Localização de elementos minerais

Os grãos de cereais são um bom exemplo de sistemas altamente heterogéneos, proporcionando um desafio analítico para a imagiologia (Lombi et al., 2011). A distribuição elementar nos grãos de cereais tem sido investigada com aplicação de diversas técnicas, particularmente em cevada (Lombi et al., 2011a), trigo biofortificado (Ajiboye et al., 2015) e arroz (Choi et al., 2014). A partir dos mapeamentos elementares e considerando os mecanismos de processamento de alimentos é possível quantificar as perdas de nutrientes a partir dos grãos de cereais para o produto final, facto importante para a indústria de processamento de alimentos. Esta é uma ferramenta bastante importante, particularmente quando se analisam alimentos base biofortificados (Ajiboye et al., 2015).

A biofortificação consiste numa técnica estabelecida não só para colmatar défices nutricionais de populações (Lidon et al., 2015), mas também para estudar a elasticidade metabólica e os processos homeostáticos das plantas (Kabir et al., 2014), assim como, as interações solo-planta e a fitorremediação (Wu et al., 2015).

Os mapeamentos espectrais foram obtidos para todos os grãos e os resultados qualitativos são totalmente consistentes. Para o Triticum durum, variedade Marialva foram selecionados grãos dos tratamentos controlo (15 mL) e 90 mL. Na Figura 3.46 encontram-se os mapeamentos obtidos para os grãos selecionados.

Devido ao corte longitudinal dos grãos efetuado pelo sulco ventral é possível observar que a aleurona e a cavidade do endosperma permanecem numa metade do grão, enquanto a outra metade não apresenta estas estruturas. Saliente-se que a acumulação dos diferentes elementos minerais é específica para algumas estruturas do grão. Por exemplo, o Fe, Mn, Zn e Ca estão essencialmente concentrados no endosperma e na zona basal do embrião, enquanto que o K se encontra distribuído na aleurona. O P predomina essencialmente na camada interior da aleurona, em torno do endosperma, e no embrião (Figuras 3.45 e 3.46).

Em todos os grãos, com e sem biofortificação, é possível observar que o Ca também se encontra distribuído por todo o pericarpo, particularmente na hipoderme, o que está de acordo com Heneen e Brismar (1987) e Stomph et al. (2011). O Mn ocorre na zona basal do embrião porém em quantidades reduzidas. Estes resultados são um pouco díspares dos resultados propostos por Ajiboye et al. (2015), onde os grãos biofortificados apresentaram a maior concentração de Zn no embrião, decrescendo abruptamente no endosperma. O Cu constitui um caso interessante, pois embora seja observado em valores próximos do limite inferior de deteção da técnica, encontra-se presente em concentrações elevadas no endosperma e em qualquer uma das estruturas do farelo e da aleurona. Ajiboye et al. (2015) verificaram que o Cu estava presente essencialmente no endosperma e aleurona de grãos de trigo mole,

independentemente do processo de biofortificação. Note-se, contudo, que neste estudo se recorreu a uma adubação de fundo, contrastando com a adubação foliar de Ajiboye et al. (2015), o que pode explicar a elevada concentração de Cu na aleurona de grãos biofortificados.

Em síntese, neste estudo verificou-se que as maiores variações na concentração ocorrem no embrião. Adicionalmente, as concentrações dos micronutrientes são mais elevadas no farelo relativamente ao endosperma, o que indica que o conjunto de grãos de trigo deve inevitavelmente ser utilizado para obtenção de sêmola integral, necessária no fabrico de massas alimentícias biofortificadas para consumo humano. O facto de o embrião ser removido durante o processo de moagem significa que a estrutura com maior variação de micronutrientes também é removida, no entanto, mesmo uma pequena variação da fração de massa no endosperma pode conduzir a um incremento significativo na quantidade desses micronutrientes.

Figura 3.45 – Caracterização do grão de trigo com representação dos seus componentes

principais: farelo (A), endosperma (B), embrião (C) e zona basal do embrião (D) (Brouns et al., 2013).

A

B

C D

98 2a 3a 4a 5a 6a 7a A 8a B 9a A 2b 3b 4b 5b 6b 7b 8b 9b 1 _1a

Figura 3.46 – Imagens de uma semente de trigo duro selecionada longitudinalmente através de análise espectrométrica

por fluorescência de raios X de distintos elementos minerais: Microscopia eletrónica de varrimento (1 e 1a); Fe (2); Zn (3); Mn (4); Cu (5); K (6); P (7); Ca (8) e S (9), referente aos tratamentos 15 mL (a) e 90 mL (b).

Após análise da semente com recurso a microscopia eletrónica de varrimento acoplada a uma sonda de raios X foi possível constatar que (Figura 3.47) valores mínimos de Fe e Zn se localizaram no embrião tanto no tratamento 15 mL como no tratamento 90 mL. Verificou- se ainda que no tratamento 15 mL, o Fe e o Zn se localizaram preferencialmente na região equatorial do endosperma da semente (Fe 3,37 %; Zn 8,01 %). Paralelamente constatou-se no tratamento 90 mL, uma localização específica destes elementos minerais na região apical terminal da semente (Fe 2,73 %; Zn 12,69 %). Por oposição, Cakmak et al. (2010b) consideraram para o tratamento controlo (Fe 0,0089 %; Zn 0,0038 %) e para o tratamento de adubação foliar (Fe 0,0089 %; Zn 0,0047 %) que o Fe e o Zn predominaram no embrião.

Uma análise comparativa entre os tratamentos permitiu ainda constatar que a razão Fe / Zn sofreu um incremento de 0,32 para 0,85 do tratamento 15 mL para o tratamento 90 mL no embrião. Esta mesma razão aumentou na região apical terminal da semente de 0,19 para 0,22, decrescendo na região equatorial do endosperma de 0,42 para 0,26. Observou-se que no tratamento 15 mL a razão Fe / Zn aumentou na região equatorial do endosperma e posteriormente decresceu na região apical terminal da semente. Relativamente ao tratamento de maior carga nutricional (90 mL), verificou-se uma tendência decrescente ao longo do grão (do embrião para a extremidade apical).

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Figura 3.47- Microscopia eletrónica de varrimento acoplada a microanálise de raios X e localização de

elementos minerais na semente, particularmente no embrião (A), região equatorial do endosperma (B) e região apical terminal (C) para os tratamentos 15 mL (1) e 90 mL (2).

A fração mássica (W %) referente ao ferro e zinco corresponde à percentagem destes elementos face ao total de elementos considerados, nomeadamente Na, Mg, P, K, Ca, Mn, Fe, Cu e Zn, sendo o somatório de 100 %.

Cakmak et al. (2010b) sugeriram que entre as diferentes frações do grão, o endosperma obteve a menor concentração de Zn. Particularmente para o tratamento controlo (sem aplicação foliar de Zn) o embrião apresentava concentrações de Zn similares comparativamente com a região apical terminal. A aplicação de tratamentos foliares de Zn incrementou significativamente as concentrações deste elemento mineral nas três frações do grão. Cakmak et al. (2010b) constataram que o Zn se encontra preferencialmente na aleurona e embrião. Aplicações de Zn no solo resultaram num decréscimo da concentração de Fe em todas as frações do grão, principalmente na aleurona e embrião. De forma a obter um impacte biológico mensurável na saúde humana, a concentração de Zn no grão deve ser incrementada para 10 mg kg-1_{. Estes autores obtiveram incrementos de 17 mg kg}-1_{. Resultados semelhantes foram} relatados por Kutman et al. (2010) num estudo efetuado em estufa com trigo duro. Ozturk et al. (2006) também constataram que a adubação foliar incrementou significativamente as

1A Fe 0,60 % Zn 1,86 % Fe/Zn = 0,32 Fe 2,05 % Zn 2,42 % Fe/Zn = 0,85 2A Fe 3,37 % Zn 8,01 % Fe/Zn = 0,42 1B 2B Fe 2,39 % Zn 9,24 % Fe/Zn = 0,26 Fe 0,91 % Zn 4,68 % Fe/Zn = 0,19 1C 2C Fe 2,73 % Zn 12,69 % Fe/Zn = 0,22

concentrações de Zn no grão de trigo, apontando para uma elevada mobilidade deste elemento mineral nas plantas. Estes autores observaram ainda que o Zn se encontra localizado preferencialmente no embrião e na aleurona. Adicionalmente, Ehret (1985) demonstrou que o Zn está particularmente concentrado no embrião, sendo que na totalidade do grão de trigo a sua concentração foi de 27 mg kg-1_{. Neste enquadramento verificou-se que os resultados} obtidos no nosso estudo divergem de forma substancial dos resultados propostos por estes autores. Observou-se uma localização preferencial de Fe e Zn na região equatorial do endosperma da semente (Figura 3.47) neste estudo. Contrariamente, de acordo com a literatura, estes elementos minerais encontraram-se preferencialmente na aleurona e embrião.

A análise espectrométrica por fluorescência de raios X (Figura 3.46) é uma técnica semi- quantitativa, com uma reduzida incidência do feixe. Analogamente, a microscopia eletrónica de varrimento acoplada a microanálise de raios X (Figura 3.48) consiste numa técnica quantitativa, com um índice de quantificação mais sensível e um maior poder de deteção. De facto, confirma-se que a proporção de elementos minerais existentes no interior do endosperma é substancialmente reduzida, não sendo comparável com a proporção existente na sêmea. As concentrações dos elementos Mn, Fe, Cu e Zn são uniformes e residuais, não sendo possível distinguir entre o tratamento controlo (15 mL) e o tratamento biofortificado (90 mL), devido à localização preferencial destes elementos minerais na sêmea do grão de trigo.

Figura 3.48 – Registo espectral da deposição de Mg (1), P (2), K (3), Ca (4), Mn (5), Fe (6), Cu (7) e Zn (8)

respetivamente, referente aos tratamentos 15 mL (a) e 90 mL (b), segundo o corte longitudinal da semente, conforme indicado pelo traçado azul.

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