Application of nuclear magnetic resonance spectroscopy and vibrational spectroscopy for the characterisation of fruit products and beverages

• Autor(a) principal: Duarte, Iola Melissa Fernandes
• Data de Publicação: 2003
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10773/3164

O trabalho apresentado nesta tese pretendeu desenvolver e aplicar métodos espectroscópicos, em especial espectroscopia de ressonância magnética nuclear e técnicas acopladas, e também espectroscopia de infravermelho, para estudar a composição e a bioquímica de frutos e bebidas. No Capítulo I, apresenta-se o estado do conhecimento sobre a composição e bioquímica dos alimentos em análise neste trabalho, evidenciando-se os aspectos que justificam o seu estudo mais aprofundado e completo, para o qual a presente tese pretende contribuir. O Capítulo II descreve, de forma resumida, os fundamentos das técnicas analíticas utilizadas, focando nomeadamente a espectroscopia de RMN de estado líquido e de estado sólido, o acoplamento da RMN com cromatografia líquida e espectrometria de massa (HPLCRMN/ MS) e a espectroscopia de infravermelho. Os métodos de análise multivariada usados encontram-se também sumariamente descritos neste Capítulo. No Capítulo III, descreve-se a aplicação de técnicas de RMN de alta resolução para caracterizar a composição de sumo e polpa de manga. O espectro de RMN-1H do sumo (600 MHz) apresenta elevada complexidade e contém informação sobre uma vasta gama de compostos. Recorrendo a espectros bidimensionais, conseguem identificar-se cerca de 50 compostos, incluindo vários açúcares, ácidos orgânicos e aminoácidos. O fruto intacto (polpa) é estudado directamente e de forma não-invasiva por RMN de estado sólido (400 e 500 MHz), utilizando a técnica de rotação segundo o ângulo mágico (MAS) e uma sonda de alta resolução (HR-MAS). A técnica de HRMAS permite obter espectros com uma resolução seis vezes maior do que a obtida com MAS, sendo possível registar espectros 2D e caracterizar detalhadamente a composição da polpa. Comparando os espectros da polpa e do sumo respectivo, encontram-se algumas diferenças na composição em lípidos e pectinas, que se encontram em maior abundância no fruto intacto, demonstrando que a usual extrapolação da composição do sumo como composição global do fruto pode não ser totalmente aplicável. No Capítulo IV apresenta-se um estudo sistemático do processo de amadurecimento da manga (cv. Tommy Atkins), levado a cabo através de medições físico-químicas e de espectroscopia de RMN-1H de alta resolução aplicada a sumos e polpas. A quantificação de alguns componentes do sumo é efectuada por integração dos sinais de RMN, usando uma referência interna (TSP). As principais alterações de composição com o amadurecimento consistem no aumento dos teores de sacarose, alguns aminoácidos (ex. valina, alanina, ácido ?-aminobutírico), constituintes pécticos e polifenóis e na diminuição dos teores de glucose, ácido cítrico, ácido xiquímico, arginina, tirosina e fenilalanina. Uma segunda variedade estudada (cv. Haden) apresenta diferenças no processo de amadurecimento sobretudo ao nível da variação de alguns aminoácidos e compostos aromáticos. Ainda neste capítulo, um estudo preliminar sobre o efeito da refrigeração mostra que a maior parte das alterações indicadas acima são retardadas ou não ocorrem a baixa temperatura, daí resultando frutos com baixa qualidade organoléptica. O Capítulo V descreve a quantificação dos três principais açúcares do sumo de manga em função do amadurecimento, usando regressão parcial dos mínimos quadrados (PLS) aplicada a espectros de infravermelho (FTIR-ATR) e de RMN-1H. A calibração é efectuada com base em soluções padrão de glucose, frutose e sacarose, seguindo um desenho experimental triangular, com seis níveis de concentração para cada açúcar. O método de PLS-FTIR permite prever a concentração dos três açúcares com elevada exactidão, excepto no caso da glucose quando, nos últimos estágios de amadurecimento, esta atinge teores abaixo da gama de concentrações usada na calibração. Por outro lado, a aplicação de PLS aos espectros de RMN das soluções padrão e dos sumos de manga apresenta erros elevados, cuja magnitude parece depender do alinhamento dos espectros, necessitando este método de optimização. No Capítulo VI, a espectroscopia de RMN-1H de alta resolução é usada para monitorizar e identificar alterações de composição em sumos de manga sujeitos a degradação natural, aquecimento e contaminação microbiológica. Permitindo identificar muitos dos compostos que se alteram em função destes efeitos, de forma rápida e simultânea, e seguir a sua variação ao longo do tempo, a técnica de RMN revela-se promissora para a detecção de indicadores de degradação/contaminação do sumo, sendo potencialmente útil para fins de controlo de qualidade. No Capítulo VII, alguns componentes minoritários de sumo de manga, sumo de uva e vinho são investigados através do acoplamento das técnicas de RMN, cromatografia líquida e espectrometria de massa (HPLC-RMN/MS). Em particular, o sumo de manga é analisado com vista ao estudo dos hidratos de carbono menos abundantes, tendo-se alcançado uma melhor caracterização da fracção péctica. A análise de sumo de uva e vinho (extracto fenólico) destina-se a caracterizar os constituintes aromáticos destas amostras, tendose conseguido identificar vários compostos fenólicos de difícil atribuição só com base na análise directa por RMN. Os compostos identificados na uva incluem o ácido gálico e vários ácidos cinâmicos (ex. p-cumárico, transcutárico e trans-caftárico), enquanto que no vinho se detectam catequina e epicatequina, trans-resveratrol, tirosol e ácido cafeico. O Capítulo VIII centra-se na caracterização da composição química da cerveja através das técnicas de RMN e de HPLC-RMN/MS. A análise directa por RMN uni- e bidemsional (500 MHz) permite a identificação de cerca de 30 compostos, entre os quais vários ácidos orgânicos, aminoácidos e álcoois. Os oligossacarídeos de maltose (dextrinas) dão origem aos sinais mais largos e intensos do espectro, mas o elevado grau de sobreposição impede a sua caracterização estrutural. A identificação de dextrinas de diferentes tamanhos é conseguida através da análise da cerveja por HPLC-RMN/MS, que requer apenas a desgaseificação da amostra. A análise por HPLC-RMN/MS permite também confirmar a presença de vários compostos aromáticos e revelar outros não identificados só com base na análise por RMN, tais como os álcoois aromáticos 2-feniletanol, tirosol e triptofol. Finalmente, no Capítulo IX, descreve-se a análise de componentes principais (PCA) dos espectros de RMN-1H e de FTIR-ATR de um conjunto de 50 cervejas de diferentes marcas, tipos e países de origem. Por PCA dos espectros de RM N as cervejas são separadas de acordo com a sua composição em hidratos de carbono, embora alguns componentes minoritários (em particular compostos aromáticos) também contribuam para a distinção das amostras, nomeadamente em termos dos dois tipos principais ‘ale’ e ‘lager’. A aplicação de PCA aos espectros de FTIR origina a distinção das cervejas com base no seu teor alcoólico e na sua composição em hidratos de carbono. A análise canónica de correlação (CCA) entre os espectros de RMN e de FTIR mostra uma correlação elevada entre os dois domínios, permitindo identificar os sinais que variam no mesmo sentido.