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A QUALIDADE DO CAFÉ
1. INTRODUÇÃO
O café é uma das bebidas mais consumidas no mundo o grão de café é obtido da fruta da planta, um arbusto pequeno, pertencente ao gênero Coffea. Duas espécies têm importância comercial: Coffea arabica e Coffea canephora robusta ; conhecidas como arabica e robusta. Sendo que cerca de 2/3 da espécie Coffea arabica , cresce principalmente na América do Sul, América Central e Leste da África (origem deste café). Os outros 1/3 crescem principalmente na África e na Ásia. Alguns países exportam uma quantidade substancial das duas espécies, por exemplo: Brasil, Equador e Índia. A maioria do café comercialmente disponível consiste de grãos pertencentes à variedade arabica , robusta ou mistura destas duas. O café arabica tem um valor de mercado mais alto, pois é mais apreciado pelo consumidor sendo considerado de melhor qualidade, portanto é importante que estas espécies possam ser identificadas. Além disso, os grãos de café usados pela indústria são provenientes de uma grande área geográfica e podem ter diferentes propriedades químicas e organolépticas. Há um certo interesse comercial na qualificação do café. A porcentagem de a rabica e r obusta no produto tem sido considerada um modo de produzir blendas de diferentes qualidades e, por conseqüência, de diferente valor agregado. Os grãos de arabica e robusta podem ser facilmente identificados, pois eles têm tamanho e cor diferentes. No entanto, estes indicadores visuais são eliminados no processo de torrefação e moagem, tanto para o café instantâneo como para o café torrado, as duas espécies são de cor marrom escura, requerendo desta forma métodos alternativos de identificação. O Brasil é um dos países com maior diversidade de grãos, o que resulta em cafés com características diferentes. As principais razões para esta multiplicidade são fatores como topografia, altitude, tipo de solo, condições climáticas na época da colheita e processamento dos grãos. A Secretaria de Agricultura e Abastecimento, considerando que a comercialização de café torrado em grão ou moído, não contempla aspectos relativos às diferentes qualidades dos produtos existentes no mercado, nem tampouco estabelece exigências quanto à certificação dessas qualidades, define a Norma Técnica para fixação de identidade e qualidade de café torrado em grão e café torrado e moído na resolução SAA - 37, de 9/11/2001.
Nesta norma, encontra-se a classificação por categoria de qualidade do café: Cafés Gourmet são aqueles constituídos de café 100% arabica de origem única ou blendados (misturas), de bebida apenas mole, mole ou estritamente mole; cafés superiores são aqueles constituídos de café arabica ou blendados com café robusta/conilon, estes com limite até 15% na blenda, desde que limpos e de bebida dura a mole; cafés tradicionais são aqueles constituídos de cafés arábica ou blendados com robusta/conillon, estes com limite até 30% na blenda, desde que limpos, com bebida mole e que atendam aos requisitos de qualidade global da bebida baseados nas características físicas e químicas do produto. As características sensoriais e as qualidades globais das bebidas estão baseadas no aroma, acidez, amargor, sabor, adstringência e corpo da mesma. Métodos de análise utilizam-se de uma prova de xícara feita com o produto final, isto é, do café torrado e/ou moído. As características fisico-químicas estão baseadas nas análises de: umidade; resíduo mineral fixo insolúvel em ácido clorídrico a 10% v/v; cafeína; extrato aquoso e extrato etéreo. A avaliação da identidade e qualidade deve ser realizada de acordo com os planos de amostragem e métodos de análise adotados e/ou recomendados pela Association of Official Analytical Chemists (AOAC), pela Organização Internacional de Normalização (ISO), pelo Instituto Adolfo Lutz, pelo Food Chemicals Codex, pela American Public Health Association (APHA), pelo Bacteriological Analytical Manual (BAM), pelo Programa de Monitoramento da Qualidade do Café (ITAL/SINDICAFE), e pela Comissão do Codex Alimentarius e seus comitês específicos, até que venham a ser aprovados planos de amostragem e métodos de análises pelo Ministério da Saúde. O aroma é um dos mais importantes critérios para avaliar a qualidade do produto, principalmente a fração de aroma produzida durante o processo de torrefação tem sido usada para diferenciar os cafés de diferentes origens geográficas. Desta maneira a utilização de métodos químicos de análise é de fundamental importância na determinação da qualidade do café. A crença de que algumas bebidas que contêm cafeína aumentam o vigor físico e combate o sono, que elevam o humor, diminui a fadiga e aumenta a capacidade de trabalho, constitui a base para a sua popularidade. Sabe-se atualmente que este efeito estimulante é devido à presença de quantidades apreciáveis de cafeína, uma substância estimulante do sistema nervoso central e que faz parte da classe de compostos orgânicos denominados alcalóides. Além do café e do chá, também o chocolate, o guaraná e os refrigerantes fanta laranja, a coca-cola e pepsi-cola contêm cafeína. Muitos medicamentos utilizam a
Refrigerantes do tipo cola contém 14-25 mg de cafeína/100ml, enquanto que uma barra de chocolate pesando 20g contém 15mg de cafeína. Algumas preparações estimulantes e analgésicas contêm cafeína como ingrediente ativo. O conteúdo de cafeína de folhas de chás depende da variedade e da região de ocorrência; a maioria dos chás contém 3-5% em peso. Grãos de café contém aproximadamente 2% de cafeína em peso. Por outro lado, uma xícara de café contém aproximadamente 3,5 vezes mais cafeína que uma correspondente xícara de chá. A razão disto é que o café é usualmente fervido em sua preparação, além de ser comercializado como um pó extremamente fino; folhas de chá são simplesmente escaldadas com água quente por alguns minutos. Uma xícara de chá contém aproximadamente 25mg de cafeína. A ação biológica da cafeína inclui estimulação cardíaca e respiratória, bem como efeito diurético. O chá contém traços de alcalóide teofilina, cuja estrutura é similar à da cafeína; ele estimula a ação muscular e relaxa a artéria coronária. Desse modo pode-se observar que uma simples xícara de chá tem múltiplos efeitos sobre quem a toma. O maior problema no isolamento da cafeína das folhas de chá é que a cafeína é acompanhada por outras substâncias naturais das quais ela precisa ser separada. A celulose é o principal componente das folhas, mas é virtualmente insolúvel em água e, portanto não apresenta problemas. Entretanto, uma ampla classe de moléculas ácidas, os taninos, também dissolve na água quente utilizada para extrair a cafeína. Taninos são compostos coloridos com peso molecular na faixa de 500 a 3000 u.m.a. Devido aos grupos fenólicos os taninos são ácidos. Se adicionarmos carbonato de cálcio, uma base, ao extrato aquoso das folhas de chá, serão formados os sais dos ácidos tânicos. A cafeína poderá ser extraída da solução básica de extrato com clorofórmio, enquanto os sais dos ácidos tânicos permanecerão na solução aquosa. Pigmentos flavonóidicos (presentes nas folhas e principais responsáveis pela variada coloração das plantas na natureza) e clorofilas (substância corante verde das plantas, essencial para a realização da fotossíntese) também contribuem para a cor esverdeada do extrato aquoso do chá. Embora as clorofilas sejam parcialmente solúveis em clorofórmio, a maioria dos demais pigmentos não é. Portanto, a extração em clorofórmio a partir de um extrato aquoso e básico de chá, permite obter a cafeína com bom rendimento e quase pura. A coloração ligeiramente esverdeada indica a presença de contaminantes, como a clorofila.
Depois da extração da cafeína do chá, a fase orgânica que contém a cafeína com clorofórmio é seca e a mistura destilada. O resíduo da destilação será a cafeína bruta na forma sólida (formato de agulhas). A cafeína possui fórmula molecular C 8 H 10 N 4 02 e faz parte do grupo das xantinas, cujas fórmulas estruturais são apresentadas na figura 1:
Figura 1 – Fórmulas estruturais das xantinas
Métodos utilizados na Extração
Extração com solvente Consiste na separação de um componente de uma mistura, ou de um princípio ativo de uma droga, por meio de um solvente. Esta operação é largamente empregada para separar um composto orgânico de soluções ou suspensões aquosas onde se encontra. A extração fundamenta-se no fato de que as substâncias orgânicas são, em geral, solúveis em solventes orgânicos e muito pouco solúveis em água, de modo que, ao se formar duas fases pela adição do solvente, após agitação, a substância passa em maior parte da fase aquosa para o solvente orgânico. Uma decantação posterior e subseqüente destilação do solvente permite separar a substância desejada.
N
N
H N
O N
O H
H xantina
N
N
CH (^3) N
O N
O H 3 C
CH (^3) cafeína
N
N
H N
O N
O H 3 C
CH (^3)
N
N
CH (^3) N
O N
O H
CH (^3) teofilina teobromina
Coeficiente de distribuição Quando uma solução (soluto A em solvente 1) é agitada com um segundo solvente (solvente 2) com o qual é imiscível, o soluto A se distribui entre as duas fases líquidas. Quando as duas fases se separarem novamente em duas camadas de solvente distintas, um equilíbrio será alcançado de tal forma que a razão das concentrações do soluto em cada solvente C 1 e C 2 define uma constante. A constante, chamada de coeficiente de distribuição (ou coeficiente de partição) K , é definida por: K = C 2 / C 1 Onde: C 1 e C 2 são as concentrações no equilíbrio, em g/L ou mg/mL, do soluto A no solvente 1 e no solvente 2, respectivamente. O coeficiente de distribuição tem um valor constante para cada soluto considerado e depende da natureza dos solventes usados em cada caso. A separação será mais eficiente quanto maior o valor de K, isto é, quando a solubilidade for maior no solvente usado para a extração (solvente 2) do que no solvente onde ele se encontra dissolvido. Quando o valor de K for igual a 1,00 (ou menor que 1,00) não será possível fazer a separação com o solvente considerado. É evidente que nem todo soluto A será transferido para o solvente 2 numa extração simples. Se a constante K for muito grande praticamente todo A será separado em uma única operação. Entretanto, mesmo nesse caso são realizadas várias extrações para remover o máximo do soluto A do solvente 1. Assim, na extração do soluto de uma solução, é sempre melhor fazer várias extrações com pequenas porções do segundo solvente do que fazer uma única extração com uma grande porção do solvente. Neste experimento será feita a extração da cafeína a partir de um produto industrializado o chá mate tostado utilizando dois métodos de extração diferentes.
2 - OBJETIVOS
Reconhecer o papel da Química na análise de produtos industrializados. Realizar operações básicas em laboratório de química. Extrair um composto orgânico de um extrato vegetal (chá mate) usando a diferença de solubilidade. Determinar a porcentagem em massa de cafeína extraída de um material vegetal.
3 - PARTE EXPERIMENTAL
Em relação ao processo de extração da cafeína do chá são descritos procedimentos através de dois métodos simples que foram testados e que apresentaram bons rendimentos. No primeiro método (método A) será feita a extração da cafeína preparando inicialmente um extrato aquoso a quente a partir do chá mate. O extrato aquoso é colocado em contato com o clorofórmio, um solvente imiscível em água, onde a cafeína é muito solúvel. Esta diferença de solubilidade faz com que a cafeína passe para a fase que contém clorofórmio, sendo separada do extrato aquoso. No método A, a cafeína é convertida em forma livre pela precipitação dos taninos, com o qual está combinado, pela adição de carbonato de cálcio, uma vez que o sal de cálcio do ácido tânico é muito pouco solúvel em água. No segundo método (método B) a extração da cafeína é feita a frio usando o clorofórmio como solvente e o hidróxido de sódio é usado para que ocorra uma hidrólise, separando a cafeína dos taninos. Em ambos os métodos o sólido bruto aparece contaminado com substância esverdeada, não identificada, que conseguimos eliminar através da purificação com o procedimento descrito ao término da descrição do método B.
3.1 - Materiais e Reagentes
Método A
Erlenmeyer de 250mL; Funil de Büchner; Kitassato; Funil de Separação; Suporte Universal com suporte para funil; Funil de vidro; Béquer de 100mL (previamente pesado); Papel Indicador ácido-base; Papel de Filtro; 10g de chá mate; 5g de carbonato de cálcio; 100mL de água destilada; 40mL de clorofórmio;
Figura 2– Preparação do extrato de chá mate em CaCO 3 a quente.
Após a mistura ser levemente resfriada, filtrar usando um funil de Büchner (Figura 3). Fazer a filtração em um frasco de Kitassato (Fig. 4).
Figura 3 – Filtração com funil de Büchner
Verificar se o pH do filtrado está neutro, caso contrário, adicionar algumas gotas de um ácido diluído (solução de HCl 0,05 mol/L). Após acertar o pH, acrescentar ao filtrado 20ml de clorofórmio e agitar suavemente por uns 5 minutos. Adaptar um funil de separação no suporte para funil
em um suporte universal, conforme Figura 4. Verificar se a torneira do funil está fechada.
Figura 4 – Separação da cafeína em clorofórmio utilizando funil de separação
Transferir a mistura para o funil de separação e recolher a fase inferior (com clorofórmio) em um frasco de Erlenmeyer de 250mL com 10 g de sulfato de sódio anidro (agente secante). Isto é feito abrindo-se lentamente a torneira do funil e deixando-se escoar a fase orgânica (Figura 5). Fechar a torneira quando a fase aquosa estiver próxima a ela. Adicionar à fase aquosa, ainda contida no funil, uma nova porção de clorofórmio (20mL). Repita o procedimento de agitação e separação das fases. Recolha a fase orgânica (com clorofórmio) no mesmo frasco de erlenmeyer onde foi recolhida a primeira porção de clorofórmio. Determinar a massa de um béquer com capacidade 100mL e transferir a fração com clorofórmio, contida no frasco de erlenmeyer, através de uma filtração simples para este béquer (Figura 6). Deixe secar, por evaporação simples, por 24 horas ou por aquecimento em banho-maria.
Após a evaporação do clorofórmio, fazer a purificação da cafeína conforme procedimento a seguir.
Purificação da cafeína bruta obtida
Lavar os resíduos (produto bruto) que estão no béquer duas vezes, com 0,5ml a cada vez, com a solução 1:1 de éter etílico e hexano. Descartar o líquido de lavagem de cor verde, em um recipiente à parte. Acrescentar 2ml de clorofórmio ao sólido lavado e filtrar a mistura em um tubo de ensaio. Colocar em banho-maria para que o clorofórmio evapore. Dissolver novamente este sólido em cerca 1,5mL de 2-propanol em ebulição. Acrescentar ao tubo de ensaio 1,5ml de hexano, descartar o líquido sobrenadante e lavar o sólido duas vezes, com porção de 1ml a cada vez, descartando o líquido de lavagem. O sólido lavado deve ser dissolvido em 1ml de clorofórmio e transferido para um béquer de 50mL previamente pesado. Esperar o solvente evaporar e determinar a massa do béquer com cafeína purificada e por diferença entre as massas determinar a massa de cafeína obtida.
Método B
Pesar 4g de chá e colocar em um erlenmeyer de 50mL. Adicionar a seguir, 30mL de clorofórmio e 10mL de solução de NaOH. Agitar contínua e suavemente por 7 minutos. Filtrar a mistura usando um funil de Büchner. Transferir o filtrado para um funil de separação, lavando o kitassato três vezes com 0,5mL de clorofórmio a cada vez, transferindo esta solução de lavagem ao funil de separação com filtrado. Recolher a fase inferior contida no funil de separação (fase orgânica) em um recipiente previamente pesado. Colocar o béquer com o clorofórmio e a cafeína (fase orgânica) em capela, por exemplo, para evaporar o clorofórmio. Neste ponto se obtém o produto bruto. Pesar o recipiente com o sólido para calcular a porcentagem de cafeína bruta extraída. Em seguida fazer a purificação da cafeína conforme procedimento utilizado na extração pelo Método A e calcular a porcentagem de cafeína pura extraída do mate tostado.
4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
No método A, o aquecimento deve prosseguir até que se obtenha uma solução marrom, da cor do chá que costumamos fazer em casa, sempre agitando cuidadosamente o erlenmeyer para que o carbonato de cálcio possa reagir com os taninos. O resfriamento pode ser feito apenas deixando o erlenmeyer em repouso na bancada, se o tempo disponível não for suficiente para realização do experimento, pode-se fazer um banho de gelo para acelerar o resfriamento. A filtração deve ser feita em funil de Büchner a vácuo, caso o laboratório não disponibilize deste material, a filtração poderá ser feita em funil de vidro simples, no entanto poderá haver perda da cafeína neste processo, além de ser mais demorado. O pH do filtrado deverá estar neutro (na faixa entre 6,5-7,5), pois o carbonato de cálcio adicionado para remover os taninos também tem a função de aumentar o pH do meio, pois ele é uma base fraca. O pH do chá antes de se acrescentar carbonato de cálcio é levemente ácido. No caso de haver necessidade de diminuir o pH, deve-se utilizar (gotas) uma solução de ácido diluído, que poderá ser ácido clorídrico 0,5mol/L. Ao adicionar clorofórmio ao filtrado deve-se ter muito cuidado com a agitação, pois se esta for muito vigorosa, poderá formar emulsão na fase orgânica, dificultando a extração e filtração subseqüente. Caso ela se forme, deve-se adicionar uma pequena espátula de cloreto de sódio, que fará com que a solução se torne límpida novamente (evite adicionar um excesso para não perder a eficiência do processo). A fase orgânica recolhida é a inferior, pois o clorofórmio (CHCl 3 ) é mais denso que a água. A torneira do funil deve ser aberta com cuidado para que a fase aquosa não escoe na fração orgânica, isto comprometerá os resultados. Para maior segurança, é melhor deixar um pouco da fração orgânica dentro do funil, pois assim a fração orgânica não corre o risco de ser contaminada. O sulfato de sódio anidro tem a função de retirar qualquer resíduo aquoso que tenha ficado na fração orgânica, servindo como agente secante. Após evaporação do solvente obtém-se a cafeína bruta, conforme figura 7. A cafeína embora seja uma base fraca ela tem maior afinidade pelo clorofórmio do que pela água. A partir da comparação das estruturas químicas de ambos os solventes e da cafeína é possível estabelecer a diferença de solubilidade desta espécie nos dois solventes e discutir o tipo de interação que ocorre entre o solvente clorofórmio e a cafeína que permitiu a sua separação do mate tostado.
Método B
% = massa de cafeína extraída x 100 massa de chá mate
% = 0,071 g x 100 = % = 1,78 % de cafeína contida em 4 g de chá mate 4 g
5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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- ROBERTS, H.R; BARONE, J.J. Biological Effects of Caffeine. In: ROBERTS, H.R; BARONE, J.J. History and Use. Food. Chicago: Technol, 1983. P.33-37.
- UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA. Etração e identificação da cafeína. Disponível em: < http://www.lapemm.ufba.br/cafeina.htm > Acesso em 23 março
- Von BORSTEL, R. W. Biological of caffeine. In: Von BORSTEL, R. W. Metabolism Food. Chicago: Technol, 1983. P. 40 cápitulo 6 e 37 capítulo 9.
- ONAMI, T. Extração da Cafeína. Journal of Chemical Education. 1996, Washington, v. 73, n. 6, p.556-557. 1996.
- VOGEL, A. I. Química Orgânica. 3.ed. Rio de Janeiro: Ao livro técnico, 1971.
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- GONÇALVES, D.; WAL, E. ALMEIDA, R.R. Química Orgânica Experimental. 1. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 1988.
- VIVER BEM-NUTRIÇÃO. Ceias de Fim de Ano. Disponível em: < http://acessa.com
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