Desenvolvimento de métodos analíticos por técnicas de eletromigração, cromatográficas e espectroscópicas para detecção e determinação de α e β-ácidos, terpenos e ácidos graxos em amostras comerciais de Lúpulo (Humulus lupulus L.)

O lúpulo (Humulus lupulus L.) é uma planta complexa em sua composição química, tendo sua principal aplicação na indústria cervejeira. Nesse trabalho, foram desenvolvidas metodologias para o estudo dos principais metabólitos que desempenham importantes papéis no processo de produção de cervejas. Os α...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2018
Main Author: Duarte, Lucas Mattos lattes
Orientador/a: Oliveira, Marcone Augusto Leal de lattes
Banca: Silva, José Alberto Fracassi da lattes, Vaz, Fernando Antônio Simas, Chellini, Paula Rocha, Sousa, Rafael Arromba de
Format: Tese
Language:por
Published: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Programa: Programa de Pós-graduação em Química
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Assuntos em Português:
Hop
Áreas de Conhecimento:
Online Access:https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/9063
Resumo Português:O lúpulo (Humulus lupulus L.) é uma planta complexa em sua composição química, tendo sua principal aplicação na indústria cervejeira. Nesse trabalho, foram desenvolvidas metodologias para o estudo dos principais metabólitos que desempenham importantes papéis no processo de produção de cervejas. Os α-ácidos são precursores do amargor característico da cerveja, enquanto que os β-ácidos apresentam ação bacteriostática. Primeiramente, foi otimizada uma metodologia considerando a etapa de extração e análise por eletroforese capilar de zona com detecção no ultravioleta, onde foi possível separar e identificar quatro α e β-ácidos. À partir do perfil eletroforético de diferentes variedades de lúpulo, foi possível classificar lúpulos aromáticos e de amargor sem a utilização de padrões analíticos, empregando análise de componentes principais. Em uma segunda etapa, foi otimizado um método por cromatografia eletrocinética micelar modificada com ciclodextrina e detecção no ultravioleta, empregando abordagens uni e multivariada, para a separação completa dos isômeros e homólogos de α e β-ácidos, apresentando tempo de separação de 7,8 minutos. O segundo metabólito estudado foi a classe dos terpenos. O óleo essencial do lúpulo é composto majoritariamente por esses compostos, os quais são responsáveis pela aromatização das cervejas. Eles foram identificados por cromatografia gasosa acoplada ao espectrômetro de massas, sendo empregado um simples método de preparo de amostras por extração direta com solvente assistida por ultrassom. Dezoito terpenos, entre mono e sesquiterpenos, foram identificados. Os diferentes teores desses terpenos foram utilizados para modelagem quimiométrica por análise de componentes principais e de clusters, o que permitiu a classificação de diferentes variedades de lúpulos, podendo diferenciá-los em lúpulos de aroma, amargor ou de duplo propósito. Por fim, os ácidos graxos foram estudados no lúpulo. Esses compostos tem seu estudo mais negligenciado em lúpulos quando comparado com os metabólitos descritos anteriormente. Eles desempenham importantes papéis no processo de produção, como na etapa de fermentação, no entanto, eles podem contribuir para geração de sabores indesejáveis na cerveja. Diferentes metodologias analíticas foram desenvolvidas para determinação dos ácidos graxos em lúpulos. Quatorze ésteres de ácidos graxos foram determinados em trinta amostras de lúpulo por cromatografia gasosa com detecção por ionização em chama após a otimização das etapas de extração lipídica, empregando o método de Folch e Stanley e da reação de transesterificação via catálise básica. Para esses mesmos lúpulos foi proposto a construção de modelos de calibração multivariada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear para o núcleo de hidrogênio associada a regressão por mínimos quadrados parciais com e sem seleção de variáveis para a determinação dos ácidos graxos C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C20:1, C20:2 e C22:2. Os resultados evidenciaram a complexidade da matriz, no entanto a abordagem é vista como promissora. Adicionalmente, foi proposta uma abordagem para determinação dos ácidos graxos C16:0, C18:0, C18:1, C18:2 em lúpulos por eletroforese capilar de zona com detecção indireta no ultravioleta. O preparo de amostras foi otimizado pela reação de saponificação direta das amostras e o método foi adequadamente validado levando em consideração os principais parâmetros de validação, tais como: linearidade, precisão, exatidão, limites de detecção e quantificação e seletividade.
Hop (Humulus lupulus L.) is a plant with a complex chemistry composition and the main hop application relies on brewing industry. In this work methodologies were developed to study the main hop metabolites that plays important roles in brewing process. The α-acids are precursors of the characteristic beer bitterness, the β-acids have bacteriostatic effects. Firstly, a methodology was optimized considering the extraction step followed by capillary zone electrophoresis analysis with ultraviolet detection, which enabled the separation and identification of four α and β-acids. From the electrophoretic profile of the different hop varieties, it was possible to classify aromatic and bitter hops without the use of analytical standards by employing principal component analysis. As a second step, it was optimized a method by cyclodextrin-modified micellar electrokinetic chromatography with ultraviolet detection, considering uni and multivariate approaches, to completely separate isomers and homologues of α and β-acids compounds, which occurred in a separation time of 7.8 minutes. The second metabolite studied was the terpene class. The hop essential oil is essentially formed by these compounds, which are responsible for beer aroma. They were identified by gas chromatography coupled to mass spectrometry, being employed a simple sample preparation by using a direct solvent extraction assisted by ultrasound. Eighteen terpenes, considering mono and sesquiterpenes, were identified. The different contents of thirteen terpenes were used to perform the chemometric modeling by principal component analysis and cluster analysis, which enabled the classification of different hop varieties, making possible differentiate aroma, bitter and dual purpose hops. Finally, fatty acids in hops were studied. These compounds are neglected in hops when compared to the aforementioned metabolites. They play important roles in brewing, as in fermentation step, however they may contributes to off flavors in beer. Different analytical methodologies were developed to determine fatty acids in hops. Fourteen fatty acids methyl esters were determined in thirty hop samples by gas chromatography with flame ionization detector after the lipid extraction carried out employing Folch and Stanley procedure and a base-catalyzed transesterification reaction. To the same hop sample, it was proposed the building of multivariate calibration models by proton nuclear magnetic resonance in association with partial least squares regression, with and without variable selection, to determine the fatty acids C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C20:1, C20:2 and C22:2. The results showed the matrix complexity, however, the approach is regarded as promising. Additionally, it was proposed an approach to determine the fatty acids C16:0, C18:0, C18:1 and C18:2 in hops by capillary zone electrophoresis with indirect ultraviolet detection. The sample preparation was optimized considering a direct sample saponification reaction and the method was properly validated taking into account the main validation parameters, such as: linearity, precision, accuracy, limits of detection and quantification and selectivity.