ANÁLISE QUÍMICA DE ALIMENTOS TÉCNICAS
ANÁLISE QUÍMICA DE ALIMENTOS TÉCNICAS
YOLANDA PICÓ
Do original: Chemical Analysis of Food:Techniques and Applicationsn, First edition. Tradução autorizada do idioma inglês da edição publi cada por Academic Press, um selo editorial da Elsevier. Copyright © 2012, by Elsevier Inc. © 2015, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei n o 9.610, de 19/02/1998. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográficos, gravação ou quaisquer outros. Copidesque: Ivone Teixeira Revisão: Marco Antonio Correa Editoração Eletrônica : Arte & Ideia
Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua Sete de Setembro, 111 – 16 o andar 20050-006 – Centro – Rio de Janeiro – RJ – Brasil Rua Quintana, 753 – 8o andar 04569-011 – Brooklin – São Paulo – SP – Brasil Serviço de Atendimento ao Cliente 0800-0265340
[email protected] ISBN: 978-85-352-7828-6 ISBN (versão digital): 978-85-352-7829-3 ISBN (edição original): 978-01-238-4862-8 Nota: Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso Serviço de Atendimento ao Cliente, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Nem a editora nem o autor assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens, originados do uso desta publicação.
CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTE SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ
P663a Picó, Yolanda Análise química de alimentos / Yolanda Picó ; tradução Ed son Furmankiewicz. – 1. ed. – Rio de Janeiro : Elsevier, 2015. il. ; 28 cm. Tradução de: Chemical analysis of food: techniques and applications Inclui bibliografia e índice ISBN 978-85-352-7828-6 1. Nutrição. 2. Alimentos. 3. Tecnologia de alimentos. I. Título. 14-16458
CDD: 613.2 CDU: 613.2
Colaboradores
Ouissam Abbas Walloon Agricultural Research Centre (CRA-W), “Henseval” building, Chaussée de Namur, 24, 5030 Gembloux, Bélgica
Monique Bremer RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda
Eugenio Aprea IASMA Research and Innovation Centre, Food Quality and Nutrition, Area, Via E. Mach, S. Michele all’Adige (TN), Itália
Franca Carini Institute of Agricultural and Environmental Chemistry, Università Cattolica del Sacro Cuore, Piacenza, Itália
Kavita Arora Advanced Instrumentation Research Facility, Jawaharlal Nehru University, New Delhi 110067, Índia
Alejandro Cifuentes Laboratory of Foodomics, Institute of Food Science Research CIAL (CSIC), Madri, Espanha
Vincent Baeten Walloon Agricultural Research Centre (CRA-W), ‘Henseval’ building, Chaussée de Namur, 24, 5030 Gembloux, Bélgica
Chiara Cordero Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria n. 9, Turim, Itália
Damià Barceló Department of Environmental Chemistry, IDAEACSIC, Barcelona, Espanha. Catalan Institute for Water Research (ICRA), Girona, Espanha
M.S. Cosio Department of Food Technology, University of Milan, Via Celoria, Milão, Itália
Simona Benedetti Department of Food Technology, University of Milan, Via Celoria, Milão, Itália
Barbara d’Acampora Zellner Dipartimento Farmaco-chimico, Facoltà di Farmacia, Università di Messina, Viale Annunziata, Messina, Itália
Carlo Bicchi Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria n. 9, Turim, Itália
Photis Dais NMR Laboratory, Department of Chemistry, University of Crete, Voutes campus, Heraklion, Creta, Grécia
Pierre-Antoine Bonnet Laboratories and Control Department, Agence Française de Sécurité Sanitaire des Produits de Santé (AFSSAPS), 635 rue de la Garenne, 34740 Vendargues, França
Pierre Dardenne Walloon Agricultural Research Centre (CRA-W), ‘Henseval’ building, Chaussée de Namur, 24, 5030 Gembloux, Bélgica v
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COLABORADORES
Paola Dugo Dipartimento Farmaco-chimico, Facoltà di Farmacia, Università di Messina, Viale Annunziata, Messina, Itália. Università Campus-Biomedico, Via Alvaro del Portillo, Roma, Itália Giovanni Dugo Dipartimento Farmaco-chimico, Facoltà di Farmacia, Università di Messina, Viale Annunziata, Messina, Itália Lisa Elviri Dipartimento di Chimica Generale e Inorganica, Chimica Analitica, Chimica Fisica, Università degli studi di Parma, Parco Area delle Scienze 17/a, Parma, Itália Marinella Farré Department of Environmental Chemistry, IDAEA-CSIC, Barcelona, Espanha Michele Forina Department of Drug and Food Chemistry and Technology, University of Genova, Via Brigata Salerno, 13, Gênova, Itália Virginia García-Cañas Laboratory of Foodomics, Institute of Food Science Research CIAL (CSIC), Madri, Espanha
Jozef L. Kokini University of Illinois at Urbana, Champaign College of Agriculture and Consumer Sciences, Food Science and Human Nutrition Department Varinder Kaur Department of Chemistry, Punjabi University, Patiala, Punjab, Índia. Department of Chemistry, Panjab University, Chandigarh, Índia Sumati Kumar Department of Chemistry, Ch Devi Lal University, Sirsa Haryana, Índia Erica Liberto Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria n. 9, Turim, Itália Myriam Malet-Martino Biomedical NMR Group, SPCMIB Laboratory (UMR CNRS 5068), Université Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse cedex, França Ashok Kumar Malik Department of Chemistry, Punjabi University, Patiala, Punjab, Índia. Department of Chemistry, Panjab University, Chandigarh, Índia
Maria Groot RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda
Vicky Manti RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda
George Kaklamanos Veterinary Laboratory of Serres, Terma Omonoias, Serres, Grécia
Robert Martino Biomedical NMR Group, SPCMIB Laboratory (UMR CNRS 5068), Université Paul Sabatier, 118 route de Narbonne, 31062 Toulouse cedex, França
Lina Kantiani Department of Environmental Chemistry, IDAEA-CSIC, Barcelona, Espanha James M. Karlinsey Department of Chemistry, Penn State Berks, Reading, Pennsylvania, 19610, Estados Unidos Romdhane Karoui Université d’Artois, Faculté des Sciences Jean Perrin, Rue Jean Souvraz, Lens Cedex, França Esther Kok RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda
Monica Mattarozzi Dipartimento di Chimica Generale e Inorganica, Chimica Analitica, Chimica Fisica, Università digital studi di Parma, Parco Area delle Scienze 17/a, Parma, Itália Linda Monaci Institute of Sciences of Food Production (ISPA), National Research Council of Italy (CNR), Bari, Itália Luigi Mondello Dipartimento Farmaco-chimico, Facoltà di Farmacia, Università di Messina, Viale Annunziata, Messina, Itália. Università Campus-Biomedico, Via Alvaro del Portillo, Roma, Itália
COLABORADORES
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Paolo Oliveri Department of Drug and Food Chemistry and Technology, University of Genova, Via Brigata Salerno, 13, Gênova, Itália
Apostolos Spyros NMR Laboratory, Department of Chemistry, University of Crete, Voutes campus, Heraklion, Creta, Grécia
Yolanda Picó Food and Environmental Safety Research Group, Faculty of Phamacy, University of Valencia, Espanha
Georgios Theodoridis IASMA Research and Innovation Centre, Food Quality and Nutrition Area, Via E. Mach, S. Michele all’Adige (TN), Itália. Department of Chemistry, Aristotle University, Tessalônica, Grécia
Theo Prins RIKILT – Institute of Food Safety Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda Lourdes Ramos Department of Instrumental Analysis and Environmental Chemistry, IQOG-CSIC, Juan de la Cierva 3, Madri, Espanha Patrizia Rubiolo Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria n. 9, Turim, Itália Mattheo Scampicchio Faculty of Science and Technology, Free University of Bolzano, Piazza Università, Bolzano, Itália Barbara Sgorbini Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università degli Studi di Torino, Via Pietro Giuria n. 9, Turim, Itália Varsha Sharma School of Life Sciences, Jawaharlal Nehru University, Nova Déli 110067, Índia Anu Singh Advanced Instrumentation Research Facility, Jawaharlal Nehru University, Nova Déli 110067, Índia. Department of Biotechnology, School of Life Sciences, Jaipur National University, Jaipur, Rajasthan 302025, Índia Manoj Pratap Singh Advanced Instrumentation Research Facility, Jawaharlal Nehru University, Nova Déli 110067, Índia Nesli Sozer University of Illinois at Urbana, Champaign College of Agriculture and Consumer Sciences, Food Science and Human Nutrition Department
Ine van der Fels RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda Marjolein van der Spiegel RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda Leo van Raamsdonk RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda Saskia van Ruth RIKILT – Institute of Food Safety, Wageningen University and Research Centre, Wageningen, Holanda Hridya Narayan Verma Department of Biotechnology, School of Life Sciences, Jaipur National University, Jaipur, Rajasthan 302025, Índia Angelo Visconti Institute of Sciences of Food Production (ISPA), National Research Council of Italy (CNR), Bari, Itália Ya.I. Yashin Scientific Development & Production Center “Khimavtomatika”, Selskohozyaistvennaya, Moscou, Rússia A.Ya Yashin Scientific Development & Production Center “Khimavtomatika”, Selskohozyaistvennaya, Moscou, Rússia
Nota à Edição em Língua Portuguesa
Originalmente, a obra da professora Yolanda Picó (Chemical Analysis of Food) divide-se em 23 capítulos, dedicados a técnicas de análise química de alimentos e suas aplicações mais inovadoras. Nesta edição em língua portuguesa, visando tornar a obra acessível a todos os públicos que tenham interesse em se aprofundar na área, separamos as técnicas das aplicações, publicando a primeira parte buscando atender principalmente estudantes de graduação. Essa divisão
foi feita de forma criteriosa, de forma que a compreensão do assunto não fosse prejudicada. Este volume compreende, portanto, os capítulos de 1 a 13 da versão original em inglês, englobando os mais modernos métodos de preparação de amostra, combinações de espectrometria de massa e cromatografia, biossensores, nanotecnologia, eletroforese, técnicas moleculares e outras novas ferramentas.
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Apresentação
É com grande prazer que apresento o novo livro de Nesse sentido, este novo livro descreve a incrivelmente uma velha amiga e colega, Yolanda Picó, professora titu- grande quantidade dos mais recentes instrumentos de lar da Universidade de Valência. Conheço Yolanda desde análise e aplicações em análise de alimentos. É, sem dúsua tese de doutorado e pós-doutorado na Universidade vida, um bom exercício para o leitor comparar os dois Livre de Amsterdã. Seus interesses de pesquisa têm sido livros para melhor apreciar o progresso que tem ocorrido sempre dedicados a desenvolver métodos de química nesse campo nos últimos quatro anos. Este livro contém analítica avançados para determinar traços de contami- 13 capítulos dedicados a aspectos mais gerais, como as nantes orgânicos em amostras alimentícias e ambientais. questões de garantia de qualidade e técnicas analíticas Alguns anos atrás, fui capaz de convencê-la a editar um envolvendo os mais modernos métodos de preparação de seus primeiros livros sobre contaminantes alimentares de amostra, combinações de espectrometria de massa e análise de resíduos, que foi publicado em 2008 como o e cromatografia, biossensores, nanotecnologia, eletrofovolume 51 da série Comprehensive Analytical Chemis- rese, técnicas moleculares e outras novas ferramentas. De try. Agora reafirmo o que eu escrevi em 2008 sobre o li- maneira geral, este livro cobre a maior parte dos aspecvro de Yolanda: de novo, seu conteúdo é extremamente tos recentes da análise de contaminantes alimentares e abrangente e, portanto, resolverá a maioria dos proble- resíduos, e espero que seja uma referência fundamental mas encontrados na análise de resíduos de alimentos. na comunidade de especialistas em resíduos alimentares Além disso, ele vai ser um guia útil para os recém-che- em escala global. Por fim, quero agradecer a Yolanda pela gados e/ou para os especialistas em laboratórios de ali- incrível quantidade de trabalho, tempo e conhecimento mentos que procuram resolver a rastreabilidade de uma dedicado como editora do livro. Sou grato também aos ampla gama de contaminantes e resíduos em alimentos, vários conhecidos autores por suas contribuições na elautilizando os instrumentos analíticos mais avançados. boração de um livro dessa categoria em tempo tão curto.
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Prefácio*
Os produtos alimentares são analisados por várias razões – por exemplo, conformidade com os requisitos legais e de rotulagem, avaliação da qualidade do produto, determinação do valor nutritivo, detecção de adulterações, pesquisa e desenvolvimento etc. A análise de alimentos é uma área em constante evolução, que é especialmente impulsionada pela crescente demanda dos consumidores por qualidade e segurança alimentar, a preocupação das autoridades sanitárias para garantir a segurança alimentar da mais alta qualidade nutricional e o esforço dos produtores e da indústria para atender a essas demandas. Também é particularmente complexa, pois integra e aplica princípios de biologia, química, microbiologia, bioquímica, nutrição e engenharia para caracterizar novos ingredientes e produtos alimentícios, detectar as técnicas de processamento de alimentos utilizados e garantir a segurança e o valor nutricional dos alimentos. O progresso da ciência dos alimentos e de seus conceitos tem impulsionado a mudança de métodos analíticos clássicos (de titulação ou análise gravimétrica) para os instrumentais e bioquímicos (cromatografia, biossensores, espectroscopia) por causa das novas informações quantitativas e qualitativas fornecidas. Nesse contexto, para além das muitas descrições abrangentes de excelentes métodos clássicos históricos e já bem esta belecidos, este livro aborda os mais recentes avanços nas técnicas analíticas e bioanalíticas e sua aplicação em áreas inovadoras e emergentes dentro da ciência dos alimentos. Este livro apresenta o que há de novo ou desafiador dentro desse assunto de várias maneiras: analisando novas tecnologias cada vez mais aplicadas na análise de alimentos, descrevendo e analisando em profundidade várias abordagens específicas e fornecendo uma imagem das aplicações mais pio-
neiras com uma visão sobre as tendências futuras. O objetivo deste livro é oferecer uma contribuição original de alta qualidade e atualizada sobre os novos desenvolvimentos em análise de alimentos e suas aplicações emergentes. Os dois primeiros capítulos introdutórios sobre amostragem/preparação de amostras e análise de dados/quimiometria são seguidos por uma revisão das técnicas mais recentemente aplicadas em controle (on-line) de processos e em laboratórios para a análise de compostos de alimentos em grandes ou pequenas amostras. Essas técnicas variaram de não invasivas e não destrutivas, tais como espectroscopia de infravermelho, ressonância magnética e ultrassom, até áreas emergentes como nanotecnologia, biossensores e narizes e línguas eletrônicas, incluindo os já bem estabelecidos na análise de alimentos, tais como cromatográfica e técnicas eletroforéticas. Esses capítulos também incluem duas ferramentas importantes para a resolução de problemas em análise química e biológica: espectrometria de massa e técnicas moleculares. Este livro tenta preencher um vazio na informação sobre as técnicas analíticas recentemente desenvolvidas para profissionais, estudantes e acadêmicos em análise de alimentos, oferecendo informações sobre instrumentação, técnicas e aplicações modernas. Espera-se que ele seja útil para aprender mais sobre análise química de alimentos e de particular interesse para os envolvidos em pesquisa e desenvolvimento de alimentos, bem como para a caracterização e análise de produtos alimentares. Também se destina a servir como referência geral para estudantes de pós-graduação, que não estão expostos a muitas das tecnologias emergentes e aplicações em análise de alimentos, bem como um guia de referência prático para uma ampla gama de
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PREFÁCIO
especialistas: biólogos, bioquímicos, microbiologis- bem como aos gerentes de projeto e todos os funciotas, químicos alimentares, toxicologistas, químicos, nários da Elsevier, por oferecerem excelente apoio agrônomos, higienistas e todos os que precisam usar e aconselhamento. Por fim, e acima de tudo, espero técnicas analíticas para avaliação da qualidade e que o livro faça jus às expectativas dos leitores. Vosegurança alimentar. As técnicas e aplicações dis- cês são aqueles que tornarão este livro parte intecutidas neste livro não apenas estão emergindo grante da análise de alimentos. agora, mas também serão cruciais no futuro para a garantia da continuidade de um abastecimento de alimentos seguro, amplamente disponível e a * Na edição original em inglês, este livro contém 23 capítulos escritos preços acessíveis. especialistas no assunto e está estruturado em duas partes: a priGostaria de agradecer aos autores que concorda- por meira descreve o papel dos mais recentes desenvolvimentos em técram em participar dessa iniciativa por sua perspec- nicas analíticas e bioanalíticas, e a segunda trata das aplicações mais tiva original e seus estimulantes capítulos, e pelo inovadoras e as questões em análise de alimentos. Na edição em portusó a primeira parte foi traduzida. A segunda parte do livro origitempo e esforço dedicados a eles. Eles fornecem a guês, nal em inglês analisa as áreas de autenticidade de alimentos, segurança mistura perfeita de conhecimentos e habilidades na e rastreabilidade. São abordadas questões importantes e inovadoras, qual se baseou a construção deste livro. Também como práticas fraudulentas, componentes biologicamente ativos, sae odores, novos alimentos, incluindo os geneticamente modifiquero muito agradecer ao Prof. Damià Barceló por bores cados, suplementos alimentares, proteômica dos alimentos, especiação me dar a oportunidade de ser o editor deste livro, de metais e radionuclídeos.
Sumário Colaboradores v Apresentação xi Prefácio xiii
1. Fundamentos e Avanços na Amostragem e Preparação de Amostras
MARINELLA FARRÉ, LINA KANTIANI, DAMIÀ BARCELÓ
8. Narizes e Línguas Eletrônicos M. STELLA COSIO, SIMONA BENEDETTI, MATTEO SCAMPICCHIO
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9. Espectrometria de Massa
LOURDES RAMOS
2. Análise de Dados e Quimiometria
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10. Cromatografia Líquida 45 11. Cromatografia Gasosa
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12. Eletroforese 13. Técnicas Moleculares 109
ANU SINGH, MANOJ PRATAP SINGH, VARSHA SHARMA, HRIDYA NARAYAN VERMA, KAVITA ARORA
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Índice
NESLI SOZER, JOZEF L. KOKINI
7. Dispositivos Microfluidos: Biossensores
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JAMES M. KARLINSEY
89
YOLANDA PICÓ
6. Aplicações da Nanotecnologia
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CHIARA CORDERO, ERICA LIBERTO, BARBARA SGORBINI, PATRIZIA RUBIOLO, CARLO BICCHI
PHOTIS DAIS, APOSTOLOS SPYROS
5. Ultrassons de Baixa Intensidade
211
YA. I. YASHIN, A. YA. YASHIN
OUISSAM ABBAS, PIERRE DARDENNE, VINCENT BAETEN
4. Ressonância Magnética Nuclear
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GEORGE KAKLAMANOS, EUGENIO APREA, GEORGIOS THEODORIDIS
PAOLO OLIVERI, MICHELE FORINA
3. Espectroscopia Infravermelho Próximo, Infravermelho Médio e Raman
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