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PhD Thesis oh chemometrics and food analysis

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  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS UFMG

    INSTITUTO DE CINCIAS EXATAS ICEX

    DEPARTAMENTO DE QUMICA

    Bruno Gonalves Botelho

    Desenvolvimento e validao de mtodos para anlise direta de alimentos usando ferramentas

    quimiomtricas, espectroscopia no infravermelho e imagens digitais

    Belo Horizonte

    2014

  • UFMG-ICEx/DQ.XXXX

    T.473.

    Bruno Gonalves Botelho

    Desenvolvimento e validao de mtodos para anlise direta de alimentos usando ferramentas quimiomtricas, espectroscopia no infravermelho e

    imagens digitais

    Belo Horizonte

    2014

    Tese apresentada ao Departamento de Qumica do Instituto de Cincias Exatas da Universidade Federal de Minas Gerais como requisito parcial para a obteno do grau de Doutor em Cincias - Qumica

  • (FICHA CATALOGRFICA)

  • (ATA DE DEFESA)

  • AGRADECIMENTOS

    Gostaria de agradecer primeiramente minha famlia, por todo apoio dispensado no s nesses quatro anos, mas ao longo de toda a minha vida

    acadmica.

    Keila, minha noiva e companheira, que dividiu comigo as alegrias e os perengues enfrentados nesse doutorado. E ao Bolinha, que, nos privou de

    algumas horas de sono, mas a cada sorriso banguela, faz tudo valer a pena.

    Ao Marcelo, que alm de orientar e transmitir conhecimento, sempre se mostrou preocupado com minha formao moral e profissional com relao ao

    meio acadmico.

    Aos companheiros de grupo, incluindo a Cris, que dividiram comigo todos os momentos alegres e alguns momentos tensos, algumas roubadas em

    congressos, e que tambm contriburam para minha formao profissional e crescimento como pessoa.

    Ao IMA, por permitir a utilizao do seu espao, equipamentos e infra-estrutura, e em especial Bruna, que tanto nos auxiliou no incio desde o

    incio desse projeto

    Aos professores DQ, em especial aos professores da Analtica, por todo o conhecimento transmitido.

    Aos funcionrios do DQ, em especial s funcionrias da secretaria de ps graduao, que sempre estavam dispostas a nos ajudar.

    Aos amigos de longa data, que, mesmo no entendendo nada de quimiometria, sempre estavam dispostos a tomar cerveja!

    E aos rgos de fomento, que tornaram a realizao desta tese possvel.

  • No! Tentar no!

    Faa.

    Ou no faa.

    Tentativa no h.

    Mestre Yoda

  • Sumrio

    1. Introduo ..................................................................................................... 1

    2. Reviso bibliogrfica ................................................................................... 3

    2.1 INTERAO LUZ/MATRIA 3

    2.2 ESPECTROSCOPIA VIBRACIONAL 4

    2.2.1 OSCILAO HARMNICA E ANARMNICA ...................................................................................... 4

    2.3 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO PRXIMO (NIRS) 6

    2.4 ESPECTROSCOPIA NO INFRAVERMELHO MDIO (MIRS) 8

    2.5 ANLISE DE IMAGENS DIGITAIS 10

    2.6 QUIMIOMETRIA 12

    2.6.1 CALIBRAO MULTIVARIADA ..................................................................................................... 12

    2.6.2 MNIMOS QUADRADOS PARCIAIS (PLS) ...................................................................................... 13

    2.6.3 N-PLS................................................................................................................................... 15

    2.6.5 PLS-DA ................................................................................................................................ 17

    2.6.6 QUIMIOMETRIA APLICADA ANLISE DE ALIMENTOS ..................................................................... 18

    2.7 VALIDAO ANALTICA MULTIVARIADA 19

    2.7.1 DETECO DE AMOSTRAS ANMALAS (OUTLIERS) ......................................................................... 19

    2.7.2 SINAL ANALTICO LQUIDO (NAS) E CURVAS PSEUDOUNIVARIADAS .................................................. 20

    2.7.3 FIGURAS DE MRITO (FOM) ..................................................................................................... 21

    2.7.4 VALIDAO QUALITATIVA MULTIVARIADA .................................................................................... 29

    2.7.5 MONITORAMENTO PS-MODELO .............................................................................................. 32

    3. Modelos para o controle fiscal de queijos utilizando espectroscopia NIR e PLS ............................................................................................................... 34

    3.1 DETERMINAO DE UMIDADE E GORDURA EM QUEIJOS MUARELA 34

    3.1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 37

    3.1.3 MATERIAIS E MTODOS ............................................................................................................ 37

    3.1.4 RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................................................ 38

    3.2. DETERMINAO DE UMIDADE EM QUEIJOS MINAS ARTESANAL UTILIZANDO NIR E PLS 53

    3.2.1 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 54

    3.2.2 MATERIAL E MTODOS ............................................................................................................. 55

    3.2.3 RESULTADOS E DISCUSSO ........................................................................................................ 55

    3.3 CONCLUSO 64

    4. Desenvolvimento de um mtodo de triagem para a deteco simultnea de cinco adulterantes em leite cru utilizando infravermelho mdio e PLS-DA .................................................................................................................... 66

    4.1 INTRODUO 66

  • 4.2 OBJETIVOS 68

    4.3 MATERIAIS E MTODOS 68

    4.3.1 EQUIPAMENTOS E SOFTWARES .................................................................................................. 68

    4.3.2 AMOSTRAS E REAGENTES .......................................................................................................... 68

    4.3.3 PROCEDIMENTO...................................................................................................................... 69

    4.4 RESULTADOS E DISCUSSO 71

    4.4.1 ESPECTROS DE INFRAVERMELHO ................................................................................................ 71

    5.4.2 MODELOS PLS-DA ................................................................................................................. 74

    4.4.3 VALIDAO QUALITATIVA MULTIVARIADA .................................................................................... 78

    4.5 CONCLUSO 80

    5. Determinao do corante amarelo crepsculo em bebidas no alcolicas utilizando anlise multivariada de imagens .............................. 81

    5.1 INTRODUO 81

    5.2 OBJETIVOS 82

    5.3 MATERIAIS E MTODOS 83

    5.3.1 EQUIPAMENTOS E SOFTWARES .................................................................................................. 83

    5.3.2 AMOSTRAS ............................................................................................................................ 83

    5.3.3 PROCEDIMENTO...................................................................................................................... 83

    5.3.4 ANLISES CROMATOGRFICAS 85

    5.4 RESULTADOS E DISCUSSO 85

    5.4.1 MODELO PLS ......................................................................................................................... 85

    5.4.2 VALIDAO ANALTICA MULTIVARIADA ...................................................................................... 88

    5.4.3 -TI ...................................................................................................................................... 91

    5.5 CONCLUSES 92

    6. Telefone celular como instrumento de aquisio de imagens para modelos multivariados: Determinao do corante vermelho 40 em balas duras ............................................................................................................... 93

    6.2 OBJETIVOS 96

    6.3 MATERIAIS E MTODOS 96

    6.3.1 EQUIPAMENTOS E SOFTWARES .................................................................................................. 96

    6.3.2 AMOSTRAS ............................................................................................................................ 97

    6.3.3 PROCEDIMENTO...................................................................................................................... 97

    6.4 RESULTADOS E DISCUSSO 100

    6.4.1 MODELO PLS/RGB 100

    6.4.2 MODELO N-PLS/FFT ............................................................................................................ 100

    6.4.3 VALIDAO ANALTICA MULTIVARIADA ..................................................................................... 101

  • 6.4.4 -TI .................................................................................................................................... 104

    6.5 CONCLUSES 105

    7 Concluses Gerais .................................................................................... 106

    8 Referncias Bibliogrficas ....................................................................... 107

    ndice de Figuras

    Figura 1 Representao esquemtica dos modelos do oscilador harmnico e anarmnico1 ....................................................................................................... 5

    Figura 2 Representao grfica do siste