Quais são os métodos utilizados para determinação de açúcares redutores?

QUAL A IMPORTÂNCIA DO CONTROLE DE AÇÚCAR EM ALIMENTOS?

A Organização Mundial de Saúde (OMS) determinou que o consumo diário de açúcar deve diminuir significativamente. Adultos e crianças devem consumir no máximo 50 g por dia ou, idealmente, 25 g por dia, o que significa, aproximadamente, 2 colheres de sopa ou 6 colheres de chá não cheias de açúcar.

Há vários tipos de açúcar: sacarose, o mais conhecido, e que comumente utilizamos no dia a dia; a frutose, que está nas frutas, e a lactose, que vem do leite. Na recomendação da OMS não se incluem, na conta diária, o açúcar proveniente das frutas nem do leite.

Quando ingerimos estes açúcares, a digestão os transforma em glicose, que é o principal combustível das células. Nosso cérebro, por exemplo, não vive mais de 5 minutos sem glicose. É o seu combustível essencial. Quando falta glicose no sangue, apresentamos os desagradáveis sintomas de hipoglicemia: tremedeira, suor frio, tonturas, enjôo, moleza, sensação de desmaio ou até o desmaio propriamente dito. Recém nascidos sem glicose podem até ter uma crise convulsiva.

O açúcar, portanto, é essencial à vida.

Então por que a OMS nos manda restringir o uso de açúcar a uma quantidade mínima?

Porquê não é o açúcar que faz mal, mas sim a quantidade que ingerimos que, em excesso, prejudica a saúde.

A ingestão média de açúcar pelos brasileiros está em torno de 150 g por dia. Isso é muito!

O ideal, como já dissemos, situa-se abaixo de 50 g por dia, ou seja, um terço do consumo médio. Idealmente, deveríamos consumir um sexto do consumo diário médio, o equivalente a 25 g.

Muita ingestão de glicose, gera muita produção de insulina. Glicose em excesso, resulta em insulina em excesso.

Resultado da equação: Aumento excessivo e desnecessário de peso, o que compromete várias funções do organismo e, mais que isso, passamos a desenvolver uma certa resistência à insulina.

Assim, precisamos cada vez de mais insulina para guardar a glicose que continua chegando, conforme continuamos a consumi-la. Em algum tempo, a chance de desenvolvermos diabetes é muito grande.

Obesidade e diabetes caminham juntas com várias outras morbidades, como hipertensão e doenças cardiovasculares, que, juntas, deterioram a qualidade de vida de todas as pessoas.

Observação: Texto adaptado de matéria publicada em 09/03/2015 pela Dra. Ana Escobar.

Disponível em: http://g1.globo.com/bemestar/blog/doutora-ana-responde/post/se-o-acucar-e-importante-fonte-de-energia-por-que-faz-mal-para-saude.html

Por estes motivos a OMS e grande parte dos governos no continente americano estão buscando implementar legislações para alertar o consumidor sobre os riscos do consumo de açúcar em excesso.

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE AÇÚCAR EM ALIMENTOS

Os açúcares estão presentes em quase todos os alimentos, podendo ser encontrados na forma de monossacarídeos ou polissacarídeos.

Nos dias atuais, com o avanço da tecnologia analítica, temos à nossa disposição uma ampla gama de métodos e técnicas oficiais de análise para a determinação da concentração de açúcares redutores, não redutores e açúcares totais.

As técnicas analíticas para a determinação de teor de açúcar baseiam-se nas diferentes propriedades físicas, químicas ou ópticas de cada açúcar para determinar sua concentração em uma amostra de interesse.

Nesta parte do artigo vamos discutir um pouco sobre cada método de determinação de açúcar, iniciando do mais básico e mais barato: refratômetro manual até o mais sofisticado, seguro e preciso (e também mais caro): a cromatografia líquida de alta eficiência – CLAE.

MAS O QUE SÃO AÇÚCARES REDUTORES, NÃO REDUTORES E TOTAIS?

Açúcares redutores (AR)

Existem açúcares que possuem grupos carbonílico e cetônico livres, que são capazes de se oxidar na presença de agentes oxidantes, em soluções alcalinas. Estes são os açúcares redutores (AR), que são monossacarídeos, como a glicose e a frutose, e alguns dissacarídeos, como a maltose (formada por glicose) e a lactose (formada por galactose e glicose). As funções cetônicas e aldeídicas livres possibilitam a redução de íons catiônicos, como o Cobre e o Ferro (DEMIATE et al., 2002).

Açúcares não redutores (ANR)

Os açúcares não-redutores (ANR) precisam sofrer hidrólise da ligação glicosídica para oxidar. Um exemplo é a sacarose, que é formada pela ligação entre o grupo funcional aldeídico de uma molécula de glicose e o grupo funcional cetônico de uma molécula de frutose. A hidrólise de açúcares não-redutores é geralmente feita com ácido forte ou com o uso de enzimas (DEMIATE et al., 2002).

Açúcares totais

O teor açúcares totais (%AT) é determinado pela soma de açúcares redutores + açúcares não redutores.

Nota 1: Os açúcares não-redutores podem ser quantificados pelas mesmas metodologias que os açúcares redutores, desde que primeiramente seja feita hidrólise, que pode ser química ou enzimática, para tornar os ANR em AR.

Nota 2: Existem técnicas que necessitam da hidrólise para quantificar os dois tipos de açúcares, enquanto a cromatográfica é capaz de quantificar todos os tipos de açúcares sem hidrólise prévia.

QUAIS AS PRINCIPAIS TÉCNICAS ANALÍTICAS PARA A DETERMINAÇÃO DE AÇÚCARES?

Como mencionado anteriormente, existem diversas técnicas disponíveis para a determinação do teor de açúcares em alimentos e bebidas.

Neste artigo iremos estudar as técnicas que entendo como sendo as principais:

• Refratometria
• Polarimetria
• Titulometria
• Espectrofotometria UV-VIS
• Cromatografia Líquida com detector de índice de refração
• Cromatografia de íons com detector amperiométrico

REFRATOMETRIA

Esta é a técnica mais difundida e aplicada no controle industrial na determinação quantitativa e qualitativa de açúcares. É um método indireto, físico, não seletivo que determina a concentração de sólidos solúveis totais e por isso não faz nenhuma distinção entre os tipos de açúcares presentes e suas concentrações.

Refratômetro

Refração é a mudança da direção de um feixe de luz ao trocar de meio. Nesse caso, a passagem do ambiente para a solução líquida. Essa mudança é medida em graus, para a determinação do ângulo de refração.

Utiliza-se um aparelho denominado refratômetro para tal função. O refratômetro mede este desvio e retorna um valor de índice de refração, que é comparado com um padrão, previamente calibrado (CALDAS et al.,2015).

Nota 3: A unidade utilizada é o grau Brix (ºBx). A medida de 1°Bx representa 1g de compostos solúveis totais a cada 100g de solução. Assim sendo, uma solução de 100g de água e sacarose, contendo 20g de sacarose, é uma solução de 20°Bx. A medida do índice de refração de uma solução varia com a sua concentração.

A refratometria á apropriada para medidas rotineiras, com o objetivo de liberação de amostras para o laboratório de Controle da Qualidade ou em empresas de pequeno porte para controle final da produção, por apresentar resultados rápidos de maneira simples, apesar da refratometria medir apenas açúcares totais.

Polarimetria

Moléculas que não possuem elementos de simetria se apresentam aos pares na natureza. Trata-se dos pares de enantiômeros, ou seja, estereoisômeros que são imagens no espelho um do outro. Todos os átomos, todas as ligações químicas são idênticas, portanto não é surpresa que apresentem as mesmas propriedades físicas, tais como ponto de ebulição, ponto de fusão, densidade etc. Mas, existe uma propriedade que é diferente, trata-se da capacidade destas moléculas em desviar o plano de vibração da luz plano-polarizada. Portanto, trata-se de uma característica exclusiva destes tipos de molécula e, assim, de grande valor para auxiliar na caracterização e/ou quantificação das mesmas.

 A Polarimetria é a ciência da medição da polarização da luz.

Sacarímetro

Um sacarímetro mede a concentração de açúcar em uma solução, tornando-se um importante instrumento nas indústrias de alimentos e bebidas. Os sacarímetros normalmente trabalham passando luz através do açúcar em uma solução e fazendo medições do índice de refração do açúcar. Embora existam há algum tempo, os sacarímetros modernos são automatizados e oferecem altos graus de precisão.

 Nota 4: Coisas a considerar antes de comprar incluem os tipos de açúcares que podem ser medidos, tamanho da amostra, precisão e preço.

Titulometria: Método Lane-Eynon (LE)

Diversos pesquisadores relatam que para atingir resultados exatos com a utilização dessa metodologia é necessário manter a ebulição constante durante a titulação, para evitar que o óxido cuproso (de coloração avermelhada) seja oxidado pelo oxigênio presente no ar e volte à condição de óxido cúprico (de coloração azul). Além disso, devido à necessidade de aquecimento, a titulação deve durar no máximo três minutos, de modo a evitar a decomposição dos açúcares, proveniente do aquecimento prolongado.

Nota 5: Esta é uma técnica amplamente utilizada, mas pode apresentar erros devido a fatores como a preparação antecipada do reagente de Fehling, tempo de ebulição incorreto e erro no momento da adição dos reagentes. Além disso, a preparação da solução de Fehling é complexa e o tempo total de análise é longo.

Nota 6: Na técnica titulométrica são utilizadas etapas diferentes para a determinação de açúcares redutores e não redutores.

Nota 7: Assim como em outros métodos, para analisar também açúcares não-redutores, é necessário realizar hidrólise prévia em meio ácido.

Nota 8: Hidrólise também conhecida também por inversão é a alteração de uma substância complexa, a qual é quebrada em moléculas menores, utilizando água juntamente com ácido ou enzima, como catalisadores.

Espectrofotometria

Ao contrário da refratometria, métodos espectrofotométricos permitem a determinação não somente de açúcares totais, mas é possível distinguir açúcares redutores (AR) e açúcares não redutores (ANR).

Espectrofotômetros são instrumentos capazes de registrar dados de absorbância ou transmitância em função do comprimento de onda. Este registro é chamado de espectro de absorção ou de espectro de transmissão, segundo o dado registrado for de absorbância ou transmitância, respectivamente. O espectro de absorção é característico para cada espécie química, sendo possível a identificação de uma espécie química por seu “espectro de absorção”.

A característica mais importante dos espectrofotômetros é a seleção de radiações monocromáticas, o que possibilita inúmeras determinações quantitativas regidas pela Lei de Beer. Quando a região espectral usada é a ultravioleta/visível, são necessários componentes óticos de quartzo e detectores altamente sensíveis capazes de detectar radiações nessa extensa faixa espectral em que atua o instrumento. Os espectrofotômetros, em geral, contêm cinco componentes principais: fontes de radiação, monocromador, recipientes para conter as soluções, detectores e indicadores de sinal.

Nota 9: Cubetas de plástico são mais convenientes a serem utilizadas neste método, mas o material plástico reage com ácidos fortes após longa exposição.

Nota 10: A solução não pode estar concentrada demais a ponto de prejudicar a linearidade da curva de absorbância. Indica-se que a concentração de açúcares seja de, no máximo, 0,50g/L.

Nota 11: O tempo necessário entre o começo dos experimentos (iniciando com o preparo dos reagentes) até a obtenção de resultados é de aproximadamente 26 horas.

Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) com Detector Índice de Refração

A cromatografia é um processo mais complexo e preciso do que as metodologias que envolvem refratometria, espectrofotometria e titulometria. Seu diferencial é a seletividade em relação aos diferentes monossacarídeos e dissacarídeos que são quantificados simultaneamente em uma única análise. A CLAE é uma técnica popularmente empregada na análise simultânea de diferentes açúcares, como a glicose, a frutose e a sacarose.

A cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) ou em inglês, High Performance Liquid Chromatography (HPLC), tem sido amplamente utilizada na análise de separação, identificação e quantificação de compostos ativos.

Como se faz a identificação de um composto por HPLC?

O tempo de retenção varia de acordo com as interações das substâncias presentes na amostra com as fases estacionária e móvel, por isso, cada composto será eliminado da coluna e identificado pelo detector em um tempo diferente, gerando um pico cromatográfico.

A análise dos diferentes picos nos permite identificar e quantificar as substâncias presentes na amostra.

Detector por Índice de Refração (RI)

Confesso que o detector que me chama mais atenção, por conta de suas peculiaridades (que, infelizmente, não há espaço para escrever aqui) é o detector por Índice de Refração (RI).

Também chamado de refratômetro diferencial, este sistema é conhecido como detector universal por apresentar respostas para qualquer espécie de amostra e por ser amplamente utilizado em ensaios para a determinação de teor de açúcares em diversas amostras.

Como funciona o Detector de RI?

A análise baseia-se na mudança do índice de refração do eluente por causa dos componentes da amostra. Quanto maior a diferença do índice de refração entre a fase móvel e o componente da amostra, mais intenso é o sinal.

Este detector possui como principais características:

• Versatilidade, pois detecta todos os solutos
• Moderada sensibilidade (é até 1000 vezes menos sensível que o UV/VIS)
• Sensível a qualquer mudança de temperatura alterando sua resposta
• Fácil de operar
• É pouco recomendável o uso de gradiente
• Não é destrutivo

Os detectores de índice de refração são empregados quando outros disponíveis não respondem aos compostos de interesse e a sensibilidade não for muito importante, como por exemplo, em separações preparativas e em análises de macromoléculas em cromatografia de exclusão por tamanho.

Cromatografia de íons – Detector Amperométrico

A Cromatografia de Íons é a fusão de duas grandes áreas: a cromatografia a líquido e a troca iônica.

Porém, enquanto a cromatografia a líquido tradicional (High Performance Liquid Chromatography – HPLC, ou em português, Cromatografia Líquida de Alta Eficiência - CLAE), se divide, basicamente em duas classes: Cromatografia de fase normal e cromatografia de fase reversa. A cromatografia de íons se divide em três classes principais: Cromatografia de par iônico, Cromatografia de exclusão iônica e Cromatografia de troca iônica.

Mas como funciona um cromatógrafo de íons para análise de açúcares?

De forma geral um cromatógrafo de íons funcionada da seguinte maneira:

a)   O primeiro passo é injetar a amostra de interesse no sistema de cromatografia de íons;

b)  Com o auxílio da bomba de pressão a amostra e o eluente são deslocados pelo equipamento, passando por uma pré-coluna, em seguida pela coluna de cromatografia de íons (que pode ser catiônica ou aniônica), dependendo das características dos analitos de interesse; (Nesta etapa onde ocorre a troca iônica dos íons entre o analito e a coluna, que ocorre através de afinidade eletrônica);

c)   Na sequência, a amostra passa pela bomba supressora que possui como intuito a separação e identificação de forma mais eficiente dos analitos, nesta etapa também ocorre a supressão do eluente.

d)  Por fim, o detector faz a análise dos compostos e então seus dados são apresentados em forma de cromatograma.

Discussões finais

Existem outras técnicas para a determinação de açúcar em alimentos e bebidas, mas acredito ter abordado as principais neste artigo.

O fato de maior importância neste artigo deve ser, não como se determina a concentração de açúcar em alimentos e bebidas, mas sim a importância de controlar o consumo diário desta substância, visto que o consumo excessivo pode ocasionar e/ou intensificar diversos problemas à saúde.

Estou escrevendo em parceria com os colegas: Felipe Cieza (Engenheiro Químico - Peru), Dra. Silvia Martelo (Cardiologista - Brasil) e Gökçe Su Kleijn (Engenheira Bioquímica - Holanda), sobre a importância do controle de consumo de açúcar e seus principais efeitos à saúde.

A ideia deste artigo em parceria foi do Felipe Cieza.

Enquanto ele fala sobre a legislação que define regras para a rotulagem de embalagem de alimentos e bebidas com a declaração da quantidade de açúcar de forma clara e objetiva, eu falo sobre as técnicas instrumentais analíticas para a determinação do teor de açúcar (basicamente este artigo) e nossas colegas especialistas na área de saúde descrevem a importância deste controle com ênfase na parte médica e biofuncional. Acredito que em alguns dias o artigo já esteja publicado no LinkedIn.

Um forte abraço,

Referências

1.   DEMIATE et al. Determinação de Açúcares Redutores e Totais em Alimentos. Comparação entre Método Colorimétrico e Titulométrico. Publicatio UEPG – Exact and Soil Sciences, Agrarian Sciences and Engineering, v. 8, n. 1, p. 65-78, 2002.

Disponível em: < http://www.revistas2.uepg.br/index.php/exatas/article/view/772/677>.

2.   CALDAS, B. S. et al. Determinação de açúcares em suco concentrado e néctar de uva: comparativo empregando refratometria, espectrofotometria e cromatografia líquida. Scientia Chromatographica, v. 7, n. 1, p. 53-63, 2015.

Disponível em: <http://www.scientiachromatographica.com/doi/10.4322/sc.2015.016>.

3.   SANZ, M.L.; MARTÍNEZ-CASTRO, I. Recent developments in sample preparation for chromatographic analysis of carbohydrates. Journal of Chromatography A, v. 1153, n. 1–2, p. 74-89, 2007.

4.   Barragan, José Tiago Claudino, 1980 - Melhorias nos sistemas de detecção de carboidratos para cromatografia de íons / José Tiago Claudino Barragan. – Campinas, SP : [s.n.], 2016.

5.   Dornemann, Guilherme Moraes - Comparação de Métodos para Determinação de Açúcares Redutores e Não-redutores - UFRGS, 2016.

6.   RAMASAMI, P. et al. Quantification of Sugars in Soft Drinks and Fruit Juices by Density, Refractometry, Infrared Spectroscopy and Statistical Methods. The South African Journal of Chemistry, v. 57, p. 24-27, 2004.

Disponível em: < http://www.ajol.info/index.php/sajc/article/viewFile/21572/111962 >.

7.   EWING, G. W. Métodos Instrumentais de Análise Química. Vol. I, Ed da USP, SP, 1977.

8.   HALLIDAY, D. Fundamentos de Física 4, Ótica e Física Moderna, Rio de Janeiro: LTC, 1991.

Como determinar açúcares redutores?

Como são classificados os métodos de determinação de açúcares redutores?

Quais testes identificam açúcares redutores?

Qual processo é realizado para determinar açúcares não redutores?