Extração assistida por ultrassom para determinação de Fe, K e Na em amostras de achocolatado em pó

Ultrasound-assisted extraction from chocolate powder samples for the determination of Fe, K and Na

Extração assistida por ultrassom para determinação de Fe, K e Na em amostras de achocolatado em pó

Ultrasound-assisted extraction from chocolate powder samples for the determination of Fe, K and Na

Bruno Luís Ferreira^I; Eduardo Sidinei Chaves^II,*; José Vialich^III; Elenise SauerIV

^IUniversidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Alimentos, Ponta Grossa/PR - Brasil, e-mail: [e-mail]

^IIUniversidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Engenharia Química, Av. Monteiro Lobato, km 04, CEP: 84016-210, Ponta Grossa/PR - Brasil, e-mail: [e-mail]

^IIIUniversidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Ponta Grossa/PR - Brasil, e-mail: [e-mail]

^IVUniversidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Departamento de Engenharia Química, Ponta Grossa/PR - Brasil, e-mail: [e-mail]

RESUMO

Nos últimos anos o consumo de achocolatados tem aumentado, principalmente pelo público infantil. Dessa maneira o controle de qualidade do produto em relação a sua composição, principalmente quanto à concentração dos minerais, torna-se importante para facilitar a escolha do produto pelo consumidor. Um método simples e rápido para a determinação de Fe, K e Na em amostras de achocolatado utilizando extração assistida por ultrassom foi proposto. As análises foram realizadas por fotometria de chama e espectrometria de absorção atômica com atomização em chama (FAAS). O método proposto mostrou-se simples, rápido e preciso, apresentando limites de detecção (LOD) para o método de 10 mg.100g^-1 para K e Na e 0,2 mg.100g^-1 para Fe, e valores de RSD menores que 13%. Foram analisadas 10 amostras de achocolatado em pó de diferentes marcas e as concentrações obtidas comparadas aos valores estabelecidos pela Tabela Brasileira de Composição de Alimentos (TACO) e aos valores informados nos rótulos dos produtos. Os resultados obtidos, para a maioria das amostras, não estavam de acordo com os valores estabelecidos na tabela TACO e com os valores informados nos rótulos.

Palavras-chave: Minerais; Achocolatado; Extração assistida por ultrassom.

ABSTRACT

In recent years the consumption of chocolate powder has been increasing, mainly by kids, and for this reason quality control of the product in relation to its composition, especially regarding the mineral concentrations, is important to facilitate the choice of product by the consumers. A simple and quick method for the determination of Fe, K and Na in chocolate powder samples using ultrasound assisted extraction was proposed. The measurements were carried out using photometric detection and atomic absorption spectrophotometry with flame atomization (FAAS). The method was shown to be simple and accurate, with detection limits (LOD) of 10 mg.100g^-1 for K and Na and 0,2 mg.100g^-1 for Fe, and RSD values below 13%. To check the efficiency of the method, the results were compared with acid digestion. Ten chocolate powder samples of different brands were analyzed, and the concentrations obtained compared with those found in the Brazilian Table of Food Composition (TACO) and also with the values informed on the product labels. For the majority of samples the results obtained were not in accordance with the values established by the TACO tables or with those printed on the labels.

Key words: Minerals; Chocolate powder; Extraction; Ultrasound.

1 Introdução

Os minerais são compostos inorgânicos ingeridos principalmente através da alimentação e desempenham importantes funções metabólicas no organismo. Além disso, a deficiência ou o excesso de alguns minerais no organismo humano estão associados a várias doenças (LOBO e TRAMONTE, 2004). Dentre as principais doenças podemos destacar as cardiovasculares, renais e a hipertensão, relacionadas ao excesso de sódio (Na) (NILSON et al. 2012; SARNO et al. 2013), e a anemia relacionada à deficiência de ferro (Fe). Além disso, o potássio (K) é de suma importância para manter o equilíbrio da pressão sanguínea, principalmente devido ao elevado consumo diário de Na por grande parte da população (TANASE et al., 2011; COZZOLINO, 2007; PETERS e MARTINI, 2010). A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), através da Resolução RDC nº 360, de 23 de dezembro de 2003 (BRASIL, 2003), estabelece os valores de referência para ingestão diária de alguns nutrientes minerais, dentre estes Na e Fe, os quais apresentam limites estabelecidos de 2.400 mg e 14 mg respectivamente. Entretanto, enquanto grande parte da população ingere quantidades elevadas de Na, a ingestão diária de Fe ainda é inferior ao recomendado.

O monitoramento da concentração desses e outros minerais em alimentos, principalmente nos industrializados como achocolatados, é de grande importância. Isso em consequência da ampla disponibilidade de marcas desse produto no mercado, aliada à tendência mundial em busca de uma alimentação balanceada (EDUARDO e LANNES, 2004; FONTES et al., 2008). O achocolatado em pó é um produto açucarado consumido por pessoas de todas as idades, em especial crianças, composto basicamente por sacarose, cacau em pó (MEDEIROS, 2006 apud MEDEIROS e LANNES, 2009) e suplementos como as vitaminas e minerais, principalmente o Fe.

A determinação de minerais em alimentos é amplamente realizada em diversos laboratórios de análise, utilizando diferentes procedimentos de preparo de amostras e diferentes técnicas analíticas. Dentre as técnicas mais amplamente utilizadas para a determinação desses minerais está a espectrometria de emissão atômica (CASTANHEIRA et al., 2009), espectrometria de absorção atômica (MATUSIEWICZ e ŚLACHCIŃSKI, 2014), espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (TUPINANBÁ et al., 2012) e espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado (SAIDELLES et al., 2010). Atualmente, muitos dos métodos propostos para a determinação de minerais em alimentos ainda utilizam procedimentos de preparo de amostras convencionais, como a calcinação (LETERME et al., 2006), a digestão ácida por via úmida em frasco aberto (TUPINANBÁ et al., 2012) e a digestão ácida por via úmida assistida por micro-ondas (MORGANO et al., 1999). Entretanto, esses procedimentos são laboriosos, normalmente exigem a utilização de reagentes concentrados e/ou temperatura e pressão elevadas, aumentando assim as possíveis contaminações bem como os riscos de acidentes (CAVECCI et al., 2008; MORAES et al., 2009). Além disso, no caso da digestão assistida por micro-ondas, deve se considerar o custo relativamente elevado do forno de micro-ondas utilizado para esse processo. Nesse sentido, o desenvolvimento de metodologias simples, utilizando técnicas acessíveis de análise tais como a fotometria de chama e FAAS, é muito importante. Assim, procedimentos de preparo de amostras simples, rápidos, eficientes e com custos reduzidos têm sido cada vez mais utilizados para a determinação de minerais em diversas amostras. Dentre esses procedimentos, destaca-se a extração assistida por ultrassom (BARROS et al., 2013). Na extração assistida por ultrassom, o processo de extração baseia-se na ação de ondas mecânicas de baixa frequência, as quais são responsáveis pela formação e colapso de microbolhas ocasionando áreas pontuais de alta pressão e temperatura na solução (LUZ, 1998). A ação do ultrassom facilita a extração dos elementos, a sedimentação do material particulado em suspensão e promove a quebra de células vegetais. Além disso, extração assistida por ultrassom é de simples operação e eficiente para extração de elementos em amostras de alimentos, não necessitando de longos períodos para o preparo das amostras nem da utilização de altas temperaturas e pressão elevada (CAVALHEIRO, 2013).

Assim, os objetivos deste trabalho foram o desenvolvimento de uma metodologia para determinação de Fe, K e Na em amostras de achocolatado em pó por fotometria de chama e espectrometria de absorção atômica com atomização em chama (FAAS), utilizando a extração assistida por ultrassom para o preparo das amostras e a aplicação do método para a determinação desses elementos em diferentes marcas de achocolatado em pó. Posteriormente, realizar a comparação dos resultados obtidos com os valores nutricionais informados na Tabela Brasileira de Composição de Alimentos - TACO (UNICAMP, 2011) e com os valores apresentados nos rótulos dos produtos.

2 Materiais e métodos

2.1 Reagentes, soluções e amostras

Todos os reagentes utilizados nos experimentos foram de grau analítico. As soluções foram preparadas em vidrarias previamente descontaminadas em banho de ácido nítrico (HNO₃) 10% v.v^-1 por 12 horas, utilizando para limpeza água ultrapura com resistividade de 18 MWcm^-1 (Master System MS 2000, GEHAKA). Para a extração foram utilizadas soluções de HNO₃ 65% supra puro (Merck) e ácido clorídrico (HCl) P.A (Alphatec), para a digestão ácida por via úmida foram utilizados HNO₃ 65% (Merck) e peróxido de hidrogênio 30% supra puro (Vetec). As amostras de achocolatado em pó foram adquiridas no comércio local do município de Ponta Grossa-PR, abertas e transferidas em sua totalidade para recipientes hermeticamente fechados, e posteriormente analisadas. Dez amostras de achocolatado em pó de diferentes marcas e de lotes únicos foram analisadas.

2.2 Instrumentação

As amostras foram pesadas em balança analítica modelo Mark 205 A (BEL Engineering) e as determinações dos teores de umidade das amostras foram realizadas conforme método 12/IV do Instituto Adolfo Lutz (IAL, 2005) em estufa com circulação e renovação de ar modelo SL 102 (SOLAB). As extrações dos minerais foram realizadas em banho ultrassônico modelo USC-1400A (UNIQUE) e posteriormente as soluções obtidas centrifugadas utilizando centrífuga Excelsa Baby II 206-R (FANEM). Para a verificação da exatidão, as amostras foram digeridas em bloco digestor modelo SL 25/40 (SOLAB). As concentrações de K e Na foram determinadas em fotômetro de chama modelo 610 MS (Analyser) e as concentrações de Fe foram determinadas em espectrofotômetro de absorção atômica com atomização em chama (FAAS) AA-6200 (SHIMADZU), utilizando chama ar-acetileno, as leituras foram realizadas no comprimento de onda de 248,3 nm, com fenda espectral de 0,2 nm.

2.3 Procedimento para a digestão por via úmida

Para a digestão das amostras, alíquotas de aproximadamente 0,5 g de achocolatado em pó foram diretamente transferidas para tubos de Kjeldahl, em seguida 3,0 mL de HNO₃ 65% v.v-1 e 2,0 mL de H₂O₂ 30% v.v^-1 foram adicionados. Posteriormente, as amostras foram aquecidas em bloco digestor à temperatura de 80°C por 30 minutos, na sequência a temperatura foi elevada a 150 °C e mantida por mais 90 minutos. Após a digestão as soluções resultantes foram filtradas e avolumadas para 50 mL em tubos de polipropileno com água ultrapura e posteriormente analisadas. As determinações de K e Na foram realizadas por fotometria de chama, o qual permite apenas a calibração direta utilizando um único padrão de calibração, sendo esta realizada com solução padrão de 100 mg L^-1 de cada um dos analitos. As determinações de Fe foram realizadas por FAAS, a curva de calibração foi obtida a partir de padrões de Fe com concentrações entre 0,5 e 5,0 mg L^-1. As análises foram realizadas em triplicata e os resultados corrigidos, considerando os valores de umidade das amostras, e expressos em base seca como média ± desvio padrão. O branco, contendo todos os reagentes exceto a amostra, foi analisado paralelamente a fim de identificar possíveis contaminações nos reagentes e/ou procedimento.

2.4 Procedimento para extração assistida por ultrassom

Alíquotas de aproximadamente 0,2 g de achocolatado em pó foram diretamente pesadas em tubos de ensaio, adicionado 3,0 mL de solução extratora (HNO3 50% v.v^-1) e submetidas ao ultrassom por 30 minutos em temperatura de 50 ± 5 °C. Após a extração dos elementos, as soluções resultantes foram avolumadas para 5,0 mL e posteriormente centrifugadas a 4000 rpm por 15 minutos e 5000 rpm por mais 5 minutos. Alíquotas de 2,0 mL do sobrenadante de cada solução foram transferidas para tubos de polipropileno e avolumadas com água ultrapura até o volume final de 10 mL. Para as determinações os equipamentos foram calibrados como descrito no item 2.3. As análises foram realizadas em triplicata e os resultados corrigidos, considerando os valores de umidade das amostras, e expressos em base seca como média ± desvio padrão. O branco foi analisado paralelamente.

3 Resultados e discussões

3.1 Otimização da extração

Para otimização do procedimento de extração foi avaliada a influência do tipo e concentração do ácido extrator, do tempo e da temperatura de extração sobre a concentração dos elementos em uma amostra de achocolatado em pó. Soluções de ácido nítrico e de HCl, ambos na concentração de 50% v.v^-1 foram avaliadas como soluções extratoras, avaliou-se também as temperaturas de extração ambiente (25 ± 3 °C) e sob aquecimento a 50 ± 5 °C, o tempo de ação do ultrassom foi fixado em 30 minutos. Os resultados demostraram que a utilização do HNO₃, com aquecimento a 50 ± 5 °C, proporcionou uma maior eficiência na extração dos analitos, uma vez que nessas condições foram obtidas concentrações médias de Na e K relativamente superiores, se comparada a extração sem aquecimento e com uso de HCl. Além disso, os resultados obtidos com a extração com HNO₃ e aquecimento a 50 ± 5 °C apresentam menor desvio padrão. No trabalho realizado por Lima et al. (2011), os quais desenvolveram um método alternativo para determinação de metais em amostras de fertilizantes usando extração assistida por ultrassom, os autores também avaliaram o efeito do HNO₃ e HCl como extrator e observaram que a utilização de HNO₃ resultou numa melhora na extração dos metais das amostras de fertilizantes. Segundo Moraes et al. (2009), a uma temperatura de 50 °C a formação de núcleos de cavitação é favorecida, e consequentemente a eficiência de extração. Assim utilizou-se como condição de compromisso para as demais análises o HNO3 como extrator e aquecimento a 50 ± 5 °C para extração em ultrassom.

A concentração do ácido extrator foi otimizada através da avaliação do efeito de soluções extratoras com concentrações de HNO₃ entre 0 e 100% v.v^-1, sobre a extração de Fe, K e Na em achocolatado em pó. Os resultados obtidos são apresentados na Figura 1.

A ausência de ácido (0%) na solução não proporcionou uma extração efetiva para a maioria dos elementos analisados. Entretanto, as soluções extratoras com concentrações de HNO₃ entre 25 e 75% v.v^-1 proporcionaram uma melhora na extração dos analitos, verificada através do aumento da concentração obtida para todos os elementos na amostra. E a utilização de HNO₃ concentrado (100% v.v^-1) como extrator resultou na supressão do sinal analítico devido ao elevado teor ácido na solução, evidenciado pela redução da concentração dos elementos. Isso porque altas concentrações de ácido podem ter alterado as propriedades físico-químicas da solução da amostra ocasionando interferências. Contudo, analisando as concentrações obtidas com soluções de 50% e 75% v.v^-1 observa-se que, considerando o desvio padrão das medidas, praticamente não há diferença entre as concentrações. Esse fato está de acordo com Lima et al. (2011), os quais também observaram que a utilização de ácido nítrico em concentrações acima de 50% v.v^-1 não resultou no aumento significativo na extração dos metais analisados. Assim, para as demais determinações foi utilizado como solução extratora o HNO₃ na concentração de 50% v.v^-1.

O tempo de extração, ou seja, tempo em que a amostra foi submetida à ação do ultrassom, é outro parâmetro fundamental que deve ser otimizado, nesse caso a eficiência de extração dos analitos foi avaliada sem ação do ultrassom (0 min), e com tempos de 15, 30 e 60 minutos de ação do ultrassom. A Figura 2 apresenta o efeito do tempo de extração sob a concentração dos elementos analisados.

Os resultados obtidos para o tempo de extração mostram que uma fração de Fe, K e Na pode ser extraída mesmo sem a ação do ultrassom, entretanto percebe-se que conforme o tempo de extração aumenta, a concentração média obtida para K e Na é maior. Para o Fe observou-se que a variação do tempo de extração teve influência mais pronunciada, já que sem ação do ultrassom a concentração obtida para o Fe foi relativamente baixa. Os resultados demostraram que para todos os analitos é possível obter uma extração efetiva a partir de 15 minutos de ação do ultrassom. Entretanto, considerando a concentração média obtida para maioria dos elementos, os tempos de 30 e 60 minutos proporcionaram concentrações médias maiores, assim o tempo de 30 minutos foi selecionado como condição de compromisso para todas as extrações seguintes.

3.2 Parâmetros de mérito

Os parâmetros de mérito limite de detecção (LOD), limite de quantificação (LOQ) e desvio padrão relativo (RSD) foram obtidos para o método proposto. Os valores de LOD e LOQ do método foram obtidos considerando todas as etapas envolvidas no método proposto e expressos na mesma unidade de concentração dos analitos nas amostras, conforme descrito por Manutsewee et al. (2007). Para as análises de Fe os valores LOD e LOQ obtidos foram 0,2 mg.100g^-1 e 0,6 mg.100g^-1 respectivamente. Para K e Na os valores obtidos para o LOD e o LOQ foram respectivamente 10 mg.100g^-1 e 40 mg.100g^-1, sendo estes adequados para análise desses elementos em amostras de achocolatado em pó. A precisão foi avaliada em função do RSD, sendo que os valores obtidos foram 7%, 3% e 13% para Fe, K e Na respectivamente. A precisão obtida através do método proposto é comparável à precisão obtida por Barros et al. (2013), na otimização multivariada de um procedimento de extração assistida por ultrassom para determinação Cu, Mn, Ni e Zn em ração para frangos, demostrando a boa precisão do método. Assim, o método proposto apresentou parâmetros de méritos adequados para a determinação da concentração de Fe, K e Na em amostras de achocolatado em pó.

3.3 Verificação da exatidão

A verificação da exatidão do método proposto, utilizando extração assistida por ultrassom, foi realizada através da comparação dos resultados obtidos com as concentrações dos elementos obtidas utilizando a digestão ácida por via úmida, procedimento frequentemente utilizado para o preparo de amostras de alimentos para análise de metais. A comparação dos resultados obtidos utilizando extração assistida por ultrassom e por digestão ácida por via úmida, para três amostras de achocolatado em pó de diferentes marcas, está apresentada na Tabela 1.

Considerando um nível de significância de 1%, utilizando o teste para comparação de duas médias experimentais, verificou-se que em todas as amostras as médias não diferem estatisticamente, aceitando então a hipótese de que as médias dos resultados obtidos por digestão ácida por via úmida são equivalentes às obtidas através da extração assistida por ultrassom, demostrando a exatidão do método proposto.

3.4 Aplicação analítica

O método proposto foi aplicado para a determinação da concentração de Fe, K e Na em 10 amostras de achocolatado em pó, de lotes únicos, obtidas no comércio local do município de Ponta Grossa-PR, e os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 2.

Considerando as amostras analisadas, apenas a amostra A permitiu a quantificação de todos os elementos. Além disso, somente o K estava presente em concentrações quantificáveis nas 10 amostras analisadas. Em muitas das amostras analisadas a determinação da concentração de Fe não foi possível, pois as concentrações estavam abaixo do LOQ estabelecido para o método.

Os resultados obtidos para as amostras analisadas foram posteriormente comparados com a Tabela Brasileira de Composição de Alimentos - TACO (UNICAMP, 2011) e com os valores informados nos rótulos das embalagens (Tabela 3). Na Tabela 3 os dados expressos em porcentagem representam as amostras em que as concentrações obtidas estavam ou não de acordo com os valores especificados na tabela TACO e informados nos rótulos.

Observou-se que a minoria das amostras analisadas apresentou concentrações dos elementos determinados, de acordo com os valores estipulados com a tabela TACO. Das amostras analisadas, 90% apresentaram valores de concentração inferiores ao estabelecido, enquanto 10% das amostras apresentaram valores acima do especificado. Para Fe 50% das amostras analisadas apresentaram concentrações acima e as demais abaixo do estabelecido pela TACO. Em apenas 20% das amostras analisadas as concentrações de K encontradas estavam de acordo com o estabelecido na tabela TACO. As concentrações de Na obtidas foram superiores ao especificado para a maioria das amostras, sendo que apenas 10% estavam de acordo com a concentração especificada.

Em relação à comparação dos resultados obtidos com os rótulos dos produtos, as concentrações de K não estavam informadas em nenhuma das amostras. Entretanto, de acordo com a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (BRASIL, 2005), apenas valores de minerais (com exceção de sódio) que estiverem em concentração acima de 5% da ingestão diária recomendada devem ser especificados em rótulo. Das amostras analisadas apenas 20% estavam de acordo com os valores informados nos rótulos para concentração de Fe, e 30% para concentração de Na. Sendo que este fato pode ser resultado de possíveis falhas no processo de análise laboratorial empregado pelas indústrias para o controle de qualidade e/ou uma heterogeneidade das amostras.

4 Conclusão

O método proposto para determinação de Fe, K e Na em amostras de achocolatado em pó, utilizando a extração assistida por ultrassom, mostrou-se simples e preciso. Uma das principais vantagens do método é o tempo reduzido de análise, resultado da simplicidade e eficiência do procedimento experimental envolvido para o tratamento da amostra e determinação dos analitos.

As diferentes marcas de achocolatado em pó analisadas apresentaram diferenças quanto aos constituintes de sua formulação. Ainda podemos destacar que na maioria das amostras analisadas a concentração de Na obtida foi acima do especificado pela tabela TACO e do informado no rótulo do produto. Assim, o controle de qualidade adequado e que apresente resultados precisos quanto à concentração de minerais é de extrema importância, já que muitas dietas são elaboradas com base nos valores informados nos rótulos dos produtos.

Agradecimentos

À Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR e à Fundação Araucária - FA, Paraná, Brasil, pelo apoio financeiro.

Recebido: Abr. 23, 2014

Aprovado: Nov. 03, 2014

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Autor Correspondente | Corresponding Author

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Dez 2014
• Data do Fascículo
  Set 2014

Histórico

• Recebido
  Abr 2014
• Aceito
  Nov 2014