Determinação de parâmetros físicos e químicos em erva-mate (Ilex paraguariensis Saint Hilaire) in natura e processada utilizando ferramentas quimiométricas

Abstract

Resumo: Considerando que a composição físico-química da erva-mate se relaciona com sua importância nutricional e econômica, esta tese teve como objetivo avaliar parâmetros físicos e químicos da erva-mate adquirida em diferentes condições de cultivo e submetida a diversos tipos de processamento, assim como determinar a aceitação de um novo produto à base desta matéria prima. Para se obter informações de interesse nas amostras, utilizou-se a espectroscopia na região do infravermelho próximo associada a métodos quimiométricos, como a análise de componentes principais (PCA) e a regressão por mínimos quadrados parciais (PLS), de modo a avaliar o potencial da técnica NIR como ferramenta rápida e não destrutiva para a quantificação de componentes químicos da erva-mate. Inicialmente, no Capítulo 1, é apresentada uma revisão da literatura, a qual estabelece a importância da erva-mate, sua produção, formas de consumo, compostos secundários e benefícios à saúde, contemplando também uma discussão sobre a metodologia de espectroscopia no infravermelho próximo, sua aplicação na área alimentícia, suas vantagens e limitações e seus métodos multivariados. O estudo apresentado no Capítulo 2 relata que utilizando a PCA sobre os espectros NIR, as amostras de erva-mate de diferentes regiões do Estado do Paraná, Brasil (Metropolitana de Curitiba, Sudeste e Centro-Sul) foram separadas com sucesso em três grupos em relação às diferentes regiões de cultivo. Para prever o conteúdo de fenólicos totais (CFT) nas amostras de erva-mate das diferentes regiões de plantio, o melhor modelo PLS apresentou um coeficiente de correlação de 0,81 e um erro de predição de 12 %, indicando que o NIR pode ser aplicado como um método eficiente para a avaliação do CFT em erva-mate. No Capítulo 3, o teor de taninos totais foi investigado para a erva-mate proveniente de cultivo convencional e orgânico durante as seguintes etapas do processamento: folhas verdes, sapeco, pré-secagem, secagem, cancheamento e armazenamentos natural e forçado. De acordo com o método analítico de Prince et al. (1978), o teor de taninos aumentou durante o processamento tanto para as amostras orgânicas quanto para as convencionais. A previsão do conteúdo de taninos por NIR alcançou boa precisão pelo modelo PLS (R² = 0,72 e RMSEP = 4,92 usando 5 variáveis latentes - VLs). Utilizando a técnica PCA sobre os dados dos espectros NIR, foi possível constatar a autenticidade de origem de ambas as amostras (orgânica e convencional). Durante as etapas de processamento, analisando a cor por espectrofotômetro CM-5, observou-se que a croma -a*, que corresponde à intensidade da cor verde na erva-mate, sofreu redução, contudo menos acentuada nas amostras orgânicas em comparação com as amostras de cultivo convencionais. No Capítulo 4, os métodos por micro-ondas e NIR, frente ao método por estufa (oficial), foram empregados para verificar sua aplicabilidade na determinação do teor de umidade. Utilizaram-se amostras de erva-mate compostas por folha/palito e somente folhas durante armazenamento de 180 dias sob as seguintes condições: na indústria em condição natural (ANI), com temperatura (T) de 18 ± 2 ºC e umidade relativa (UR) de 80 ± 2 %, também na indústria, mas em acondicionamento acelerado (AAI) (T = 45 ± 2 ºC e UR = 31 ± 2 %) e em laboratório por acondicionamento acelerado (AAL) (T = 32 a 48 ºC e UR = 10 a 50 %). Segundo a análise por micro-ondas, aplicando 900 W de potência por 4,3 minutos, a resposta foi similar àquela obtida pelo método oficial para amostras na faixa de 4,5 a 8,7 g.100g-1 de umidade. Utilizando modelos PLS para a comparação dos dados por NIR, os valores R2 e RMSEP foram de 0,54 e 0,97, respectivamente, para o método por estufa e de 0,42 e 1,08 para micro-ondas, não apresentando ainda capacidade suficiente para que sejam implantados. O teor de umidade nas amostras no período de armazenamento (180 dias) nas condições ANI e AAI na indústria foi semelhante, variando de 4,5 a 6,5 g.100g-1, enquanto as amostras armazenadas sob a condição AAL em laboratório apresentaram resultados entre 1 e 6 g.100g-1. O Capítulo 5 trata da aplicação da erva-mate no desenvolvimento de um novo produto, gomas de mascar diet, utilizando diferentes tipos de amostras de erva-mate beneficiada (verde, estacionada e tostada) com aroma de camomila, laranja e maçã-verde. A PCA gerou dois grupos de aceitação, um deles formado pelas gomas de mascar contendo os três tipos de erva-mate beneficiadas aromatizadas com camomila, e o outro grupo também composto pelos três tipos de erva, mas aromatizada com laranja e maçã-verde. A Análise Aglomerativa Hierárquica (HCA) indicou que há possibilidade de comercialização dos produtos selecionados no estudo. Os produtos com maior aceitação foram as gomas de mascar elaboradas com erva-mate estacionada e aromatizada com laranja e maçã-verde, respondendo por 67 % do total de aceitação.

Abstract: This thesis aims to evaluate physical and chemical parameters of yerba mate acquired from different growing conditions and subjected to different processings, as well as the consumer acceptance of a new product based in this raw material. The spectroscopy in the near infrared region (NIR) associated with multivariate statistical methods (chemometrics), such as the Principal Component Analysis (PCA) and the Partial Least Squares Regression (PLS), was applied to obtain information of interest in the samples, in order to assess the potential of NIR as a fast and non-destructive tool for quantifying chemical components in yerba mate. Chapter 1 presents a literature review, establishing the importance of yerba mate, its production, forms of use, secondary compounds and health benefits, and also includes a discussion on the near infrared spectroscopy methodology, its application in the food industry, advantages and limitations and multivariate methods. Chapter 2 reports that yerba mate samples from different regions of Paraná, Brazil (Metropolitan area of Curitiba, Southeast and Center-South) were successfully separated in 3 different groups according to the growing region. To predict the total phenolic content (TPC) of yerba mate samples from different growing regions, the best PLS model presented a correlation coefficient of 0.81 and a prediction error of 12 %, suggesting that NIR can be applied as an efficient method for determining TPC in yerba mate. Chapter 3, in turn, reports the content of tannins in conventional and organic yerba mate samples collected at different stages of industrial processing: green leaves, singeing, pre-drying, drying, cancheamento, natural storage and forced storage. According to the analytical method of Prince et al. (1978), the tannin content increased during processing either for conventional or organic samples. The prediction of tannin content by NIR showed good precision according to the PLS model (R² = 0.72 and RMSEP = 4.92 using 5 leverage levels - LVs). Applying the PCA on the NIR spectra, the authenticity of origin of both samples (organic and conventional) was stated. From the spectrophotometric analysis, it was observed that the chroma coordinate -a*, which corresponds to the intensity of the green tone, was reduced during processing, however less evidently for the organic samples respect to the conventional ones. Chapter 4 reports the results of moisture content as evaluated by the methods of microwave and NIR in comparison to the conventional analysis (stove drying). Samples composed of leaves and stems and only leaves stored at industry under natural conditions (NC), temperature (T) 18 ± 2 ºC and relative humidity (RH) 80 ± 2 %, under accelerated conditions (AC) (T= 45 ± 2 ºC and RH = 31±2 %) and also in laboratory under controlled storage (CS) (T = 32 - 48 ºC and UR = 10-50 %) were used in the tests. Using microwave at 900 W for 4.3 minutes, the response was similar to that obtained by the conventional method for samples in the moisture range of 4.5 to 8.7 g.100g-1. The PLS models' predictive ability, however, is still not enough for them to be implemented in a real production context for the values of R² and RMSEP were 0.54 and 0.97, respectively, for the stove drying and 0.42 and 1.08 for the microwave method. The behavior of the samples' moisture content during 180 days under NC and AC conditions at industry was similar, varying from 4.5 to 6.5 g.100g-1, whereas samples stored under NC conditions in laboratory resulted in values from 1 to 6 g.100g-1. Finally, Chapter 5 comprises the discussion on the application of yerba-mate in the development of a new product, diet chewing gum from processed yerba mate (green, parked and toasted) aromatized with chamomile, orange and green apple. The PCA generated two acceptance groups, the first one formed by chewing gums from all kinds of processed yerba mate with chamomile aroma, and the second one, comprising chewing gums added of orange and green apple aromas. The Hierarchical Cluster Analysis (HCA) indicated the possibility of marketing the products selected in this study. The products with best acceptance were the chewing gums prepared with parked yerba mate flavored with orange and green apple, accounting for 67 % of the total acceptance.