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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3955| Título: | Desenvolvimento de nariz eletrônico de baixo custo: comparativo entre a discriminação instrumental e perfil descritivo quantitativo na análise de cafés torrados comerciais |
| Título(s) alternativo(s): | Development of low cost electronic nose: comparative between instrumental discrimination and quantitative descriptive profile of commercial roasted coffee |
| Autor(es): | Makimori, Gustavo Yasuo Figueiredo |
| Orientador(es): | Bona, Evandro |
| Palavras-chave: | Avaliação sensorial Quimiometria Arduino (Controlador programável) Sensory evaluation Chemometrics Arduino (Programmable controller) |
| Data do documento: | 28-Jun-2018 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Campo Mourao Medianeira |
| Citação: | MAKIMORI, Gustavo Yasuo Figueiredo. Desenvolvimento de nariz eletrônico de baixo custo: comparativo entre a discriminação instrumental e perfil descritivo quantitativo na análise de cafés torrados comerciais. 2018. 148 f. Dissertação (Mestrado em Tecnologia de Alimentos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2018. |
| Resumo: | O café é uma bebida de aroma e sabor extremamente complexo. Fatores desde a região geográfica, condições climáticas da época de plantio, tipo de manejo, métodos de torra, moagem e armazenamento estão intrinsicamente relacionados com a qualidade e característica do produto final. Uma das maneiras de avaliar a qualidade do café é através da análise sensorial do tipo Perfil Descritivo Quantitativo (PDQ) que é baseada no treinamento de avaliadores selecionados que julgam a intensidade de atributos da amostra. O PDQ apresenta algumas desvantagens como longos períodos de análise, custo e consumo elevado de amostras. Assim, métodos instrumentais rápidos aliados a métodos quimiométricos poderiam ser utilizados no controle de qualidade do café para substituir ou no mínimo reduzir a quantidade de amostras analisadas por métodos sensoriais tradicionais. São denominados de nariz eletrônico (e-nose) instrumentos baseados em uma matriz de sensores químicos parcialmente seletivos capazes de detectar vapores orgânicos. Com o alto custo dos equipamentos comerciais e a complexidade dos dados coletados surge a oportunidade do desenvolvimento de protótipos com componentes de baixo custo e a aplicação de métodos quimiométricos mais recentes. Por outro lado, espectros na região do visível (Vis) podem informar o grau de torra no café já o infravermelho próximo (NIR) fornecem informações de sobretom das vibrações das moléculas e são amplamente utilizados para identificação de características químicas devido a rapidez e preservação da amostra. Além disso, a língua eletrônica (e-tongue) que é um sistema com múltiplos sensores químicos, não específicos e de baixa seletividade, também pode ser utilizada na avaliação do café. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protótipo de e-nose e avaliar doze amostras de café comercial torrado e moído pelos três métodos instrumentais rápidos já citados (e-nose, e-tongue e espectros Vis-NIR) para verificar se os mesmos são capazes de discriminar diferentes cafés comerciais de forma semelhante ao PDQ. O protótipo e-nose foi construído a partir de uma placa de desenvolvimento (Arduino Mega 2560) e sensores do tipo MOS (semicondutor metal-óxido) que detectam compostos orgânicos voláteis (VOCs). Os algoritmos de controle, automação e interface gráfica foram desenvolvidos em ambiente MATLAB®. O sinal obtido pelo protótipo apresentou boa repetibilidade quando testado por meio de um planejamento de mistura ternária do tipo simplex centroide (acetona, acetonitrila e etanol). O PDQ foi realizado com 15 avaliadores treinados durante dois meses. Foram utilizados seis atributos de odor, três de sabor, um de textura (corpo da bebida) e a cor para a caracterização dos produtos. Os dados do PDQ foram analisados de duas formas distintas. A primeira seguiu uma estratégia normalmente utilizada, Análise de Variância (ANOVA), Teste de Tukey, Análise de Componentes Principais (PCA) e gráfico aranha. Já a segunda estratégia foi utilizar a Análise de Dimensões Comuns (ComDim) tanto na seleção de atributos e avaliadores como para a análise final dos dados do PDQ. Mesmo selecionando avaliadores diferentes, ambas as técnicas descreveram os 12 produtos de forma similar. Entretanto, com o ComDim a interpretação é facilitada pelos gráficos de escores e saliências. Os produtos 100% arábica foram descritos com alta intensidade nos atributos odor verde e odor fresco, já os produtos blends foram descritos com alta intensidade dos atributos sabor amargo, corpo da bebida e cor marrom nos dois métodos. Ambas estratégias destacaram que os produtos “A” e “B” são as amostras mais diferentes do conjunto e a cor foi o atributo utilizado de forma mais eficiente pelos avaliadores para distinguir os produtos. Finalmente, para os doze cafés avaliados, foram utilizados os espectros Vis-NIR, o sinal do e-nose, o sinal obtido por meio da e-tongue e as notas dos atributos do PDQ em uma análise multitabela exploratória usando o ComDim. Com 51,96% da variância total, a dimensão comum 1 (CD 1) tem alto valor de saliência para as cinco técnicas utilizadas, ou seja, todas carregam uma informação comum em seus dados. Contudo, as técnicas instrumentais também apresentam alto valor de saliência em outras dimensões, Vis CD 2, e-nose CD 3, e-tongue CD 4 e NIR CD 5, ou seja, cada técnica instrumental utilizada carrega uma informação complementar ao PDQ que possui alta saliência apenas em CD 1. Portanto, quando as informações das técnicas instrumentais utilizadas são combinadas, a discriminação dos produtos se assemelha ao resultado do PDQ isoladamente. O café A manteve-se como o mais diferente do conjunto para todas as técnicas instrumentais. Por outro lado, os cafés D, G e J demonstraram semelhança em todas as técnicas permanecendo sempre no mesmo quadrante. Foi possível também verificar a influência do grau de torra e do teor de café robusta nos blends. Portanto, o desenvolvimento de metodologias instrumentais rápidas e de baixo custo aliadas aos métodos quimiométricas trazem uma proposta alternativa para a análise do café e, eventualmente, de outras matrizes alimentares. |
| Abstract: | Coffee is a beverage with an extremely complex aroma and flavor. Factors such as the geographic region, climatic conditions, and type of management, roasting methods, milling and storage are intrinsically related to the quality and characteristics of the final product. One of the ways to evaluate coffee quality is through quantitative descriptive profile (QDP), which is a sensory analysis that is based on the training of selected assessors that evaluates the intensity of sample attributes. The QDP presents some disadvantages such as long periods of analysis, cost and high consumption of samples. Thus, rapid instrumental methods allied to chemometrics methods could be used to control the quality of coffee to replace or at least reduce the amount of samples analyzed by traditional sensorial methods. Electronic nose (e-nose) are instruments based on an array of partially selective chemical sensors capable of detecting volatile organic compounds. With the high cost of commercial e-nose and the complexity of the data collected the development of prototypes with low cost components and the application of recent chemometric methods is an opportunity. On the other hand, spectra in the visible region (Vis) can inform the coffee roast degree and the near infrared (NIR) provide information on the overtones of the molecules vibrations and are widely used to identify chemical characteristics due to quick analysis and preservation of the sample. In addition, the electronic tongue (e-tongue), which is composed of a non-specific, low-selectivity chemical multi-sensor system, can also be used to evaluate coffee. The objective of this work was to develop an e-nose prototype and evaluate 12 commercial roasted and ground coffee samples by the three fast instrumental methods already mentioned (e-nose, e-tongue and Vis-NIR spectra) to verify if they are capable of discriminating different commercial coffees in a similar way as QDP. The e-nose prototype was built from a development board (Arduino Mega 2560) and MOS-type sensors (metal-oxide semiconductors) that detect volatile organic compounds (VOCs). Control algorithms, automation and graphic interface were developed in MATLAB® environment. The signal obtained by the e-nose lab-made showed good repeatability when tested by means of a ternary mixture of the simplex centroid type (acetone, acetonitrile and ethanol). QDP was conducted with 15 assessors trained for two months. Six attributes of odor, three of flavor, one of texture (body of the beverage) and color were used to characterize the products. The QDP data were analyzed in two different ways. The first one followed a commonly used strategy, Analysis of Variance (ANOVA), Tukey's Test, Principal Component Analysis (PCA) and spider chart. The second strategy was to use the Common Dimension Analysis (ComDim) in both the selection of attributes and assessors as well as the final analysis of the PDQ data. Even by selecting different assessors, both techniques described the 12 products in a similar way. However, with ComDim the interpretation is facilitated by the graphs of scores and loadings. Products containing 100% of arabica coffee were described with high intensity by green odor and fresh odor attributes, since the blends products were described with high intensity attributes of bitter taste, body of the beverage and brown color in the two methods. Both strategies emphasized that the products "A" and "B" are the most different samples of the set and the color was the attribute used more efficiently by the assessors to distinguish the products. Finally, for the twelve coffees, the Vis-NIR spectra, the e-nose signal, the e-tongue signal and the QDP attributes were combined in an exploratory multiblock analysis using the ComDim. With 51.96% of the total variance, the common dimension 1 (CD 1) has high saliences value for the five techniques used, that is, they all carry a common information in their data. However, instrumental techniques also have a high saliences value in other dimensions, Vis CD 2, e-nose CD 3, e-tongue CD 4 and NIR CD 5, that is, each instrumental technique used carries a complementary information to the QDP that it possesses high salience only in CD 1. Therefore, when the information of the instrumental techniques used are combined, the discrimination of the products resembles the result of the QDP. Coffee A remained as the most different for all instrumental methods. Coffees D, G and J showed similarity in all instrumental methods, always remaining in the same quadrant. It was also possible to verify the influence of the degree of roast and the robusta coffee content in the blends. Therefore, the development of fast and low-cost instrumental methodologies combined with chemometric methods provide an alternative perspective for the analysis of coffee and even of other food matrices. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/3955 |
| Aparece nas coleções: | MD - Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Alimentos |
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