraction of Fluazinan Residues from Fruits by CO2 in the Supercritical State" J. High Resol. Chromatogr.", under review (1997).

[19] LANÇAS, F. M.; BARBIRATO, M. A.; GALHIANE, M. S.; et al" Extraction of Dicamba Residue from Grass Samples using Modified CO2 in the Supercritical State" The Analyst (submitted, march 1997).

[20] CAMEL, V.; TAMBUTÉ, A.. and CAUDE, M. "Analytical scale Supercritical Fluid Extraction: a promising technique for the determination of polluants in environmental matrices" J. Chromatogr. 642, 263 (1993).

[21] GERE, D. R.; KNIPE, C. R; CASTELLI, P. et al. "Bridging the Automation Gap between Sample Preparation and Analysis: An Overwiew of SFE, GC, GC-MS and HPLC Applied to Environmental Samples" J. Chromatogr. Sci. 31, 483 (1993).

[22] LoU, X.; JANSSEN, H. C. and CRAMERS, C. A. "Quantitative Aspects of Directly Coupled Supercritical Fluid Extraction - Capillary Gas Chromatogrphy with a Conventional Split/Splitless Injector as Interface" J. High Resol.   Chromatogr. 16, 425 (1993).

[23] LANÇAS, F.M.; GALHIANE, M. S, BARBIRATO, M. A et al" Projeto, Construção e Aplicação de Sistemas SFE "HOME MADE" IV - Aplicação de um Sistema Dinâmico no Controle de Qualidade de Alimentos de Origem Vegetal" Ciênc. Tecnol. Aliment. 14, 75 (1994).

 

6 — AGRADECIMENTOS

Ao CNPq, CAPES e FAPESP pelas bolsas de estudo e pelo suporte financeiro concedido ao laboratório.

 

1 Recebido para publicação em 5/8/97. Aceito para publicação em 8/12/97. 

2 Universidade de São Paulo — Instituto de Química de São Carlos CP. 780; 13560-970 São Carlos (SP) - Brasil TEL: +5516274-9178 FAX: +5516274-9179. flancas@iqsc.sc.usp.br  

* A quem a correspondência deve ser endereçada. 

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