Utilização do índice de retenção linear para caracterização de compostos voláteis em café solúvel utilizando GC-MS e coluna HP-Innowax

Linear retention index for characterization of volatile compounds in soluble coffee using GC-MS and HP-Innowax column

LRI; mass spectrometry; flavor

NOTA TÉCNICA

Utilização do índice de retenção linear para caracterização de compostos voláteis em café solúvel utilizando GC-MS e coluna HP-Innowax

Linear retention index for characterization of volatile compounds in soluble coffee using GC-MS and HP-Innowax column

Marcelo Caldeira Viegas^*; Denisley Gentil Bassoli

Cia. Iguaçu de Café Solúvel, Departamento de Pesquisa & Desenvolvimento, Rodovia 369, km 88, 86300-000 Cornélio Procópio-PR, Brasil

ABSTRACT

Gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) is widely used for the characterization of volatile compounds. However, due to the complexity of the soluble coffee matrix, a complete identification of the components should not be based on mass spectra interpretation only. The linear index of retention (LRI) is frequently used to give support to mass spectra. The aim of this work is to investigate the characterization of the volatile compounds in soluble coffee samples by GC-MS using LRI values found with a HP-INNOWAX column. The method used allows a significant increase of the reliability of identifying compounds.

Keywords: LRI; mass spectrometry; flavor.

INTRODUÇÃO

O café é caracterizado principalmente pelo impacto aromático que proporciona aos consumidores. Por isso, a composição dos voláteis responsáveis pelo perfil aromático do café tem sido objeto de estudo de vários grupos de pesquisadores, onde se tem identificado mais de 850 compostos¹.

Dentre os métodos analíticos que têm sido utilizados para estudar o perfil aromático de amostras de café, pode-se citar a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS) como sendo amplamente utilizada para investigação dos componentes aromáticos que apresentam maior contribuição para a característica aromática de bebidas e cafés em pó².

A técnica GC-MS juntamente com SPME em headspace dinâmico tem sido utilizada³ para a identificação e a caracterização dos compostos voláteis durante o processo de moagem de café torrado. As áreas cromatográficas de 47 picos de compostos voláteis apresentaram coeficientes de variação (CV) próximos a 5% e o perfil dos compostos voláteis em cromatografia gasosa foi similar àquele extraído por solvente, exceção aos compostos altamente voláteis, tais como 4-hidróxi-2,5-dimetil-3-(2H)-furanona e 4-etil-guaiacol.

Apesar de a técnica GC-MS ser uma poderosa ferramenta em análise qualitativa, muitas vezes as bibliotecas utilizadas poderiam não ser completas ou eficientes o suficiente para caracterizar completamente alguns compostos, sendo que o índice de retenção pode auxiliar neste propósito, evitando-se assim uma identificação equivocada.

O índice de retenção de um componente é um número, obtido por interpolação, relacionando o tempo de retenção do componente em estudo com o tempo de retenção de dois padrões (geralmente hidrocarbonetos) eluídos antes e após o pico do composto de interesse⁴.

Dentre os índices de retenção encontrados na literatura pode-se citar o índice Kováts e o índice de retenção linear (LRI) como sendo amplamente divulgados. O índice Kováts é sempre calculado sob condições isotérmicas de temperatura. Quando se utilizam temperaturas programadas de coluna, um valor similar pode ser calculado utilizando os números extraídos de seus algoritmos, sendo que este valor é chamado de índice de retenção linear – LRI⁴.

Os usuários de GC-MS tendem freqüentemente a confiar simplesmente na biblioteca de espectro de massas na identificação de compostos, mas devido à complexidade das matrizes e à ineficiência nas técnicas de extração, ao usar o LRI este processo é bastante aprimorado⁵.

Infelizmente, encontrar valores de LRI de referência pode ser um desafio. Há poucas bases de dados disponíveis na literatura e as informações são baseadas em tipos de colunas mais antigas, por exemplo, C20M e OV101 e, muitas vezes, encontrar alguns compostos de interesse pode ser um problema.

Desta maneira este trabalho apresenta uma contribuição na disponibilização de tais dados, podendo ser utilizados como futura referência para cálculo de índice de retenção linear em coluna polar HP-Innowax com temperatura programada.

Este trabalho teve por objetivo utilizar a técnica GC-MS para caracterizar os componentes voláteis responsáveis pelo impacto aromático^1,3 de amostras de café solúvel e identificá-los com o auxílio da biblioteca de espectro NIST e valores dos índices de retenção linear (LRI) obtidos em coluna HP-Innowax.

PARTE EXPERIMENTAL

Material

As amostras de café solúvel foram fornecidas pela Cia. Iguaçu de Café Solúvel, e foram obtidas utilizando-se café arábica, cor de torra 45 IR e liofilizado.

Os demais padrões cromatográficos foram adquiridos da Sigma-Aldrich, com especificação grau GC.

Preparo das amostras

Pesou-se em balança analítica 2,80 g de café solúvel. Após a pesagem, os frascos para headspace (Agilent 20 mL) foram selados imediatamente com septos de silicone para que a composição dos compostos voláteis presentes em cada amostra permanecesse inalterada.

Metodologia headspace – SPME (HS-SPME): extração

Os frascos selados foram mantidos em banho de óleo termostatizado, à temperatura constante de 70 ºC. Após atingido o equilíbrio de temperatura nos frascos, com a fibra retraída na agulha, o septo foi perfurado e a fibra foi exposta ao headspace da amostra. Após 30 min de extração, a fibra foi inserida diretamente no injetor do GC-MS para dessorção térmica dos compostos voláteis e transferência para a coluna cromatográfica.

Cromatografia gasosa com detector de espectrometria de massas

As análises foram conduzidas em um sistema Agilent 6890N (Modo Scan - varredura 35 a 400 u.m.a) acoplado com detector de massas (GC-MS). Foi utilizada uma coluna capilar polar HP-Innowax (60 m x 320 µm x 0.25 µm). O injetor operou em modo splitless com temperatura constante de 250 ºC. O forno foi programado para uma temperatura inicial de 40 ºC (5 min), 40 a 60 ºC 4 ºC/min (5 min), 60 a 250 ºC 8 ºC/min (3 min). O gás de arraste hélio (5,0 analítico) manteve o fluxo constante igual a 1,2 mL/min.

O detector de massas operou nas seguintes condições: energia de ionização: 70 eV, temperatura da interface: 280 ºC, temperatura do quadripolo: 150 ºC, temperatura da fonte de ions: 230 ºC. Os dados gerados foram analisados utilizando o software MSD Chemstation acoplado com a biblioteca de espectros de massa NIST/2002.

Determinação do índice de retenção linear (LRI) – coluna Innowax

Uma mistura padrão de n-Alcanos (Sigma-Aldrich C₈ -C₄₀) foi utilizada para verificar o desempenho do sistema GC-MS e calcular o índice de retenção linear (LRI) de cada composto na amostra. O padrão (1 µL) destes alcanos foi injetado no sistema GC-MS operando nas condições descritas acima, e seus respectivos tempos de retenção foram usados como padrão externo de referência para o cálculo do LRI, juntamente com os tempos de retenção de cada composto de interesse. O LRI de cada componente foi calculado conforme a Equação 1

onde: LRI - índice de retenção linear; t_c - tempo de retenção do composto de interesse; t_n+1 - tempo de retenção do hidrocarboneto posterior; n - nº de carbonos do hidrocarboneto anterior.

Para auxiliar na identificação e caracterização dos compostos voláteis, os valores de índice de retenção linear calculados foram comparados com valores encontrados na literatura para colunas de mesma polaridade.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 1 apresenta o cromatograma obtido empregando-se a metodologia proposta.

Pode-se perceber pela Figura 1 que o cromatograma apresenta uma quantidade representativa de compostos que caracterizam o café solúvel.

Utilizando-se a técnica de GC-MS identificaram-se vários compostos citados na literatura^3,6 como sendo componentes importantes para a qualidade aromática do café solúvel.

A Tabela 1 apresenta 88 compostos, identificados usando-se o sistema GC-MS com padrões externos, interpretação de espectros de massas (NIST) e LRI, este último com o objetivo de auxiliar no processo de caracterização. Foram estabelecidos 20 valores de LRI inéditos na literatura consultada.

Pode-se perceber pelos resultados apresentados na Tabela 1 que para a maioria dos compostos estudados os valores de LRI obtidos neste trabalho estão coerentes com os valores encontrados na literatura.

Utilizando-se a metodologia proposta, compostos importantes citados na literatura^3,6, tais como metional, furaneol, 2-furfuriltiol e ácido isovalérico, foram identificados neste trabalho.

Dentre os compostos identificados destacam-se alguns compostos altamente voláteis, tais como 2,3-butanodiona e 2,3-pentanodiona, que possuem descritivos sensoriais avaliados como amanteigados conforme descrito na literatura³.

A degradação de Strecker leva à formação de vários compostos relatados⁶ como importantes na formação do aroma, tais como 2-metil-butanal e 3-metil-butanal, que são perceptíveis sensorialmente mesmo em altas diluições.

Muitas pirazinas resultantes de reações de Maillard foram identificadas neste trabalho, dentre elas pode-se citar 2,3-dimetil-pirazina, 2,6-dimetil-pirazina.

O metanotiol apresentou discrepância entre a biblioteca NIST e o LRI, sendo confirmado pelo padrão externo. Este composto, que individualmente tem aroma fortemente pútrido, é um produto da degradação térmica do metional.

Este estudo está de acordo com a literatura⁷ que descreve que mais de 80% dos compostos voláteis presentes em amostra de chá e óleos podem ser identificados com segurança com o uso de GC-MS juntamente com o índice de retenção linear.

A importância do uso dos valores de LRI acentua-se ainda mais nos compostos para os quais não se utilizou padrão externo, pois apesar de dispormos de um total de 38 padrões externos comerciais, o preço elevado em geral inviabiliza a compra de padrões para todos os compostos possíveis de serem identificados, sendo que a utilização do LRI aumenta a confiabilidade de identificação destes compostos.

CONCLUSÕES

A utilização dos valores de índice de retenção linear (LRI) aumentou a confiabilidade dos resultados obtidos em GC-MS, quando se utiliza apenas a interpretação de espectros de massas e a biblioteca NIST, o que contribuiu de forma significativa para identificação e caracterização dos compostos voláteis individuais precursores do perfil aromático de amostras de café solúvel.

Os valores de LRI apresentados neste trabalho apresentam uma importante contribuição no que diz respeito aos valores de referência deste parâmetro em colunas polares, especificamente em colunas mais recentes como a HP-Innowax.

Recebido em 27/11/06; aceito em 7/5/07; publicado na web em 9/11/07

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  21 Jan 2008
• Data do Fascículo
  2007

Histórico

• Aceito
  07 Maio 2007
• Recebido
  27 Nov 2006