Aplicação da espectroscopia de fluorescência por análise direta na determinação de contaminantes em alimentos
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Adriana Nori de Macedo
Mariana Ramos de Almeida
Cleiton Antônio Nunes
Wallace Duarte Fragoso
Mariana Ramos de Almeida
Cleiton Antônio Nunes
Wallace Duarte Fragoso
Resumo
A contaminação de alimentos representa sérios riscos à saúde e continua sendo um desafio global devido à presença de patógenos, toxinas e resíduos químicos. Os métodos atuais de detecção são frequentemente laboriosos, possuem alto custo relativo e requerem instrumentação complexa, o que limita sua aplicabilidade no monitoramento rotineiro. A espectroscopia de fluorescência direta surge como uma alternativa rápida, não destrutiva e economicamente viável, permitindo a detecção por meio de sinais de fluorescência intrínsecos ou modificados. Essa técnica simplifica a análise e apresenta um forte potencial para o monitoramento da segurança alimentar em tempo real. Neste estudo, três métodos analíticos foram desenvolvidos utilizando espectrofluorometria para avaliar contaminantes químicos regulados em diferentes matrizes alimentares. Um método para determinação de benzo[a]pireno (B[a]P) em malte tipo Pilsen foi estabelecido e validado por meio de extração líquido-líquido e fluorescência síncrona. O método otimizado apresentou faixa linear de detecção de 0,5 a 3,0 μg kg-1, com limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) calculados de 0,24 μg kg 1 e 0,81 μg kg-1, respectivamente, sendo o LQ experimental definido como 0,5 μg kg 1. As avaliações de precisão e exatidão revelaram desvios padrão relativos (DPR) inferiores a 10% e taxas de recuperação entre 97,9% e 114,6% para concentrações de B[a]P de 0,5, 1,5 e 2,5 μg kg-1. Um segundo método foi desenvolvido e validado para a detecção de ocratoxina A (OTA) em vinho tinto, combinando extração líquido-líquido com fluorescência sincronizada aprimorada pela formação de complexo de inclusão com β-ciclodextrina. O método apresentou faixa linear de detecção de 0,5 a 3,0 μg L-1, com LD e LQ de 0,20 μg L-1 e 0,60 μg L-1, respectivamente, sendo o LQ experimental definido como 0,5 μg L-1. Os valores de DPR foram inferiores a 30%, e as taxas de recuperação variaram entre 84,9% e 95,1% para concentrações de OTA de 0,5, 2,0 e 3,0 μg L-1. Adicionalmente, foi desenvolvido um modelo quimiométrico exploratório baseado em matrizes de excitação-emissão de fluorescência e análise de fatores paralelos (PARAFAC) para identificação de 5-hidroximetilfurfural (HMF) em hidromel. Os resultados preliminares demonstraram o potencial da técnica em discriminar componentes fluorescentes associados ao HMF, com significativa correlação observada entre os escores extraídos pelo modelo PARAFAC e as concentrações de referência. Esses resultados encontrados reforçam a viabilidade da incorporação dessa abordagem de modelagem em futuras estratégias de calibração multivariada, aproveitando as vantagens dos dados de segunda ordem. A integração da espectroscopia de fluorescência multidimensional, modificações supramoleculares e análise multivariada proporcionou alta seletividade e sensibilidade, evidenciando a fluorescência direta como uma alternativa simples, econômica e viável aos métodos analíticos tradicionais.
Abstract
Food contamination poses serious health risks and remains a global challenge due to the presence of pathogens, toxins, and chemical residues. Current detection methods are often costly, time consuming, and require complex instrumentation, limiting their practicality for routine monitoring. Direct fluorescence spectroscopy presents a rapid, non-destructive, and cost effective alternative, enabling fast detection through intrinsic or modified fluorescence signals. This technique simplifies analysis and holds strong potential for real-time, food safety monitoring. In this study, three analytical methods were developed using spectrofluorometry to evaluate regulated chemical contaminants in various food matrices. A method for the determination of benzo[a]pyrene (B[a]P) in Pilsner malt was established and validated using liquid-liquid extraction and synchronous fluorescence. The optimized method showed a linear detection range of 0.5 - 3.0 μg kg-1, with limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) of 0.24 μg kg 1 and 0.81 μg kg-1, respectively, and the experimental LOQ established as 0.50 μg kg-1. Precision and trueness assessments yielded relative standard deviations (RSD) below 10%, and recovery rates between 97.9% and 114.6% at B[a]P concentrations of 0.5, 1.5, and 2.5 μg kg-1. A second method was developed and validated for the detection of ochratoxin A (OTA) in red wine, combining liquid-liquid extraction with synchronous fluorescence enhanced by β-cyclodextrin inclusion complexation. The method exhibited a linear detection range of 0.5 - 3.0 μg L-1, with LOD and LOQ of 0.20 μg L-1 and 0.60 μg L-1, respectively, and the experimental LOQ established as 0.50 μg L-1. RSD values were below 30%, and recovery rates ranged from 84.9% to 95.1% at OTA concentrations of 0.5, 2.0, and 3.0 μg L-1. Additionally, an exploratory chemometric model based on fluorescence excitation-emission matrices and parallel factor analysis (PARAFAC) was developed to identify 5-hydroxymethylfurfural (HMF) in mead. Preliminary results demonstrated the technique's potential to discriminate fluorescent components associated with HMF, with a significant correlation observed between PARAFAC-extracted scores and reference concentrations. These findings support the feasibility of incorporating such modeling approaches into future multivariate calibration strategies, benefiting from second-order data advantages. The integration of multidimensional fluorescence spectroscopy, supramolecular modifications, and multivariate analysis provided high selectivity and sensitivity, highlighting direct fluorescence as a simple, cost-effective, and viable alternative to traditional analytical methods.
Assunto
Química analítica, Espectroscopia de fluorescência, Alimentos - Contaminação, Alimentos - Análise, Bebidas fermentadas, Bebidas alcoólicas, Cerveja, Ocratoxinas, Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos
Palavras-chave
Espectroscopia de fluorescência, Contaminantes em alimentos, Concentrações traço, Validação