Fluorescência da nanocelulose é capaz de detectar tanino em vinho tinto

Joana Silva - A fluorescência de nanocristais de celulose (CNC) tem potencial para monitorar o teor de ácido tânico em vinhos tintos

Cientistas descobriram que a autofluorescência da celulose se altera na presença de ácido tânico. Descoberta abre caminho para o desenvolvimento de tecnologia que detecte teor de tanino em vinhos. Por ser um método de análise óptica, a técnica elimina a necessidade de reagente e é mais rápida. Sensor líquido permitiria a produção em equipamentos portáteis de fluorescência. O tanino está relacionado a diferentes propriedades do vinho, desde o aroma e sabor até a fixação de pigmentos. Apesar de sua presença na bebida ser importante, o tanino em excesso é negativo. Pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP) e da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) desenvolveram uma solução aquosa, conhecida como sensor em forma líquida, que permitiu uma descoberta importante: a fluorescência de nanocristais de celulose (CNC) tem potencial para monitorar o teor de ácido tânico em vinhos tintos. A solução composta de CNC pura se mostrou eficaz para apontar a presença de tanino, um parâmetro considerado fundamental por enólogos na estrutura e características organolépticas (aroma e sabor) e ainda atuar na estabilização da cor do vinho. A constatação de que a autofluorescência da celulose se altera na presença do ácido tânico abre caminhos para o desenvolvimento de sensores ópticos à base de nanocristais de celulose para monitorar taninos, não só em vinhos, mas em produtos alimentícios e bebidas. Na demonstração, como prova de conceito, a pesquisa detectou a molécula de tanino associada à palatabilidade em vinhos tipo Cabernet Sauvignon e Tannat. O presidente da Associação Brasileira de Enologia (ABE), o enólogo Ricardo Morari, explica que os taninos são compostos fenólicos que desempenham um papel importante na composição, qualidade e potencial de envelhecimento dos vinhos tintos. Além disso, ele diz que os taninos têm a capacidade de fixar pigmentos, contribuindo para a estabilidade da cor, além de fornecer estrutura e, quando bem integrados e equilibrados, proporcionam complexidade e elegância aos vinhos. “A possibilidade de detecção instantânea desse componente através de uma nova tecnologia poderá fornecer ao enólogo uma informação importante para que ele possa entender melhor as características e a composição do produto que está elaborando, conduzindo a elaboração de maneira a extrair o máximo do potencial e qualidade desse vinho”, avalia Morari, que atua na Cooperativa Vinícola Garibaldi, localizada em Garibaldi (RS). Ele conta que os taninos estão associados à sensação na boca de adstringência de bebidas como os vinhos. É o que torna a textura do vinho seca, amarga e encorpada por conta do seu efeito adstringente, mas também auxilia na conservação da bebida. Eles estão presentes em cascas de uvas, sementes e nos cabinhos dos cachos, conhecidos como engaços. Mas, embora seja um importante atributo sensorial enológico na determinação das qualidades do vinho, em excesso, é considerado um antinutriente. “Assim, a determinação de tanino em amostras de alimentos por métodos analíticos ópticos – fotoluminescência – pode ser vantajosa, uma vez que esse tipo de procedimento é rápido, elimina a necessidade de experimentos e reagentes trabalhosos, ao mesmo tempo que proporciona relativa sensibilidade e seletividade”, afirma a pós-doutoranda Kelcilene Teodoro, que conduziu a pesquisa sob a supervisão do pesquisador da Embrapa Daniel Souza Corrêa. Para o presidente da Associação Brasileira de Sommeliers de São Carlos, Mário Francisco Bucheroni, com esses sensores, os especialistas poderão ter uma informação a mais para a análise. “Quem sabe no futuro possa também ter informações sobre a origem, sementes, peles e barricas. Essa separação seria fundamental para o enólogo, no caso dos vinhos”, comenta o presidente. Outra vantagem do sensor em forma líquida é que o método, em princípio, pode ser adaptado para aparelhos portáteis de fluorescência, facilitando o uso em diferentes locais. De acordo com Teodoro, a literatura científica é escassa no que diz respeito à exploração de propriedades fluorescentes da celulose, que possam ser utilizadas em sensores químicos. “Geralmente, na área de sensores, a celulose ou a nanocelulose, embora bastante versátil, é combinada com outros materiais que desempenham o papel principal no mecanismo de detecção. Dessa forma, na maioria das aplicações, a nanocelulose atua como suporte ou substrato, enquanto sua autofluorescência inerente permanece ainda pouco explorada para aplicações em sensores”, esclarece a pesquisadora. “Nós buscamos ampliar o uso de nanocelulose no ramo de sensores, encontrando aplicações inovadoras para esse material, já que verificamos que sua propriedade de autofluorescência tem potencial para ser utilizada como sensor óptico, fenômeno pouco relatado na literatura”, relata Corrêa. Foto acima (vinho em taças): Edilson Fragalle Infográfico: Kelcilene Teodoro Rota enzimática O estudo foi realizado no Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA), sediado na Embrapa Instrumentação, em São Carlos (SP), com a proposta de investigar o aproveitamento da propriedade de autofluorescência de nanocristais de celulose para usá-la como ferramenta na detecção dos taninos. A pesquisa integra esforços contínuos de um grupo de cientistas para promover novas aplicações aos materiais celulósicos sustentáveis frente à demanda crescente por dispositivos optoeletrônicos em um cenário automatizado. A obtenção dos nanocristais foi realizada por rota enzimática, que é o isolamento de nanoestruturas de celulose a partir de tratamentos mediados por enzimas, a partir de cavacos de madeira de seringueira branqueados, cedidos pela Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócio (Apta), de Colina (SP). De acordo com Teodoro, estudos de síntese de nanocristais de celulose (CNC – foto à esquerda) a partir de hidrólise enzimática apontam tendência de menor custo energético, associados a condições experimentais de temperatura e pressão mais amenas, além da geração de resíduos menos tóxicos, em relação à hidrólise ácida com ácidos minerais. Assim, apresentam grande potencial para sustentabilidade no processo de obtenção de nanoceluloses. Foto: Joana Silva Potencial sensor Os pesquisadores testaram a aplicabilidade do sensor na forma líquida em bebidas obtidas a partir das uvas Cabernet Sauvignon e Tannat. O processo de detecção consistiu em adicionar diferentes concentrações de ácido tânico comercial à suspensão aquosa de nanocristais de celulose extraídos da madeira da seringueira. As mudanças nos espectros de fluorescência dos nanocristais de celulose foram monitoradas imediatamente após a mistura do tanino com a suspensão aquosa. “Constatamos que a propriedade de fotoluminescência advinda de agregados de nanocristais de celulose foi capaz de identificar ácido tânico (foto à direita) em diferentes vinhos tintos de modo eficiente, em concentrações que podem ser de interesse industrial. Observamos também que compostos, normalmente encontrados nas matrizes do vinho, não causaram alterações significativas no sinal detectado”, explica a pesquisadora. A eficiência de aplicação do sensor em amostras de vinhos brasileiros foi validada por meio do método de medida das taxas de recuperação. “Nesse método, os dados obtidos para ácido tânico em vinhos foram comparados aos registrados para o ácido tânico em água. Os resultados alcançaram taxas elevadas de recuperação próximas a 100% – de 99,7% para o vinho Cabernet Sauvignon e 95,3% para o vinho Tannat”, conta Teodoro. Para Corrêa, essas descobertas sugerem que os sensores ópticos baseados em nanocristais de celulose têm potencial para serem usados no monitoramento da qualidade de produtos alimentícios e bebidas. “As nanoceluloses são tradicionalmente exploradas como agentes de reforço mecânico, mas o ganho em sustentabilidade utilizando a celulose para substituir materiais tóxicos, não renováveis ou de alto custo, tem chamado a atenção das indústrias de madeira e papel, e esforços colaborativos têm surgido em todo o mundo para desenvolver novos produtos ecológicos e amigáveis”, diz o pesquisador. Os cientistas enfatizam benefícios adicionais conferidos pela celulose à plataforma de sensoriamento, como a sua natureza atóxica, biodegradável, versátil e sustentável. Com base em suas fontes de origem e características físico-químicas, as nanoceluloses podem ser classificadas como nanocristais de celulose (CNCs), nanofibrilas de celulose (CNFs) e celulose bacteriana (BC). A pesquisa O estudo “Exploring the potential of cellulose autofluorescence for optical detection of tannin in red wines” foi publicado on-line na revista Carbohydrate Polymers. Além de Teodoro e Corrêa, assinam o artigo os pesquisadores da Embrapa Instrumentação Maria Alice Martins e Luiz Henrique Capparelli Mattoso, e os bolsistas do LNNA e do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia do Departamento de Química da UFSCar Rafaela S. Andre, Maycon J. Silva e Rodrigo Schneider. A pesquisa teve o apoio do Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologias (SisNANO), vinculado ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), Rede de Nanotecnologia para Pesquisa em Agricultura (Rede AgroNano) e Embrapa. Foto: Joana Silva Análise sensorial A enóloga da vinícola Terras Altas, localizada em Bonfim Paulista, distrito de Ribeirão Preto (SP), Luísa Antunes Tannure, explica que o processo atual para avaliar os taninos é realizado de forma sensorial na uva e no vinho. Na época de maturação da uva no campo, são feitas análises químicas para detectar o pH, acidez e açúcar em ºBrix, e provadas as uvas, avaliando textura e cor de sementes e cascas. “Se as sementes estiverem com coloração marrom e crocante é um sinal de que os taninos estão com polimerização adequada. No vinho também avaliamos se a sensação na boca gerada pelos taninos está adequada”, conta a enóloga. Ela diz que também realiza a análise de IPT (Índice de Polifenóis Totais) para medir taninos e outros compostos fenólicos sem separá-los. A análise química consiste em algumas etapas e tem início com a diluição do vinho e colocação de uma amostra em um aparelho chamado espectrofotômetro, que realiza a leitura imediata. Tannure explica que depois é feita uma conta simples, mas que não mede taninos exclusivamente. “Como o equipamento é caro, essa análise é terceirizada, mas o custo para realizá-la é baixo. A análise geralmente é feita após a fermentação alcoólica ou malolática (feita por bactérias com a liberação de dióxido de carbono) para se obter dados do vinho no tanque e antes de engarrafar. Com isso, é possível obter um laudo do produto antes de finalizá-lo”, explica a enóloga. Ela ainda acrescenta que, para a tomada de decisões no dia a dia da vinícola, apenas a análise sensorial é suficiente. “A de IPT é importante, mas não imprescindível”, conclui. Foto: Joana Silva

Foto: Joana Silva

A fluorescência de nanocristais de celulose (CNC) tem potencial para monitorar o teor de ácido tânico em vinhos tintos

 

Pesquisadores da Embrapa Instrumentação (SP) e da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) desenvolveram uma solução aquosa, conhecida como sensor em forma líquida, que permitiu uma descoberta importante: a fluorescência de nanocristais de celulose (CNC) tem potencial para monitorar o teor de ácido tânico em vinhos tintos. A solução composta de CNC pura se mostrou eficaz para apontar a presença de tanino, um parâmetro considerado fundamental por enólogos na estrutura e características organolépticas (aroma e sabor) e ainda atuar na estabilização da cor do vinho.

A constatação de que a autofluorescência da celulose se altera na presença do ácido tânico abre caminhos para o desenvolvimento de sensores ópticos à base de nanocristais de celulose para monitorar taninos, não só em vinhos, mas em produtos alimentícios e bebidas. Na demonstração, como prova de conceito, a pesquisa detectou a molécula de tanino associada à palatabilidade em vinhos tipo Cabernet Sauvignon e Tannat.

O presidente da Associação Brasileira de Enologia (ABE), o enólogo Ricardo Morari, explica que os taninos são compostos fenólicos que desempenham um papel importante na composição, qualidade e potencial de envelhecimento dos vinhos tintos. Além disso, ele diz que os taninos têm a capacidade de fixar pigmentos, contribuindo para a estabilidade da cor, além de fornecer estrutura e, quando bem integrados e equilibrados, proporcionam complexidade e elegância aos vinhos.

“A possibilidade de detecção instantânea desse componente através de uma nova tecnologia poderá fornecer ao enólogo uma informação importante para que ele possa entender melhor as características e a composição do produto que está elaborando, conduzindo a elaboração de maneira a extrair o máximo do potencial e qualidade desse vinho”, avalia Morari, que atua na Cooperativa Vinícola Garibaldi, localizada em Garibaldi (RS).

Ele conta que os taninos estão associados à sensação na boca de adstringência de bebidas como os vinhos. É o que torna a textura do vinho seca, amarga e encorpada por conta do seu efeito adstringente, mas também auxilia na conservação da bebida. Eles estão presentes em cascas de uvas, sementes e nos cabinhos dos cachos, conhecidos como engaços. Mas, embora seja um importante atributo sensorial enológico na determinação das qualidades do vinho, em excesso, é considerado um antinutriente.

“Assim, a determinação de tanino em amostras de alimentos por métodos analíticos ópticos – fotoluminescência – pode ser vantajosa, uma vez que esse tipo de procedimento é rápido, elimina a necessidade de experimentos e reagentes trabalhosos, ao mesmo tempo que proporciona relativa sensibilidade e seletividade”, afirma a pós-doutoranda Kelcilene Teodoro, que conduziu a pesquisa sob a supervisão do pesquisador da Embrapa Daniel Souza Corrêa.

Para o presidente da Associação Brasileira de Sommeliers de São Carlos, Mário Francisco Bucheroni, com esses sensores, os especialistas poderão ter uma informação a mais para a análise. “Quem sabe no futuro possa também ter informações sobre a origem, sementes, peles e barricas. Essa separação seria fundamental para o enólogo, no caso dos vinhos”, comenta o presidente.

Outra vantagem do sensor em forma líquida é que o método, em princípio, pode ser adaptado para aparelhos portáteis de fluorescência, facilitando o uso em diferentes locais.

De acordo com Teodoro, a literatura científica é escassa no que diz respeito à exploração de propriedades fluorescentes da celulose, que possam ser utilizadas em sensores químicos. “Geralmente, na área de sensores, a celulose ou a nanocelulose, embora bastante versátil, é combinada com outros materiais que desempenham o papel principal no mecanismo de detecção. Dessa forma, na maioria das aplicações, a nanocelulose atua como suporte ou substrato, enquanto sua autofluorescência inerente permanece ainda pouco explorada para aplicações em sensores”, esclarece a pesquisadora.

“Nós buscamos ampliar o uso de nanocelulose no ramo de sensores, encontrando aplicações inovadoras para esse material, já que verificamos que sua propriedade de autofluorescência tem potencial para ser utilizada como sensor óptico, fenômeno pouco relatado na literatura”, relata Corrêa.

Foto acima (vinho em taças): Edilson Fragalle

Infográfico: Kelcilene Teodoro

 

Rota enzimática

O estudo foi realizado no Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA), sediado na Embrapa Instrumentação, em São Carlos (SP), com a proposta de investigar o aproveitamento da propriedade de autofluorescência de nanocristais de celulose para usá-la como ferramenta na detecção dos taninos. A pesquisa integra esforços contínuos de um grupo de cientistas para promover novas aplicações aos materiais celulósicos sustentáveis frente à demanda crescente por dispositivos optoeletrônicos em um cenário automatizado.

A obtenção dos nanocristais foi realizada por rota enzimática, que é o isolamento de nanoestruturas de celulose a partir de tratamentos mediados por enzimas, a partir de cavacos de madeira de seringueira branqueados, cedidos pela Agência Paulista de Tecnologia dos Agronegócio (Apta), de Colina (SP).

De acordo com Teodoro, estudos de síntese de nanocristais de celulose (CNC – foto à esquerda) a partir de hidrólise enzimática apontam tendência de menor custo energético, associados a condições experimentais de temperatura e pressão mais amenas, além da geração de resíduos menos tóxicos, em relação à hidrólise ácida com ácidos minerais. Assim, apresentam grande potencial para sustentabilidade no processo de obtenção de nanoceluloses.

Foto: Joana Silva

 

Potencial sensor

Os pesquisadores testaram a aplicabilidade do sensor na forma líquida em bebidas obtidas a partir das uvas Cabernet Sauvignon e Tannat. O processo de detecção consistiu em adicionar diferentes concentrações de ácido tânico comercial à suspensão aquosa de nanocristais de celulose extraídos da madeira da seringueira. As mudanças nos espectros de fluorescência dos nanocristais de celulose foram monitoradas imediatamente após a mistura do tanino com a suspensão aquosa.

“Constatamos que a propriedade de fotoluminescência advinda de agregados de nanocristais de celulose foi capaz de identificar ácido tânico (foto à direita)  em diferentes vinhos tintos de modo eficiente, em concentrações que podem ser de interesse industrial. Observamos também que compostos, normalmente encontrados nas matrizes do vinho, não causaram alterações significativas no sinal detectado”, explica a pesquisadora.

A eficiência de aplicação do sensor em amostras de vinhos brasileiros foi validada por meio do método de medida das taxas de recuperação. “Nesse método, os dados obtidos para ácido tânico em vinhos foram comparados aos registrados para o ácido tânico em água. Os resultados alcançaram taxas elevadas de recuperação próximas a 100% – de 99,7% para o vinho Cabernet Sauvignon e 95,3% para o vinho Tannat”, conta Teodoro.

Para Corrêa, essas descobertas sugerem que os sensores ópticos baseados em nanocristais de celulose têm potencial para serem usados no monitoramento da qualidade de produtos alimentícios e bebidas. “As nanoceluloses são tradicionalmente exploradas como agentes de reforço mecânico, mas o ganho em sustentabilidade utilizando a celulose para substituir materiais tóxicos, não renováveis ou de alto custo, tem chamado a atenção das indústrias de madeira e papel, e esforços colaborativos têm surgido em todo o mundo para desenvolver novos produtos ecológicos e amigáveis”, diz o pesquisador.

Os cientistas enfatizam benefícios adicionais conferidos pela celulose à plataforma de sensoriamento, como a sua natureza atóxica, biodegradável, versátil e sustentável. Com base em suas fontes de origem e características físico-químicas, as nanoceluloses podem ser classificadas como nanocristais de celulose (CNCs), nanofibrilas de celulose (CNFs) e celulose bacteriana (BC).

 

A pesquisa

O estudo “Exploring the potential of cellulose autofluorescence for optical detection of tannin in red wines” foi publicado on-line na revista Carbohydrate Polymers. Além de Teodoro e Corrêa, assinam o artigo os pesquisadores da Embrapa Instrumentação Maria Alice Martins e Luiz Henrique Capparelli Mattoso, e os bolsistas do LNNA e do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia do Departamento de Química da UFSCar Rafaela S. Andre, Maycon J. Silva e Rodrigo Schneider.

A pesquisa teve o apoio do Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologias (SisNANO), vinculado ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes), Rede de Nanotecnologia para Pesquisa em Agricultura (Rede AgroNano) e Embrapa.

 

Foto: Joana Silva

 

 

Análise sensorial

A enóloga da vinícola Terras Altas, localizada em Bonfim Paulista, distrito de Ribeirão Preto (SP), Luísa Antunes Tannure, explica que o processo atual para avaliar os taninos é realizado de forma sensorial na uva e no vinho. Na época de maturação da uva no campo, são feitas análises químicas para detectar o pH, acidez e açúcar em ºBrix, e provadas as uvas, avaliando textura e cor de sementes e cascas.

“Se as sementes estiverem com coloração marrom e crocante é um sinal de que os taninos estão com polimerização adequada. No vinho também avaliamos se a sensação na boca gerada pelos taninos está adequada”, conta a enóloga.

Ela diz que também realiza a análise de IPT (Índice de Polifenóis Totais) para medir taninos e outros compostos fenólicos sem separá-los. A análise química consiste em algumas etapas e tem início com a diluição do vinho e colocação de uma amostra em um aparelho chamado espectrofotômetro, que realiza a leitura imediata. Tannure explica que depois é feita uma conta simples, mas que não mede taninos exclusivamente.

“Como o equipamento é caro, essa análise é terceirizada, mas o custo para realizá-la é baixo. A análise geralmente é feita após a fermentação alcoólica ou malolática (feita por bactérias com a liberação de dióxido de carbono) para se obter dados do vinho no tanque e antes de engarrafar. Com isso, é possível obter um laudo do produto antes de finalizá-lo”, explica a enóloga. Ela ainda acrescenta que, para a tomada de decisões no dia a dia da vinícola, apenas a análise sensorial é suficiente. “A de IPT é importante, mas não imprescindível”, conclui.

Foto: Joana Silva

 

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Fonte: Norte Agropecuário