Espectroscopia por fluorescência bidimencional e FT-IR aplicadas na quantificação de compostos fenólicos totais e cafeína

Abstract

O consumo regular de polifenóis tem sido associado à prevenção de câncer, doenças cardiovasculares, diabetes e problemas neurológicos. A cafeína encontrada em chás (Camellia sinensis) apresenta propriedades estimulantes, no entanto o consumo em excesso pode afetar negativamente a saúde humana. Os métodos comumente usados para quantificação desses compostos são destrutivos, requerem pré-tratamento da amostra, longo tempo de análise e uso de solventes. Neste trabalho, investigamos métodos alternativos de quantificação de compostos fenólicos e cafeína baseados em espectroscopia óptica, com foco em viabilizar construção de sensores customizados. Os compostos fenólicos foram investigados em duas matrizes: em cachaças envelhecidas e em extratos de chás. A cafeína foi somente avaliada na matriz de chá, a quantificação da mesma foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). A cachaça utilizada neste estudo foi envelhecida em um barril de Amburana e amostras foram coletadas durante um período de 463 dias. As amostras de cachaça e chá foram analisadas com um método analítico tradicional para quantificação fenólica total (Folin-Ciocalteu), com Espectroscopia por Fluorescência 2-D e Espectroscopia no Infravermelho com transformada de Fourier. Para a modelagem quimiométrica, aplicamos uma metodologia baseada na Otimização de Colônias de Formigas (ACO) para otimizar a seleção de variáveis e o ajuste do modelo para prever o conteúdo fenólico total e cafeína. Nossos resultados demonstraram que a espectroscopia de fluorescência foi mais sensível que o Infravermelho para predição dos compostos fenólicos totais para os modelos globais e locais em amostras de cachaça, com combinação de apenas quatros pares de Excitação / Emissão. Para os chás as técnicas de fluorescência e infravermelho também se mostram eficientes para a predição de compostos fenólicos totais e cafeína.

The regular consumption of polyphenols has been linked to the prevention of cancer, cardiovascular disease, diabetes, and neurological problems. Caffeine found in teas (Camellia sinensis) has stimulating properties, however, excessive consumption can negatively affect human health. The methods commonly used for quantification of these compounds are destructive, require sample pretreatment, long analysis time and the use of solvents. In this work, we investigate alternative methods for quantifying phenolic and caffeine compounds based on optical spectroscopy, focused on enabling the construction of custom sensors. Phenolic compounds were investigated in two matrices: aged cachaça and tea extracts. Caffeine was only evaluated in the tea matrix, quantification was performed by high performance liquid chromatography (HPLC). The cachaça was aged in an Amburana barrel and the samples were collected during a period of 463 days. The cachaça and tea samples were analyzed with a traditional analytical method for total phenolic quantification (Folin-Ciocalteu), as well as 2-D Fluorescence Spectroscopy and Fourier Transform Infrared Spectroscopy. For the chemometric modeling, we applied a methodology based on Ant Colony Optimization (ACO) to optimize variable selection and model fitting to predict total phenolic and caffeine content. Our results demonstrated that fluorescence spectroscopy was more sensitive than IR in the quantification of total phenolic compounds for both global and local models, for cachaça samples, with models using combinations of only four Exitation/Emission pairs. For teas, fluorescence and infrared techniques were also efficient for the prediction of total phenolic compounds and caffeine.