Cenan Alina RAluca

Master: Procesarea i controlul alimentelor, An I

Aplicarea analizei pentru determinarea sulfiilor din alimente i buturi prin fluxul de injectare: O revizuire

Ruiz-Capillas Claudia, Jimnez-Colmenero Francisco1. Introducere

Termenii sulfii sau ageni de sulfatare sunt utilizai, n general, pentru a descrie substanele pe baz de sulf, care au fost folosite, pentru o lung perioad de timp, pe scar larg, ntr-o varietate mare de produse alimentare i buturi (pete, cartofi, vin). Ca i aditivi alimentari acetia includ dioxidul de sulf, sulfitul de sodiu, bisulfitul de sodiu sau de potasiu, metabisulfitul de sodiu sau potasiu i altele.

Dei sulfiii au diverse utilizri permise, funcia lor principal este ca i conservant sau antioxidant pentru a preveni sau reduc procesul de alterare. Deasemenea sulfiii ajut la stabilizarea culorii produsului i inhib decolorarea mbuntind astfel aspectul i aroma alimentelor n timpul preparrii i depozitrii. n plus alte substane, precum ditionitul de sodiu, pot produce n alimente, sulfit rezidual. De aceea, multe alimente i buturi, care sunt consumate des pot conine o varietate de conservani, printre care i sulfii. Aceti conservani se gsesc n alimente i n buturi deoarece sunt adugai n timpul procesului de fabricaie sau datorit faptului c ingredientele au fost tratate cu sulfii ori sunt ingrediente naturale, precum legumele.

n general utilizarea sulfiilor, n condiii normale, n alimente nu reprezint un pericol pentru consumator, totui sulfiii au fost asociai cu reaciile alergice i simptomele de intoleran la unele alimente. Cele mai frecvente alergii i simptome de intoleran la sulfii sunt dificulti n respiraie, urticarie sau disconfort gastrointestinal. De aceea sulfiii au potenial toxic i pot fi considerai periculoi pentru sntatea uman.

Doza zilnic acceptat, de sulfii este de 0.7 mh/kg greutate corporal (FAO/WHO, 2007).

n tabelul urmtor sunt prezentai aditivii, pe baz de sulfii, care sunt aprobai pentru utilizarea n alimente, de ctre Uniunea European.

Controlul i reglementarea utilizrii de sulfii n alimente i n buturi este important pentru sigurana consumatorului, de aceea n Comunitatea European (Directivele 95/2/CE i 2006/52/CE) privind aditivii alimentari, alii dect ndulcitori i colorani, a fost fixat o doz maxim admis de sulfii pe tipurile de alimentei anume: pentru crustacee i cefalopode ntre 50-300 mh/kg, produse din carne 450 mg/kg, biscuii uscai ntre 30-50 mg/kg, pentru legume ntre 50-2000 mg/kg i pentru buturi nre 20-2000mg/kg.

n 1986 legislaia FDA (Foood and Drug Administration) a interzis utilizarea de sulfii n sectorul fructelor i legumelor (cu excepia cartofilor) i a cerut ca prezena nivelelor detectabile de sulfii s fie inscripionat pe etichet, chiar i atunci cnd aceti sulfii sunt utilizai n procesul de fabricare sau cnd provin de la unul din ingrediente. FDA a stabilit un nivel de sulfii de 10 mg/kg, care trebuie indicat pe etichet i totui aceste componente au fost interzise in SUA pentru utilizarea in produse pe baz de carne.

Pentru a putea determina existena sulfiilor i dac cantitatea de sulfii din alimente corespunde legii este esenial un control riguros a coninutului multor alimente, de aceea pentru sigurana alimentelor un aspect important este utilizarea unor metode de analiz ieftine, sensibile i selective. Au fost dezvoltate numeroase metode de determinare a sulfiilor din alimente precum: titrimetria, electrochimia, fluorometria, spectrometria de chemiluminiscen, colorimetria, cromatografia gaz-lichid, cromatografia de lichide, etc. Cele mai comune tehnici utilizate sunt acelea bazate pe metoda clasic Monier-Williams. Dei aceast metodologie este suficient de sensibil prezint i unele dezavantaje precum: durata de timp necesar pentru analiz i necesitatea unui control exhaustiv a unor etape analitice (ajustarea fluxului de N2). Pentru a depi aceste obstacole i pentru a reduce timpul de analiz, pentru determinare sulfiilor din alimente i buturi, au fost cercetate pe larg procedurile de analiz prin injectare n flux (FIA). FIA este un mijloc de efectuare a analizei alimentelor bazat pe chimia clasic. Acest mod de analiz este simplu, avantajos, precis i rapid, cu un consum sczut de reactivi i utilizeaz volume mici de probe, compatibil cu aproape orice principiu de detectare folosind instrumentaie relativ simpl. FIA este o tehnic multilateral, foarte flexibil i ieftin, adecvat determirilor de rutin a unui numr mare de probe. FIA este deasemenea foarte precis, rapid i uor de manevrat.2. Procedura analitic

Procedura de analiz prin injectare n flux a fost descris pentru determinarea sulfiilor din alimente i buturi (tabel 2). n funcie de tipul de prob acest procedur, n general, const n dou faze. Prima faz este legat de procesul de extracie a agentului de sulfatare, n cazul n care acesta trebuie s fie transferat n stare lichid nainte de analiz folosind proceduri de pre-tratament adecvate. A doua faz implic injectarea extractului lichid (coninnd dioxidul de sulf extras) n sistemul FIA, unde dioxidul de sulf (prezent n proba de injectat) este capturat ntr-o soluie i analizat printr-o varietate de metode. Mai departe se vor discuta pe larg aceste dou faze.Tabel 2. Determinarea sulfiilor din alimente i buturi prin metoda FIA

2.1 Extracia probei de sulfit

Cnd agenii de sulfatatre sunt introdui n alimente i n sucuri acetia se pot combina cu diferite componente ale alimentului (aldehide, proteine, cetone, zaharuri, etc.). n consecin acetia se pot gsi liberi, legai reversibil (ca i aduci hidrosulfonai) sau legai ireversibil, datorit factorilor legai de compoziie, procesare sau conservare. De aceea n multe situii determinarea sulfiilor din alimente i buturi necesit unele tehnici de indeprtare sau recuperarea sulfiilor prezeni n prob. Cu toate acestea soluiile lichide precum ap, vin sau sucuri de fructe sunt injectate, n sistemul FIA fr tratamente prealabile.

Deoarece n timpul extraciei pot avea loc pierderi substaniale de sulfii s-au ncercat diferite tehnici pentru obinerea sulfiilor liberi sau legai (distilarea sau extracia n condiii acide sau alcaline).

n anul 1990 Sullivan a raportat pierderi de sulfii prin extracia n condiii alcaline. Sullivan a cercetat diferite alternative de extracie care implic soluii coninnd acetone, formaldehid, etanol i tetracluoromercurat. Cea mai eficient metod de extracie n diferite produse alimentare pentru anliza FIA este extracia cu soluie de tetracluoromercurat. TCM ajut la eliberarea sulfiilor din alimentele solide prin formarea unui complex stabil sulfit-mercur, realiznd recuperri excelente de sulfii. Cu o soluie de 0.01M Hg s-a obinut cea mai bun sensibilitate n sistemul FIA. Deoarece sulfiii sunt de obicei labili i se pot pierde n timpul izolrii lor din prob, acetia au fost stabilizai prin reacia cu formaldehida formnd un derivat stabil, hidroximetil-sulfonatul.

Deasemenea soluia de sulfit utilizat n aplicaiile FIA poate prezenta probleme considerabile de instabilitate. n determinarea acestui compus o problem major o constituie oxidarea sulfitului n soluie. Pentru aceast problem poate fi responsabil fierul sau ionii altor metale folosii la prepararea soluiilor standard. Masson i Townshend au artat c dup dou ore de la injectarea soluiilor standard, peak-ul de maxim a sczut cu 25-30%, iar pentru limitarea acestei probleme au fost folosii la prepararea soluiilor standard ageni de stabilizare i conservani. Agenii de stabilizare propuii fiind: EDTA, TCM, formaldehida, glicol i izopropanol.2.2 Separarea/ sistemul de detecie

Dup extracie din alimente i buturi soluia obinut coninnd agenii de sulfatare, este injectat n sistemul FIA unde are loc procesul de separare a SO2 urmnd procesul de detecie corespunztor.

Dei unii autori au fcut determinarea sulfiilor printr-un sistem simplu de flux (fr un sistem de separare) bazat doar pe o reacie de culoare, n general determinarea sulfiilor const ntr-un proces de eliberare a sulfiilor bazat pe difuzia de gaz (GD), siatemul gaz-lichid, dializ, schimb ionic sau tehnici enzimatice. Dintre acestea cea mai des utilizat tehnic este bazat pe o celul de difuzie cu gaz (fig. 1).

Fig.1 Diagrama analizorului de difuzie a gazului-flux de injecie utilizat pentru determinarea sulfiilor

2.2.1 Sistemul de difuzie a gazului

n general unitatea de difuzie a gazului (fig.1) const din dou fluxuri de lichide, o soluie donoare puternic acid (mediul acid permite eliberarea SO2 din fluxul de soluie de testat) i o soluie acceptor ( care colecteaz SO2 eliberat) ce conine un indicator acido-bazic separat printr-o membran permeabil pentru gaze (n general din teflon). Membrana nu separ neaprat donorul puternic acid de soluia aceeptor dar formeaz deasemenea o barier pentru posibilele interferene intre fluxuri. De aceea cnd o prob este injectat intr-o soluie donor puternic acid dioxidul se sulf eliberat difuzeaz prin membran i se dizolv n soluia acceptor. istemul GD-FIA poate fi folosit pentru determinarea sulfiilor din lichid sau buturi i din probele solide. Aceasta prezint avantajul c poate fi folosit pentru extracte de alimente i pentru vinuri roii puternic colorate ce pot fi prelucrate fr pre-tratamentul probelor. Un alt avantaj important al GD-FIA l reprezint posibilitatea de optimizare a condiiilor de tratament n fluxul donor fr a afecta chimia deteciei n fluxul acceptor.

Majoritatea metodelor GD-FIA au folosit acid sulfuric, acid clorhidric, acid azotic sau acid citric ca i agent donor, iar soluiile acceptor au fost asociate cu sistemul de detcie (spectrofotometric, fluorometric, ampermetric, etc.).

Acceptorul cel mai folosit n sistemele FIA cu difuzie de gaz este o soluie de verde malachit. Gradul de decolorare a verdelui de malachit este proporional cu cantitatea de sulfit coninut n soluie i este msurat spectrofotometric la 615 nm. Atanassov, n 2000, a folosit acest sistem pentru determinarea simultan a doi analii, CO2 i SO2 n vin fr pretratament al probei.

Deasemenea a fost utilizat soluia de p-Rosanilineformaldehid ca i agent de colorare. Compuii colorai cu coninut de SO2 prezint maximul de absorbie la 578 nm. Acest sistem permite determinarea simultan a dioxidului de sulf i a dioxidului de carbon n vinuri. Totui aplicaiile acestui reactiv prezint serioase limitri, deoarece complexul format din p-rosanilin i dioxid de sulf este destul de lent, prezint reproductibilitate slab, reactivul este toxic i cancerigen, iar limita de detecie a dioxidului de sulf cu aceast tehnic este sczut. Mai recent s-a folosit detecia n fluorescen sau cu o-ftaldehida (OPA)/ rectivul amoniac. Cea mai mare sensibilitate s-a obinut la lungimea de und a excitaie de 330 nm si lungimea de unda a emisiei la 390 nm, la pH 6,5.

Ca i un proces esenial n determinarea sulfitului total, nainte de separarea dioxidului de sulf n celula de difuzie a gazului, s-a aplicat un proces prin care s-a urmrit eliberarea n cantitate ct mai mare a sulfitilor legai n componena a diverse probe. n acest sens s-a aplicat un proces de hidroliz ce realiz hidroliza cu NaOH i sulfonat de hidroximetan (HMSA). Dei acest tratament se poate realiza n timpul preparrii probelor, deobicei acesta se realizeaz n sistemul FIA. n acet caz este instalat un canal de flux suplimentar prin care este introdus hidroxidul de sodiu sau alte soluii de hidroxid. Mai mult n unele sisteme exist o unitate de pre-hidrolizare care constituie parte component a sistemului FIA ce permite realizarea acestui pas automat.

Unitatea de pre-hidroliza este alcatuit dintr-o camer cu agitator i dou canale n care proba este amestecat continuu cu un curent de hidroxid de sodiu (pentru acidifiere i eliberare a dioxidului de sulf). Dup acest punct procedura implic aceiai pai ca i n cazul determinrii dioxidului de sulf liber. Automatizarea acestui pas permite simplificarea procesului de manipulare a probei.

n cazul determinrii SO2 prin GD-FIA singurul inconvenient const n faptul c prin membran vor trece i alte specii precum nitrii i cianine. Nu s-au ntlnit probleme n cazul n care nivelul nitriilor este de trei ori mai mare decat cel al sulfiilor, ns n cazul cianinelor au aprut probeleme cnd concentraia acestora depete 10 mg/l. Safavi si Haghighi au raportat n anul 1997 c introducerea EDTA ajut la prevenirea amestecrii cationiilor cu anioniii, dar n acelai timp scade sensibilitatea determinrii sulfiilor.

2.2.2 Alte sisteme conectate la FIA

nafar de GD au fost descrise i alte sisteme conectate cu FIA, utilizate la determinarea sulfiilor. Corbo si Bertotti n 2002 au realizat determinarea sulfiilor din buturi prin detecia amperometric a analitului folosind un electrod de cupru introdus n mediu alcalin ntr-un flux prin configurarea FIA. Utilizarea electerodului de cupru care este ieftin face metoda de baza FIA mai atractiv. Mai mult a fost caracterizat i aplicat cu succes un senzor poteniometric ce implic un schimbtor de anioni, din oxid de titan hidratat, ca si material electroactiv i o rin epoxidic ca i matrix al membranei.

Pentru soluii apoase precum sucul de lmie Safavi si Haghighi, n 1997, au folosit un curent de ap distilat (separator gaz-lichid), iar absorbana fazei gazoase a fost msurat la 200 nm folosind un spectofotometru UV-Vis. n anul 1991 Yaqoob a folosit pentru determinarea spectrofotometric a sulfiilor o mini-coloan cu rin schimbtoare de ioni n tiocianat ce a fost ncorporat n sistemul FIA. Tiocianatul formeaz rapid un complex de culore roie, cu fierul (III) care este msurat la 455 nm. Ali autori precum Massom si Townshend, n 1986, au utilizat o enzim (sulfitozidaza) imobilizat pe o sticl poroas, ncorporat ntr-un flux de injectare variat, cu detecia amperometric a hidrogenperoxidazei formate. Reacia este bazat pe oxidarea sulfiilor (n coloana de sulfitoxidaz) la sulfat cu producerea de peroxid de hidrogen care este detectat n celula amperometric de flux.3. Concluzii

Procedura FIA a fost intens studiat pentru determinarea sulfiilor din alimente i buturi, n ncercarea de a depii limitrile i de a reduce efortul i timpul necesar pentru procedurile tradiionale bazate pe metoda clasic Monier-Williams. Metoda FIA la determinarea sulfiilor ne d rezultate analitice rapide care sunt n special valori n schemele de monitorizare i deasemenea prezint unele avantaje fa de metodele tradiionale folosite de obicei n laboratoare. Mai mult aceast metodologie prezint un potenial important pentru aplicaiile industriale.

Metoda FIA permite anlize precise a probelor i determinri rapide a unor cantiti mici de sulfii cu consum sczut de reactiv, folosind instrumentaie relativ simpl. Aceast metod poate fi folosit n toate tipurile de matrici, lichide sau solide. n timpul determinrii sulfiilor prin metoda FIA condiiile experimentale n fluxul donor i acceptor, n reactivul de colorare i n sistemul de separare trebuie luate n considerare i soluiile standard utilizate pentru calibrare, iar sistemul de detecie trebuie ales cel adecvat.

Dezavantajele sczute pe care le prezint aceast metod crete posibilittea aplicaiilor ei pentru un numr mare de matrici unde alte metodologii prezint probleme, precum usturoiul. Mai mult poate fi interesant s studiezi aceast metodologie n produse noi unde compoziia lor a fost modificat, iar aceste modificri pot interfera cu determinarea sulfiilor.

11