Aplicação de Biossensores na Análise da Qualidade de ... · De acordo com a IUPAC, biossensor...

Universidade Federal de São João del-Rei Coordenadoria do Curso de Química

Aplicação de Biossensores na Análise da

Qualidade de Bebidas: Revisão

Flávia Faria de Oliveira Porfírio

São João del-Rei – ano 2014

Aplicação de Biossensores na Análise da Qualidade d e Bebidas: Revisão

Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado no 2° semestre do ano de 2014 ao Curso de Química, Grau Acadêmico Bacharelado, da Universidade Federal de São João del-Rei, como requisito parcial para obtenção do título Bacharel em Química.

Autor: Flávia Faria de Oliveira Porfírio Docente Orientador: Arnaldo César Pereira Modalidade do Trabalho: Revisão Bibliográfica

São João del-Rei – ano 2014

RESUMO

Na indústria alimentícia, o grande desafio é eliminar as contaminações que podem

estar presentes nos alimentos. Essa contaminação pode ser de natureza química, física ou

biológica sendo que as contaminações de natureza química e biológica são de difícil

identificação visual, exceto nos casos em que a contaminação é demasiada e ocorrem

modificações perceptíveis nas características sensoriais do produto. A adoção de novas

legislações pelos órgãos responsáveis gera um aumento do controle da qualidade dos

produtos industrializados, onde a qualidade de um produto é avaliada por meio de análises

químicas e microbiológicas periódicas. Os métodos convencionais de análise usam técnicas

tais como: cromatografia, espectrofotometria, eletroforese capilar, titulação e outros, que não

permitem uma facilidade de monitorizarão contínua, porque elas são caras, lentas, precisam

de operadores bem treinados e, em alguns casos, requerem procedimentos de extração ou

pré-tratamento da amostra, aumentando o tempo de análise. Neste contexto, o emprego de

biossensores torna-se uma alternativa interessante, pois as indústrias de bebidas precisam

de métodos rápidos e acessíveis para a determinação de compostos que não possuem um

método adequado de monitoramento ou mesmo para substituir os métodos já existentes.

Biossensores são um sub-grupo de sensores químicos, são definidos como um dispositivo

que combina a especificidade de um elemento biológico ativo com a sensibilidade de um

transdutor que converte as energias geradas nos eventos químicos da interface eletrodo-

solução em um sinal mensurável. Características únicas, tais como: seletividade, relativo

baixo custo de construção e estocagem, potencial para miniaturização, facilidade de

automação e construção de equipamentos simples e portáteis para uma análise rápida de

monitoramento “on line” fazem com que este tipo de sensor possa ser utilizado em alimentos

para a determinação da composição, do grau de contaminação em materiais e alimentos

processados, e para o controle em linha do processo de fermentação. Apesar da enorme

diversidade de pesquisas envolvendo biossensores para a indústria, a sua aplicação na área

de alimentos, para qualquer analito, é ainda restrita. Mesmo com o grande número de

publicações sobre biossensores aplicados aos alimentos, não foram encontrados na

literatura artigos de revisão que foquem apenas na análise de bebidas; por isso, esse

trabalho de conclusão de curso teve como objetivo fazer uma revisão dos principais

trabalhos publicados nos últimos anos nessa área.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 1

1.1. TRANSDUTORES .................................................................................................................... 3

1.1.1. TRANSDUTOR ELETROQUÍMICO ................................................................................... 3

1.1.2. TRANSDUTOR ÓPTICO ..................................................................................................... 4

1.1.3. TRANSDUTOR TÉRMICO .................................................................................................. 4

1.1.4. TRANSDUTOR PIEZOELÉTRICO .................................................................................... 4

1.2. CLASSIFICAÇÃO DO RECONHECEDOR BIOLÓGICO ................................................... 4

1.2.1. DISPOSITIVO BIOCATALÍTICO ........................................................................................ 5

1.2.2. DISPOSITIVO POR BIOAFINIDADE ................................................................................ 6

2. OBJETIVOS .................................................................................................................................. 8

3. APLICAÇÕES ............................................................................................................................... 8

3.1. LEITE E BEBIDAS LÁCTEAS ................................................................................................ 8

3.2. CERVEJA, VINHO E OUTRAS BEBIDAS ALCOÓLICAS ............................................... 15

3.3. SUCO DE FRUTA E BEBIDAS NÃO ALCOÓLICAS ........................................................ 17

4. BIOSSENSORES COMERCIAIS ............................................................................................. 19

5. CONCLUSÃO .............................................................................................................................. 21

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 22

Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ – 2014

1

1. INTRODUÇÃO

Atualmente, o sistema alimentar mundial é altamente complexo. Ele emprega

milhões de pessoas em todo o mundo (desde os pequenos produtores e mercados até as

grandes corporações) que produzem, processam, transportam e fornecem alimentos

diariamente para o consumidor.1

Um dos grandes desafios deste sistema é evitar a contaminação química e

biológica. Esses contaminantes podem entrar em contato com os alimentos em qualquer

ponto do sistema de produção e processamento e são responsáveis por inúmeros

problemas de saúde.1; 2

O grande número de crises mundiais relacionadas aos alimentos e o aumento da

frequência em que elas ocorrem levaram alguns governos a estabelecerem novas leis e

melhorarem a infra-estrutura de todo o sistema de produção. Em 1963, a Organização

Mundial da Saúde (WHO – World Health Organization) e a Organização das nações Unidas

para Alimentação e Agricultura (FAO - Food and Agriculture Organization) estabeleceram

um órgão intergovernamental (Comissão do “Codex Alimentarius”) para desenvolver códigos

de conduta e recomendações com o objetivo de controlar os surtos de doenças causadas

pelos alimentos.1

Hoje em dia o Codex Alimentarius é referência mundial no setor de segurança

alimentar e conta com uma extensa coleção de recomendações de segurança. O sistema

mais utilizado para o controle do processo de produção pelas indústrias é a análise de

perigos e pontos críticos de controle (APPCC), que é um método que se baseia em

princípios técnicos e científicos de prevenção, adotado pela comissão do Codex

Alimentarius a partir 2003.1; 3; 4

Apesar disso, pesquisas feitas recentemente mostraram que as doenças

transmitidas por alimentos ainda são um problema de segurança pública. Em países

desenvolvidos, de 25 a 33% da população são afetados anualmente e esses números são

ainda maiores em países em desenvolvimento. Dados da Organização Mundial de Saúde

mostram que, em países de baixa renda, essas doenças (gastrenterite, febre tifóide, febre

entérica, botulismo, colite hemorrágica dentre outras) são a segunda maior causa de

mortalidade, ficando a frente da síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS), malária e

tuberculose.1

Com isso, desde a década de 90, há um aumento da necessidade de novas

metodologias analíticas para a determinação de compostos específicos na indústria

alimentícia5; 6. Desta forma, manutenção da qualidade dos produtos industrializados

destinados à alimentação têm grande importância econômica.6


2

O controle de produção é feito por meio de análises periódicas, a partir de métodos

capazes de fornecer informações precisas sobre as características físicas e químicas do

alimento e, principalmente, sobre possíveis contaminações. Essas análises são realizadas

normalmente por técnicas clássicas, como a titulação, ou instrumentais, como

espectrofotometria, eletroforese capilar, cromatografia (principalmente cromatografia líquida

de alta eficiência - HPLC e cromatografia gasosa - CG).6

Como desvantagens, essas técnicas não proporcionam um monitoramento fácil e

contínuo, são baseados em equipamentos caros (nas técnicas instrumentais), necessitam

de profissionais bem treinados, utilizam grande quantidade de reagentes (no caso da

cromatografia) e, muitas vezes, exigem um preparo prévio da amostra.5; 6 Além disso,

protocolos de análise rigorosos, no que diz respeito à segurança e à qualidade dos

alimentos, impostos pelos órgãos responsáveis, abrem espaço no mercado para novas

metodologias sensíveis, rápidas e baratas. Assim, a aplicação de sensores químicos se

torna uma alternativa interessante.7

O sensor químico é um dispositivo capaz de fornecer informações em tempo real

sobre o sistema estudado. Eles são muito sensíveis, portáteis, de baixo custo, fornecem a

possibilidade de miniaturização e a facilidade de automação.8; 9 A Figura 1 ilustra os

componentes de um sensor: o analito alvo é reconhecido de maneira seletiva ou específica

pelo reconhecedor e a energia gerada por essa interação é transformada em um sinal

mensurável pelo transdutor. Esse sinal é transportado pelo comunicador até um instrumento

apropriado de medida.8

Figura 1- Esquema geral dos principais componentes de um sensor8

O desempenho do sensor depende diretamente da capacidade do reconhecedor de

interagir com o composto de interesse de forma seletiva. O dispositivo é denominado

biossensor quando o reconhecedor é de origem biológica. Esse tipo de sensor combina a

seletividade ou especificidade do reconhecedor biológico (enzima, anticorpo, DNA) com a

sensibilidade do transdutor (óptico, térmico, eletroquímico) gerando assim uma análise

complexa, porém de fácil execução.10 Esses dispositivos são importantes ferramentas para

a análise de amostras reais (matrizes complexas) e o procedimento para a construção

desses dispositivos está descrito em vários trabalhos na literatura.11-15 As suas aplicações

estão distribuídas em diferentes áreas: clínica, ambiental, agrícola e biotecnológica.6


3

Em especial na indústria alimentícia, os biossensores têm como função a

determinação do grau de contaminação dos alimentos e controle “on line” dos processos de

fermentação e produção. Apesar dos inúmeros dispositivos desenvolvidos nos últimos anos,

suas aplicações em processos de produção real ainda são muito restritas.6

A estabilidade e a durabilidade são as principais desvantagens desses sensores,

que necessitam de condições moderadas de temperatura e pH para manter a atividade do

reconhecedor biológico, além da necessidade de um preparo prévio da amostra quando a

matriz for ácida ou hidrofóbica. Nestes casos a neutralização, diluição ou extração, hidrólise

ácida ou alcalina, digestão por microondas, extração por fluído supercrítico, evaporação e

filtração se fazem necessários.6

Basicamente, os biossensores podem ser classificados de duas formas diferentes:

baseada no transdutor ou no elemento biológico de reconhecimento. A escolha conjunta do

material biológico e do transdutor depende do analito alvo e a combinação dos dois

determinará o quão sensível e seletivo ou específico é o biossensor.7

1.1. TRANSDUTORES

Os transdutores possuem a função de transformar a energia gerada pela interação

entre o reconhecedor biológico e o analito alvo em um sinal mensurável. Sua classificação

depende do tipo de energia gerada por essa interação.16 Eles podem ser eletroquímicos,

piezoelétricos, ópticos e calorimétricos (térmicos).

1.1.1. TRANSDUTOR ELETROQUÍMICO

De acordo com a IUPAC, biossensor eletroquímico é um dispositivo capaz de

fornecer uma informação quantitativa ou semi-quantitativa a respeito do composto de

interesse utilizando um reconhecedor biológico em contato direto com o transdutor. A

interação entre o analito alvo e o reconhecedor gera ou consome elétrons, que produz o

sinal eletroquímico. Existem três tipos de transdutores eletroquímicos: amperométrico,

potenciométrico ou condutimétrico.6; 17; 18

a) Amperométrico: Mede o fluxo de corrente gerada pela reação de oxidação ou redução

das espécies eletroativas presentes na cela eletroquímica quando o potencial é

mantido constante. O fluxo medido é proporcional à concentração do composto de

interesse.18; 19

b) Potenciométrico: Mede o potencial no eletrodo de trabalho em relação ao eletrodo de

referência. Esse transdutor fornece informações sobre a atividade iônica em uma


4

reação eletroquímica e a relação entre o potencial medido e a concentração do analito

é dada pela equação de Nernst.19

c) Condutimétrico: Baseia-se na habilidade do analito (solução eletrolítica) de conduzir

corrente. A medida é realizada entre os eletrodos metálicos e o consumo de espécies

iônicas durante uma reação química, altera a condutância do meio de maneira

proporcional a concentração do analito.18; 19

1.1.2. TRANSDUTOR ÓPTICO

Podem ser de fibra óptica, guia de onda planar ou ressonância de plasma de

superfície (SPR). A quantificação das espécies é realizada pela medida do índice de

refração, pelas propriedades fluorescentes das moléculas analisadas, pela quantidade de

luz absorvida ou por meio de um transdutor químico-óptico. 20

1.1.3. TRANSDUTOR TÉRMICO

Envolve a medida do calor produzido ou consumido durante uma reação específica.

Esse calor é proporcional a entalpia molar e ao número de moléculas formadas como

produto de reação.21

1.1.4. TRANSDUTOR PIEZOELÉTRICO

Baseados na imobilização do reconhecedor biológico em um cristal piezoelétrico e

na imersão deste na solução contendo o analito. A interação específica entre o

reconhecedor biológico e o analito pode ser monitorada por meio de oscilações do cristal no

líquido onde ele se encontra submerso. A diferença entre a frequência de oscilação do

cristal sem o analito ligado aos sítios e a frequência após as ligações serem formadas é

diretamente proporcional ao aumento de massa do cristal.

1.2. CLASSIFICAÇÃO DO RECONHECEDOR BIOLÓGICO

Existem duas classificações para os biossensores que dependem da natureza do

evento que ocorre entre o reconhecedor biológico e o composto de interesse: Biossensor

biocatalítico e por bioafinidade.17


5

1.2.1. DISPOSITIVO BIOCATALÍTICO

O princípio destes dispositivos são as reações catalisadas por macromoléculas.

Nestes sensores, o consumo contínuo do substrato é realizado ao imobilizar o reconhecedor

biológico na superfície do sensor. Os tipos mais comuns são: enzimáticos (uma ou várias

enzimas) e celulares (células eucariontes, bactérias, fungos, mitocôndrias e organelas).17

Enzimas são proteínas, consistem em uma seqüência de vinte ou mais

aminoácidos ligados por ligação peptídica e possuem atividade catalítica. A enzima acelera

a conversão do substrato em seu(s) respectivo(s) produto(s) ao diminuir a energia de

ativação. Com isso, a reação ocorre em baixas temperaturas (abaixo de 50°C) e no intervalo

de pH que varia de 5,0 a 8,0. Essas reações são muito eficientes e podem ser seletivas ou

específicas. Biossensores que utilizam esses compostos são os mais comuns e possuem o

maior potencial para serem comercializados.22; 23

A enzima a ser imobilizada na camada modificadora do biossensor é escolhida de

acordo com o analito alvo e o sucesso no desenvolvimento do dispositivo depende do

processo de imobilização, que tem por objetivo manter um contato direto entre a enzima e a

superfície do sensor de forma estável.22

Biossensores celulares empregam células inteiras como reconhecedores. Eles são

usados na determinação de um composto ou de um grupo de compostos. Dentre os

elementos biológicos utilizados como reconhecedor neste dispositivo encontra-se as

bactérias, as algas e as leveduras. As desvantagens na aplicação destas células estão

sintetizadas abaixo.24

I. As condições naturais em que a célula é encontrada na natureza, e que

mantém a célula viva, devem ser mantidas. Estas condições exigem um

controle rigoroso do meio.

II. O metabolismo das células deve ser mantido continuamente.

III. A célula deve ser imobilizada na superfície do transdutor sem que isso afete a

sua função biológica.

IV. A durabilidade do biossensor depende do tempo de vida da célula.

Em contrapartida, esses biossensores apresentam diversas vantagens,

principalmente quando comparados aos biossensores enzimáticos:24; 25

I. A célula inteira é imobilizada na superfície do sensor, dispensando assim o

isolamento e purificação do componente biológico.

II. Esses reconhecedores biológicos são capazes de metabolizar uma larga

escala de compostos químicos.

III. Os reconhecedores celulares são menos sensíveis à mudança de pH e de

temperatura quando comparados a biossensores enzimáticos.


6

1.2.2. DISPOSITIVO POR BIOAFINIDADE

Nesta classificação, encontram-se os anticorpos, antígenos e ácidos nucléicos

(fragmentos de DNA). Tem como princípio a interação do analito com uma macromolécula,

que foi isolada do seu meio natural ou sintetizada artificialmente. Esses reconhecedores

interagem de forma seletiva ou específica com o analito formando um complexo

termodinamicamente estável. Os dispositivos mais comuns desta classificação são os

imunossensores, genossensores e aptassensores.17;6

Os imunossensores fazem uso dos anticorpos (compostos que exercem papel

fundamental no sistema imunológico) que são produzidos por organismos vivos de forma a

reconhecer um composto específico (antígeno), geralmente uma proteína. Eles também

podem reconhecer vírus e bactérias por meio das proteínas encontradas na superfície

destes microorganismos. Com isso, os imunossensores podem ser empregados na

determinação de uma grade variedade de proteínas, vírus e bactérias. Está disponível no

mercado uma grande variedade de anticorpos, porém muitos deles possuem um custo

elevado.26;13

Existem inúmeros métodos para a detecção da ligação antígeno/anticorpo, sendo

os mais comuns os transdutores eletroquímicos, ópticos e piezoelétricos. Algumas

desvantagens limitam o uso desses imunossensores, como a instabilidade inerente ao

anticorpo e a limitada reversibilidade da ligação.13; 26; 27

A combinação dos ácidos nucléicos com um transdutor apropriado forma um tipo

importante de biossensor com desempenho intimamente ligado às propriedades físicas do

DNA e do RNA como pureza e comprimento da cadeia. Eles são denominados

genossensores e aptassensores.22 As informações genéticas são armazenadas em um

sistema que consiste em quatro diferentes bases nitrogenadas: guanina (G), adenina (A),

timina (T) e citosina (C) para o DNA e guanina (G), adenina (A), uracila (U) e citosina (C)

para o RNA. Tais bases só podem ser pareadas com a base correspondente, ou seja,

adenina com timina (ou uracila para o RNA) e guanina com citosina.26

Assim, sequências de bases nitrogenadas são usadas para determinar a presença

da sua sequência complementar, gerando um sinal que pode ser monitorado, fazendo

destes dispositivos uma excelente ferramenta para detectar espécies de vírus e bactérias

mesmo em matrizes mais complexas.22;26 Outros compostos que podem ser determinados

com esse biossensor são os agentes carcinogênicos, drogas e poluentes mutagênicos.

Estes sensores também podem detectar seqüências específicas de mutações genéticas

associadas a diversos tipos de doenças.28

Os Aptâmeros, chamados de “anticorpos sintéticos”, são sequências curtas de

ácidos nucléicos que interagem com as moléculas-alvo de forma específica, pois são


7

oligonucleotídeos sintéticos. São produzidos por um processo conhecido como evolução

sistemática de ligantes por enriquecimento exponencial (Selex - systematic evolution of

ligands by exponential enrichment) que utiliza o analito-alvo como molde para formar a

sequência de bases nitrogenadas.25

As metodologias que empregam os dispositivos citados acima propõem uma

análise mais rápida, de baixo custo, (quando comparadas com as metodologias atualmente

empregadas), que podem ser adaptados para análises “on line” e são alternativas

interessantes no controle de contaminações e da qualidade do alimento produzido. A partir

destas informações, o foco deste trabalho de conclusão de curso foi apresentar uma revisão

bibliográfica dos biossensores desenvolvidos nos últimos anos para a aplicação em

alimentos, especificamente em bebidas.

As bebidas são produtos alimentícios, uma vez que são derivados de matérias-

primas alimentares e podem ser divididas em alcoólicas e não alcoólicas.29 As opções de

bebidas cresceram rapidamente nos últimos anos (bebidas esportivas, energéticos, bebidas

com baixo teor calórico são alguns exemplos) e fizeram com que as indústrias de bebidas

crescessem consideravelmente,30 a maior procura atualmente é pelas bebidas funcionais,

que possuem ingredientes específicos com diversas finalidades, como o aumento de

energia, retardamento do envelhecimento e o tratamento de algumas doenças. O

consumidor procura alimentos com alto valor nutricional e com baixo teor de gorduras e

caloria. 31

O consumo mundial é controlado pela Organização das nações Unidas para

Alimentação e Agricultura. De acordo com estudos realizados a disponibilidade de bebidas

ao redor do mundo cresceu 40% nos últimos anos. A bebida mais consumida mundialmente

é o chá, cerca de 45 litros por pessoa são consumidos anualmente, seguido pelo leite (42

litros) e pela cerveja (30 litros).30; 32

O aumento do consumo de bebidas tradicionais, o desenvolvimento de novos

produtos e a necessidade de manutenção do controle da qualidade destas bebidas

estimularam o desenvolvimento de tecnologias capazes de facilitar o processo de produção.

Neste contexto, as pesquisas dedicadas ao desenvolvimento de novos biossensores

cresceram de forma considerável nos últimos anos.33 Os tópicos seguintes desta revisão

fazem um breve resumo das possíveis contaminações encontradas em alimentos em geral e

dos biossensores desenvolvidos recentemente para o controle de qualidade das bebidas.


8

2. OBJETIVOS

Este trabalho tem como objetivo fornecer uma revisão bibliográfica dos principais

biossensores desenvolvidos no período de 2010 a 2014, com aplicações no controle de

qualidade de bebidas, assim como uma análise de alguns dos principais trabalhos da área.

3. APLICAÇÕES

Em geral, as características e a composição dos alimentos são analisados por

diversos propósitos, incluindo a construção da tabela nutricional, controle de qualidade e

contaminação. As análises são realizadas de forma continua na linha de produção ou as

amostras são coletadas em diferentes pontos do processamento e analisadas em

laboratório.34 Para qualquer produto comestível, os riscos de contaminação se agrupam em

um número pequeno de categorias:35

• Componentes naturais da matéria-prima que são inerentemente tóxicos.

• Contaminantes ambientais associados à matéria prima.

• Infestações microbiológicas.

• Contaminação do produto no transporte, armazenamento ou empacotamento.

• Contaminações no processamento do produto.

• Contaminação deliberada do alimento.

• Compostos alergênicos que, embora inofensivos à maioria da população, fornecem

riscos significativos a uma minoria.

Os contaminantes que podem ser encontrados em bebidas assim como os

principais trabalhos publicados nos últimos anos, que foram aplicados com sucesso em

amostras reais. Os trabalhos citados aqui são os que foram considerados relevantes na área

e que possuem características que exemplificam as vantagens da utilização dos

biossensores. Eles estão especificados nos próximos tópicos, que foram divididos em leite e

bebidas lácteas, bebidas alcoólicas e bebidas não alcoólicas.

3.1. LEITE E BEBIDAS LÁCTEAS

Por definição, o leite é um fluído biológico complexo secretado pelas glândulas

mamárias de mamíferos, onde se encontram diversas moléculas diferentes em vários

estados de dispersão, muitas das quais ainda não foram identificadas. No entanto os

componentes majoritários do leite podem ser facilmente isolados e estudados. Tipicamente


9

o leite bovino é composto por aproximadamente 87% de água, 3,7-3,9% de lipídeos, 3,2-

3,5% de proteínas, 4,8-4,9% de carboidratos e 0,7% de minerais.36

O leite e seus derivados são suscetíveis ao crescimento microbiano rápido que

pode ser benéfico (como os probióticos) ou não. Os laticínios estão vulneráveis à

contaminação por fontes biológicas, químicas e físicas e a identificação e eliminação destas

fontes de contaminação são de grande interesse para a indústria alimentícia.1; 36

3.1.1. CONTAMINAÇÃO MICROBIANA

O leite comercializado, quando contaminado, transfere os microorganismos do

animal para o ser humano. Os vírus e bactérias chegam ao leite por meio da alimentação ou

do ambiente em que o animal foi mantido. Ao ser retirado e manuseado, o produto ainda

entra em contato com os microorganismos presentes nos equipamentos de ordenha, de

armazenamento do produto e outras fontes de contaminação presentes na fazenda. Como o

leite é uma matriz orgânica que facilita a sobrevivência e reprodução de microorganismos, a

contaminação inicial pode resultar em um aumento significativo na população bacteriana,

dependendo da temperatura de armazenamento.37

As espécies mais comuns de bactérias encontradas no leite são: Salmonela,

Campylobacter, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes,

Mycobacterium bovis, Brucella abortus e Brucella melitensis.37

3.1.2. CONTAMINAÇÃO QUÍMICA

Podem ser de origem natural (toxinas produzidas por fungos) ou antropogênica

(resíduos da agricultura e das indústrias que estão presentes na água ou na alimentação do

animal). Na maioria dos casos, os resíduos químicos e contaminantes são resistentes à

degradação e não são afetados por tratamentos térmicos como a pasteurização ou a

diminuição do pH decorrente do processo de fermentação. 37

• Contaminantes Ambientais

Alguns exemplos de contaminantes são os furanos, as dioxinas, as bifenilas

policloradas (BPC’s), os metais pesados e alguns radionuclídeos. A presença de metais

tóxicos (As3+, As5+, Cd2+, Pb2+, Hg3+ principalmente) no solo contamina a produção agrícola,

e as fontes de água potável.38 O risco para a população é a ingestão de grandes

quantidades dos compostos citados acima, pois eles tendem a ser tóxicos, bioacumulativos

e cancerígenos.37


10

• Contaminantes Industriais

O processamento do produto natural também pode contaminar o alimento ao

produzir substâncias como: acrilamida, benzeno, aminas biogênicas, cloropropanóis, furano,

N-nitrosaminas, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, bisfenol A e outros contaminantes

provenientes do processo de empacotamento do produto.1

• Contaminantes Biológicos

Micotoxinas são metabólitos fúngicos que, quando ingeridos, inalados ou

absorvidos pela pele, podem causar doenças ou até a morte. Essa classe de compostos

apresenta os quatro tipos básicos de toxicidade: aguda, crônica, mutagênica e teratogênica,

as espécies de micotoxinas mais importantes são: aflatoxina, ocratoxina A, fumonisinas e

zearalenona.1

• Pesticidas

Durante a segunda metade do século XX, foram desenvolvidos uma série de

novos pesticidas com o objetivo de melhorar a produtividade das atividades agrícolas.

Encontram-se nesta categoria os herbicidas, fungicidas e inseticidas. São em geral

compostos tóxicos, bioacumulativos e provocam diversos problemas de saúde na população

como danos ao sistema nervoso, aos pulmões, aos órgãos reprodutivos, aos sistemas

imunológicos e endócrinos, malformação congênita e câncer.37

• Aditivos

São adicionados ao produto por diversos motivos: regular a acidez, reduzir a

formação de espuma, melhorar a textura e aumentar o prazo de validade do produto ao

suprimir o crescimento de microorganismos. Os aditivos podem ser naturais (ácido

ascórbico) ou sintéticos, estão presentes em pequenas quantidades nos alimentos e

geralmente não oferecem risco à saúde humana devido à baixa toxicidade.1

• Resíduos de remédios

Fármacos administrados em animais lactantes podem estar presentes nos produtos

de origem animal em pequenas concentrações. Estes remédios são administrados para

prevenir infecções e aumentar a saúde do animal. A retirada do leite após a administração

do remédio só deve ser realizada depois de um período determinado para que a

concentração do composto atinja níveis aceitáveis.1; 37

3.1.3. CONTAMINAÇÃO FÍSICA

Trata-se da inclusão acidental de algum material no alimento nas etapas de

processamento do produto. Essa contaminação pode ser por fragmentos de plástico ou

metais, insetos, causados pelo contato humano como unha e cabelo ou até mesmo

contaminação deliberada.


11

A Tabela 1 apresenta um resumo dos possíveis contaminantes encontrados em

laticínios

Tabela 1 – Contaminantes encontrados em laticínios.1

Contaminação Biológica Contaminação Química Contaminação Física

Bacillus cereus

Brucella spp.

Campylobacter jejuni

Coxiella burnetii

Cronobacter sakazakii

Cryptosporidium parvum

Escherichia coli

Enterohaemorrhagic E. coli

Listeria monocytogenes

Leptospira

Mycobacterium bovis

Mycobacetrium paratbuberculosis

Salmonella (non-typhi)

Shigella spp.

Staphylococcus aureus

Yersinia enterocolitica

hepatitis A, Salmonella typhi e

paratyphi.

Resíduos de Antibióticos

Antibióticos

Pesticidas

Hormônios

Dioxinas

Aflatoxina M1

Metais Pesados

Radionuclídeos

Bisfenol A (Processo de

empacotamento)

Melanina

Fragmentos de metal (parafusos e

rebites)

Limalhas de máquinas

Pedaços de vidro

Jóias

Pedras

Isolamento/pintura

Pedaços de Plástico

Jóia, botões, fragmentos de unha

Cabelo, pó, e insetos

Fonte: Encyclopedia of Food Safety

3.1.4. LEGISLAÇÃO

No século XIX, os laticínios eram uma fonte de transmissão de várias doenças

incluindo o antraz, difteria, febre tifóide, escarlatina e tuberculose. Essa situação começou a

mudar após a aplicação do processo de pasteurização. O desenvolvimento de novos

processos de tratamento do leite e novas legislações mudaram o panorama da indústria de

laticínios.37

No Brasil, a regulamentação do leite é feita pelo Centro Integrado de

Monitoramento da Qualidade dos Alimentos (Cquali – Leite), que é uma iniciativa conjunta

da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), do Departamento de Proteção e

Defesa do Consumidor (DPDC), do Ministério da Justiça e do Ministério da Agricultura,

Pecuária e Abastecimento (MAPA), no sentido de integrar as ações dos órgãos envolvidos

no controle de alimentos e fortalecer as medidas de prevenção e combate a desvios de

qualidade, incluindo irregularidades e fraudes. Os regulamentos técnicos em vigor no Brasil

são baseados nas normas, diretrizes ou recomendação da comissão do Codex Alimentarius


12

da União Européia, do FDA (Food and Drug Administration - EUA) e de outros órgãos

reconhecidos internacionalmente.39

Apesar da melhora no processamento do leite, a sua qualidade ainda é um fator

preocupante, uma vez que surtos de doenças transmitidas por leite ainda ocorrem, apesar

da pasteurização ou ainda causada por pasteurização inadequada.40

3.1.5. BIOSSENSORES PARA ANÁLISE DE LEITE

Um dos trabalhos mais citados publicados na década de 90 sobre a aplicação de

biossensores em laticínios foi desenvolvido por Jager e colaboradores, em 1994.41 Este

trabalho descreve a utilização de eletrodos impressos (screen printed) também chamados

de eletrodos descartáveis, com as enzimas β-galactosidase e glicose oxidase

coimobilizadas por ligação cruzada para a determinação de lactose em amostras de leite. O

biossensor amperométrico foi utilizado em um sistema de análise por injeção em batelada

(BIA). Não foi detectado nenhum tipo de interferente e não foi necessário o preparo prévio

das amostras, com faixa linear de 2,0x10-6 a 2,5x10-3 mol L-1 e sensibilidade de

250nAmmolL��. O biossensor possui o mecanismo catalítico mostrado abaixo, onde o

H2O2 é a espécie monitorada.

�� +�� !��"#$$$$$$$$$$$% & − (�)�� + & − ()*��(1)

& − ()*�� +�� "�. !��"#$$$$$$$$$$% & − ()/��0� − 1 − )��0� +��(2)

��

23→�� +��(3)

O biossensor apresentou estabilidade por três meses e foi aplicado em leite, Iorgute

e outros derivados do leite com resultados similares ao teste de referência.

Em 2010, Yang e colaboradores42 desenvolveram um biossensor enzimático e

óptico para análise em fluxo com mecanismo similar ao descrito anteriormente para a

determinação de lactose em amostras de leite. Com a β-galactosidase e glicose oxidase

coimobilizadas em fibra de alginato de cálcio e em AMNM (“amine modified nanosized

mesoporous sílica”). As duas primeiras etapas do mecanismo catalítico são iguais às

Equações 1 e 2 e a última etapa ocorre de acordo com a Equação 4.

)/6*0�) +�� + �� 728#$% �6*0�9��)�� + ℎ;(42506)(4)

Durante a reação enzimática, a lactose produz o equivalente em mols de H2O2, que

reage com o luminol em soluções básicas. A concentração da amostra é determinada pela


13

intensidade da luminescência produzida. Alguns interferentes foram descritos, assim como

a necessidade de centrifugação da amostra de leite. A faixa linear encontrada foi de

8,0x10−8 g mL−1 a 4,0×10−6 g mL−1 e o dispositivo apresentou estabilidade por cerca de 2

meses.

Em 2004 Knecht e colaboradores43 desenvolveram o primeiro imunossensor

automatizado (denominado PASA - conjunto de sensores de afinidade em paralelo) capaz

de detectar simultaneamente dez antibióticos. Os anticorpos específicos para penicilina G,

cloxacillin, cefapirina, sulfadiazina, sulfametazina, estreptomicina, gentamicina, neomicina,

eritromicina e tilosina permitiram a análise simultânea dos respectivos analitos. Todo o

processo foi totalmente automatizado e o tempo médio de cada análise foi de cinco minutos

com limites de detecção de 0,12 µg L-1 (cefapirina) a 32 µg L-1 (neomicina). O dispositivo foi

aplicado em amostras de leite com resultados satisfatórios.

Em 2012 Mishra e colaboradores44 publicaram um artigo que descreve a utilização de

enzimas modificadas geneticamente (acetilcolinesterase (AChE) enzimas B394, B4 e B131)

para determinação de pesticidas organofosfatos em um sistema de análise em fluxo. O

tempo total de análise foi de 15 minutos com uma faixa linear de trabalho de 5×10−12 mol L-1

a 5×10−6 mol L-1, sem a necessidade de preparo da amostra e não foi detectado nenhum

tipo de interferente.

Os trabalhos citados acima descrevem dispositivos que possuem viabilidade para

aplicação em processos reais devido aos curtos tempos de análises, à possibilidade de

análises simultâneas, à miniaturização e à automação do sistema além da alta

especificidade e sensibilidade. A Tabela 2 apresenta outros biossensores desenvolvidos nos

últimos cinco anos com o objetivo de quantificar contaminantes em laticínios.

Tabela 2- Biossensores empregados na análise de leite e bebidas lácteas

Analito Aplicação Reconhecedor Biológico Transdutor Faixa linear de resposta Durabilidade Ref.

Uréia Leite Urease Óptico - 7 a 8 dias 45

Ocratoxina A Leite Peroxidase Amperométrico 2,38×10−8 a 2,03×10−7 mol L-1 - 46

Organofosfatos Leite Acetilcolinasterase Amperométrico 5×10−6 a 5×10−12 mol L-1 - 44

Nisin Leite Bactéria Óptico 1,3×10-2 CFU mL-1 - 47

Lisina Leite Lisina oxidase Amperométrico 1,0×10−6 a 6,0×10−4 μmol L-1 4 meses 48

Glicose Leite Glicose oxidase Amperométrico 1,0×10−4 a 8,0×10−4 mol L-1 - 49

Patogênicos e toxinas Leite B linfócitos Ped-

2E9 cellline Óptico - - 50

Catecol Leite Lactobacillus acidophilus Amperométrico 5,0×10−4 e 5,0×10−3 mol L-1 18 dias 51

Lactose Leite β-galactosidase e Glicose oxidase Amperométrico 1,0×10−4 a 1,4×10−2 mol L-1 3 semanas 52

Lactose Leite Celobiose desidrogenase Amperométrico 1×10−6 a 1,5×10−4 mol L-1 12 dias 53

Herpesvirus-1 Leite ELISA Amperométrico - - 54

Salmonella typhimurium (SA) Leite Anticorpo SA Condutimetrico 1,0x10-3 a 1,0x10-7 CFU mL-1 1 mês 55

Cloranfenicol Leite Anticorpo cloranfenicol Piezoelétrico 5,0×10−10 a 1,0×10−7 g mL−1 - 56


14

Colina Leite Colina oxidase Óptico 1,0×10−7 a 5×10−4 mol L-1 20 dias 57

Uréia Leite Urease Térmico 1×10−3 a 2,0×10−3 mol L-1 180 dias 58

Organofosfatos Leite Acetilcolina

esterase e colina oxidase

Óptico 4,84×10-11 a 4,84×10−6 mol L-1 - 59

Glicose Leite Glicose oxidase Amperométrico 2,5×10−4 a 5,00×10−3 mol L-1 15 dias 60

Colina Leite Colina oxidase e peroxidase Óptico 5,0×10−7 a 2,0×10−3 mol L-1 30 dias 61

Aflatoxina M1 (AFM1) Leite Anticorpo AFM1 Condutimetrico 6,25×10-12 a 1,00×10-10 g mL−1 - 62

Enterotoxina estafilocócica A

(SEA) Leite Anticorpo SEA Piezoelétrico 5,0×10-5 a 1,0×10-3 g L−1 - 63

Ácido fólico Leite Anticorpo Óptico 1,0×10-9 a 1,0×10-8 g mL-1 - 64

Sulfadiazina Leite Anticorpo Piezoelétrico 5,0×10-5 a 2,0×10-4 g kg-1 - 65

Peróxido de hidrogênio Leite Catalase Amperométrico - - 66

Catalase Leite Aptâmero Óptico (SPR) 5×10-9 a 1,0×10-6 mol L-1 - 67

Íon chumbo Leite Urease Potenciométrico e colorimétrico 1,93×10-6 a 4,83×10-6 mol L-1 - 68


(LM) Leite Anticorpo LM Amperométrico 1,0×102 a 1,0×106 CFU mL-1 - 69

Sulfamethoxazole (SMX) Leite Anticorpo SMX Amperométrico 5×10−10 a 5×10−7 g mL−1 2 semanas 70

Enrofloxacina , Cloranfenicol e

Sulfapiridina Leite Anticorpo Óptico (SPR) - - 71

Staphylococcus Aureus (S. aureus),

Leite Anticorpo S. aureus Colorimétrico 1,5x102 a 1,5x106 CFU mL−1 - 72


(LM) Leite Anticorpo LM Piezoelétrico - - 73

Bisfenol A (BPA) Leite Aptâmero Anti-BPA Amperométrico 1,0×10−8 a 1,0×10−5 mol L-1 14 dias 74

Aflatoxina M1 Leite 21-mer ss-HSDNA

(fragmento de DNA)

Condutimétrico 1,0×10−9 a 1,4×10−8 g mL-1 - 75

Enterobacteriaceae Leite DNA e

Exonuclease III Amperométrico 1,0x10-14 a 1,0x10-9 mol L-1 - 76

Tetraciclina Leite Aptâmero Eletroquímico 5,0×10−7 a 5,0x10-6 g mL-1 15 dias 15

Biotin (vitamina B8)

Leite Anticorpo biotin Óptico 2,5×10−9 a 7,5×10−8 g mL-1 - 77

Mycobacterium bovis Leite Fragmento de

DNA IS6110 Amperométrico - - 78

Melamina Leite Anticorpo Óptico 5,0×10−7 a 1,0×10−6 g mL-1 - 79

Enterotoxina estafilocócica B

(SEB) Leite Anticorpo SEB Piezoelérico 1,0×10−8 a 1,0×10−5 g mL-1 e

1,0×10−15 a 1,0×10−4 g mL-1 - 80

Glicose Leite sem lactose Glicose oxidase Amperométrico - - 81

Bifidobacterium bifidum e

Lactobacillus acidophilus

Leite Anticorpo BSA Piezoelético 1×104 a 1×107 CFU mL-1 - 82

Diclofenaco Leite Anticorpo diclofenaco Óptico 3,99×10−7 a 2,227×10−6 g L−1 - 83

Peróxido de Hidrogênio Leite Peroxidase Amperométrico 5,0×10−7 a 1,0×10−5 mol L-1 e

1,0×10−4 a 1,8×10−3 mol L-1 36 dias 84

Clostridium botulinum

neurotoxinas A e B (PCR)

Leite ELISA e immuno-PCR Piezoelétrico - - 85

ELISA - Enzyme-Linked Immunosorbent Assay/ BlaR-CTD - carboxy-terminal of penicillin-recognizing protein BlaR/ CFU - Unidades formadoras de colônias/ SPR- ressonância de plasma de superfície


15

3.2. CERVEJA, VINHO E OUTRAS BEBIDAS ALCOÓLICAS

As bebidas alcoólicas são parte importante da vida cotidiana, pois o consumo

destes produtos é comum em todas as classes sociais. O princípio das bebidas alcoólicas é

a fermentação, onde o açúcar é convertido em etanol e outros produtos secundários. Essa

conversão pode ser realizada por diversos fungos e bactérias, que imprimem as suas

características ao processo de fermentação, produzindo bebidas de sabores característicos.

Os contaminantes normalmente encontrados em bebidas alcoólicas são os pesticidas,

contaminantes orgânicos industriais, metabólitos fúngicos, materiais inorgânicos, e outras

substâncias formadas ou adicionadas às bebidas no processo de fermentação (já discutidos

na seção 3.1.2).38

As concentrações destes contaminantes devem ser controladas regularmente

respeitando as quantidades máximas especificadas por lei.38 No Brasil, a qualidade das

bebidas alcoólicas e não alcoólicas é fiscalizada pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e

Abastecimento. A regulamentação para padronização, classificação, registro, inspeção,

produção e fiscalização encontra-se nas leis n°8.918, de julho de 1994 e n° 7.678, de

novembro de 1998, nos decretos regulamentadores n° 6.871/09 e n° 99.066/1990 e em

Instruções normativas e Portarias.39 As principais aplicações de metodologias analíticas,

com a finalidade de controlar a qualidade do produto no processo de produção, encontram-

se resumidas abaixo:38

• Monitorar o processo de produção e garantir a qualidade do produto.

• Determinar a autenticidade da bebida.

• Detectar aditivos fraudulentos.

• Assegurar que o produto cumpra as exigências regulamentares.

• Caracterizar novos componentes.

• Investigar a existência de poluentes, toxinas naturais e seus metabólicos.

Na monitoração do processo de produção para garantir a qualidade e o sabor das

bebidas, se destacam os biossensores denominados de “nariz” e “língua” eletrônica, que

são sistemas compostos por um conjunto de sensores e um sistema de análise de dados. O

objetivo destes dispositivos é o de reconhecer características do produto como gosto, e

valores nutricionais, fazendo uma estimativa dos componentes-chave e então comparando

os valores encontrados com uma base de dados.86

Em 2011, Ghasemi-Varnamkhasti87 e colaboradores desenvolveram uma “língua

bioeletrônica”, com a enzima tirosinase e o uso de fitalocianinas como mediador de elétrons


16

para avaliar as mudanças que ocorrem durante o processo de envelhecimento da cerveja. A

capacidade do biossensor de monitorar o processo de envelhecimento da cerveja está

relacionada com a mudança na concentração de compostos fenólicos, mais precisamente

dos flavonóides. As amostras de diferentes marcas de cerveja estudadas foram previamente

analisadas pelo conjunto de biossensores usando a voltametria cíclica. Os dados extraídos

da voltametria foram utilizados na análise do componente principal (PCA - Principal

Component Analysis) e a análise discriminante linear (LDA - Linear Discriminant Analysis)

que são procedimentos matemáticos que tem por finalidade a análise de dados visando

sumarizar os resultados que possuem muitas variáveis.88 Após os tratamentos matemáticos,

os resultados mostraram que o conjunto de biossensores foi capaz de fornecer informações

claras a respeito da bebidas analisadas. Os resultados foram confirmados pelos tratamentos

matemáticos de rede neural probabilística (PNN -Probabilistic Neural Networks), funções de

base radial (RBF - Radial Basis Functions) e Redes Feedforward e Backpropagation (BP -

FeedForward Networks with Backpropagation). O biossensor proposto foi capaz de

discriminar e classificar diferentes amostras de cerveja.

Vários trabalhos descrevem dispositivos capazes de monitorar a qualidade do

produto final. Em 2011, Monošik89 e colaboradores descreveram o uso em conjunto de

biossensores enzimáticos (com as enzimas glicose oxidase, glicose desidrogenase,

glicoamilase, frutose desidrogenase, álcool desidrogenase, peroxidase, glicerol quinase,

sarcosina oxidase e creatinase) no controle dos níveis de açúcar (maltose, maltotriose,

glicose e frutose) e álcool (etanol e glicerol) no processo de fermentação na produção de

cerveja. Os resultados encontrados para os biossensores foram comparados com a

cromatografia líquida de alta eficiência e a espectrofotometria. Os pesquisadores concluíram

que, para o monitoramento de maltose e maltotriose, apenas a HPLC apresentou resultados

satisfatórios. Porém os biossensores e a espectrofotometria mostraram os melhores

resultados, demonstrando a diminuição dos níveis de açúcar durante todo o processo, e

foram capazes de detectar baixas concentrações de glicose e frutose mesmo em estágios

mais avançados de fermentação. Para o etanol e o glicerol, todos os métodos mostraram se

adequados. Neste caso, os biossensores representam a melhor opção no que diz respeito

ao custo e tempo de análise. A Tabela 3 apresenta os biossensores desenvolvidos nos

últimos anos para aplicações em bebidas alcoólicas.


17

Tabela 3 - Biossensores empregados na análise da qualidade de bebidas alcoólicas

3.3. SUCO DE FRUTA E BEBIDAS NÃO ALCOÓLICAS

Nesta categoria encontram-se as bebidas que podem ou não ser de fontes naturais

e que não contém álcool em sua composição, tais como refrigerantes, energéticos, água de

coco, suco de fruta, dentre outros. O suco de fruta natural é um produto não fermentado

obtido da fruta fresca, alimento extremamente saudável e rico em vitaminas e minerais. As

frutas, no entanto, podem ser contaminadas por microorganismos como vírus e bactérias e

os diversos contaminantes químicos. Além disso, o componente principal destas bebidas é a

água; portanto a qualidade delas depende de um fornecimento adequado de água de

qualidade.1

As contaminações comuns em água são: concentração de minerais (acima ou

abaixo da ideal podem causar problemas de saúde), presença de metais pesados (devido a

ações naturais ou antropogênicas), outros contaminantes químicos (como pesticidas,

Analito Matriz Reconhecedor

Biológico Transdutor Faixa linear de resposta Durabilidade Re f.

Ocratoxina A Cerveja Peroxidase Amperométrico 2,4×10−10 a 2,06×10−9 mol L-1 - 90

Catecol e ácido caféico

Cerveja Tirosinase Amperométrico 2,5×10−7 a 9,2×10−5 e

2,5×10−7 a 4,7×10−4 mol L-1 24 dias 91

Polifenol e dióxido de

enxofre Cerveja Lacase Amperométrico - - 92

Ocratoxina A Cerveja Aptâmero Amperométrico - - 93

Tiramina Cerveja Tiramina oxidase Amperométrico 3,7×10−4 a 7,8×10−4 mol L-1 2 meses 94

Putrescina Cerveja Putrescina

oxidase Amperométrico 1,0×10−5 a 2,5×10−4 mol L-1 7 a 10 dias 95

Etanol Vinho e cerveja

Peroxidase e Álcool

desidrogenase Amperométrico - 3 dias 96

Amina Biogênica Vinho e Cerveja

Diamina oxidase Amperométrico 2,5×10−8 a 2,0×10−5 g ml-1 - 97

Glicose, frutose e

etanol Vinho

Glicose oxidase (GOD)

Álcool oxidase (AO) e

D-frutose desidrogenase

(FDH)

Amperométrico 2,0×10−5 a 7,0×10−4 mol L-1

5,0×10−5 a 5,0×10−4 mol L-1 e 5,0×10−5 a 5,0×10−4 mol L-1

6 meses GOD), 1mês (AO) e

15 dias (FDH) 98

Etanol Vinho Methylobacterium

organophilium Amperométrico 5,0×10−5 a 7,5×10−3 mol L-1 27 dias 99

Nitrogênio Vinho Gene GAP1m-F e

DAL4m-F Óptico - - 100

Ocratoxina A (OTA)

Vinho Anticorpo OTA Óptico - - 101

Ácido lático Vinho L-lactato oxidase Amperométrico 5×10−3 a 3,40×10−3 mol L-1 15 meses 102

Glicose Bebidas

alcoólicas Glicose oxidase Amperométrico 1,0×10−5 a 3,0×10−4 mol L-1 2 meses 103

Compostos fenólicos

Vinho Lacase Amperométrico - - 104

Quitosana Vodka Glucono-bacter

oxydans Amperométrico 5,0×10−4 a 2,0×10−3 mol L-1 - 105


18

dioxinas, BPC’s e compostos policíclicos aromáticos, dentre outros) e contaminações

microbiológicas.1

As cascas das frutas também podem abrigar uma grande variedade de fungos e

bactérias. Os microorganismos normalmente encontrados são as bactérias (Enterobacter,

Shigella, Salmonela, Escherichia coli 0157:H7, Bacillus cereus), certos vírus (Hepatite A,

Rotavirus e vírus Norwalk), fungos (Rhizopus, Aspergillus, Penicillum, Eurotium, Wallemia) e

leveduras (Saccharomyces, Zygosaccharomyces, Hanseniaspora, Candida, Debaryomyces

e Pichia sp).106 As contaminações citadas acima foram discutidas na seção 3.1.2.

Um biossensor enzimático para determinação de glicose em amostras de vinho e

suco de fruta, utilizando um sensor de fibra óptica acoplado a FIA (sistema por injeção em

fluxo) foi desenvolvido em 1989 por Dremel e colaboradores.107 O sistema apresentou faixa

linear de resposta de 0,1 a 500 mmol L-1, capacidade de análise de 60 amostras por hora e

estabilidade de 400 horas em análise contínua.

Em 2007, Wcisło108 e colaboradores publicaram um artigo em que descreviam um

biossensor amperométrico, descartável e enantiosseletivo para determinação de D-

aminoácidos. O biossensor foi construído imobilizando a enzima D-aminoácido oxidase na

superfície do eletrodo descartável que continha grafeno modificado com azul da Prússia e

Nafion. O dispositivo apresentou alta seletividade e faixa de resposta linear de

5a200μmolL��, com resultados semelhantes ao método padrão.

Um biossensor potenciométrico para determinação de Escherichia coli em amostras

de suco de frutas e leite foi desenvolvido por Zelada-Guillen e colaboradores em 2010109. O

reconhecedor biológico (aptâmero) foi imobilizado em nanotubos de carbono de parede

simples. O sistema apresentou alta sensibilidade e seletividade, com limite de detecção de

104CFUmL��(Unidades formadoras de colônias mL-1). O biossensor é de fácil construção,

porém só possui estabilidade para cinco análises. A Tabela 4 apresenta outros biossensores

desenvolvidos para análise de bebidas não alcoólicas.


19

Tabela 4 – Biossensores aplicados a análise de suco de frutas e outras bebidas não alcoólicas.

4. BIOSSENSORES COMERCIAIS

Nos últimos anos, diversos trabalhos que descrevem a construção de biossensores

com potencial para aplicação em processos reais foram publicados na literatura. Eles

empregam diversos tipos de reconhecedores biológicos e são capazes de detectar centenas

de compostos de forma rápida e sensível. Apesar disso, a quantidade de biossensores

comerciais ainda é muito limitada. A Tabela 5 apresenta alguns dos biossensores

comerciais disponíveis no mercado.

Analito Matriz Reconhecedor Biológico Transdutor Faixa linear de resposta Durabilidade Re f.

Vitamina B5 Suco de fruta Anticorpo vitamina B5 Óptico (SPR) 1,0×10−8 a 5,0×10−6 g mL-1 - 110

Peróxido de hidrogênio

Leite, suco de fruta, leite de

coco

Tionina e catalase Amperométrico 1,0×10−4 a 2,3×10−3 mol L-1 4 semanas 111

Ocratoxina A Leite e suco de Frutas

Anticorpo ocratoxina e

Anticorpo aflatoxina

Óptico (SPR) - - 112

Ácido ascórbico Suco de Fruta Fragmento de

DNA Amperométrico - - 113

Carbamato pesticida-

metolcarbe Suco de Fruta Anticorpo

metolcarbe Piezoelétrico 1,0×10−4 a 5,0×10−2 g L−1 - 114

Frutose

Suco de Frutas e

Bebidas energéticas

Frutose desidrogenase Amperométrico 1,0×10−4 a 5×10−3 mol L-1 4 meses 115

Adenina Chá Adenina deaminase Amperométrico 5,0×10−6 a 1,0×10−4 mol L-1 - 116

L-aminoácido Suco de Fruta L-aminoácido oxidase Amperométrico 1,0×10−6 a 7,0×10−2 mol L-1 120 dias 117

Ácido Ascórbico

Suco de Laranja

Ascorbato oxidase Amperométrico - - 118

Glicose

Energil C, Energeticos,Ta

mpico, Gatorade, Suco de Laranja

Glicose oxidase e peroxidase Amperométrico

5,0×10−5 e 6,0×10−3 g mL–1 5 dias 119

Tioureia Suco de Fruta

Tecido de cogumelo (Agaricus

bisporus) e polifenol oxidase

Térmico 1,0×10−6 a 2,0×10−5 mol L-1 - 14

Xantina

Suco de Fruta, Bebidas

energéticas e vinho

Xantina oxidase Amperométrico 2,0×10−8 a 6×10−8 mol L-1 e 1,0×10−6 a 7,5×10−6 µmol L-1 1 semana 120

Glicose Suco de Fruta e Chá Glicose oxidase Amperométrico 2,5×10−4 a 2,0×10−3 mol L-1 - 121

SPR- ressonância de plasma de superfície


20

Tabela 5 – Biossensores comerciais para analise de bebidas

O primeiro biosensor comercial foi lançado em 1974 pela Yellow Springs Instrument

e detectava glicose por meio da enzima glicose oxidase imobilizada sobre um eletrodo de

platina. As pesquisas sobre o desenvolvimento de novos biossensores para glicose

cresceram e hoje cerca de 85% do mercado de biossensores são destinados à

determinação de glicose no sangue.128

A viabilidade da comercialização de um biossensor depende da versatilidade e do

baixo custo do sensor. Um dos principais problemas encontrados deve-se ao fato de que o

dispositivo deve funcionar continuamente por longos períodos de tempo (a maioria dos

sensores não cumpre esse requisito devido à fragilidade do reconhecedor biológico) e o

mercado é limitado para análise de apenas um composto. Em contrapartida, o biossensor

permite a troca do reconhecedor biológico imobilizado na superfície, tem a possibilidade de

miniaturização, automação e facilidade de operação que faz com que eles possam ser

empregados em processos reais a um preço competitivo que justifique os investimentos

iniciais necessários.129

A necessidade de novas metodologias cresce anualmente junto com novas

legislações e regulamentos.130 As análises em alimentos devem ser feitas de forma a

satisfazer os requerimentos básicos da indústria e dos órgãos governamentais. Neste

sentido elas são usadas para confirmar se o produto atende às normas previstas na

legislação. Além disso, a diversidade de alimentos disponíveis, a adição de nutrientes aos

alimentos, a adulteração acidental ou deliberada e a demanda por produtos mais saudáveis

Analito Aplicação Nome do Biossensor Empresa Ref.

Etanol, Latato, Glicose, Glicerol, Metanol, Sucrose e Lactose

Bebidas Alcoólicas

Am2, Am3, Am5, Gl10, Gl16 Analox 122

Bacillus Diarrhoeal enterotoxina, Campylobacter sp, Escherichia coli, Listeria

spp, Pseudomonas spp, Saumonella aureus, Salmonella spp, Staphylococcal Enterotoxins

A-E

Bebidas alcoólicas, não

alcoólicas e leite

BDEVIA48, BP0298500, BP0120500, BP0253500,

TPEBMED500, TSGMED500,

SALVIA96, SETVIA48

3M 123

Bacillus spp., Campylobacter jejuni / lari / coli Clostridium perfringens, Cronobacter sakazakii

Listeria spp., Salmonella spp., Escherichia coli, Shigella spp.

Staphylococcus aureus, Vibrio cholera Vibrio parahaemolyticus, stx1A gene

Leite VereFoodborne™ Veredus

Laboratory Pte. Ltd.

124

Glicose Bebidas Answer 8000 Gwent sensors 125

Lactato Leite Microzyme Biosentec 126

Glicose, Lactato, Malato Vinho, Suco de fruta Senzytech one Tectronik 127

NH4+, Ca2+, Cl-, I-, NO3

-, K+, S2-, Na+

Indústria Alimentícia

YSI TruLine Ion Selective

Yellow springs

instruments 126


21

por parte do consumidor contribuem para o desenvolvimento do campo de pesquisa em

biossensores.131

Novas tecnologias específicas, como biossensores acoplados a celulares132, a

utilização de novas matrizes para o suporte dos componentes biológicos associados a

novas técnicas de imobilização105; 133; 134, o desenvolvimento de genossensores, e

aptassensores135, dispositivos que promovem análises simultâneas43; 136; 137, microeletrodos

e eletrodos descartáveis,54; 90; 138 dentre outras desenvolvidas para esse mercado nos

últimos anos, e serão capazes de fornecer informações específicas sobre possíveis

contaminações (como pesticidas, metais pesados, poluentes e compostos tóxicos) e sobre a

qualidade do produto final.139

Com isso, o uso de biossensores na análise de alimentos são uma alternativa para

suplementar os métodos existentes. A possibilidade de uma análise rápida, de baixo custo,

sensível, que pode ser feita tanto em laboratório quanto no local de produção e dispositivos

que podem ser construídos de forma que um operador não especializado possa utilizá-los

fazem com que os biossensores possam ser usados em qualquer ponto do processo de

produção alimentar.140

As pesquisas que procuram novas tecnologias que assegurem a durabilidade do

componente biológico e o avanço na miniaturização dos sensores levam a construção de

dispositivos cada vez mais robustos e baratos. Estima-se que o mercado de biossensor irá

sofrer um crescimento significativo nos próximos anos, com a sua receita ultrapassando a

marca de 14 bilhões de dólares em 2016. Infelizmente, apenas uma pequena parcela deste

crescimento é destinada a indústria alimentícia.128; 141

5. CONCLUSÃO

O uso dos biossensores na análise de alimentos tem por objetivo facilitar o controle

de qualidade dos produtos, permitindo uma análise rápida, eficiente e confiável. Um dos

principais problemas na aplicação de biossensores em processos reais é a durabilidade do

dispositivo. Apesar de alguns biossensores descritos na literatura apresentarem dispositivos

com estabilidade de até seis meses, eles ainda são exceção. Em geral, os biossensores

ainda não possuem a estabilidade exigida para uma aplicação prática. No entanto,

características únicas como alta seletividade e sensibilidade, tempo rápido de análise e

baixo custo de construção justificam o emprego destes dispositivos.

Ao analisar as tabelas apresentadas, percebe-se que os biossensores enzimáticos

são os mais empregados para análise em bebidas. Esses sensores são os que possuem

maior durabilidade e potencial para aplicação em processos reais. O leite e seus derivados

também são as bebidas para as quais se encontra maior número de estudos, que se deve


22

ao fato do leite estar sujeito a maiores fontes de contaminação microbiana e ser um dos

produtos mais consumidos no mundo. Além disso, as aplicações dos dispositivos

encontrados na literatura se concentraram em cinco tipos de bebidas: leite, vinho, cerveja,

suco de fruta natural e chá. Outras bebidas como o café, bebidas lácteas (Iogurte),

energéticos e bebidas esportivas foram citadas em poucos trabalhos.

A diversidade dos trabalhos encontrados na literatura demonstra a versatilidade dos

biossensores. A possibilidade de combinar os reconhecedores biológicos com diferentes

tipos de transdutores de acordo com o evento bioquímico na interface eletrodo-solução, os

novos materiais desenvolvidos nos últimos anos, a possibilidade de usar um conjunto de

biossensores para análise simultânea e a possibilidade de acoplar os biossensores com o

sistema de FIA e BIA fornece aos dispositivos uma ampla faixa de aplicação. Para a

indústria alimentícia, em especial, esses dispositivos podem analisar os contaminantes

presentes de forma rápida e sem a necessidade de longos processos de preparo de

amostra.

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