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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5482-5145
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de narizes optoeletrônicos utilizando dispositivos analíticos para controle de qualidade em alimentos e óleos essenciais
Alternate title (s): Development of optoelectronic noses using analytical devices for quality control in food and essential oils
Author: Dias, Bárbara Cristina
First Advisor: Petruci, João Flavio da Silveira
First member of the Committee: Pereira, Claudete Fernandes
Second member of the Committee: Gomes, Paulo Clairmont Feitosa de Lima
Third member of the Committee: Silva, Sidnei Gonçalves da
Fourth member of the Committee: Sousa, Raquel Maria Ferreira de
Summary: Narizes optoeletrônicos são compostos por múltiplos elementos sensores que mudam de cor após interação com as espécies voláteis presentes em uma mistura, sendo utilizados para a produção de impressões digitais específicas de diversos tipos de amostras. Sua principal aplicação é a discriminação de amostras complexas, que depende da escolha adequada dos elementos sensores, do substrato e do método de aquisição das imagens. Neste trabalho, foram desenvolvidos e aplicados narizes optoeletrônicos em dois cenários distintos: (i) discriminação de diferentes óleos essenciais e essências, incluindo a identificação de amostras adulteradas; e (ii) monitoramento dos estágios iniciais de decomposição de carnes bovina, suína e frango, à temperatura ambiente. Na primeira aplicação, o arranjo de sensores, contendo nove reagentes colorimétricos escolhidos por apresentarem diferentes propriedades químicas, foi utilizado para gerar impressões digitais específicas das amostras voláteis. A separação ocorreu de forma rápida, com apenas 5 minutos de exposição, sendo observados agrupamentos por similaridade química entre óleos essenciais e essências por meio da análise de agrupamentos hierárquicos (HCA). A análise de componentes principais (PCA) revelou dois grupos bem definidos, permitindo identificar amostras adulteradas e não adulteradas. Na segunda aplicação, o arranjo foi composto por dez indicadores de pH incorporados em um filme de amido, exposto aos alimentos acondicionados em frascos fechados por 48 horas. Alterações perceptíveis no padrão de cor tornaram-se evidentes a partir de 21 horas, período que indicou os primeiros sinais de decomposição nos três tipos de carne. A análise quimiométrica permitiu discriminar não apenas o tipo de carne, mas também diferentes estágios de deterioração, revelando o potencial do sistema em aplicações voltadas ao monitoramento e controle de qualidade. Em ambos os casos, as imagens digitais antes e após a exposição aos compostos voláteis foram obtidas utilizando um smartphone. Os valores de RGB foram extraídos por meio de software apropriado, e as mudanças de cor registradas forneceram uma impressão digital de mapa de cores exclusiva para cada condição avaliada. Os resultados demonstram que os narizes optoeletrônicos representam uma ferramenta promissora para o controle de qualidade, combinando sensores colorimétricos com análise digital e estatística multivariada para diferenciar amostras complexas e contribuir para o monitoramento rápido de autenticidade de óleos essenciais e frescor de produtos cárneos.
Abstract: Optoelectronic noses are composed of multiple sensor elements that change color upon interaction with volatile species present in a mixture and are used to produce specific digital fingerprints for various types of samples. Their main application is the discrimination of complex samples, which depends on the appropriate choice of sensor elements, substrate, and image acquisition method. In this work, optoelectronic noses were developed and applied in two distinct scenarios: (i) discrimination of different essential oils and essences, including identification of adulterated samples; and (ii) monitoring the early stages of decomposition of bovine, swine, and chicken meats at room temperature. In the first application, the sensor array containing nine colorimetric reagents chosen for their different chemical properties was used to generate specific digital fingerprints of the volatile samples. Separation occurred rapidly, with only 5 minutes of exposure, and clusters based on chemical similarity between essential oils and essences were observed through hierarchical cluster analysis (HCA). Principal component analysis (PCA) revealed two well-defined groups, allowing identification of adulterated and non-adulterated samples. In the second application, the array consisted of ten pH indicators incorporated into a starch-based film, exposed to foods stored in closed jars for 48 hours. Perceptible changes in color patterns became evident after 21 hours, indicating the first signs of decomposition in the three types of meat. Chemometric analysis allowed discrimination not only of the meat type but also of different stages of deterioration, demonstrating the system’s potential for monitoring and quality control applications. In both cases, digital images before and after exposure to volatile compounds were obtained using a smartphone. RGB values were extracted using appropriate software, and the recorded color changes provided a unique digital color map fingerprint for each evaluated condition. The results demonstrate that the developed optoelectronic noses represent a promising tool for quality control, combining colorimetric sensors with digital analysis and multivariate statistics to differentiate complex samples and contribute to rapid monitoring of authenticity in essential oils and freshness in meat products.
Keywords: controle de qualidade
narizes optoeletrônicos
imagens digitais
análise multivariada de dados
quality control
optoelectronic noses
digital images
multivariate data analysis
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Subject: Química
Alimentos - Qualidade
Dispositivos optoeletrônicos
Imagens digitais
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: DIAS, Bárbara Cristina. Desenvolvimento de narizes optoeletrônicos utilizando dispositivos analíticos para controle de qualidade em alimentos e óleos essenciais. 2025. 121 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.490.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.490
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/46630
Date of defense: 25-Jul-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:TESE - Química

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