PT104151A - Processo para análise, identificação e controle de marcadores de qualidade dos alimentos: furfurais - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO RELACIONA-SE COM UM PROCESSO DE ANÁLISE, IDENTIFICAÇÃO E CONTROLE DE FURFURAIS, O QUAL PERMITE A IDENTIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO DESTES COMPOSTOS NOS ALIMENTOS. A PRESENTE INVENÇÃO DESCREVE A SEPARAÇÃO CROMATOGRÁFICA DOS COMPOSTOS, UTILIZANDO COMO METODOLOGIA A MICRO-EXTRACÇÃO EM FASE SÓLIDA (DI-SPME) DE IMERSÃO E A CROMATOGRAFIA GASOSA DE ALTA RESOLUÇÃO ASSOCIADA À ESPECTROMETRIA DE MASSA (GC-MS), A QUAL PERMITE A IDENTIFICAÇÃO E QUANTIFICAÇÃO, EM SIMULTÂNEO, DOS FURFURAIS, COMPOSTOS MARCADORES DE QUALIDADE DOS ALIMENTOS. A INVENÇÃO APRESENTA A UTILIZAÇÃO DO PROCESSO EM DIFERENTES MATRIZES ALIMENTARES E EM SAÚDE HUMANA (ANIMAL), NO QUE RESPEITA A CARACTERÍSTICAS NUTRICIONAIS E SUAS CONSEQUÊNCIAS, AUTENTICIDADE DOS ALIMENTOS E SUPLEMENTOS ALIMENTARES/NUTRICIONAIS E ACTIVIDADES E/OU ANOMALIA(S)/DESORDENS BIOLÓGICAS, PATOLOGIA(S)/DOENÇA(S) DEVIDAS À SUA PRESENÇA.

Description

Processo para a análise, identificação e controle de marcadores de qualidade dos alimentos: furfurais.

Domínio técnico da invenção A presente invenção refere-se a um processo que permite, em simultâneo, a identificação e quantificação de furfurais na presença de patulina; processo que permite a determinação dos furfuraldeídos intactos, sem preparação elaborada de amostra e/ou derivatização prévia a análise cromatográfica, diminuindo assim o tempo de análise e eliminando as perdas devidas a derivatização e efeito de matriz, permitindo a quantificação efectiva destes compostos. A técnica anterior A comunidade e a indústria alimentar têm o desafio de controlar a estabilidade e a qualidade dos alimentos. Há, reconhecidamente, a necessidade de desenvolvimento de métodos rápidos e fiáveis para a análise/determinação de marcadores de qualidade dos produtos alimentares. Durante o fabrico, processamento e armazenamento dos alimentos/produtos alimentares ricos em hidratos de carbono (açúcares), têm lugar modificações/reacções químicas. Os furfurais: 5-hidroximetilfurfural (5-HMF), 5-metilfurfural (5-MF) e 2-furfural (2 —F) são compostos reconhecidos como sendo marcadores de frescura e qualidade de alimentos. Têm sido usados para a determinação tanto da qualidade dos processos como das características organolépticas dos alimentos.

As reacções de Maillard (MR) podem ocorrer durante o processamento dos alimentos e/ou armazenamento; em particular, se forem utilizadas temperaturas elevadas em alimentos ricos em hidratos de carbono e proteínas que incluam a lisina. Os açúcares redutores e a lisina são os compostos envolvidos nos passos iniciais das reacções de Maillard. Em estádios avançados da MR, compostos indesejáveis, entre eles os furfurais, podem ser formados Π.Ι , Nestes furfuraldeídos incluem-se o 2-furfural (2-F) (derivado das pentoses), o 5-metilfurfural (5-MF) e o 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) (derivado das hexoses). Isto ocorre em muitos alimentos tais como biscoitos, pão, marmelada, geleia, cereais de pequeno-almoço e mel [2] . Adicionalmente, o HMF pode também ser proveniente da desidratação de cetopentoses e hexoses, particularmente, em ambientes acídicos ou envolvendo temperatura elevada [2-4] . Esta conversão química tem sido descrita como ocorrendo durante o armazenamento de sumos de laranja, maçã e morango e em vinagres balsâmicos [2,5] . 0 Codex Alimentarius da Organização Mundial de Saúde (OMS) e a Directiva da União Europeia 110/2001 [6] estabeleceram limites máximos de HMF para a qualidade do mel (40 '} e do sumo de maçã (50 t sendo indicadores de deterioração e/ou tratamento (in)devido recorrendo a temperatura. A Federação Internacional de Produtores de Sumos de Fruta (International Federation of Fruit Juice Processors (IFFJP)) recomenda a concentração máxima de 50-10 mgii: de HMF em sumos de fruta e 25 Μΐ/'; em concentrados de fruta [7] . Não estão definidos limites para outros furfurais. A importância toxicológica do HMF não está completamente demonstrada. Contudo, entre as actividades ín vitro apontadas ao HMF estão a citotóxica, mutagénica, carcinogénica e genotóxica entre outras [2,8]. A patulina é uma lactona tóxica possuindo propriedades antibióticas e tem como LD50 (ip) em ratos 5 [11] . Foi já descrita a análise da patulina (em sumo de maçã) utilizando GC/MS, mas após formação de um derivado [12] . Confimação da presença de patulina e 5-HMF em sumo de maçã, usando GC/MS após derivatização por trimetilsililação já foi igualmente reportada [13]. 0 método mais utilizado para analisar patulina tem sido o HPLC em fase reversa, uma vez que se trata de um composto polar [11,14]. A maioria dos métodos já descritos na literatura revelam uma selectividade deficiente e co-eluição da patulina e do 5-HMF [14]. Apenas um método descreveu a possibilidade de determinação simultânea destes compostos em sumos de maçã usando uma coluna Cis e um detector de fotodiodos (PDA usando a mistura água-acetonitrilo como fase móvel) [5]. A presente invenção proporciona a inovação surpreendente de tornar possível, em simultâneo, a análise, identificação e controle de marcadores de qualidade dos alimentos: furfurais sem interferência de patulina, utilizando a microextracção em fase sólida de imersão directa associada a cromatografia gasosa e espectrometria de massa, DI-SPME-GC-(TOF)-MS, o que nunca tinha sido efectuado. Outra inovação surpreendente é permitir a análise e quantificação em simultâneo dos vários furfurais, intactos, sem derivatização prévia, sendo o tempo de análise curto. Outro facto que é de salientar é que o método é especialmente útil, tendo potencial para contribuir como alternativa analítica na identificação dos furfurais presentes em diferentes matrizes (alimentares/biológicas), nomeadamente em alimentos ricos em hidratos de carbono (açúcares) .

Esta invenção constitui um novo processo que proporciona a determinação de características de qualidade importantes nos alimentos processados e suplementos alimentares ricos em hidratos de carbono, suas características nutricionais e autenticidade, bem como a detecção de compostos químicos cuja toxicologia é muito importante, podendo ser responsáveis por anomalias/desordens biológicas devidas ao seu consumo e ser causa de eventual patologia e/ou doença.

Este processo tem potencial para ser automatizado/robotizado, permitindo a análise automática de matrizes alimentares para determinação da qualidade do produto, do seu processamento e armazenamento. Permite também avaliar as consequências da ingestão dos alimentos e igualmente de produtos naturais, suplementos nutricionais e composições farmacêuticas e/ou nutricionais e alimentares, através da análise de amostras biológicas para monitorização da toxicidade resultante da ingestão, detecção de anomalias e/ou patologia/doença devida aos furfurais.

Esta invenção refere-se a um novo processo para a análise de furfurais. 0 processo utiliza a separação química efectuada recorrendo a micro-extracção em fase sólida em modo de imersão directa, associada a cromatografia gasosa e espectrometria de massa (DI-SPME-GC-(TOF)-MS).

Numa forma de realização preferida da invenção, o método consiste inicialmente na preparação da amostra, através da diluição, em água, da amostra a analisar, recolhendo-se os compostos através da imersão da fibra de micro-extracção em fase sólida (DI-SPME), colocada na seringa/holder (Supelco), nas soluções aquosas das matrizes alimentares, de modo a ser possível recolher e concentrar os compostos alvo, furfurais. A fibra é de polidimetilsiloxano (PDMS, Supelco) ou uma outra sua derivada e, o tempo de contacto na gama 0,5-36 h. A análise é efectuada por cromatografia gasosa de alta resolução associada a espectrometria de massa (GC-(TOF)-MS). Antes da utilização, as fibras foram condicionadas 260/270 °C, durante 5-60 min. e efectuado o (cromatograma) branco da mesma.

PARTE EXPERIMENTAL

Equipamento e reagentes gerais

Todos os solventes utilizados são produtos analiticamente puros. Os padrões dos furfurais utilizados são do grau de pureza disponível mais elevado, tendo sido adquiridos a

Aldrich (Germany) . As amostras de mel ("Mel de Portugal") foram adquiridas numa loja de produtos naturais; o açúcar branco (Sidul), amarelo (Sores), castanho (Whitworts) e Demerara (Whitworts), os vinagres balsâmicos: branco (Helgstenberg) e tinto (Auchan), foram comprados em supermercado. 0 mel do produtor da Serra do Açor, Portugal, foi igualmente utilizado.

As separações foram efectuadas utilizando a cromatografia gasosa de alta resolução associada a espectrometria de massa (HRGC-MS) utilizando um cromatógrafo Agilent 6890 associado a um equipamento da Micromass modelo GCT (TOFresolution 7000): modo EI+, 70 eV, temperatura da fonte 250 'Ç, temperatura da interface 225 'C. Modo "full scan" na gama 45-400 uma, razão de 0.9 scan/s. Temperatura do injector 250 °C e do detector FID (se usado) 275'C. O programa de temperatura da coluna foi 150 °C com aumento até 240 °C a 4 !?ΟιΙύ'ύ mantendo-se depois 40 min. Pressão a cabeça da coluna 100 KPa.

As separações foram efectuadas utilizando uma coluna capilar de sílica: ZB-WAX (Phenomex) (Macclesfield, UK), 60 m χ 0.32 mm I.D., espessura do filme 0.50 pm.

Exemplos

Exemplo 1: Separação por DI-SPME-GC-FID dos padrões de furfurais, identificação dos tempos de retenção cromatográficos e espectros de massa.

Cada composto padrão dos furfurais: 2-furfural (2 —F) , 5-metilfurfural (5-MF) e 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) , foi dissolvido em água e modificador ácido (ácido acético, ácido trifluoroacético e/ou ácido perclórico)) numa concentração de aproximadamente 0.69 ριρίΙΓ'5 para o 2-F, 0.20 para o 5-MF e 0.55 g£f:: para o 5-HMF, recorrendo a um banho de ultra-sons e agitação em vortex durante alguns minutos. Uma mistura das soluções foi então analisada cromatograficamente. O resultado da separação, bem como os respectivos espectros de massa, está ilustrado na Figura 1.

Exemplo 2: Análise cromatográfica por DI-SPME-GC-FID/MS de dois meis Portugueses: mel do produtor e mel comercializado. - separação, identificação e quantificação do seu conteúdo em furfurais.

Cada um dos méis estudados, mel do produtor e mel comercializado, foi dissolvido em água ultra-pura MilliQ, numa concentração de aproximadamente 5g/50mL, recorrendo a um banho de ultra-sons e agitação em vortex durante alguns minutos. Procedeu-se então a imersão da fibra de SPME, mantendo agitação magnética constante da solução. Decorrida a exposição, a fibra foi então recolhida e analisada por GC-(TOF)-MS. O resultado de uma das separações obtidas está ilustrado na Figura 2.

Exemplo 3: Análise DI-SPME-GC-FID de quatro açúcares de mesa: açúcar branco, açúcar amarelo, açúcar Demerara e açúcar mascavado - controle de qualidade: identificação e quantificação do conteúdo em furfurais.

Cada um dos açúcares estudados, açúcar branco, açúcar amarelo, açúcar Demerara e açúcar mascavado, foi dissolvido em água ultra-pura MilliQ, numa concentração de aproximadamente 5g/50mL, recorrendo a um banho de ultra-sons e agitação em vortex durante alguns minutos. Procedeu-se então a imersão da fibra de SPME, mantendo agitação magnética constante da solução. Decorrida a exposição, a fibra foi então recolhida e analisada por GC-(TOF)-MS. A Figura 3 mostra cromatogramas de uma análise de cada um dos açúcares.

Exemplo 4: Análise cromatográfica DI-SPME-GC-FID de vinagres balsâmicos: vinagre balsâmico branco e vinagre balsâmico tinto - novo processo para controlo de gualidade do produto e autenticação

Cada um dos vinagres estudados, vinagre balsâmico branco e vinagre balsâmico tinto, foi dissolvido em água ultra-pura MilliQ, numa concentração de aproximadamente 5mL/50mL, recorrendo a um banho de ultra-sons e agitação em vortex durante alguns minutos. Procedeu-se então a imersão da fibra de SPME, mantendo agitação magnética constante da solução. Decorrida a exposição, a fibra foi então recolhida e analisada por GC-(TOF)-MS. A Figura 4 apresenta o resultado obtido em análises de amostras dos vinagres balsâmicos. RESULTADOS 0 novo método analítico DI-SPME-FID/GC-MS para análise de furfurais, mostrou separação individual dos furfurais. Os resultados estão descritos na Tabela 1. 0 método analítico foi validado, através da determinação dos parâmetros: limites de detecção (LOD) e quantificação (LOQ), linearidade, repetitibilidade, recuperação, gama de linearidade, precisão e sensibilidade [14] . Os resultados estão apresentados nas Tabelas 2 e 3.

Amostras de mel, comercializado em Portugal e do produtor, mostraram conter furfurais nas quantidades 10.0 gKcf' e 6.1 giCsf”'·* de 5-HMF, respectivamente (Figura 2; Tabela 4) . O limite máximo estabelecido pela EU para o mel é 40 moUq"' de 5-HMF. Os resultados obtidos para ambos os méis evidenciam a utilidade deste novo método, simples, rápido e fácil de implementar, na determinação da qualidade deste produto alimentar. O método permitirá igualmente a clarificação das razões científicas que suportam a legislação Europeia, ao permitir igualmente a sua utilização em matrizes biológicas (urina, sangue) e determinação do teor em furfurais nos indivíduos consumidores. 0 método elimina os efeitos de matriz evidenciados na determinação dos furfurais aquando da utilização de outros métodos. 0 processo descrito nesta invenção permite assim a rápida e eficaz averiguação da autenticidade e qualidade do mel, permitindo a detecção de adulteração e/ou más condições de armazenamento. A Figura 2 mostra os perfis encontrados nas matrizes analisadas. Amostras de açúcares de mesa, comercializados em Portugal, foram igualmente analisadas (Figura 3; Tabela 4). 0 método revelou a presença de 5-HMF nestas amostras alimentares. Surpreendentemente, todos os açúcares mostraram conter elevadas quantidades 5-HMF; a maior foi encontrada noaçúcar mascavado (16 gtfg"'1! . 0 processo descrito nesta invenção mostra a necessidade de a União Europeia estabelecer ou clarificar a sua legislação, uma vez que não existem limites estabelecidos para os furfurais em açúcares de mesa.

Amostras de vinagres balsâmicos comercializados em Portugal foram analizsadas através deste novo método. Os resultados (Figura 4; Tabela 4) confirmam a presença de 2-F, 5-MF and 5-HMF nestas matrizes alimentares. As quantidades de 2-F e 5-MF encontradas estão de acordo com os valores descritos para estes compostos em matrizes alimentares [8,11]. Tanto os açúcares de mesa, como os meis e os vinagres balsâmicos mostraram elevado teor de 5-HMF. Infelizmente, também não existem limites estabelecidos para os furfurais nos vinagres balsâmicos. Contudo, o seu processo de fabrico [11] poderá explicar os teores encontrados. 0 processo aqui descrito permite a detecção de adulteração/falsificação/degradação de matrizes alimentares ricas em hidratos de carbono, ou seja, a rápida e eficaz averiguação da autenticidade, qualidade e eventual toxicidade para o consumo humano. Demonstra a necessidade desse controle e a utilidade da existência e aplicação de um método analítico simples, robusto, reprodutível no controle e avaliação da qualidade das matrizes alimentares, especialmente as de elevado consumo humano, como é o caso dos açúcares de mesa. 0 processo descrito nesta invenção permite assim a rápida e eficaz averiguação da qualidade do processo e do produto, bem como da sua autenticidade.

Tabela 1. Tempos de retenção obtidos por DI-SPME-GC na separação de furfurais numa coluna ZB-Wax.

Composto

Tempo de retenção (min)

2~F

Tabela 2. Parâmetros analíticos do método DI-SPME-GC para análise de furfurais em produtos alimentares. Linearidade LOD Precisão LOQ Composto Equação de Repet it ibi1idade Reprodut ibi1idade Gama (ing;ÍL'vM Calibração Sf t. í , (Intra-fibra) (Inter-fibra) (RSD, %) , n=5 (RSD, , n=5 v·: ’ \‘· j. a ' S;' :¾ :¾ <3; Λ y i-í fV ç' 4. , 4 f·. s-iw λ 3· >· >' »· ·· RSD: desvio padrão relativo; LOD: limite de detecção; LOQ: limite de quantificação.

Tabela 3. Recuperações do método para a análise de furfurais em matrizes alimentares seleccionadas.

Amostras

Recuperação (RSD, %), n= 5

Mel comercial Mel do produtor Vinagre balsâmico tinto

Açúcar branco Açúcar amarelo Açúcar Demerara Açúcar mascavado RSD: desvio padrão relativo.

Tabela 4. Conteúdo de 5-HMF, 2-F e 5-MF em diferentes produtos alimentares.

Amostras 2-F f;-MF Mel comercial ·:·:· .ç 3 Residual 10004, Mel do produtor 3,0 Residual S; 3 6130,0 3, 4 Residual .%} 4570,2 Vinagre balsâmico branco 2, 6 1 r 7 '·« ;C: <‘N •s ·.«:· ···'' ,í \·' Açúcar branco - - 0; ú Aí ! t . í ; •v ,.·· ··.·· χ ·:·;· Açúcar amarelo - - : :·.·· f 1 Açúcar Demerara - - 3.320,0 Açúcar mascavado - - a) Menor que o LOQ.

Figura 1 - Separação cromatográfica por DI-SPME-GC-FID dos padrões de furfurais: 2-furfural (2-F) , 5-metilfurfural (5-MF) e 5-hidroximetilfurfural (5-HMF) e espectros de massa dos compostos DI-SPME-GC-TOF-MS. Coluna: ZB-Wax, 60 m x 0.32 mm I.D., espessura do filme 0.5 m . Temperatura do forno: 150 'C, depois 4 s até 240 °C (40 min.) . Temperatura do injector: 250 'C, temperature do detector: 275 'C.

Figura 2 - Análise DI-SPME-GC-FID de dois méis Portugueses. Cromatograma A: mel do produtor; cromatograma B: mel comercializado.

Figura 3 - Análise DI-SPME-GC-FID de quatro açúcares de mesa. Cromatograma A: açúcar branco; cromatograma B: açúcar amarelo; cromatograma C: açúcar Demerara; cromatograma D: açúcar mascavado.

Figura 4 - Análise DI-SPME-GC-FID de dois vinagres balsâmicos. Cromatograma A: vinagre balsâmico branco; cromatograma B: vinagre balsâmico tinto.

ItSfSRSSiCIAS EIBLIQGEAFISAS Π.1 Chávez-Servin, J.L., Castellote, A.I., López-Sabater, M.C., J. Chromatogr. A 1076 (2005) 133 e referências ai citadas.

[2] Teixedó, E., Santos, F.J., Puignon, L., Galceran, M.T., J. Chromatogr. A 1135 (2006) 85 e referências ai citadas.

[3] Alfonso, F.C., Martin, G.E., Randolph, H.D., J. Assoe. Off. Anal. Chem. 63 (1980) 1310.

[4] Lee, H.S., Roussef, R.L., Nagy, S., J. Food Sei. 51 (1986) 1075.

[5] Gokmen, V., Acar, J., J. Chromatogr. A 847 (1999) 69 e referências ai citadas.

[6] Directive 2001/110/EC of 20 December 2001, Off. J. Eur. Commun.

[7] Wagner, B., & Beil-Seidler, S. Furfural determining agents comprises an 4-amino-phenazone derivative and a barbituric acid and/or thiobarbituric acid derivative in an acidic médium.W02006042600-A1: MERCK Patent GMBH (MERE) Wagner B (Wagn-Individual) Beil-Seidler S (Beil-Individual).

[8] Murkovic, M., Pichler, n., Mol. Nutr. Food Res. 50 (2006) 842 e referências ai citadas.

[9] lha, M.H., Sabino, M., J. Assoe. Off. Anal. Chem. (AOAC) Internat.89 (2006) 139.

[10] Katerere, D.R., Stockenstrom, S., Shepard, G.S., Food Control 19 (2008) 389 e referências ai citadas.

[11] Shepard, G.S., Leggott, N.L., J. Chromatogr. A 882 (2000) 17 e referências aí citadas.

[12] Koach, J.A.G., White, K.V., Trucksess, M.W., Thomas, F.S., J. Assoe. Off. Anal. Chem. (AOAC) Internat.83 (2000) 104 e referências ai citadas.

[13] Rupp, H.S., Turnipseed, S.B., J. Assoe. Off. Anal.

Chem. (AOAC) Internat.83 (2000) 612.

[14] LLovera, M., Barcells, M., Torres, M., Canela, R., J. Agric. Food Chem. 53 (2005) 6643 e referências ai citadas.

Lisboa, 1 de Agosto de 2008 15/15

Claims (6)

1. Processo para analisar, identificar e quantificar furfurais, caracterizado por separar os compostos utilizando a micro-extracção em fase sólida de imersão directa (DI-SPME) associada a cromatografia gasosa e/ou espectrometria de massa (GC-TOF-MS).

2. Processo para analisar, identificar e quantificar furfurais, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por analisar os compostos utilizando fibras de SPME contendo na sua composição polidimetilsiloxano (PDMS).

3. Processo para analisar, identificar e quantificar furfurais, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por utilizar a metodologia de GC e/ou GC- (TOF)-MS com colunas Wax.

4. Processo separativo, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por permitir a análise automática / robotizada / "online" da qualidade da produção e produto final de matrizes alimentares e/ou suplementos nutricionais.

5. Processo separativo, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por permitir a análise automática / robotizada / online de amostras biológicas para identificação de marcadores toxicológicos.

6. Processo utilizado na análise de matrizes alimentares, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por determinar a composição em furfurais, marcadores da qualidade qualidade de processo de fabrico, estabilidade dos alimentos. Lisboa, 1 de Agosto de 2008