Determinação de adulterantes em amostras de café utilizando análises de imageamento químico e quimiometria

Abstract

Resumo: O café é uma das bebidas mais consumidas mundialmente. No Brasil, o café é considerado uma das principais comodities do país, estando presente em diversos períodos da história brasileira, sendo responsável pelo desenvolvimento industrial e econômico. Devido ao seu valor agregado, práticas de adulteração de café moído e torrado são recorrentes. Segundo a ABIC (Associação Brasileira da Indústria do Café) na década de setenta, quando surgiu a necessidade de regulamentação fiscalizatória, cerca de 30% das marcas comercializadas burlavam e vendiam cafés adulterados. O método convencional de análise de adulterantes em café é o método por microscopia óptica por análise histológica. Esse método possui as desvantagens de ser subjetivo, moroso e utilizar em quantidades consideráveis solventes. Como alternativa, pode-se propor o uso de metodologias analíticas mais simples que não necessitam de um preparo da amostra, aliado a métodos multivariados. Diante da problemática envolvendo a detecção da adulteração em café, o presente trabalho tem por finalidade avaliar o uso de imagens digitais aliado a ferramentas quimiométricas a fim de detectar adulteração em café moído e torrado. Os adulterantes avaliados foram casca de café melosa, cevada e milho, propondo uma metodologia simples, rápida e barata. Inicialmente avaliou-se as condições de torra dos adulterantes de forma a mimetizar condições de cores mais próximas possíveis das amostras de café torrado. Para isso empregou-se um planejamento fatorial 22 avaliando-se as condições de torra dos adulterantes. Os experimentos considerados mais similares as amostras de café, de acordo com as imagens digitais, foram utilizadas para a adulteração e construção da curva de calibração do café. Com o intuito de se mensurar os diferentes adulterantes simultaneamente, utilizou-se dois planejamentos de misturas, do tiposimplex centroide, com quatro pseudo-componentes. As concentrações mensuradas variaram de 3,75 a 30% em m/m para cada adulterante para o planejamento com os maiores níveis de adulteração e de 0,75% a 3,0% para níveis de menor de adulteração. Foram desenvolvidos modelos de classificação e quantificação com o intuito de detectar e quantificar os adulterantes utilizados, respectivamente. Examinou o uso do PLS (do inglês Partial Leats Squares), para modelos de quantificação de diferentes adulterantes em café. Avaliou o uso de PLS-DA (do inglês, Partial Least Squares - Discriminant Analysis) para a classificação de amostras adulteradas de não adulteradas. Para o modelo de classificação os resultados foram promissores conseguindo classificar de forma satisfatória as amostras adulteradas de não adulteradas, apresentando uma sensibilidade de 99%. Para os modelos de predição os erros quadrados médios foram superiores a 2,5 para a predição dos adulterantes avaliados, apesar dos erros de predição possuírem valores acima de 1%, a metodologia proposta conseguiu avaliar adulteração de café em matrizes complexas (variando condições de torra e diferentes adulterações) de forma satisfatória, simples e barata.

Abstract: Coffee is one of the most consumed beverages in the world. In Brazil, coffee is considered an important commodity in the country, being present in different periods of Brazilian history, and responsible for industrial and economic development. Due to added value, adulteration practices of ground and roasted coffee are recurrent. According to the ABIC (Brazilian Coffee Industry Association) in the seventies, when the regulatory agency was created, around 30% of the brands marketed cheated and sold adulterated coffees. The conventional method for analyzing adulterants in coffee is the optical microscopy method using histological analysis, this method has the disadvantage of being subjective, need a long time-consuming and use considerable amounts of solvents. Because of this, new methods are proposing, analytical methods that not require sample preparation. Proper the problem involving the detection of adulteration in coffee, this work aims to evaluate the use of digital images combined with chemometric tools in order to detect adulteration in ground and roasted coffee. The adulterants evaluated were coffee husks, barley and corn, proposing a simple, fast and cheap methodology. Firstly, was assessed the conditions of the roasted of the adulteration with the purpose to mimic the roasted coffee marketed. The experiments considered more similar as the coffee one, according to the digital images, were used for the adulteration and construction of the coffee calibration curve. For measure the different adulterants at the same time, two mixing plans are used, of the centroid simplex type, with four pseudo components. The calibration set range from 3.75 to 30% in m / m for each adulterant for the planning with the highest levels of adulteration and from 0.75% to 3.0% for the least adulteration levels. Classification and quantification models were developed in order to detect and quantify the adulterants used, respectively. It examined the use of Partial Least Squares (PLS) for quantification models using different adulterants in coffee. Evaluated the use of PLS-DA (Partial Least Squares - Discriminant Analysis) for classifying adulterated from unadulterated. For the classification model, the results were promising, being able to classify satisfactorily as adulterated from unadulterated, with a sensitivity of 99%. For the prediction models, the mean squared errors were greater than 2.5 for the prediction of adulterants to take, despite the prediction errors having values above 1%, one methodology was able to evaluate coffee adulteration in complex matrices (varying roasting conditions and different tampering) in a satisfactory, simple and inexpensive way.