Nanotecnologia no Agronegócio

Nanotecnologia no agronegócio

• A Ciência e a Tecnologia vêm adquirindo uma enorme importância na sociedade, em parte devido à grande influência que exercem no desenvolvimento econômico, político e cultural dos países. Paralelamente tem surgido a necessidade de avaliar o desempenho da atividade científica e seu impacto na sociedade com o principal objetivo de adequar convenientemente a alocação de recursos destinados à Pesquisa e Desenvolvimento (P&D), considerado um elemento essencial à gestão e ao planejamento científico de qualquer instituição ou país para obter uma rentabilidade máxima nos investimentos neste campo (SANCHO, 1990).

O campo temático multidisciplinar da área de nanotecnologia para o agronegócio vem ganhando destaque no cenário mundial, o que torna cada vez mais necessária a geração de indicadores que sirvam de subsídios para a tomada de decisão em Ciência e Tecnologia (C&T) e planejamento da política científica e tecnológica na área, sendo que ainda é pouco estudado através de técnicas bibliométricas, tendo em vista que é uma área relativamente nova.

• Assim, considera-se necessário compreender a contextualização que envolve a produção científica em nanotecnologia para o agronegócio, especificamente, as representadas por registros bibliográficos, visto que estes podem proporcionar benefícios científicos e tecnológicos para a sociedade.

Nesse contexto, o trabalho pretende demonstrar a importância dos estudos bibliométricos para o monitoramento de tecnologia e com isso compreender a situação atual da pesquisa científica internacional sobre nanotecnologia para o agronegócio, utilizando-se dados bibliográficos de publicações científicas.

• O agronegócio tem tido destaque nos últimos anos devido à expansão da produção agropecuária e ao aumento das exportações de commodities agrícolas. Com a utilização de novas tecnologias aplicadas à produção rural, além da importância do segmento para a economia do país, houve um aumento do interesse e da investigação científica sobre o agronegócio. Segundo Batalha, Chaves e Souza Filho (2009, p. 124), o Brasil tem tido iniciativas promissoras para a 

“[...] definição, tratamento, organização e divulgação de informações e indicadores voltados às atividades de Ciência, Tecnologia e Inovação e de Pesquisa e Desenvolvimento.”

Entre as várias tecnologias aplicadas ao agronegócio para desenvolver uma produção agropecuária mais sustentável e de maior valor agregado, especialistas apostam na nanotecnologia, que promete uma agricultura mais produtiva, mudanças na qualidade dos alimentos, a criação de riquezas e o desenvolvimento sustentável (PUERTA, 2012).

• Com isso, nota-se que a utilização de análises bibliométricas pode se configurar em uma metodologia importante para estudar determinadas áreas, como a nanotecnologia aplicada ao agronegócio, por descobrir padrões de pesquisa e identificação de tendências, sendo os indicadores bibliométricos uma ferramenta básica para a avaliação científica.

A bibliometria pode ser definida como o ramo da Ciência que se ocupa em quantificar os processos de comunicação escrita, envolvendo o estudo quantitativo da produção, disseminação e uso da informação registrada (SPINAK, 1998; MACIAS-CHAPULA, 1998). 

É uma área que surgiu no início do século XX como “[...] sintoma da necessidade do estudo e da avaliação das atividades de produção e comunicação científica.” (ARAÚJO, 2006, p. 12). 

De acordo com Vanti (2002, p. 155), algumas possibilidades de aplicação das técnicas bibliométricas são:

a) identificar as tendências e o crescimento do conhecimento em uma área;
b) identificar as revistas do núcleo de uma disciplina; Prever as tendências de publicação;
c) prever a produtividade de autores individuais, organizações e países;
d) medir o grau e padrões de colaboração entre autores;
e) analisar os processos de citação e co-citação;
f ) medir o crescimento de determinadas áreas e o surgimento de novos temas, etc.

Com isso, uma das mais importantes ferramentas de gestão são os indicadores. A avaliação da produção científica é um processo fundamental para garantir o investimento financeiro em pesquisa e a participação da Ciência na consecução dos objetivos econômicos, sociais e políticos do país (VELHO, 1986). 

• Segundo Vanz e Stumpf (2010, p. 67), “[...] quanto mais ativo e produtivo o ambiente científico, mais frequentes e rigorosas são as rotinas de avaliação vigentes.”

De acordo com Sancho (1990), com os indicadores bibliométricos pode-se determinar, entre outros aspectos:

a) o crescimento de qualquer campo da Ciência, segundo a variação cronológica do número de trabalhos publicados;
b) a produtividade dos autores ou instituições, medida pelo número de seus trabalhos;
c) a colaboração entre os pesquisadores ou instituições;
d) o impacto ou visibilidade das publicações dentro da comunidade científica internacional, medido pelo número de citações que recebem por parte dos trabalhos posteriores;
e) a dispersão das publicações científicas entre as diversas fontes, etc.

O estudo caracterizou-se pela utilização de técnicas bibliométricas aplicadas a aspectos da produção científica em nanotecnologia para o agronegócio. 

• Tendo em vista as limitações inerentes da base de dados de origem e de problemas de registros, o crescimento durante os dez anos de estudo foi significativo, apresentando um avanço constante do número de publicações na área. Este fato indica que a área está se fortalecendo e aumentando sua atuação em pesquisa científica.

Em relação ao Brasil, a pesquisa na área de nanotecnologia para o agronegócio apresentou nos últimos anos um crescimento importante, porém discreto quando comparado com a relevância do agronegócio brasileiro e seu papel na balança comercial do país e no crescimento do Produto Interno Bruto (PIB). Quanto aos países, foi identificado que Estados Unidos e China destacam-se dos demais em número de publicações.

• Os resultados de autores reforçam que o domínio do conhecimento científico em nanotecnologia para o agronegócio se concentra nos Estados Unidos e China. Em relação às publicações de autores brasileiros, nota-se que a maioria vincula-se a instituições localizadas no Estado de São Paulo. Em relação às instituições e a produção científica na área, a China apresenta maior quantidade de pesquisas por instituição de C&T entre as que mais publicam, seguida pelos Estados Unidos.

No que se refere às áreas do conhecimento, na Web of Science, as publicações se concentram principalmente em Química Analítica (cerca de 27%) e Ciências Ambientais (com 14%). Os assuntos mais publicados foram: Pesticidas, Água, Sensores e Biossensores. Quanto aos periódicos, os que apresentaram maior número de publicações sobre nanotecnologia para o agronegócio foram: 

• Biosensors and Bioelectronics 
•  Analytica Chimica Acta.

Nesse contexto, as técnicas bibliométricas mostram que a pesquisa pode ser de grande utilidade para a descoberta de características da produção científica em nanotecnologia para o agronegócio, pois os resultados revelam uma boa parte da estrutura da produção científica em nanotecnologia e agronegócio, sua evolução ao longo dos dez anos de estudo, os países que mais publicam na área, os periódicos de maior destaque e outras características. Sem dúvida, a bibliometria é uma ferramenta imprescindível para quantificar os resultados da Ciência em qualquer área do conhecimento. 

• Este tipo de análise oferece um comportamento das irregularidades das áreas científicas no país, permitindo verificar a abertura da comunidade científica e seu desempenho na produção do conhecimento científico.

O agronegócio é uma área onde o nosso país pode ter maior competitividade em nanotecnologia, graças às especificidades da agricultura tropical. Neste capitulo será mostrada a “Língua Eletrônica”, produto desenvolvido por pesquisadores brasileiros da Embrapa, uma das empresas que mais investe em nanotecnologia no Brasil, principalmente no setor agrícola.

• Dentre as áreas onde a nanotecnologia pode impactar o agronegócio estão o desenvolvimento de novas ferramentas para biotecnologia e para nanomanipulação de genes e materiais biológicos, o desenvolvimento de catalisadores mais eficientes para produção de biodiesel e utilização de óleos vegetais e outras matérias-primas de origem agrícola para produção de plásticos, tintas e novos produtos. Adicionalmente, outras áreas potenciais de impacto no agronegócio incluem a produção de nanopartículas para liberação controlada de nutrientes, pesticidas e drogas, nanopartículas e nanodeposição de filmes bioativos para biofiltros, membranas e embalagens biodegradáveis e/ou comestíveis para alimentos (Embrapa, 2006).

Um resultado inédito das pesquisas em nanotecnologia realizadas pela Embrapa Instrumentação Agropecuária é um sistema sensor, conhecido por “Língua Eletrônica”, no qual filmes ultrafinos de macromoléculas produzidos com controle nanométrico que possuem altíssima área superficial e permitem uma sensibilidade que pode chegar a ser 10.000 vezes maior que a do ser humano. O projeto, que envolve parceiros importantes como a USP, a Associação Brasileira da Indústria de Café (ABIC), a Enalta Inovações

• Tecnológicas e o Ministério de Ciência e Tecnologia, tem como objetivo tornar disponível ao mercado sensores para avaliar a qualidade do café e sucos. Trabalhos em andamento demonstram o potencial da “Língua Eletrônica” para outros produtos, como o leite, vinhos e a própria qualidade de água. Esta é uma inserção concreta de uma inovação, inclusive com patente já solicitada pela Embrapa no exterior, oriunda da nanotecnologia, que pode impactar positivamente para importantes produtos do agronegócio brasileiro (Embrapa, 2006).

De acordo com o site da Embrapa, os desafios nesta nova área de conhecimento estão na capacidade do País reconhecer o potencial desta nova tecnologia e conseguir, rapidamente, priorizar investimentos significativos em nanotecnologia para o agronegócio, integrando esforços das mais variadas instituições de pesquisa e empresas do setor. “As oportunidades são imensas e altamente promissoras, e espera-se que o Brasil não perca o bonde da inovação em uma área em que o país tem demonstrado vocação, capacidade e competência: o agronegócio” (Embrapa, 2006).

O dispositivo, um cilindro de aço equipado com eletrodos, analisa esses elementos — em poucos segundos e no próprio local —, que indicam a melhor época para a colheita da fruta a partir do suco que é obtido quando as uvas são esmagadas. Essa análise é bem semelhante à realizada pela língua de seres humanos ou animais, quando entra em contato com um alimento. A língua eletrônica analisa os três elementos que determinam o momento certo da colheita. 

A Língua Eletrônica:

• A certificação da qualidade dos produtos e matérias-primas oriundas do agronegócio tem uma demanda crescente. Os consumidores estão cada vez mais exigentes quanto à aparência dos produtos, qualidade nutricional e fitossanitária, palatabilidade, resíduos de defensivos, entre outros parâmetros. Por isso o desenvolvimento de metodologias rápidas e não-invasivas e de aplicação em larga escala é uma das grandes demandas nas quais as pesquisas em nanotecnologia da Embrapa podem contribuir.

A “Língua Eletrônica” foi desenvolvida pela Embrapa Instrumentação Agropecuária, unidade da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, vinculada ao Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento, em parceria com a Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, e representa um avanço no controle de qualidade para a indústria alimentícia, vinícolas, estações de tratamento de água e, possivelmente, na indústria farmacêutica (Embrapa, 2006). Ela é formada por um conjunto específico de plásticos que conduzem eletricidade e que são sensíveis às substâncias responsáveis pelos diferentes tipos de paladar.

• O sensor permite com rapidez, precisão, simplicidade e a um custo baixo, verificar a qualidade da água, a presença de contaminantes, pesticidas, substâncias húmicas e metais pesados. A “Língua Eletrônica” diferencia sem dificuldade os padrões básicos de paladar, doce, salgado, azedo e amargo, em concentrações abaixo do limite de detecção do ser humano. O sistema também apresenta excelentes resultados na diferenciação de bebidas com o mesmo paladar, sendo possível distinguir diferentes tipos de vinho, café, chá e água mineral.

O dispositivo, que já pode ser considerado um forte concorrente à classe dos degustadores, é um sensor gustativo para avaliação de líquidos, capaz de reconhecer substâncias doces e salgadas a partir de 5 milimolar - a língua humana só identifica o doce a partir de 10 milimolar e o salgado a partir de 30 milimolar. A “Língua Eletrônica” detecta também o sabor azedo, amargo e umami (relativo a frutos do mar e comidas asiáticas), além de identificar a mistura entre eles. O sistema diferencia ainda bebidas de mesmo paladar, como variedades distintas de café ou água mineral. Testes preliminares demonstraram a aplicabilidade do invento também para aromas, mas a análise de alimentos sólidos permanece distante.

• A “Língua Eletrônica” consiste em um conjunto de unidades sensoriais que devem ser mergulhadas no líquido analisado. Essas unidades são eletrodos metálicos recobertos por uma finíssima camada de diversos polímeros “inteligentes” - plásticos sensíveis às substâncias presentes na bebida. Os eletrodos geram padrões de sinais elétricos que variam em função da bebida avaliada. Como os polímeros “inteligentes” conduzem eletricidade, eles transformam a interação entre as unidades sensoriais e a bebida em sinais elétricos que são captados por um software apropriado, programado para fazer a conversão para os paladares conhecidos por meio de “inteligência artificial”.

A rapidez na resposta e o menor custo tornam o invento altamente vantajoso em relação a equipamentos de laboratórios de análises químicas e físicas. Além do emprego evidente nas indústrias de bebidas e alimentos, a “Língua Eletrônica” servirá também às indústrias farmacêuticas no teste de sabor de remédios, ou na detecção de impurezas e aditivos no monitoramento da qualidade da água (Embrapa, 2006).

• O invento, cujo projeto custou R$ 1 milhão (Embrapa, 2006), foi automatizado com o uso de inteligência artificial em parceria com o Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação e o Instituto de Física da USP de São Carlos. No café, a “Língua Eletrônica” é capaz de avaliar e classificar, segundo o seu paladar, qualidade, regiões e possivelmente produtores, detectar adulterações nos produtos comercializados e monitorar a consistência de paladar e qualidade dos produtos produzidos no país.

Os resultados obtidos até o momento são bastante animadores. Já se conseguiu, por exemplo, diferenciar e classificar todos os cafés analisados, como blends de arábica e robusta, cafés comerciais tradicionais, superior e gourmet, solúvel e descafeinado (Embrapa, 2006).

• De acordo com o pesquisador Luiz Henrique Capparelli Mattoso, responsável pelo desenvolvimento do equipamento, que se iniciou em meados de 2001, a “Língua Eletrônica” deve ser um instrumento eletrônico a ser usado como uma ferramenta pelas indústrias de café e pelos degustadores, para poder classificar e quantificar com melhor precisão a qualidade da bebida.

Atualmente, os testes para avaliação do paladar de bebidas são feitos por degustadores, enquanto que a avaliação de água é feita por análise química em laboratório e são bastante demorados. Com a “Língua Eletrônica” é possível fazer testes contínuos na linha de produção em tempo real e em segundos. O equipamento pode ser usado como uma ferramenta para auxiliar o degustador, permitindo medidas contínuas e de maior precisão. A Associação Brasileira da Indústria de Café (ABIC) assinou contrato com a Embrapa para utilizar o aparelho em seu Programa de Qualidade, lançado em 2002.

• A próxima fase de análise prevê o estudo do efeito da temperatura de torra no paladar da bebida; a classificação do café quanto aos padrões de paladar (estritamente mole, mole, dura, riado, rio, rio zona); a classificação dos cafés e correlação com a sua acidez, amargor, sabor e possivelmente outras características da bebida; estudo da evolução do paladar dos cafés em função do tempo de estocagem para avaliar as condições adequadas para a bebida do café; desenvolvimento de um “nariz eletrônico” para avaliação de aroma de café, conjuntamente com paladar da bebida; e verificação da presença de adulterantes e contaminantes (Embrapa, 2006). 

De acordo com o chefe-geral da Embrapa Instrumentação, Ladislau Martin Neto, 

“o sensor é um dos raros exemplos de resultados da nanotecnologia no Brasil, uma área inovadora e que promete revolucionar vários setores da economia, da indústria ao agronegócio”.

O invento foi exposto na Feira Internacional de Pecuária, Avicultura, Pesquisa e Tecnologia de São Carlos (Feipecus 2005) e no Congresso Internacional de Nanotecnologia (Nanotec 2005) realizado em São Paulo onde atraiu muita atenção do público e da imprensa.

• Segundo Ladislau Martin Neto, a exposição da “Língua Eletrônica” na Feipecus em funcionamento e fazendo análise ao vivo, visou demonstrar a capacidade já existente em nanotecnologia na Embrapa e as perspectivas concretas de gerar outras tecnologias de interesse de produtores e agroindústrias.

O chefe-geral cita, por exemplo, a aplicação na liberação controlada de medicamentos veterinários, reduzindo custos e melhorando os produtos de origem animal.

“É uma das promessas da nanotecnologia e na qual a Embrapa quer investir”.

Em 2001, o equipamento recebeu o Prêmio Governador do Estado de São Paulo, categoria Invento Brasileiro, concedido pelo Serviço Estadual de Assistência aos Inventores - SEDAI - da Secretaria de Ciência, Tecnologia e Desenvolvimento Econômico de São Paulo. O prêmio tem como objetivos reconhecer o esforço da pesquisa realizada na área de desenvolvimento científico-tecnológico, colaborar na aceleração deste processo de desenvolvimento e divulgar a tecnologia gerada no País, visando sua efetiva incorporação ao mercado. O Prêmio Governador do Estado – Invento Brasileiro é a maior láurea concedida pelo Governo de São Paulo em tecnologia.

• Segundo Mattoso, o prêmio recebido não foi uma surpresa para os inventores, pois desde o inicio das pesquisas, já conheciam o potencial do equipamento, sua qualidade e a importância dos resultados obtidos.

Outras Considerações:

• A nanotecnologia apresenta-se como um tema que pode influenciar diversas áreas; econômica, militar, biológica, tecnológica, etc. No entanto, apesar do enorme potencial que tem de revolucionar essas áreas de conhecimento, ainda não é possível saber de forma concreta como essa transformação se dará.

Inovações tecnológicas devem ser não somente tecnicamente possíveis, mas também ambiental e biologicamente seguras, economicamente vantajosas, socialmente benéficas e eticamente aceitáveis. Tudo isso legalmente regulamentado. Á partir destas afirmações surgem inúmeros questionamentos em relação à nanotecnologia que muitas vezes ainda não é possível responder.

• No aspecto econômico observa-se que governos nacionais e grandes empresas estão investindo maciçamente neste campo e as bolsas de valores do mundo inteiro sofrem grande agitação com o movimento especulativo em torno da nanotecnologia. Com o esperado aumento dos incentivos privados e governamentais para pesquisa e desenvolvimento em nanotecnologia e com a popularização do tema, espera-se que novos produtos, como a língua eletrônica, surjam nos próximos anos.

É possível concluir ainda que a nanotecnologia mostra grande relevância em diversas áreas da engenharia de produção, dentre as quais é possível citar Engenharia dos Materiais, no que diz respeito às características dos elementos químicos que tem maior importância para a nanotecnologia e pela possibilidade de fabricação de novos materiais com diferentes características como densidade e pureza; Engenharia do Produto, no que tange a probabilidade do surgimento de novos produtos e com funcionalidades diferentes dos que conhecemos atualmente como alguns já citados nos capítulos anteriores e, conseqüentemente, o surgimento de diferentes técnicas de produção; 

• Processos Produtivos, com o advento de novas técnicas de manufatura, novos processos de fabricação podem surgir não só na escala macrométrica, mas também na escala nanométrica, o que representaria um grande desafio para quem trabalha e gerencia esses processos e, conseqüentemente, algum profissional deve estar habilitado a lidar com este tipo de inovação; 

Planejamento Estratégico e Empresarial, na forma de planejar das empresas, que devem estar sempre atentas ao advento de novas tecnologias para não serem superadas por seus concorrentes e até mesmo mantendo constantes pesquisas em áreas como a nanotecnologia para ter a possibilidade de ganhar novos nichos de mercado dependendo dos resultados obtidos pelo setor de pesquisa e desenvolvimento da empresa. Parcerias entre grandes empresas e centros de pesquisa em nanotecnologia são cada vez mais freqüentes e têm se mostrado vantajosas para ambos os lados. 

• Uma pequena mudança em determinado material ou processo utilizado na linha de montagem de uma indústria pode significar uma importante vantagem competitiva para a empresa; Controle de Qualidade, pois produtos com novas características exigirão outro tipo de controle de qualidade, no caso da nanotecnologia é possível que seja necessário um controle bem mais preciso do que conhecemos hoje em dia, devido a uma possível melhoria nos processos e aumento da confiabilidade de alguns dispositivos; Logística, na forma de transporte e armazenagem dos produtos da nanotecnologia. 

A miniaturização extrema de alguns produtos pode tornar mais fácil e mais rentável o transporte e a estocagem desses produtos; Gestão Ambiental, no que diz respeito à administração dos diferentes tipos de resíduos que podem surgir á partir de novos produtos, produzidos com diferentes técnicas de produção, incluindo a possibilidade de que os resíduos de uma linha de montagem sejam reduzidos a praticamente zero.

• Enfim, existem inúmeros aspectos em que o engenheiro de produção deve ficar atento com o advento da nanotecnologia e acredito que este assunto será parte fundamental da ementa de determinadas disciplinas ministradas aos graduandos nesta área.

Espero que este trabalho tenha permitido um melhor entendimento sobre esta área de pesquisa tão ativa atualmente e que contribua para despertar o interesse dos futuros graduandos em engenharia de produção na Universidade Federal de Juiz de Fora.

"Esperamos poder determinar pelo menos três tipos de adulterantes muito comuns no leite: hidróxido de sódio (soda cáustica), peróxido de hidrogênio (água oxigenada) e ureia.