Development and evaluation of a near-infrared emission spectroscopy instrument for determination of oxidative stability

A autoxidação de lipídeos é uma das principais causas de degradação de óleos e gorduras. Este processo gera uma série de compostos indesejáveis, tais como, peróxidos, hidroperóxidos e ácidos carboxílicos de cadeia curta. A determinação da estabilidade oxidativa de um óleo, é, portanto, essencial para estimar o tempo de prateleira - um parâmetro importante para a indústria alimentícia. Para quantificar o grau de oxidação de um óleo, uma série de parâmetros pode ser utilizada, como os índices de peróxido e de anisidina, o teor de dienos conjugados, dentre outros. Métodos acelerados foram desenvolvidos para a estabilidade oxidativa - uma medida da variação do grau de oxidação ao longo do tempo -, em particular o método Rancimat. Nele, uma amostra de cerca de 3 g de óleo e aquecida em temperaturas na faixa de 100-130 °C, e um fluxo de ar constante e passado através da amostra e carreado para um recipiente contendo água deionizada. O monitoramento da condutividade elétrica desta solução permite identificar o período de tempo necessário para que a taxa de formação de ácidos carboxílicos de cadeia curta se torne significativa. Este tempo é denominado tempo de indução (TI), e corresponde ao índice de estabilidade oxidativa (OSI - Oxidative Stability Index) do óleo. A espectroscopia de emissão no infravermelho próximo (NIRES), por outro lado, permite o monitoramento de hidroperóxidos, devido ao aumento e alargamento de uma banda em 2900 nm que ocorre ao longo do processo oxidativo. Neste trabalho foi desenvolvido e avaliado um fotômetro NIRES, dedicado para a determinação de estabilidade oxidativa. No método NIRES, uma amostra de 10 mL e aquecida a uma temperatura fixa (140 - 180 °C), sendo mantido um fluxo constante de ar purificado ao redor da amostra. A emissividade do óleo em 2850 e 2675 nm e continuamente monitorada com um detector de PbS, sendo a seleção dos comprimentos de onda realizada por dois filtros de interferência. A formação de hidroperóxidos ocasiona um aumento significativo da emissividade a 2850 nm, permitindo a determinação de TI de forma análoga ao método Rancimat.. O equipamento construído apresenta uma série de vantagens com relação ao método Rancimat, tais como: rapidez na análise, simplicidade operacional, menor consumo de amostra e a possibilidade de determinar a estabilidade oxidativa em temperaturas de fritura (140-180 °C). A precisão do método NIRES encontrada é equivalente à precisão do método Rancimat, e existe uma correlação entre eles (R = 0,90)Lipid autoxidation is the main cause of fats and oils deterioration. This process generates a series of undesirable compounds, such as hydroperoxides and low chain carboxylic acids. Thus, determination of oilfs oxidative stability is essential for estimation of the shelf life - an important parameter for the food industry. Several parameters are used for quantifying the degree of oxidation of an oil sample, such as the peroxide value, anisidine value, and conjugated dienes. Accelerated methods have been developed for measuring oxidative stability - the variation of the degree of oxidation with time -, particularly the Rancimat method. In this method, a constant air flow passes through a 3 g oil sample, heated at 110 - 130°C, and then is collected in a vessel containing deionized water. By monitoring the deionized waterfs conductance, an induction time (IT) - which corresponds to the Oil Stability Index (OSI) - can be determined. On the other hand, near infrared emission spectroscopy (NIRES) allows the determination of IT by monitoring the formation of hydroperoxides. As the oil undergoes autoxidation, a band at 2900 nm becomes broader and more intense. In this work, a near infrared emission spectroscopy photometer, dedicated to determination of oxidative stability, has been developed and evaluated. In the NIRES method, a 10 mL oil sample is heated at a constant temperature (140 - 180 °C), and a purified air flow is maintained around the sample. The oilfs emissivity at 2675 and 2850 nm is continually monitored with a PbS detector, and the wavelengths are selected with two interference filters. Formation of hydroperoxides increases significantly the emissivity at 2900 nm, allowing the determination of IT in a way analogous to the Rancimat method. The developed equipment presents several advantages towards the Rancimat, including: faster analysis, lower sample consumption, operational simplicity, and the possibility of measuring oxidative stability at frying temperatures. Also, the methodfs precision is equivalent to the Rancimatfs precision, and a correlation between them has been found (R = 0,90