UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MATO GROSSO DO SUL CURSO DE FSICA AMBIENTAL

Wilker Solidade da Silva

Aplicao da Espectroscopia Infravermelha para caracterizao de suplementos energticos usados na alimentao bovina

Dourados MS 2009

Wilker Solidade da Silva

Aplicao da Espectroscopia Infravermelha para caracterizao de suplementos energticos usados na alimentao bovinaMonografia apresentada como Trabalho de Concluso de Curso (TCC), do curso de Fsica Ambiental da Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul (UEMS), como requisito parcial para a obteno do grau de licenciatura em Fsica. Orientador: Prof Dr. Armando Cirilo de Souza

Dourados MS 2009

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S584a

Silva, Wilker Solidade da Aplicao da Espectroscopia Infravermelha para caracterizao de suplementos energticos usados na alimentao bovina/ Wilker Solidade da Silva. Dourados, MS: UEMS, 2009. 37p. ; 30cm Monografia (Graduao) Fsica Ambiental Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul, 2009. Orientador: Prof. Dr Armando Cirilo de Souza

1. Espectroscopia infravermelha 2. Caracterizao de suplementos 3. Alimentao bovina I. Ttulo Cdd 20.ed. 543.086

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Dedico este trabalho a meus pais, Tobias e Raquel, e aos conselheiros, Madson e Meire Dayane.9

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus, e a todos meus amigos que, de alguma forma contriburam para que eu alcanasse meu objetivo. Em especial, agradeo Maryleide e Francylaine, por terem confiado em mim e auxiliado no desenvolvimento deste trabalho, assim como o professor Armando Cirilo por me proporcionar mais esta experincia minha vida profissional. A coordenao do curso de Fsica Ambiental, Valria, Simone e Prof Nilson, que mesmo em tempos difceis sempre me auxiliaram nos anos que seguiram minha graduao, e a professora Karin, pelo apoio dado ao som de Kitaro. Gostaria de agradecer a alguns amigos em especial, dos quais sempre ouvi palavras de incentivo, para nunca desistir de acreditar no impossvel: Elizangela (Eliz), por estar sempre ao meu lado; Osmar, por no se preocupar com as minhas preocupaes; Vanuza, por me ensinar o significado da ironia; ao meu grande amigo Leandro Belo, por sempre estar ao meu lado, independente das situaes; Matheus, Juka, Thiago, Gledson, Hitoshi, Ellen e Miro, pelas conversas sobre tudo e os caminhos trilhados para o conhecimento; aos meus irmos, por fazer parte da minha vida, e por fim, mim mesmo, por acreditar nos amigos, e lutar pelos objetivos traados.

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Conhecer no demonstrar nem explicar, aceder viso.Antonie de Saint-Exupry

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SUMRIO

Resumo................................................................................................................07

1. Introduo........................................................................................................09

2. Fundamentao Terica...................................................................................10 2.1 Alimentao Animal..................................................................................11 2.2 Rebanho Leiteiro.......................................................................................13 2.3 Efeito Fotoacstico....................................................................................15 2.4 Espectroscopia no Infravermelho..............................................................19

3. Metodologia....................................................................................................23

4. Resultado e Discusses...................................................................................24 4.1 Espectroscopia de absoro na regio do infravermelho........................27 4.2 caracterizao das amostras....................................................................28 4.3 Importncia Nutricional..........................................................................30

5. Concluses.......................................................................................................32

6. Referncia Bibliogrfica..................................................................................33

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Resumo

A alimentao animal desempenha um papel crucial no melhor aproveitamento econmico do rebanho para o pecuarista, sendo indispensvel o conhecimento dos valores nutritivos que compem uma boa alimentao, para assim, oferecer ao animal as condies para seu maior rendimento. A anlise de suplementos energticos que compem a composio alimentar animal tem por objetivo o conhecimento dos compostos que melhor se enquadram nos padres nutricionais j conhecidos. Uma tcnica que vem sendo cada vez mais utilizada em muitas reas a anlise por espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourier aplicando a tcnica Fotoacstica. A anlise por FTIR-PAS fornece em pouco tempo a composio espectral dos elementos analisados, e com o auxilio de tabelas de correlao espectral pode-se conhecer o grupo funcional e a composio do produto analisados. A comparao dos espectros mostrou a presena de cidos graxos, steres graxos, amidas, sais de cidos graxos, sais de enxofre e alcanos, que foram quantitativamente identificados nas amostras. Os resultados obtidos mostram que a tcnica FTIR-PAS pode ser utilizada para caracterizao de outras substncias, mesmo sem seu conhecimento prvio, apresentando assim uma ferramenta fundamental na caracterizao de substncias.

Palavras Chave: Suplemento alimentar, Espectroscopia Fotoacstica, cidos Graxos.

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Abstract

The nutrition plays a crucial role in making better use of the flock can offer in the form of economic profits for the farmer, being indispensable the knowledge of nutritional values that compete a good nutrition, thus, give to the animal all the possible energy sources for its higher yield. The analysis of energy supplements that compose the animal feed composition aims at the knowledge of the compositions that better are framed in the nutritional standards known as extra source of energy. A technique that has been increasingly used in a lot of areas is the analysis by infrared spectroscopy with Fourier Transform applying the Photoacoustic technique. Presenting several positive factors, the analysis for FTIR-PAS provides in few time the spectral composition of the analyzed elements, and with the help of tables of spectral correlation can be known the functional group and the composition of the product analyzed. The comparison of the spectra showed the presence of fatty acids, fatty esters, amides, salts of fatty acids, salts of sulfur and alkanes, that were quantitatively identified in the samples. The obtained results show that the FTIR-PAS technique can be used as technique for characterization of other substances, even without previous knowledge, thereby presenting a fundamental tool in the composition of the characterization techniques of substances.

Keywords: food supplement, Photoacoustic Spectroscopy, Fatty Acids.

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1. IntroduoA anlise de uma amostra tem como objetivo conhecer sua composio. Os desenvolvimentos tecnolgicos associados a descobertas cientficas vm aprimorando a qualidade dos alimentos e aumentando a capacidade de se utilizar informaes que antes no eram percebidas ou no eram reconhecidas por causa da complexidade da amostra ou dos dados dela retirados. A interdisciplinaridade vem estabelecendo relaes e normas para melhor interpretar as informaes obtidas a partir de uma anlise (Ferrarini, 2004). Muitas tcnicas tm sido desenvolvidas para que os resultados destas anlises sejam os mais acurados possveis. Uma tcnica que vem sendo cada vez mais utilizada em muitas reas a anlise por espectroscopia no infravermelho. O preparo da amostra para este tipo de anlise simples e os espectros trazem muitas informaes a respeito da natureza da amostra, alm de ser um mtodo no destrutivo. Espectroscopia um mtodo muito til na determinao de estruturas de compostos orgnicos porque pode identificar muitos grupos funcionais a partir da interao da radiao eletromagntica com a matria. A espectroscopia no infravermelho, em especial, mede a excitao vibracional dos tomos envolvidos em uma ligao qumica. As posies das linhas de absoro dependem do tipo de grupo funcional presente, e o espectro, como um todo, apresenta um padro nico para cada substncia (Peter et al, 2004). A utilizao de tcnicas baseadas na Espectroscopia no Infravermelho correlacionadas ao uso do Efeito Fotoacstico (FTIR-PAS) vem acoplando o desenvolvimento de mtodos de caracterizao de substncias lquidas, gasosas e slidas, sendo assim uma ferramenta de grande utilidade para a caracterizao de compostos orgnicos ou inorgnicos.

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O presente trabalho tem como objetivo realizar a caracterizao do suplemento energtico alimentar Megalac-E, utilizando a tcnica FTIR-PAS, de modo a identificar elementos presentes na composio do produto.

2. Fundamentao Terica2.1 Alimentao animal Na criao e explorao do gado, a alimentao tem um papel importante sobre a produo, e sade do rebanho. A dieta nutricional bovina tem influncia direta sobre a capacidade de produo individual e indireta sobre o desempenho do rebanho ou da raa (Andriguetto et al, 1984). A nutrio acompanha as exigncias do mercado e consegue desenvolver formas de melhor aproveitamento criao-lucratividade. As pesquisas com produo animal resultaram em uma melhora na converso alimentar, trazendo ao pecuarista inmeras opes para a maior rentabilidade na criao bovina, buscando suprir as necessidades de outros nutrientes essenciais na alimentao para o desenvolvimento animal, como protena, lipdeos, sais minerais e vitaminas. Com excluso da gua, restam dos alimentos a matria seca (MS), que composta por carboidratos, lipdeos, protenas, vitaminas e sais minerais. Os carboidratos, semelhana das graxas, funcionam como fontes de energia, pois ao serem metabolizados no organismo animal liberam calor e energia, usados para manuteno da temperatura do corpo do animal, formao de tecidos, produo de acar e gordura no leite, suprimento de energia para a atividade metablica. No manejo do rebanho bovino, o conhecimento sobre a fermentao ruminal e a digesto intestinal dos alimentos imprescindvel para uma correta adequao da composio que a dieta deve apresentar, no intuito de atender s demandas do animal,

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permitindo-o atingir o melhor desempenho (Costa, 2003). Unindo a utilizao de mtodos de identificao de elementos nutritivos com a tcnica de melhoramento do crescimento animal, encontra-se um fator mpar para o impulso desse crescimento: o suplemento alimentar. Suplemento alimentar exerce a funo de repor as energias necessrias para que o animal continue a manter seu desenvolvimento padro, e tanto em bovinos leiteiros como de corte, representa um auxilio importante na explorao do mximo potencial que ele pode responder. Suplementos lipdicos tm sido usados em dietas bovinas com os objetivos de aumentar a produo de leite e reduzir a mobilizao corprea, pois proporciona um aumento da capacidade de absoro de vitaminas lipossolveis, alm de fornecer cidos graxos essenciais importantes para as membranas de tecidos e, principalmente, atuar como precursor para regulao do metabolismo, aumentando a deposio de gordura em seus produtos, como vacas em lactao (Palmquist & Matos, 2006). Para Henderson (1973) a adio de lipdeos (gorduras) dietas de bovinos aumenta a densidade energtica da dieta, porm pode causar um impacto negativo na fermentao ruminal em digesto das fibras, alm de ocasionar problemas metablicos. Estes alimentos inibem o crescimento e metabolismo dos microrganismos ruminais pela ao dos cidos graxos de cadeia longa. A utilizao de fontes de protenas vinculadas ao custo da rao aumenta os gastos da criao bovina, tornando-se essencial o conhecimento do seu uso de maneira adequada para minimizar as perdas por fermentao ruminal (Barbosa, 2001). Essa perda ocorre pela desaminao de aminocidos por bactrias e protozorios ruminais, causando acmulo de amnia no rmen e excreo de uria na urina, o que causa perda energtica e diminuio da eficincia da utilizao do nitrognio alimentar.

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Para reduo dessa perda energtica, a manipulao da fermentao ruminal tem sido empregada para aumentar a produtividade animal e reduzir as perdas por fermentao indesejveis. No caso do metabolismo das protenas, isto pode ser feito com uso de fontes de protenas com menor degradabilidade ruminal, mas de boa qualidade; uso de maior quantidade de protena degradada em raes, quando h maior disponibilidade de carboidratos (Barbosa, 2001). No rmen, se mantidas condies adequadas de temperatura, ocorrem anaerobiose, remoo de produtos da fermentao e crescimento microbiano intenso, alm de muitos outros fatores importantes para o ecossistema ruminal. Os microrganismos ruminais principalmente as bactrias, representam a principal fonte de protena para os ruminantes, podendo satisfazer de 50 a 100% das exigncias dirias de protena. No obstante, esses microrganismos atuam sobre a protena diettica, no intuito de produzir a protena microbiana, alterando de forma considervel as caractersticas originais da protena do alimento que adentra o rmen (Costa, 2003). O uso de gorduras protegidas tambm conhecidas como inertes, contm entre 80 a 90% de lipdeos e podem escapar da fermentao ruminal e no atuarem de forma negativa na digesto das paredes celulares das forragens no rmen, alm de serem de fcil manuseio e possurem um perodo de conservao maior do que as gorduras no protegidas (Chalupa & Ferguson, 1990). A proteo das gorduras usualmente obtida atravs da formao de sais de clcio de cidos graxos de cadeia longa, pois os sais de clcio de cidos graxos so insolveis no rmen onde o pH mais elevado e solveis no abomaso onde o pH cido (Chalupa & Ferguson, 1990). Dessa forma, necessria a busca por fontes lipdicas, visando a melhor contribuio energtica para o animal, sem comprometer o ambiente ruminal.

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Os cultivares de soja apresenta de 15 a 25% de lipdeos, e no aspecto da nutrio de ruminantes, a soja gro pode ser considerada suplemento lipdico parcialmente protegido da hidrogenao ruminal, visto que as gotculas de lipdios em sementes oleaginosas se encontram inseridas na matriz protica dos gros, conferindo-lhes proteo natural (Silva et al, 2007). Megalac-E um produto feito a partir de leo vegetal que passa por um processo de saponificao (sais de clcio) para proteo dos cidos graxos polinsaturados de cadeia longa, um dos suplementos alimentares com maiores resultados na dieta animal, pois capaz de suprir todas as necessidades energticas no atendidas pelo restante da dieta, tendo, portanto influncia positiva na produo de leite e gordura, na curva de lactao, e na condio corporal do animal (QGN, 2009).

2.2 Rebanho leiteiro Em rebanhos leiteiros, a reproduo essencial para a produo de leite e para a reposio do plantel, e os cidos graxos essenciais (AGE) so responsveis por esta funo (Bruckental et al, 1989). Os cidos graxos so definidos como compostos que possuem cadeia longa de hidrocarbonetos e estrutura terminal com grupo carboxila, sendo que tal substncia pode ser encontrada em grandes quantidades em sistemas biolgicos, raramente em forma livre, sendo tipicamente identificado ligado a molculas de glicerol ou outras estruturas que se unem ao carbono terminal (Lehninger, 2005). A fonte primria para sntese dos cidos graxos o acetato proveniente do rmen, sendo que o tecido adiposo e a glndula mamria (tecido alveolar) constituem-se como os principais destinos para sua sntese (Gonzles, 2003).

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Apesar de ser extremamente importante para o metabolismo animal, os cidos graxos essenciais poliinsaturados no so sintetizados pelas clulas do organismo, devendo ser adquiridos atravs da alimentao extra, pois tm capacidade de se transformar em substncias biologicamente mais ativas, com funes especiais no equilbrio homeosttico, e como componente estrutural das membranas celulares. Existem duas classes de cidos graxos essenciais, so eles mega-3 (cido linolnico) e mega-6 (cido linolico). O cido graxo mega-3 encontrado principalmente nos peixes e leos de peixe (origem animal). Por outro lado, as melhores fontes alimentares de cido graxo mega-6 so os leos vegetais (girassol, milho, soja, algodo)(Ribeiro & Seravalli, 2004). Na alimentao o valor da gordura como combustvel fisiolgico de 9 Mcal/kg, equivalente a cerca de 2,25 vezes a energia fornecida por carboidratos e protenas, mas isso, desde que seja absorvida e fique a disposio para ser metabolizada (energia metabolizvel). Portanto, a obteno da energia varia em funo da digestibilidade de cada fonte de gordura (Freitas Junior, 2008), e o que mais interfere na digestibilidade dos cidos graxos seria o grau de insaturao. Assim, quanto mais insaturado o cido graxo, maior sua digestibilidade e, portanto, seu valor energtico (Medeiros, 2008). Geralmente, os nutrientes utilizados na alimentao de vacas leiteiras no conseguem repor os cidos graxos essenciais secretados no leite, pois, como os cidos graxos insaturados (i.e. cidos graxos com ligaes duplas entre pelo menos dois carbonos) so os mais txicos a microbiota ruminal desenvolveu uma estratgia para reduzir a insaturao dos cidos graxos com a colocao de hidrognio (biohidrogenao) nestas duplas ligaes, transformando-as em ligaes simples ou saturadas (Mederios, 2008).

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O suplemento mineral Megalac-E possui a concentrao ideal dos cidos graxos essenciais que, por estarem protegidos, tem alta absoro no intestino, repondo esta perda, apresentando assim um alto beneficio j que apenas 15-25% dos cidos graxos poliinsaturados presentes nos alimentos convencionais (extrato etreo dos gros, sementes oleaginosas, sebos e leos) alcanariam o intestino e seriam absorvidos, devido essa alta bio-hidrogenao causada pelos microorganismos ruminais (Castaneda-Gutierrez et al, 2005). Megalac-E obtido a partir de cidos graxos de cadeia longa que ficam livres num processo de ciso das triglicrides de leos vegetais. Esses cidos graxos reagem com sais de clcio, unidos na forma de sal do tipo R-COO-Ca, popularmente conhecido como sabo Clcico (QGN, 2009), obtendo uma ao positiva sobre a digesto dos ruminantes, e compondo o plano dos nutrientes essenciais para produo leiteira e formao energtica do animal.

2.3 Efeito Fotoacstico A gerao de um sinal acstico num gs devido absoro de radiao modulada por uma amostra, contida em uma cmara fechada, conhecido como efeito fotoacstico. Quando a amostra absorve a radiao, os seus nveis internos de energia so excitados, e o decaimento na forma no radiativa causa um aquecimento local, que transmitido ao gs ao redor da amostra atravs de uma onda trmica. A camada de gs sofre um aquecimento e se expande, gerando ondas acsticas no interior da cmara (Zerbetto, 1993). O efeito fotoacstico foi observado pela primeira vez por Alexandre Graham Bell, em seus estudos sobre o photofone (Skoog et al, 2002), onde notou que ao

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incidir luz solar modulada em um slido, dentro de uma cmara, gerava no ar a sua volta um som audvel, que era escutado por meio de um tubo ligado cmara. Os estudos iniciados por Bell instigaram pesquisas de outros cientistas da poca sobre o assunto, porm, somente na dcada de 1930, com o surgimento do microfone, que as pesquisas sobre os efeitos fotoacsticos tiveram realmente um crescimento significativo. Com o surgimento do laser, no incio dos anos 1970, foram desenvolvidas novas aplicaes aos mtodos fotoacsticos, bem como o trabalho de RosencwaigGersho (Rosencwaig et al, 1975 apud Velasco, 2006, p 02), que desenvolveu um modelo padro de clula fotoacstica usada para obter espectros de amostras slidas e liquidas fortemente absorvedora. Busse e Bellemer (Michaelian, 2003) obtiveram em 1978 o espectro de absoro infravermelho mdio para o vapor de metanol, utilizando um espectrofotmetro infravermelho por Transformada de Fourier comercial, que foi considerado como o primeiro trabalho sobre Espectroscopia Fotoacstica. Toda a teoria que descreve o fenmeno foi desenvolvida desde ento, e atravs dos experimentos demonstraram que o mecanismo bsico responsvel pelo surgimento do sinal fotoacstico era o fluxo peridico de calor entre a superfcie da amostra e o gs contido na clula fotoacstica (Velasco, 2006). O modelo desenvolvido por Rosencwaig-Gersho na dcada de 1970 (Zerbetto, 1993) para o efeito fotoacstico em slidos, explicava a maioria dos resultados experimentais obtidos, abrindo espao para o desenvolvimento de muitas outras teorias para esta rea. As inmeras contribuies tericas sobre a produo de ondas acsticas atravs de pulsos de calor ocorridos na amostra, so explicadas por basicamente quatro possveis mecanismos (Zerbetto, 1993, p 11);

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i)

Difuso Trmica (figura 1);

Tal mecanismo assume que o sinal fotoacstico produzido pela conduo de calor, gerado pela amostra, para o gs da clula.

Figura 1. Difuso Trmica. ii) Expanso Trmica (Figura 2); O aquecimento causado pela incidncia de luz modulada faz neste mecanismo com que amostra funcione como um pisto vibratrio, iniciando ela mesma um processo de expanso e contrao e originando a onda acstica no gs.

Figura 2. Expanso Trmica. iii)Flexo Termoelstica (Figura 3); Faz-se presente quando h um gradiente de temperatura na amostra, devido absoro da luz modulada perpendicular ao seu plano. Desta forma, a expanso da amostra depende da profundidade com relao superfcie iluminada, resultando em uma flexo peridica, produzindo assim o sinal fotoacstico.

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Figura 3. Flexo Termoelstica. iv) Efeito Fotobrico (Figura 4); Tal efeito ocorre em amostras fotoquimicamente ativas, em troca gasosa entre amostra e o gs da clula fotoacstica.

Figura 4. Efeito Fotobrico. Tais mecanismos mostram que o aquecimento da amostra aps a incidncia da radiao modulada no depende apenas da quantidade de calor que gerado na amostra, e da eficincia da converso de luz em calor, mas depende tambm de como esse calor se difunde pelo material. Sendo o sinal fotoacstico dependente de como o calor se difunde atravs do material, permitido ento realizar no s a caracterizao trmica da amostra, como tambm permite fazer mapeamento do comportamento trmico de amostras, pois a gerao de ondas trmicas, devido absoro de pulsos de energia, pode sofrer reflexo e espalhamento ao encontrar defeitos ou impurezas dentro da amostra, afetando o sinal detectado (Velasco, 2006). Comumente, tais mecanismos esto simultaneamente presentes, no entanto existem situaes experimentais que fazem com que um determinado mecanismo seja

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dominante sobre os outros, e no caso da amostra estudada, o mecanismo para obteno do sinal fotoacstico predominante o processo de difuso trmica, onde o pulso de calor produzido pela amostra transmitido para o gs, que se expande periodicamente e gera a onda acstica.

2.4 Espectroscopia Fotoacstica no Infravermelho (FTIR - PAS) A espectroscopia estuda a interao da matria com a radiao eletromagntica. A absoro da energia da radiao eletromagntica pode ocorrer devido a transies eletrnicas entre orbitais atmicos ou moleculares ou a mudanas de estados rotacionais ou vibracionais das molculas, estas por fim, caractersticas da regio do infravermelho. Em uma molcula, suas ligaes covalentes esto em constante vibrao, e estes movimentos podem ser classificados em deformao axial (ou estiramento) e deformao angular, sendo ainda simtricos ou assimtricos. Uma vibrao de deformao axial um movimento rtmico ao longo do eixo da ligao que faz com que a distncia inter-atmica aumente e diminua alternadamente. As vibraes de deformao angular correspondem a variaes ritmadas de ligaes que tm um tomo em comum ou o movimento de um grupo de tomos em relao ao resto da molcula sem que as posies relativas dos tomos do grupo se alterem (Silverstein et al, 2000). A radiao infravermelha estimula tais movimentos das molculas. A quantidade de energia que uma molcula contm no continuamente varivel, mas sim quantizada, o que significa que a molcula pode se alterar ou se deformar apenas a uma freqncia especfica, correspondendo um nvel de energia especfico (McMurry, 2005). Quando uma molcula irradiada com radiao eletromagntica, a energia absorvida se a freqncia da radiao corresponde freqncia da vibrao. O resultado dessa absoro de energia um aumento da

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amplitude para a vibrao, e como cada freqncia absorvida pela molcula corresponde a um movimento molecular especfico, podemos conhecer os tipos de movimentos que uma molcula possui, pela medida de seu espectro na regio do infravermelho. Pela interpretao desses movimentos, podemos descobrir quais tipos de ligaes esto presentes na molcula (McMurry, 2005). A radiao eletromagntica com nmeros de ondas de 4.000 a 400 cm-1 (radiao infravermelha mdia) possui a energia exata correspondente s vibraes de deformaes axial e angular de molculas orgnicas. Um espectro na radiao infravermelha pode ser dividido em duas partes. Dois teros do lado esquerdo do espectro no infravermelho (4000 a 1400 cm-1), representam a regio onde a maioria dos grupos funcionais apresenta suas bandas de absoro, essa regio chamada de regio de grupo funcional. O tero do lado direito do espectro no infravermelho (1400 a 400 cm-1) chamada regio de impresso digital, porque uma regio caracterstica da substncia como um todo (Bruice, 2006). Como cada substncia apresenta um nico padro de bandas nessa regio, ela pode ser identificada ao se comparar sua regio de impresso digital com regio de impresso digital de espectros de amostras de substncias conhecidas. A maioria dos compostos orgnicos apresenta numerosos picos de absoro na regio do infravermelho mdio (4.000 a 400 cm-1), sendo essa regio a mais utilizada para determinao de estruturas de espcies orgnicas, porque nessa regio que ocorrem as transies fundamentais, assim chamadas porque a molcula passa do estado fundamental (ou de maior energia) para o estado excitado imediatamente superior (Zerbetto, 1993). As medidas fotoacsticas na regio do infravermelho mdio mostramse de grande utilidade para a identificao quantitativa de componentes, principalmente em slidos, orgnicos ou inorgnicos. Entretanto, para isso so necessrios tcnicas de

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transformadas de Fourier para uma obteno satisfatria de resultados, e devido a essa necessidade, clulas fotoacsticas so disponveis como acessrios de

Espectrofotmetros com transformada de Fourier (Skoog et al, 2002). A utilizao da espectroscopia usando transformadas de Fourier foi inicialmente desenvolvida por astrnomos no incio dos anos 50 para estudar os espectros infravermelhos das estrelas distantes, pois somente o uso dessa tcnica poderia isolar do rudo ambiental os sinais muito fracos dessas fontes (Skoog et al., 2002). Esse mtodo baseia-se no fato de que a relao entre a distribuio da radiao incidente no interfermetro so Transformadas de Fourier em funo co-seno. Transformada de Fourier um processo matemtico pelo qual o interferograma (gerado pelo interfermetro) analisado em seus componentes de freqncias com suas amplitudes correspondentes (Cienfuegos, 2000). A chave para a operao do interfermetro o divisor de feixe, o qual geralmente constitudo por um espelho semiprateado similar aos espelhos de um lado s visto nas lojas e nas salas policiais de interrogatrio. O divisor de feixe permite que uma frao do feixe que o atinge passe atravs do espelho enquanto outra frao refletida. Esse dispositivo funciona nas duas direes, de forma que a luz que atinge qualquer um dos lados do divisor de feixe seja parcialmente refletida e parcialmente transmitida (Skoog et al, 2008), como mostra a figura 5.

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Figura 5. Interfermetro de Michelson

Os instrumentos com transformada de Fourier no apresentam nenhum elemento dispersivo e todos os comprimentos de onda so detectados e medidos simultaneamente. Em vez de um monocromador, o interfermetro usado para produzir padres de interferncia que contm a informao espectral do infravermelho (Skoog et al, 2008). As principais vantagens da Espectroscopia no Infravermelho com transformadas de Fourier sobre outros mtodos dispersivos, incluem o fato de que o modelo FTIR apresenta poucos elementos pticos e no necessita de fenda (vantagem de Jacquinot); a potncia que chega ao detector maior do que nos instrumentos dispersivos e maiores relaes sinal/rudo so observadas; melhor preciso e exatido em termos de comprimento de onda; todos os sinais da fonte alcanam o detector simultaneamente (vantagem de Fellgett ou multiplex), caracterstica essa que torna possvel a obteno de todo o espectro de uma s vez e, com essa economia de tempo, possvel aumentar o nmero de varreduras (scans) para aumentar a razo sinal/rudo; o laser monitora a posio do espelho mvel durante a varredura e tambm um padro interno de calibrao do comprimento de onda; elimina a luz espria, como a freqncia modulada no FTIR no h luz espria, a relao linear entre absorbncia medida e

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concentrao vlida mesmo para bandas que absorvem fortemente; provoca menor aquecimento na amostra, pois ela localiza-se afastada da fonte; bandas de emisso no aparecem no espectro, pois a radiao de freqncias IV emitidas pela amostra no modulada e sendo assim, no detectada; resoluo constante, ela a mesma para todos os comprimentos de onda e continuidade do espectro por no existirem mudanas de redes ou filtros (Cienfuegos, 2000).

3. MetodologiaA caracterizao das amostras foi realizada usando o mtodo FTIR PAS (Espectrofotmetro Fotoacstico no infravermelho com transformadas de Fourier). Os espectros foram coletados em um Espectrofotmetro Thermo-Nocolet Nexus 670 combinado com um detector Fotoacstico (MTEC-300). Para melhorar os dados o espectrofotmetro ser purgado com nitrognio para eliminar o CO2 e o vapor de gua durante o experimento. A clula fotoacstica ser tambm purgada com Hlio durante toda a aquisio de espectros. Previamente aquisio do espectro das amostras ser utilizada uma amostra preta de carbono como referncia, para subtrair o background (reproduz a emisso do corpo negro que a fonte representa) durante a medida. Assim quando utilizado, para normalizar os espectros coletados, eles devem ficam isentos dessas vibraes moleculares. Os espectros no infravermelho sero coletados na faixa do infravermelho mdio, para cada amostra. Os dados sero processados com o Software Omnic fornecido pelo prprio fabricante do equipamento. As anlises de infravermelho foram realizadas no laboratrio de espectroscopia pertencente UEMS na Unidade de Dourados. Todas as amostras foram fornecidas pela

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Fazenda Prata localizada no km 443 da BR 163, prximo a Campo Grande, a qual trabalha com melhoramento gentico de embrio bovino h vrios anos. Para anlise foram fornecidas duas amostras, sendo uma do suplemento Megalac-E e outra do suplemento Calcita. Nas duas amostras adicionou-se uma quantidade extra de cidos graxos, essa contida em raes que so disponibilizadas aos animais. O espectro foi analisado com mdia de 12 picos selecionados para a amostra do suplemento Megalac-E, e 13 picos para a amostra de Calcita, ambos na banda entre 3.990 e 670 cm-1, proporcionando o estudo da composio do suplemento nas faixas caractersticas de cada elemento.

4. Resultados e DiscussesVisando minimizar a possibilidade de erro quanto aos espectros coletados, foram feitas trs leituras espectromtricas. Os nmeros de onda correspondente a cada pico, assim como os grupos funcionais que vibram nessa regio e a forma de vibrao das molculas podem ser visualizados nas tabelas que se seguem.

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Figura 6 Picos de absoro selecionados para os espectros da amostra de suplemento alimentar Megalac-E

Pico 1.2. 3. 4. 5.

Nmero de Onda (cm-1) 3.3912.923 2.853 2.360 1.670 1.651 1.634 1.622 1.557 1540 1.456 1.419 1.113 1.055

Grupo Funcional O-H (Hidroxila)CH2 CH2 CO2 C=O NH2 C=O NH2 NH NH C CH2 COOOCC S = O (sais)

6. 7. 8. 9.

Forma de Vibrao Estiramento Axial simtrica (S) Estiramento Def. Axial assimtrica (S) Estiramento Def. Axial simtrica (S) D. Angular assimtrica (AS) In-Plane Bend Estiramento Tesoura Estiramento Tesoura In-Plane Bend In-Plane Bend Tesoura Def. Angular simtrica (AS) Axial simtrica (S) Estiramento Axial simtrica (S) Estiramento Axial assimtrico ()31

10. 11. 12.

992,5 912 876 709 689 672

OCC C = H (Vinil) C = H (Vinil) C = H (Vinil) C H A. AromticoO H Ring Bend O H Ring Bend

Estiramento Angular () Angular () Angular () Angular () Angular () Angular ()

Tabela 1. Nmero de Onda, grupos funcionais e forma de vibrao dos picos identificados nos espectros de absoro no infravermelho mdio para o Megalac-E.

Figura 8 Picos de absoro selecionados para os espectros de amostra do suplemento Calcita.

Pico 1.2. 3. 4. 5.

Nmero de Onda (cm-1) 3.390 e 3.3212.918 2.850 2.360 e 2.335 1.650 1.635

Grupo Funcional O H (Hidroxila)CH2 CH2 CO2 NH2 C=O

Forma de Vibrao Estiramento D. Axial simtrica (S) Estiramento D. Axial assimtrica(S) Estiramento D. Axial simtrica (S) D.Angular assimtrica(AS) In-Plane Bend Tesoura () Estiramento ()32

6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13

1.623 1.575 1.538 1.458 1.420 1.038 1.005 876 768 668

NH2 COOC=O C CH2 OH CCO CO C=H (Aromticos) CH (Aromticos)OH

Tesoura () D.Angular assimtrica(AS) In-Plane Bend Estiramento Angular Assimtrica (AS) Tesoura Angular assimtrica (AS) (O H) In-Plane Bend Estiramento () Estiramento () Angular () Angular () Bends Angular ()

Tabela 2. Nmero de Onda, grupos funcionais e forma de vibrao dos picos identificados nos espectros de absoro no infravermelho mdio para a Calcita.

4.1 Espectroscopia de Absoro na regio do Infravermelho A energia da radiao infravermelha pode excitar transies vibracionais e rotacionais, porm insuficiente para excitar transies eletrnicas. As variaes nos nveis rotacionais podem dar origem a uma srie de picos para cada estado vibracional, alm de exibir bandas de absoro estreitas prximas umas das outras, resultantes das transies entre vrios nveis qunticos vibracionais (Skoog et al, 2008). A obteno de informaes sobre a composio qumica de uma amostra, utilizando-se a espectroscopia no infravermelho, feita por meio da comparao das bandas de absoro presentes no espectro da amostra com valores de referncia tabelados, disponveis em uma gama de livros e outras referncias bibliogrficas (Barbosa et al, 2005). Essa comparao torna-se bastante facilitada se os espectros de compostos possivelmente presentes nas amostras estiverem disponveis, para que se possa estabelecer uma comparao direta. Para ilustrar a aplicabilidade da tcnica FTIRPAS na caracterizao de compostos orgnicos, ser explanado os espectros de alguns compostos presentes na composio do suplemento energtico Megalac-E com seus respectivos picos identificados. 33

Como em qualquer outro tipo de alimento os espectros no infravermelho evidenciam que a amostra uma mistura bastante complexa, pois contm informaes de vrios grupos funcionais e muitos deles se sobrepem, tornando difcil atribuio de um determinado pico exclusivamente a uma nica funo qumica. As regies entre 706 e 876 cm-1 apresenta uma banda muito larga, podendo estar relacionada ao fsforo ligado a uma hidroxila, entretanto amidas primrias e secundrias, aminas primrias e secundrias, compostos de halognios e alquenos tambm absorvem nesta regio. A regio 1005 cm-1 est relacionada compostos de fsforo, cidos carboxlicos, alquenos e alcanos. A regio 1113 cm-1 est relacionada com compostos de fsforo, halognios, enxofre, aminas primrias e secundrias, steres aromticos, compostos carbonilados, lcoois, fenis livres e aromticos e alcanos. A regio 1458 e 1456 cm-1 esto relacionados compostos de fsforo, enxofre, on amnio, sais de aminas, cidos carboxlicos e on carboxilatos e aromticos. As regies 1575 e 1540 cm-1 esto relacionadas aos compostos de fsforo, enxofre, sais de aminas, aminas secundrias, amidas primrias, secundrias e aromticos. As regies de 1670 e 1622 cm-1 esto relacionadas compostos de fsforo, compostos de halognios, on amnio, amidas primrias secundrias e tercirias, steres, cidos carboxlicos, aromticos e alquenos. As regies 2923 e 2918 cm-1 esto relacionadas on amnio, sais de aminas, aminas primrias e secundrias, amidas primrias e secundrias, cidos carboxlicos, lcoois, fenis e alcanos. A regio 33903320 cm-1 se relaciona a compostos de enxofre, on amnio, sais de aminas e amidas primrias, porm lcoois apresentam uma larga banda nessa regio.

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4.2 Caracterizao da Amostra A interpretao do espectro pode ser feita ponderando alguns picos que apresentaram absores relativamente fortes e intensas, considerando ainda o que se conhece sobre a amostra. A banda que se estende de 3390 a 2850 cm-1 ( (O H e C H)) associado absoro entre 1670 e 1620 cm-1 (C = O e N H), indica a presena de cidos carboxlicos compreendendo s amidas primrias (NH2 ) e (C = O), que apresentam forte absoro nessa regio. Os espectros de bandas de absoro apresentados na regio entre 1575 e 1419 cm-1 caracteriza a presena de sal de cidos carboxlicos na amostra. As absores em 2923 cm-1 (bend), 2918 cm-1 e 2850 cm-1 so relativas aos estiramentos de ligaes C H de grupos metilnicos (CH2), comuns em vrias classes de compostos alifticos, como cidos graxos e steres graxos e lcoois. O pico na regio em torno de 2300 cm-1 para ambas as amostras corresponde, provavelmente, vibrao do CO2 que no pde ser completamente eliminado durante a coleta, devido s especificidades do aparelho utilizado. A banda de absoro em 1113 cm-1 e 1038 cm-1 devido ao estiramento da ligao (C = O) de grupo ster. comum observar sobreposies das bandas relativas s absores de grupos carboxila de cidos graxos e steres. Nota-se que uma delas aparece como uma pequena inflexo (bend). A regio entre 1113 e 1055 cm-1 apontam a presena de derivados de enxofre (sulfanatos) e steres de cidos graxos. Observa-se no espectro a presena de uma ou duas bandas de absoro em torno de 876 e 768 cm-1, devidas a deformao angular do grupo (C H), que indicam a presena de compostos que contm cadeia aliftica longa (Barbosa et al, 2005).

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A interpretao dos espectros definiu a amostra como sendo rica em compostos derivados de cidos carboxlicos de cadeia longa, apresentando as mesmas caractersticas quanto a identificao substancial, para ambas as amostras. Em sntese, pode se dizer que o procedimento permitiu identificar a presena de cidos graxos, steres, amidas, aminas, sais de cidos graxos, derivados de fsforo e enxofre. Anlogo a identificao dos picos est verificao da semelhana entre os picos apresentados pelas amostras. Como observado na figura 9, ambos os espectros coletados mostram picos de absoro semelhantes, com pequenas variaes devido a quantidade adicional de graxas, realando assim a idia de que, os compostos presentes na formao comercial do produto j apresentava uma quantidade grande de graxas e derivados, essa que somou-se a quantidade extra fornecida.

Figura 9 Espectros Picos de absoro para os espectros das amostras de suplemento alimentar Megalac-E e Calcita.

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4.3 Importncia nutricional A avaliao do valor nutritivo dos alimentos fornecidos a ruminantes um assunto de extrema importncia. Sua determinao envolve o conhecimento do consumo e da digestibilidade desses alimentos (Oliveira & Prates, 2000). Com base nos espectros coletados, e a classificao orgnica das substncias identificadas, realizou-se uma pequena reviso bibliogrfica sobre alguns dos principais compostos identificados no suplemento energtico e sua importncia na alimentao bovina. As gorduras ou lipdeos (steres combinados ou no com outros tipos de molculas) so macronutrientes, constitudos de diferentes compostos, que exercem funes estruturais, energticas, coenzimticas e hormonais no organismo, apresentando em sua formulao os cidos graxos, gorduras neutras (triglicerdeos) e as ceras (Silva, 2005). Os alcanos, assim como cidos graxos, steres de alto peso molecular e lcoois compem grande parte da composio das ceras de plantas utilizadas na alimentao de animais ruminantes, mostrando-se ligada diretamente no desempenho do organismo do animal (Oliveira & Prates, 2000). As protenas so compostos polimricos complexos, formados por molculas orgnicas, e esto presentes em toda matria viva. Sua unidade estrutural so os aminocidos ( - COOH (carboxlico) e NH2 (amino)), sendo de extrema importncia nos organismos animais (Ribeiro & Seravalli, 2004). A adio de uma fonte de enxofre melhora a sntese de protena microbiana no rmen, aumentando o fluxo de protena microbiana e suprimento de aminocidos no intestino delgado, os quais levam o melhor desempenho animal (Torres & Costa, 2000).

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Na suplementao de bovinos o fsforo essencial como componente estrutural dos tecidos, fludos e ativador de processos enzimticos. Para as vacas em incio de lactao a elevada demanda por fsforo aumenta a absoro deste elemento no trato digestivo, ao mesmo tempo em que as exigncias de clcio repercutem na maior mobilizao de fsforo a partir dos ossos. Com o objetivo de assegurar um consumo adequado de fsforo no incio da lactao (o pico no consumo de MS posterior ao pico na produo de leite), as recomendaes de fsforo so maiores nesta fase (Oldoni, 2008). Os elementos que compem a formao do suplemento mineral analisado, tal como a presena de aminas, amidas, steres de cidos graxos, fsforo, enxofre, e alcanos de cadeia ramificada formulam a composio nutricional da amostra. Para expor a verdadeira importncia de cada substncia, e a anlise minuciosa da composio em proporo no suplemento, seria necessrio um outro estudo, esse partindo dos dados j obtidos com a anlise espectromtrica fotoacstica, somando o uso de outras tcnicas, tais como a Espectroscopia por RMN ou de Massa, que proporcionaria uma exatido maior quanto a composio do suplemento.

5. ConclusoA espectroscopia no infravermelho, somada tcnica do efeito fotoacstico mostrou-se um mtodo poderoso para a identificao de grupos funcionais presente no suplemento mineral energtico Megalac-E. Atravs dela foi possvel identificar picos caractersticos de compostos alimentares orgnicos, que como esperado, compunham a formulao do suplemento analisado.

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Esse tipo de anlise de suma importncia para diversos ramos da cincia, pois proporciona a identificao das substncias de forma rpida, prtica e sem danificar a amostra, o que reflete positivamente nos trabalhos em laboratrio. No que se refere aos elementos identificados como componentes do suplemento mineral, pode-se dizer que foi frutfera a anlise quantitativa, contudo verifica-se que um estudo detalhado sobre as substncias identificadas pelos picos de absoro caractersticos, somado a estudos sobre nutrio animal, se faz necessrio para que se possam utilizar na prtica os resultados obtidos pela tcnica FTIR-PAS.

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