COELHO, L. F. D.

SIMEONE, M. L. F.

SOUZA, E. de A.

Portuguese

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Uso da espectroscopia no infravermelho próximo para valiar os teores de proteína e óleo em milho1  Edislane de Araújo Souza2, Letícia Fernandes Dias Coelho2, Maria Lúcia Ferreira Simeone3. 1 Trabalho financiado pelo CNPq. 2Estudante do Curso de Engenharia de Alimentos da Universidade Federal de São João Del Rei – MG – Bolsista PIBIC do Convênio CNPq - Embrapa 3 Pesquisadora da Embrapa Milho e Sorgo  Introdução O milho é um dos cereais mais usados na nutrição animal e, sua importância econômica não é só caracterizada na aplicação alimentícia, pois o uso de seus derivados estendem-se as indústrias química, farmacêutica, de papéis, têxtil, entre outras aplicações mais nobres. A composição química do milho é predominante de carboid atos (amido), proteína e lipídeos (óleo), tornando-o um alimento energético. Para um aproveitamento adequado do grão, é necessário conhecer seus componentes e sua composição química. Uma das técnicas analíticas que possibilita a realização de análises químicas com precisão, rapidez, baixo custo e pouca manipulação de amostras é a espectroscopia no infravermelho próximo – NIRS (Near Infrared Spectroscopy) (SHENK; WESTERHAUS, 1994) A refletância no infravermelho próximo é um método espectroscópico, alternativo e rápido, que surgiu como alternativa aos métodos analíticos tradicionais. (PIONEER,1995). Metodologias que empregam a espectroscopia NIR têm se mostrado altamente eficientes na substituição de métodos de análise laboratoriais em diversos setores, como em análises de alimentos, produtos farmacêuticos e agrícolas, dentre outros, viabilizando a avaliação de um grande número d  parâmetros, em um largo espectro de amostras. Mas, para que a técnica seja empregada com boa acurácia e precisão, a cada característica de interesse, é necessário realizar a construção de um modelo de calibração multivariada associando os dados espectroscópicos NIR aos resultados analíticos realizados pelos métodos de referência. E, para a realização dos ajustes no modelo de calibração são necessários procedimentos matemáticos e quimiométricos apropriados ao modelo multivariado escolhido para o conjunto de amostras analisadas. O objetivo do trabalho foi o desenvolvimento de um modelo de calibração multivariada utilizando a técnica NIR para a determinação do teor de proteína e extrato etéreo em amostras de grãos de milho moído. Material e Métodos As amostras de grãos de milho foram selecionadas a partir de diferentes genótipos comerciais de milho e coletadas no ano de  2014 em ensaios localizados em diferentes regiões de Minas Gerais, Goiás, Mato Grosso e São Paulo.  Foram selecionadas 375 amostras de grãos de milho buscando-se maior representatividade das amostras para a realização ds análises do teor de proteína bruta. Para a análise do extrato etéreo foram selecionadas 229 amostras. A porcentagem de proteína bruta foi obtida multiplicando o teor de nitrogênio obtido pelo método de combustão de Dumas em analisador LECO, modelo FP254 por 6,25 (AOAC, 2002). O extrato etéreo corresponde ao teor de óleo e foi determinado em extrator pressurizado ANKOM (AOCS, 2005). Os grãos de milho foram secos à 65ºC até peso constante. Em seguida foram trituradas em moinho de facas tipo Willey, utilizando a peneira de 2 mm. Os espectros das amostras foram obtidos em equipamento BUCHI, modelo NIRFlex 500 (Buchi Labortechnik, Flawil, Switzerland) equipado com detector de InGaAs, utilizando como porta-amostra uma placa de Petri de vidro borossilicato.  O equipamento foi calibrado utilizando o padrão Spectralon®. Os espectros das amostras de grãos de milho foram obtidos em triplicata, na região de 4.000 a 10.000 cm-1, com resolução de  4 cm-1 e 32 varreduras por espectro.  Os teores de proteína bruta e extrato etéreo obtidos pel s métodos de referências foram associados aos espectros NIR e o método PLS (artial Least Square) foi utilizado para desenvolver o modelo de calibração multivariada. Nesse processo utilizou-se o software Unscrambler® (versão 10.3, CAMO Software Inc., Norway).  Todos os espectros NIR foram pré-processados utilizando a variação normal padrão - SNV (Standard Normal Variate), primeira derivada Savitzky-Golay com 9 pontos à direita e 9 pontos à esquerda para corrigir os efeitos de espalhamento e deslocamentos de linha de base. Os dados também fora centrados na média. Os indicadores  estatísticos utilizados para avaliar o desempenho dos modelos foram: raiz quadrada do erro médio de calibração - RMSEC (Root Mean Squared Error of Calibration), raiz quadrada do erro médio de validação cruzada - RMSECV (Root Mean Squared Error of Cross Validation), raiz quadrada do erro médio de predição - RMSEP (Root Mean Squared Error of Prediction), R2 (coeficiente de determinação para o conjunto de calibração e validação) e relação de desempenho do desvio - RPD (Residual Prediction Deviation) (NIRS CONSORTIUM, 2008).  Resultados e Discussão  Os resultados obtidos para o teor de proteína variaram entre 6,78 e 15,66 %, com valores médios de 10,08%, cujos valores representaram  faixa de amostragem para o desenvolvimento do modelo de calibração multivariad. Para o teor de extrato etéreo, os resultados obtidos variaram entre 2,43 e 5,75%, comvalores médios de 5,00%. As amostras foram dividas em dois conjuntos: um para a calibração e outro para a validação externa (previsão).  Obteve-se uma boa correlação entre os valores previstos pelo modelo e os valores obtidos pelo método de referência para os te res de proteína e extrato etéreo tanto para as amostras do conjunto de calibração com  para as do conjunto de  previsão. Na Tabela 1 podem-se observar os parâmetros de qualidade obtidos na calibração e validação externa utilizando o modelo PLS.  A escolha do número de variáveis latentes foi feita por meio da resposta de maior variância explicada, sendo que o melhor resultado foi obtido com o uso de 4 variáveis latentes para o parâmetro proteína e 7 variáveis latentes para extrato etéreo.   TABELA 1 – Resultados das análises estatísticas dos conjuntos de calibração e validação para o teor de proteína e extrato etéreo em milho moído.  Parâmetros Proteína Extrato etéreo  Calibração Previsão Calibração Previsão Número de amostras 250 125 150 79 Faixa espectral (cm-1) 4.000-10.000 4.000-10.000 4.000-10.000 4.000-10.000 Valor máximo (%) 15,66 14,87 5,75 5,54 Valor mínimo (%) 6,78 7,75 2,43 2,93 Média (%) 10,08 10,12 5,06 4,52 Variáveis Latentes 4 4 7 7 R2 0,92 0,90 0,85 0,78 RMSEP (%) 0,35 0,42 0,26 0,34 RPD 3,51 3,07 2,63 1,77   O coeficiente de determinação (R2) obtido para o conjunto de amostras da calibração foi 0,92 e 0,85 para os parâmetros proteína  extrato etéreo, respectivamente, sugerindo, portanto, que há uma boa correlação entre os valores previstos pelo modelo multivariado e os valores obtidos pelo método de ref rência. A eficiência do modelo foi avaliada pela previsão de resultados para novas amotras de grãos de milho moído. Nesta etapa foram utilizadas amostras externas à etapa de calibração e o erro associado ao modelo desenvolvido pode ser avaliado pelo RMSEP. O erro padrão de predição encontrado foi de 0,42 % para proteína e 0,34%  para extrato etéreo. O valor encontrado para RMSEP está muito próximo do valor encontrado para RMSEC. A RPD também é uma medida utilizada para estimar a c p cidade preditiva dos modelos, na qual se devem utilizar modelos com RPD acima de 1,5. O valor de RPD representa a relação entre o desvio padrão dos valores da propriedade medida pelo método convencional e o erro padrão das amostras contidas no conjunto de calibração ou previsão (WILLIAMS e SOBERING, 1993). Como podem ser observados na Tabela 1, os valores de RPD foram considerados bons, uma vez que os valores obtidos estão acima de 1,5 para o conjunto de amostras de calibração e previsão, respectivamente. Esses dados são comparáveis aos de outros trabalhos de pesquisa utilizando a técnica de espectroscopia no infravermelho próximo para a realização da análise do teor de proteína e óleo em milho (BERARDO et. al., 2009).   Conclusão  O uso da espectroscopia no infravermelho próximo associada a métodos de calibração multivariada (PLS) possibilitou o desenvolvimento de um método rápido e não destrutivo para análise do teor de proteína e óleo em grãos de milho moído. Os resultados indicam que o modelo desenvolvido foi capaz de fornecer resultados confiáveis e que possibilitam à sua implantação em rotina laboratorial.     Referências   AOAC official method 992.23: crude protein in cereal grains and oilseeds. In: OFFICIAL methods of analysis of AOAC International. Washington: AOAC International, 2002.  AOCS. American Oil Chemists’ Society. Official Method Am 5-04: rapid determination of oil/fat utilizing high temperature solvent extraction. Urbana, 2005.  BERARDO, N.; MAZZINELLI,G.; VALOTI, P.; PAOLO, L.;  REDAELLI, R. Characterization of maize germplasm for the chemical composition of the grain. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 57, n. 6, p. 2378-2384, 2009.  PIONEER. Pionner forage manual: a nutritional guide. Lowa, Pionner Hi-Bred International, 1995. 54 p.  SHENK, J. S.; WESTERHAUS, M. O. The aplication of Near Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) to forage analysis. In: FAHEY JR., G. C. Forage quality evaluation and utilization. Madison: American Society of Agronomy, 1994. p. 406-449.  WILLIAMS, P. C.; SOBERING, D. C. Comparison of commercial Near-Infrared Transmittance and Reflectance Instruments for analysis of whole grains and seeds. Journal Near Infrared Spectroscopy, v. 1, p. 25-32, 1993.    Agradecimentos Os autores agradecem ao CNPq pela bolsa PIBIC. 

Uso da espectroscopia no infravermelho próximo para avaliar os teores de proteína e óleo em milho.

http://www.alice.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/1061087/1/Usoespectroscopia.pdf

Uso da espectroscopia no infravermelho próximo para avaliar os teores de proteína e óleo em milho.

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