ANÁLISE MULTIVARIÁVEIS DE PCA E PLS: UM ESTUDO ESTATÍSTICO NA QUALIDADE DO MEL

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Analítica

Autores

Gomes, T. (UEMA) ; Khan, A. (UEMA) ; Fernandes, R.M. (UEMA) ; Gomes, N. (IFMA) ; Martins, J.T. (UEMA)

Resumo

O presente trabalho teve como objetivo avaliar os parâmetros físico-químicos em Mel, bem como a influência na qualidade, através de técnicas estatísticas da análise multivariada usando o software Statistic (versão 8), aplicando PCA (Análise de Componente Principais) e PLS (Mínimos Quadrados Parciais), buscando avaliar qual nos traria melhor resposta nas análises realizadas. Obtivemos resultados mais satisfatórios com a PCA, que nos descreveu 87,32% dos dados com apenas três componentes principais contendo o melhor coeficiente de correlação e menor erro médio quadrático.

Palavras chaves

Mel ; Análises físico-químicas; Multivariáveis

Introdução

O mel pode ser classificado quanto à sua origem, composição e métodos de processamento e apresentação. O mel é constituído de diferentes açúcares, predominando os monossacarídeos glicose e frutose. Apresenta também teores de proteínas, aminoácidos, enzimas, ácidos orgânicos, substâncias minerais, pólen e outras substâncias. Devido à diversidade de fatores que influencia na qualidade final do mel, a análise estatística pode ser uma ferramenta poderosa na classificação. Como forma de avaliar o desempenho do Mel sem que seja necessário o uso de equipamentos específicos para analisar os parâmetros, podemos utilizar métodos estatísticos multivariados para obter resultados com baixo custo e uma técnica relativamente rápida. Pode-se utilizar a PCA com o objetivo de reduzir a dimensão do conjunto de dados, encontrar similaridade entre amostras, visualizar a estrutura dos dados e detectar outliers (amostras anômalas) (SOUZA, A. M.; POPPI, R. J, 2012). A PLS é um método de calibração multivariada que utiliza a técnica de análise de componentes principais para a redução da dimensionalidade do conjunto de dados para posterior correlação entre os espectros e as propriedades de interesse (SOUZA, A. M, 2013). O objetivo deste trabalho será avaliar vários modelos estatísticos para classificar e entender relação entre propriedades físico-químicas de mel.

Material e métodos

A metodologia utilizada foi análise estatística, relacionada com a parte teórica, onde realizou-se uma pesquisa na literatura de análises físico- químicas de meis nas cidades de Brejo (BEZERRA, J. M. D, 1999), (CARVALHO, SOUSA, A, 2017), Imperatriz (BARBOSA, SILVA, J, 2013) e Carolina (AGUIAR, Nayara Nojosa; COSTA, Francisca Neide; COSTA, Maria Célia Pires, 2011). Coletou-se os dados, no total de 22 amostras de meis, das respectivas cidades, em seguida, separou-se os parâmetros a serem analisados e escolheu- se os equipamentos necessários para a utilização nas análises físico- quimicas. Os parâmetros avaliados foram no total de cinco, sendo eles acidez total titulavel (mEq/kg), umidade (%), açucares redutores (%), sacarose (%) e hidroximetilfurfural. Após toda essa seleção, levou-se os dados obtidos e tabelados para o programa de estatística e fez-se os cálculos, usando a. PCA e PLS. Diante disso, foi feita a interpretação dos resultados obtidos.

Resultado e discussão

Os resultados do trabalho foram em relatados através de gráficos gerados a partir dos cálculos realizados no programa Statistica (versão 8). Na análise feita por componentes principais foi necessário um pré- processamento nos dados para atribuir pesos equivalentes aos dados espectrais das amostras. Os parâmetros utilizados se mostraram de acordo com o proposto pela regulamentação, uma vez que a acidez total permitida é de 50% máxima, umidade 20% máximo, açúcares 65% mínimo, sacarose 6% máxima e hidroximetilfurfural 60 mg/kg máxima. Os desvios foram computados em um parâmetro denominado Raiz Média do Erro Quadrático (RMSE), sendo o número ideal aquele que apresentar menor erro. A Tabela 2 mostra os valores de RMSE para cada parâmetro por PCA e PLS, sendo cada um na faixa de determinação de cada valor do desvio padrão calculados pelos programas com o resultado final dado diretamente. Os dados espectrais foram exportados para o software Statistica (versão 8) para a realização da análise. Na parte teórica foi estabelecido cinco parâmetros, visto na tabela 1 com valores esperados próximos de 1 ou igual a 1, como a parte que representa os dados com dimensão reduzida, partimos para a ideia de avaliar a relação entre o valor predito e o valor medido de cada um deles usando PCA e PLS. Para melhores resultados foi utilizado o PCR representados nas tabelas além do uso da PCA e PLS.

Valores dos parâmetros físico-químicos medidos por PCR e PLS


Valores dos parâmetros medidos por PCA e PLS

Conclusões

Conforme os dados obtidos a partir da análise teórica, foi possível visualizar a separação de 3 grupos formados pelos parâmetros de Mel, selecionados por meio da análise de PCA, método usado para classificação e predição. Com três componentes principais foi possível descrever 87,32% dos dados, sendo 46,86% da variância total descrita pela primeira componente principal. Sendo as cinco variáveis são de maior importância. Além que PCA e PLS são métodos robustos e podemos utilizar como técnicas multivariadas para avaliar o Mel, bem como avaliar a diferenciação dos dois métodos utilizados.

Agradecimentos

Agradecimento à FAPEMA pela bolsa de iniciação, o orientador Prof. Dr. Alamgir Khan, à Prof. Dr Raquel Fernandes e à UEMA pelo espaço de pesquisa.

Referências

BEZERRA, J. M. D. Caracterização morfogenética de populações de Melipona compressipes fasciculata Smith (Hymenoptera, Apidae), em diferentes ecossistemas do Estado do Maranhão (Brasil). 1999. 20f. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo, São Paulo, 1999.
BRASIL. 2000. Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento. Legislação de Produtos Apícolas e Derivados. Instrução Normativa 11, de 20 de outubro de 2000, Regulamento técnico de identidade e qualidade do mel Disponível em: <http://www.agricultura.gov.br/> Acesso em: 31 de março de 2018.
BARBOSA, Jam da Silva. Avaliação físico-químicas de méis comercializados nas feiras de imperatriz. Imperatriz: UFMA, Trabalho de conclusão de curso, 2013.
CARVALHO, Andressa Sousa. Avaliação físico-químicas e microbiológicas de méis na cidade de Carolina, Maranhão. Imperatriz: UFMA, Trabalho de conclusão de curso, 2017.
AGUIAR, Nayara Nojosa; COSTA, Francisca Neide; COSTA, Maria Célia Pires. Avaliação dos parâmetros físico-químicas de méis produzidos por Apis Mellifera no município de Brejo, Marahão. São Luís, UFMA,2011.
SOUZA, A. M.; POPPI, R. J. Experimento didático de quimiometria para análise exploratória de óleos vegetais comestíveis por espectroscopia no infravermelho médio e análise de componentes principais: um tutorial, parte I. Quim. Nova, v. 35, n. 1, p. 223-229, 2012.
SOUZA, A. M. et al. Experimento didático de quimiometria para calibração multivariada na determinação de paracetamol em comprimidos comerciais utilizando espectroscopia no infravermelho próximo: um tutorial, parte II. Quim. Nova, v. 36, n. 7, p. 1057-1065, 2013.