A utilização de instrumentos NIT (Near Infrared Transmission) para determinar os parâmetros de qualidade do trigo

O papel da tecnologia moderna na análise de alimentos

Introdução

Um dos desafios fundamentais da produção agrícola e da indústria alimentar é a medição exacta da qualidade e da composição das culturas. No caso do trigo, os parâmetros de teor são de particular importância, uma vez que influenciam a qualidade da farinha e, consequentemente, as propriedades dos produtos finais, como o pão e as massas. Os métodos tradicionais de análise química são demorados e dispendiosos, pelo que as tecnologias rápidas e não destrutivas, como os instrumentos de transmissão por infravermelhos próximos (NIT), estão a tornar-se mais comuns.

Noções básicas de espetroscopia de infravermelhos próximos

A espetroscopia de infravermelhos próximos (NIR) é uma técnica baseada na interação da luz com a matéria e é amplamente utilizada na agricultura e na indústria alimentar. Os padrões caraterísticos dos espectros de absorção permitem deduzir a composição química da substância: a absorção de luz em diferentes comprimentos de onda pelas ligações C-H, O-H, N-H e S-H das moléculas orgânicas pode ser utilizada para calcular os parâmetros de conteúdo.

O método NIT (Near Infrared Transmission)

Os instrumentos NIT implementam uma aplicação especial da espetroscopia de infravermelhos próximos. O método utiliza radiação infravermelha para penetrar em toda a secção transversal da amostra, de modo a que a medição tenha em conta as caraterísticas de toda a amostra e não apenas da camada superficial. Isto é particularmente importante para materiais heterogéneos, como os grãos de trigo.

O processo de medição

O funcionamento dos instrumentos NIT consiste nas seguintes etapas principais:

• Preparação da amostra: uma vantagem importante da medição da transmissão NIR é o facto de não exigir a preparação da amostra, podendo medir-se imediatamente uma amostra “limpa”.
• Registo e análise espetral: a intensidade da luz transmitida é medida por um fotodíodo (detetor) e os espectros obtidos são utilizados para o processamento de dados.
• Determinação dos parâmetros do teor de grãos: a partir das informações obtidas dos espectros, os instrumentos utilizam modelos de calibração para calcular os dados quantitativos que caracterizam o teor de grãos do trigo.

A vantagem do método NIT reside no facto de ser rápido e não destrutivo, o que permite analisar grandes quantidades de amostras num curto espaço de tempo.

Parâmetros e caraterísticas de medição que podem ser medidos com NIR

Humidade

O teor de humidade é um dos parâmetros de qualidade mais importantes para o trigo, uma vez que um teor de humidade demasiado elevado pode reduzir o tempo de armazenamento e aumentar o risco de crescimento de bolores. Utilizando a espetroscopia NIR, o teor de humidade pode ser determinado com rapidez e precisão através da medição direta dos grupos O-H, existindo uma elevada correlação entre os resultados laboratoriais e os resultados NIR.

Intervalo de medição NIR: ~9-20%

Exatidão prevista da medição NIR: variação máxima ~0,2% (a variação do resultado estimado pelo instrumento em comparação com o resultado de referência medido no laboratório)

Método laboratorial de referência: estufa de secagem

Proteína

O teor de proteínas do trigo é calculado diretamente a partir da absorção das ligações N-H pelos instrumentos, pelo que se trata basicamente de uma medição do teor de azoto. O teor de proteínas do trigo é o teor de azoto total medido, expresso em percentagem de matéria seca, multiplicado por 5,7. Como se trata de uma medição “direta”, existe uma elevada correlação entre os resultados laboratoriais e os resultados NIR.

Gama de medição NIR: ~8-18%

Exatidão prevista da medição NIR: desvio-padrão máximo de ~0,25%

Método laboratorial de referência: método Kjelhdal (destruição por via húmida) ou Dumas (queima)

O teor proteico do trigo está intimamente relacionado com o teor de azoto do solo. A forma e a disponibilidade de azoto no solo influenciam grandemente a absorção de azoto pelas plantas e, consequentemente, a síntese de proteínas. Vários estudos de investigação demonstraram que o fornecimento ótimo de azoto aumenta o teor de proteínas do trigo, pelo que um fornecimento adequado de azoto é essencial para a produção de trigo rico em proteínas.

Chicória (glúten)

A chicória é constituída pelos componentes insolúveis em água das proteínas do trigo. É basicamente uma mistura de duas proteínas, a gliadina e a glutenina.

Intervalo de medição NIR: ~15-50%

Exatidão prevista da medição NIR: máximo de ~1,5% de desvio-padrão

Método laboratorial de referência: lavagem húmida de chicória

Os instrumentos NIR não medem o teor de proteínas “diretamente”, ou seja, medindo o teor de N, tal como o teor de proteínas, mas uma vez que existe uma correlação estreita entre a proteína bruta e o teor de proteínas, pode ser desenvolvida uma calibração NIR relativamente boa para o teor de proteínas. No entanto, por um lado, a correlação dos resultados da chicória com o método de referência é mais fraca do que a correlação com os resultados proteicos e, por outro lado, o erro da lavagem húmida da chicória utilizada como referência é maior do que o erro do método Kjelhdal ou Dumas utilizado para a determinação das proteínas, pelo que o desvio-padrão dos resultados da chicória medidos por instrumentos NIR é muito maior do que o das proteínas.

Índice de Zeleny

O índice de sedimentação de Zeleny é o volume, em mililitros, do sedimento produzido pela farinha de trigo numa solução de ácido lático, em condições específicas. A medição baseia-se no inchaço da chicória numa solução de ácido lático. O seu valor situa-se teoricamente entre 0 e 100 ml, sendo que quanto mais elevado for o valor, melhor será a qualidade do trigo.

Gama de medição NIR: ~10-70 ml

Exatidão prevista da medição NIR: desvio-padrão máximo de ~5 ml

Método laboratorial de referência: determinação do volume de sedimentação de Zeleny

Peso hectolitro

O peso hectolitro é medido por instrumentos de infravermelhos, não por espetroscopia NIR, mas por um módulo de gravidade específica independente e incorporado. O módulo mede o peso de uma amostra de trigo de um determinado volume utilizando uma célula de pesagem incorporada, a partir da qual o instrumento calcula o resultado.

Gama de medição: 65-86 kg/hl

Exatidão prevista: variação máxima de ~ 0,7 kg/hl

Método laboratorial de referência: condrómetro

Parâmetros que não podem ser medidos com espetroscopia NIR ou com precisão insuficiente

Os seguintes parâmetros não podem ser medidos com NIR:

• Absorção de água: pode ser medida com baixa correlação (R2 < 0,9) usando NIR
• Valor W (energia): fracamente correlacionado (R2 ≤ 0,7), pode ser medido indicativamente com NIR
• Número de queda de Hagberg: baixa correlação (R2 ≤ 0,9) entre os resultados NIR e os resultados laboratoriais, não mensurável por NIR
• Teor de cinzas: mensurável na farinha, baixa correlação entre o NIR e os resultados laboratoriais nos olhos inteiros
• Teor de amido: baixa correlação entre os resultados NIR e os resultados laboratoriais, não mensurável por NIR
• Clareza (quantidade de matérias estranhas, percentagem de grãos partidos, contaminados, etc.)
• Peso de grãos por mil
• Toxinas
   

Resumo

Os instrumentos NIT permitem a medição rápida e não destrutiva dos parâmetros do teor de trigo, incluindo o teor de humidade, o teor de proteínas, o teor de glúten, o índice de Zeleny e o peso por hectolitro. O método tem a vantagem de permitir testar grandes quantidades de amostras num curto espaço de tempo e de as medições apresentarem uma elevada correlação com os resultados laboratoriais. No entanto, certos parâmetros como a absorção de água, o valor W, a precipitação de Hagberg, o teor de cinzas, o teor de amido, a pureza, o peso de prata e as toxinas não podem ser medidos com suficiente exatidão por espetroscopia NIR.