Citric acid solution as a food simulant for acidic products storaged in metal packaging

Orientador: Rodnei BertazzoliTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: O uso de embalagens metálicas para contato com alimentos tem crescido nas últimas décadas devido ao aumento do consumo de produtos industrializados. As latas fabricadas de folha-de-flandres representam a maior parte das embalagens metálicas utilizadas para o armazenamento de conservas alimentícias. Constituintes desse material, tais como ferro (Fe) e estanho (Sn), podem migrar (como íons ou complexos) para o alimento durante o período de estocagem devido a interação com o produto. A liberação desses metais em quantidades significativas pode alterar as características organolépticas dos alimentos ou representar um risco para a saúde dos consumidores. Diferentes regulamentações, restrições e diretrizes técnicas foram, portanto, implementadas para garantir a adequação e a segurança dos materiais em contato com os alimentos. No Brasil, a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), através da Resolução nº 20 de 2007 estabelece limites e método analítico para quantificar a migração dos constituintes das embalagens metálicas para o produto acondicionado. Esses ensaios de migração são realizados utilizando-se soluções simulantes, substâncias orgânicas com propriedades difusivas análogas aos de um alimento e que apresentam composição química mais simples, visando facilitar, agilizar e reduzir custos de procedimentos analíticos. A escolha do simulante alimentício para cada caso é feita de acordo com as características físico-químicas do alimento e segue classificação determinada pela legislação. No caso de alimentos aquosos ácidos (pH '< ou =' 4,5) o simulante proposto é a solução de ácido acético 3% (m/v). Estudos recentes sugerem que esta solução pode não ser a mais indicada por não representar adequadamente a classe desses alimentos em contato com materiais metálicos. Este trabalho teve como objetivo propor e avaliar solução de ácido cítrico 0,3% (m/v) como simulante alternativo, uma vez que é um ácido orgânico presente em ampla quantidade de alimentos e com grande importância na indústria alimentícia devido às suas propriedades antioxidantes, acidulantes, flavorizantes, sequestrantes e reguladoras de acidez. Para tanto, investigou-se a migração de metais e as mudanças na superfície da folha-de-flandres ocasionadas pelo processo de corrosão do sistema embalagem/simulante, utilizando a técnica de espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado (ICP-OES). Complementando o estudo, avaliou-se também o processo corrosivo destes sistemas variando alguns parâmetros como o pH e temperatura (T) das soluções, natureza do ácido e a presença de revestimento orgânico na folha-de-flandres. A ferramenta de planejamento experimental foi utilizada para otimizar os ensaios e avaliar a influência desses parâmetros no processo corrosivo, empregando-se um Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR) simétrico e de segunda ordem, constituído de um fatorial 2'POT 2', com 4 ensaios, 3 pontos centrais e 4 pontos axiais, totalizando 11 experimentos para cada sistema. Com base neste planejamento fatorial, superfícies com curvas de respostas e análise de variância foram realizadas para avaliação dos efeitos e a significância dos modelos em relação às variáveis pH e temperatura. O planejamento mostrou-se eficaz na otimização dos ensaios e o modelo selecionado foi ajustado para alguns dos sistemas. Com os resultados obtidos pelo ICP-OES verificou-se que exposição em solução de ácido cítrico 0,3% resultaram em liberações de Fe e Sn maiores em comparação com a solução de ácido acético 3%. O ácido cítrico foi mais agressivo devido, principalmente, à maior complexação do metaAbstract: The use of metallic packaging for food contact has grown in the last decades due to the increasing consumption of processed products. Cans made of tinplate represent the majority of metal packaging for canned foods. Constituents of this material, such as iron (Fe) and tin (Sn), can migrate (as ions or complexes) into the food during the storage period due to interaction with the product. The release of these metals in significant quantities may alter the organoleptic characteristics of food or pose a risk to consumers. Therefore different regulations, restrictions and technical guidelines were implemented to ensure the adequacy and safety of materials in contact with food. In Brazil, the National Health Surveillance Agency (ANVISA), through Resolution 20 of 2007 establishes limits and analytical methodology to measure the migration of the constituents from the metallic packaging to the conditioned product. These migration tests are carried out using simulant solutions, which are organic substances with diffusive properties similar to those of a food but with a simpler chemical composition, in order to facilitate, speed up and reduce costs of analytical procedures. The choice of the food simulant for each case is made according to the physical-chemical characteristics of the food and it follows classification determined by the legislation. In the case of acidic aqueous foods (pH '< or =' 4.5) the proposed simulant is the acetic acid 3% (w/v). Recent studies suggest that this solution may not be the most indicated because it does not adequately represent the class of these foods. The objective of this work was to propose and evaluate citric acid solution 0.3% (w/v) as an alternative simulant, since it is an organic acid present in a large quantity of food and of great importance in the food industry due to its antioxidant, acidulants, flavorings, sequestrants and acidity regulators properties. Therefore the migration of metals and the changes in the surface of the tinplate caused by the corrosion process of the packaging / product, using the inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES) technique were investigated. To complement the study, the corrosive process of these systems was also evaluated by varying parameters such as the pH and temperature (T) of the solutions, acid nature and the presence of organic coating on the tinplate. The experimental planning tool was used to optimize the tests and to evaluate the influence of these parameters in the corrosive process, using a symmetrical and second order Rotational Compound Design (DCCR), consisting of a factorial 2'POT 2', with 4 tests, 3 central points and 4 axial points, totaling 11 experiments for each system. Based on this factorial design, surfaces with response curves and analysis of variance were performed to evaluate the effects and significance of the response, pH and temperature variables. The planning was effective in the optimization of the tests, the selected model was adjusted in some systems. With the results obtained by ICP-OES, it was found that exposure in citric acid resulted in higher Fe and Sn releases compared to 3% acetic acid. Citric acid was more aggressive due, mainly, to the greater complexation of the metalDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutora em Engenharia Mecânica141220/2013-9CNP