Aula 8 - Determinação de minerais em alimentos

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Determinação de minerais em alimentos
INSTITUTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS E SAÚDE
CURSO: NUTRIÇÃO
DISCIPLINA: BROMATOLOGIA
Profª Drª Tânia Maria Leite da Silveira
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Minerais
Os minerais são elementos inorgânicos (geralmente um metal), combinados com algum outro grupo de elementos químicos, como por exemplo, óxido, carbonato, sulfato, fósforo. 
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Quelatos
Proteção dos minerais = maior absorção
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Minerais
Mais de 20 minerais são considerados essenciais.
São necessárias pequenas quantidades de minerais e devem ser obtidos a partir da dieta.
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Funções importantes
Constituintes estruturais: cálcio - ossos e dentes;
Componentes de tecidos: enxofre – proteína muscular;
Minerais essenciais ao funcionamento do organismo:
Iodo – tiroxina;
Zinco – insulina;
Cobalto – vitamina B12
Ferro – hemoglobina
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Funções importantes
Reguladores de funções:
 
Equilíbrio ácido/básico – básico: Na, K, Ca e Mg
 ácido – Cl, P e S;
Balanço Hídrico – Na, K, Cl e HCO3;
Metabolismo enzimático: metalenzimas, cofatores enzimáticos;
Transmissão de impulsos nervosos: Na, K, Ca
Contração muscular e relaxamento: Ca e K
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Ferro
Ferro Heme – alimentos de origem animal
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Ferro
Ferro não heme (Fe+2 e Fe+3) - origem vegetal
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Absorção do ferro
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Aumento da absorção do ferro
Vitamina C (ácido ascórbico) – reduzem o Fe+3 a Fe+2 e formam ferro ascorbato quelato que é mais solúvel;
Ácidos orgânicos – reduzem o Fe+3 a Fe+2 ;
Agentes solubilizantes – açúcares e aminoácidos
Carnes vermelhas – acidificam o intestino
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Diminuição da absorção do ferro
pH alcalino e acloridria;
Fitatos, fosfatos e oxalatos;
Íons cálcio
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Classificação de minerais essenciais
Macroelementos – 100 mg ou mais por dia (adultos): Ca, P, K, Na, Cl, Mg e S
Microelementos – alguns 1 mg/dia ou menos (adulto): Fe, Cu, Co, Mn, Zn, I, F, Mo, Se, Cr, Si
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Compostos inorgânicos ligados - quelam-se a outros elementos orgânicos
Enzimas
Hormônios
Proteínas
Aminoácidos
Fontes: alimento natural e suplementação
Minerais em alimentos
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Podem apresentar teores variáveis em grupos ou num mesmo alimento, que podem ocorrer em função do:
 solo (pH, fertilidade, agrotóxicos, estrutura, microbiologia);
 animal (alimentação);
 processamento (refinamento de cereais).
Minerais em alimentos
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Análises de minerais em alimentos
"Conteúdo de cinzas“
É a estimativa da quantidade total de minerais presentes no alimento.
"Conteúdo mineral“
É a quantidade de componentes específicos da matéria mineral de um alimento: Ca, Na, K, Cl, etc. 
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Importância da determinação de cinzas e conteúdo mineral 
Nutrição - alguns minerais são essenciais para uma dieta saudável (Ca, P, K e Na), enquanto outros podem ser tóxicos (Pb, Hg, Cd e Al). 
Rotulagem nutricional - a concentração e o tipo de mineral deve ser estipulado para apresentação no rótulo ou sua elaboração.
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Qualidade - a qualidade de alguns alimentos depende da concentração e do tipo de mineral presente, incluindo o sabor, aparência, textura e estabilidade. 
		- Indica conteúdo de frutas em doces.
		- Alto índice de cinzas insolúveis em ácidos indica presença de areia.
Importância da determinação de cinzas e conteúdo mineral 
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Processamento - o conteúdo mineral afeta as propriedades físico-químicas dos alimentos.
	- Determina o índice de refinação de açúcares (↑ dificulta cristalização e descoloração) e farinhas (influência na extração). 
	 - Pode indicar beneficiamento, cozimento ou lavagem inadequada de produtos no processamento.
Importância da determinação de cinzas e conteúdo mineral 
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Análise de minerais em alimentos
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Determinação do Teor de Cinzas
Determinação do Teor (Conteúdo) de Cinzas
Cinzas: é o resíduo inorgânico que fica após a queima da matéria orgânica por incineração e /ou presença de agentes oxidantes.
Matéria orgânica  CO2, H2O e NOx
A determinação de cinzas pode não refletir a matéria mineral total do alimento  perdas como voláteis ou interação com outros constituintes.
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cinzas secas
cinzas úmidas
cinzas secas a baixas temperaturas – plasma
O método escolhido depende: 
	dos objetivos, do tipo de alimento e da disponibilidade de equipamentos.
Determinação de cinzas também podem ser usadas como parte do preparo para análise de minerais individuais - absorção atômica ou métodos tradicionais.
Métodos para determinação de cinzas
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Sólidos - finamente moídos. 
Amostras muito úmidas - pré-secagem para evitar respingos.
Amostras muito gordurosas - sugere-se extração parcial dos lipídios - evita projeção e queima. 
Possíveis problemas: contaminação da amostra por minerais no moinho; interação do cadinho com a amostra durante a análise.
Preparação das amostras
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Fundamento
Carbonização da matéria orgânica (chama) e depois incineração (mufla, T > 500ºC)
Água e substâncias voláteis são vaporizados e as orgânicas são queimadas em presença de oxigenio (ar) e transformados em CO2, H2O e N2 / NOx.
Método Gravimétrico
Cinzas secas
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Cadinhos 
Quartzo, Pyrex, porcelana, aço e platina.
Seleção depende do tipo de alimento e da temperatura da mufla.
Mais usado - porcelana - mais barato, resiste a altas temperaturas (< 1200 ºC) e de fácil limpeza. 
Resistentes a ácidos, mas podem ser corroídos por amostras alcalinas
Materiais
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Cinzas Secas - incineração
Normalmente a amostra é levada a temperaturas de 500-600 ◦C por 24 horas
Procedimento
Pesa-se cerca de 5g da amostra, e coloca-se em um cadinho incinerado e pesado. Incinera até parar de formar fumaça e depois coloca na mufla a 500-600ºC. Quando a cinza fica branca termina a incineração. 
Importante: tempo e temperatura
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Cinzas Secas - incineração
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Alimentos líquidos ou pastosos – eliminar previamente a água;
Ricos em açúcar – formam espuma;
Ricos em lipídeos – crepitação e evitar que incendeiem;
Ricos em amido e proteína – calcinação demorada.
Cuidados especiais
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Queima é seca (nenhum ou poucos reagentes são necessários)
Simples e seguro;
Manuseia grande número de amostras;
Determinação total dos minerais e preparo para minerais individuais;
Permite análises de alcalinidade, insolúveis em ácidos, solúveis.
Vantagens
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Demorado (12-24 h);
Alto custo operacional - mufla exige elevado consumo de energia;
T ºC elevada → volatilização de alguns minerais (Cu, Zn, Fe, Pb, Hg) e/ou interação com o cadinho;
Manuseio cuidadoso → leveza das cinzas e higroscopicidade.
O conteúdo de cinzas pode ser expresso em base seca ou úmida.
Cálculo realizado sobre a amostra integral e amostra seca. 
Desvantagens
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Cinzas secas por aquecimento em microondas
Pode ser programado para remover umidade (baixa energia, menos calor) e também cinzas (alta energia).
Reduz o tempo de análise de horas para minutos.
Desvantagem - não é possível analisar simultaneamente muitas amostras como na mufla.
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Microondas
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Cinzas úmidas
É usada principalmente para preparação de amostras para análise subseqüente de minerais específicos.
A quebra e remoção da matéria orgânica (digestão) ocorre em solução de agentes oxidantes.
O alimento seco é pesado e colocado em um frasco contendo ÁCIDOS E AGENTES OXIDANTES fortes : HNO3, H2SO4 e/ou HClO4) e são aquecidos.
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Mistura HClO4, H2SO4 e HNO3 – reagente universal – pode ocorrer volatilização.
 HClO4 - perigo de explosão
A temperatura e o tempo dependem do ácido e agente oxidante - pode ir de 10 minutos a poucas horas a temperaturas de cerca de 350°C. 
A solução resultante é analisada para minerais específicos.
Cinzas úmidas
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Melhor para composição individual de cinza;
Baixas T ºC, evita perdas de minerais por volatilização;
Decomposição rápida;
Menos sensível com relação à natureza da amostra.
Vantagens
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Reagentes corrosivos;
Não é prático para rotina;
Exige maior supervisão;
Nº limitado de amostras;
Necessita de análise em branco
Ácidos + matéria orgânica rica em gorduras forma elementos/substâncias explosivos e inflamáveis.
Desvantagens
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Plasma - cinzas secas a baixas temperaturas
A amostra é colocada em uma câmara de vidro no qual é feito vácuo.
Uma pequena quantidade de oxigênio bombeada para o recipiente e procede-se a quebra a oxigênio nascente (O2  2O.) pela aplicação de um campo eletromagnético na freqüência de rádio. 
A matéria orgânica é rapidamente oxidada pelo oxigênio nascente e a umidade é evaporada devido a temperatura (<150°C).
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Forno de Plasma
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Temperatura mais baixa que nas cinzas seca e úmida  menor perda por volatilização de minerais que os outros métodos.
Vantagem: Menores perdas por volatilização - melhor para elementos traços .
Desvantagem: equipamento relativamente caro e a quantidade de amostra analisada é pequena. 
Plasma - cinzas secas a baixas temperaturas
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Determinação de conteúdo de mineral específico
Métodos químicos tradicionais e equipamentos comuns (espectrofotômetro UV e VIS), alé de métodos instrumentais podem ser usados para quantificar alguns minerais.
Os principais métodos são encontrados na AOAC Official Methods of Analysis
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Análise gravimétrica
Somente para alimentos com elevada concentração do mineral 
Não é sensível para elementos traço 
Elemento a ser analisado é precipitado por adição de um reagente formando um complexo insolúvel de fórmula conhecida. O precipitado é separado por filtração, secado e pesado.
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Métodos Colorimétricos
Baseia-se na cor de substâncias formadas pela reação entre um mineral específico e um reagente também específico.
Mede-se a absorbância da solução (intensidade da cor) a um comprimento de onda específico usando o espectrofôtometro.
Usados para vários minerais.
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Ex.: Fósforo reage com vanadio-molibidato de amônio formando um complexo de cor amarelo-laranja, a concentração é determinada por curva analítica (obtida por padrões). 
Espectrofotômetro
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Titulações
EDTA é um reagente químico que forma complexo com muitos íons metálicos multivalentes.
As cinzas são diluídas em água, o pH ajustado faz-se a titulação usando indicador. 
Ex. Teor de cálcio
Em alguns casos requer curva de calibração.
Problema: o alimento pode conter diferentes íons multivalentes que reagirão com o EDTA - necessária remoção, para isto usa-se coluna de troca-iônica.
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Espectroscopia atômica
Absorção Atômica 
Espectroscopia de Emissão
Princípio
As absorções ou emissões atômicas ocorrem devido as transições eletrônicas. Fótons com energias associadas com este tipo de transição são encontrados nas regiões UV-VIS do espectro eletromagnético. 
Quantificam o conteúdo mineral a baixas concentrações como ppm (ng).
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As amostras são átomos individuais em estado gasoso - são separados e não interagem com átomos ou moléculas vizinhas.
A mudança de energia associada com a transição entre dois níveis de energia é relacionada com o comprimento de onda da radiação absorvida ou emitida.
Cada elemento tem uma única estrutura eletrônica, assim absorve ou emite radiação a um comprimento de onda específico. 
Espectroscopia atômica
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Os elementos são identificados pelos seus espectros.
O tipo de mineral é determinado pela medida da posição dos picos na emissão ou absorção do espectro.
A concentração do mineral é determinada pela medida da intensidade da linha do espectro conhecido correspondendo ao elemento de interesse (medida de padrões de concentrações conhecidas).
Espectroscopia atômica
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Espectroscopia atômica
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Espectroscopia atômica