Estratégias analíticas para a caracterização do perfil inorgânico de sementes e derivados de cânhamo por técnicas espectrométricas

Orientadora: Profa. Dra. Andrea Pinto de OliveiraDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Química. Defesa : Curitiba, 20/02/2020Inclui referências: p. 94-108Resumo: O cânhamo é uma das plantas mais completas para fins industriais e de consumo, devido ao fato de possuir várias características favoráveis, como sua composição rica em ácidos graxos e antioxidantes. Na indústria alimentícia, o principal produto do cânhamo é o óleo de semente, que contém um espectro completo de aminoácidos essenciais para a saúde humana, presença considerável de caroteno, elevada quantidade de minerais e principalmente elevada taxa de ácidos graxos essenciais, que constituem cerca de 80% do total de ácidos graxos presentes na semente. Apesar dos inúmeros benefícios do cânhamo na indústria, esta planta possui também um notável potencial fitorremediador, bem evidenciado na sua capacidade de acumulação de contaminantes inorgânicos, entre eles arsênio (As), cádmio (Cd) e chumbo (Pb) nas raízes, folhas e sementes. Portanto, é relevante a preocupação com a proporção da aplicação do cânhamo na indústria alimentícia. Desta forma, torna-se importante o desenvolvimento de métodos analíticos para o monitoramento dos elementos químicos inorgânicos, bem como prover a avaliação do potencial tóxico das sementes de cânhamo e de seus derivados. Sendo assim, este trabalho teve como objetivo determinar a composição química inorgânica, bem como avaliar a toxicidade das amostras de sementes de cânhamo e seus derivados, empregando técnicas analíticas espectrométricas como a espectrometria de emissão óptica com plasma indutivamente acoplado (ICP OES) e a espectrometria de absorção atômica com forno de grafite (GF AAS). Dessa forma, nesse estudo a composição química inorgânica dos alimentos em estudo foi avaliada por meio de análise por ICP OES, o que evidenciou a presença dos seguintes constituintes inorgânicos: Macroelementos: Ca (10-2000 mg kg-1), K (6500-14000 mg kg-1), Mg (5-8000 mg kg-1), P (39-17000 mg kg-1); Microelementos: Al (15-68 mg kg-1), Ba (0,1-11 mg kg-1), Cr (0,3-1,9 mg kg-1), Cu (10-24 mg kg-1), Fe (92-168 mg kg-1), Mn (0,7-152 mg kg-1), Mo (0,03-1,3 mg kg-1), Na (1,4-87 mg kg-1), Pb (1,2-1,6 mg kg-1) e Zn (51-96 mg kg-1), todos abaixo dos limites máximos estabelecidos pelas agências reguladoras, FDA e ANVISA. Para a avaliação da toxicidade dos produtos de cânhamo por GF AAS em termos de seus constituintes inorgânicos, foram desenvolvidas estratégias de preparo de amostras e métodos analíticos para a determinação de As, Cd e Pb, avaliadas por meio de otimizações com planejamentos fatoriais. Tratamento ácido e solubilização alcalina foram empregados nessas análises. Limites de quantificação da ordem de 0,57 ?g g-1 (As), 0,036 ?g g-1 (Cd) e 0,38 ?g g-1 (Pb) foram obtidos, e valores satisfatórios de exatidão (recuperações de 87-100%) e precisão (RSD < 7%) foram alcançados para os analitos investigados. Com base nos resultados deste estudo, pode-se concluir que as sementes de cânhamo com casca (SC1 e SC2) e sem casca (SD) contêm níveis de Pb (SC1 - 1,07 ?g g-1, SC2 - 1,23 ?g g-1 e SD - ?g g-1) acima do limite máximo estabelecido pela ANVISA, Comunidade Europeia e FAO/WHO (0,2 ?g g-1). Em termos de teor de Cd (SC1 - 0,06 ?g g-1 e proteína de cânhamo (PR) - 0,07 ?g g-1) apresentaram teores abaixo dos limites recomendados pelas agências reguladoras (0,1 ?g g-1), enquanto para As não foi possível inferir no nível de segurança de consumo desses alimentos, uma vez que o LOQ do método (0,57 ?g g-1) estava um pouco acima dos limites preconizados pelas agências reguladoras (0,1-0,3 ?g g-1). Os métodos propostos mostraram-se robustos, com elevada precisão, exatidão e frequência analítica, alcançando os objetivos propostos. Palavras-Chave: Cânhamo, solubilização alcalina, elementos inorgânicos, ICP OES, GF AAS.Abstract: Hemp is one of the most complete plants for industrial and consumer purposes, due to the fact that it has several favorable characteristics, as its composition is rich in fatty acids and antioxidants. In the Food Industry the main product of hemp is seed oil, wich contains a full spectrum of essential amino acids for human health, considerable presence of carotene, high amount of minerals and especially the high rate of essential fatty acids, which constitute about 80% of the total fatty acids present in the seed. Despite the numerous benefits of hemp in the Industry, this plant also has a remarkable phytoremediation potential, well evidenced in its ability to accumulate inorganic contaminants, including arsenic (As), cadmium (Cd) and lead (Pb) in roots, leaves and seeds. Therefore, the concern with the proportion of hemp application in Food Industry is relevant. Thus, it is important to develop analytical methods for monitoring inorganic chemical elements, as well as providing an assessment of the toxic potential of hemp seeds and their derivatives. Hence, this work aimed to trace the inorganic chemical composition, as well as to evaluate the toxicity of hemp seeds and their derivatives, using spectrometric analytical techniques such as Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP OES) and Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy (GF AAS). Thus, in this study, the inorganic chemical composition of the foods under study was assessed by analysis by ICP OES, which evidenced the presence of the following inorganic constituents: Macroelements: Ca (10-2000 mg kg-1), K (6500-14000 mg kg-1) , Mg (5-8000 mg kg-1), P (39-17000 mg kg-1); Microelements: Al (15-68 mg kg-1), Ba (0.1-11 mg kg-1), Cr (0.3-1.9 mg kg-1), Cu (10-24 mg kg-1), Fe (92-168 mg kg-1), Mn (0.7-152 mg kg-1), Mo (0.03-1.3 mg kg-1), Na (1.4-87 mg kg-1), Pb (1.2-1.6 mg kg-1) and Zn (51-96 mg kg-1), all below the maximum limits established by regulatory agencies, FDA and ANVISA. For the evaluation of the toxicity of hemp products by GF AAS in terms of their inorganic constituents, sample preparation strategies and analytical methods were developed for the determination of As, Cd and Pb, evaluated through optimizations with factorial designs. Acid treatment and alkaline solubilization were used in these analyzes. Quantification limits of the order of 0.57 ?g g-1 (As), 0.036 ?g g-1 (Cd) and 0.38 ?g g-1 (Pb) were obtained, and satisfactory values of accuracy (recoveries of 87-100 %) and precision (RSD < 7%) were achieved for the investigated analytes. Based on the results of this study, it can be concluded that hemp seeds with shell (SC1 and SC2) and shelled (SD) contain Pb levels (SC1 - 1.07 ?g g-1, SC2 - 1.23 ?g g-1 and SD - ?g g-1) above maximum limit established by ANVISA, European Community and FAO/WHO (0.2 ?g g-1). In terms of Cd content (SC1 - 0.06 ?g g-1 and hemp protein (PR) - 0.07 ?g g-1), they presented levels below the limits recommended by regulatory agencies (0.1 ?g g-1), while for As it was not possible to infer the level of safe consumption of these foods, since the LOQ of the method (0.57 ?g g-1) was slightly above the limits recommended by regulatory agencies (0.1-0.3 ?g g-1). The developed methods proved to be robust, with high precision, accuracy and analytical frequency, reaching the proposed objectives. Keywords: Hemp, alkaline solubilization, inorganic elements, ICP OES, GF AAS