Determinação da adulteração da erva-mate por adição de sacarose empregando espectroscopia no infravermelho (atr-ftir) em conjunto com ferramentas quimiométricas

Abstract

Espectroscometria na região do infravermelho acoplada a reflectância total atenuada (ATR-FTIR) foi utilizada para avaliar a potencialidade de discriminar e quantificar concentrações de sacarose adicionada à erva-mate (Ilex paraguariensis). Para este objetivo, foram analisadas 15 amostras de erva-mate de diferentes produtores por técnicas quimiométricas. A primeira análise preliminar consistiu na distinção entre diferentes formas da erva-mate em seu processo de produção: pura folha, erva-mate cancheada, palitos, folhas diretamente da árvore, erva-mate beneficiada sem adição de açúcar e erva mate beneficiada com adição de açúcar. Após a aplicação de pré-tratamentos nos dados espectroscópicos, foi realizada a análise por agrupamentos hierárquicos (HCA) e análise por componentes principais (PCA). Os seis grupos de amostras foram discriminados, apontando para o potencial uso do ATR-FTIR para avaliar produtos de erva-mate, inclusive para distinguir amostras com e sem adição de açúcar. A segunda análise preliminar teve por objetivo distinguir diferentes possíveis formas de adulteração de erva-mate com açúcar. Neste estudo, então, avaliou-se a adição de sacarose e glicose/frutose 1:1 em forma de cristal e em solução à erva-mate, após secagem em estufa. Da análise exploratória (HCA e PCA), foi possível distinguir as amostras com adição de glicose/frutose 1:1 das com sacarose. O terceiro e quarto estudo tiveram os objetivos de distinguir as amostras com adição de 0 a 30% de sacarose e também desenvolver modelos de calibração para a previsão de concentração de açúcar adicionado à erva. Em ambos estudos, através das análises exploratórias, foi possível distinguir as amostras conforme a sua concentração de sacarose adicionada. No terceiro estudo, foram contruídos modelos de calibração de regressão por mínimos quadrados parciais (PLS) com seleção de variáveis iPLS. Em comparação ao modelo global, o modelo com 10 intervalos apresentou melhores resultados para previsão de concentração de sacarose em erva-mate. No último estudo, foram comparados as metodologias de seleção de variáveis iPLS e biPLS através dos erros de calibração cruzada (RMSECV), de calibração (RMSEC) e de previsão (RMSEP), coeficientes de determinação (Rcal², Rc², Rp²) e número de variáveis latentes (VLs). Entre os três modelos avaliados, global, iPLS e biPLS, o que apresentou melhores resultados foi o modelo selecionando as variáveis por iPLS. Este apresentou figuras de mérito satisfatórias, indicando a potencialidade de uso de ATR-FTIR para a quantificação de sacarose adicionada como adulterante às amostras de erva-mate.

Attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) was used to evaluate the potential to differentiate and to quantify sucrose concentrations added as adulterants in yerba mate (Ilex paraguariensis). For this purpose, it was analysed 15 yerba mate samples from different producers by chemometric techniques. The first preliminary analysis consisted in the discrimination between different yerba mate forms in its processing stages: leaves, yerba ‘cancheada’, stem, leaves directly from the tree, processed yerba mate with and without sugar addition. After the pre-treatments application in the spectroscopic data, it was performed hierarchical cluster analysis (HCA) and principal component analysis (PCA). The six sample groups were distinguished, leading for the potential use of ATR-FTIR to evaluate yerba mate products, especially to differentiate samples with to without sugar addition. The second preliminary analysis aimed to distinguish the possible adulteration ways of sucrose in yerba mate. Then, it was evaluated the addition of sucrose and glucose/fructose 1:1 in the crystal shape and in solution, after drying in oven. From the exploratory analysis (HCA and PCA), it was possible to differentiate the samples with glucose/fructose 1:1 addition to the sucrose. The third and fourth study aimed to differentiate sucrose concentrations added to the yerba (0-30%) and also to develop calibrations models to predict the sucrose concentration. In both studies, it was possible to discriminate the samples with different sucrose concentrations through exploratory analysis. In the third study, it was constructed calibration models by iPLS. Comparing to the global model, the iPLS model with 10 intervals presented the best results to predict sucrose concentration in yerba mate. In the last study, it was compared the methodologies of variable selection, iPLS and biPLS, through cross validation error (RMSECV), calibration error (RMSEC), prediction error (RMSEP), coefficient of determination (Rcal², Rc², Rp²) and latent variable (VLs). Between the three evaluated models, global, iPLS and biPLS, the one that presented the best results was iPLS. It presented satisfactory figures of merit, leading to the potential use of ATR-FTIR to quantify sucrose concentrations added as adulterant to yerba mate.