Determinação de carbamato de etila em cachaças: nas etapas de destilação e armazenamento em tonéis recém-confeccionados e recipiente de vidro

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Química Analítica

Autores

Santiago, W.D. (UFLA) ; Cardoso, M.G. (UFLA) ; Barbosa, R.B. (UFLA) ; Lunguinho, A.S. (UFLA) ; Gonçalves, G.S. (UFLA) ; Cravo, F.D. (UFLA) ; Souza, R.H.Z. (UFLA)

Resumo

Entre vários compostos encontrados em cachaças, destaca-se o carbamato de etila (CE), por ser considerado um carcinógeno humano. Por não ser bem elucidada sua via de formação, alguns autores acreditam que ele venha do processo de fermentação, destilação e durante o armazenamento em tonéis de madeira. Os objetivos deste trabalho foram identificar e quantificar o CE em cachaças utilizando HPLC-FLD, no armazenamento em diferentes tonéis de madeira e recipiente de vidro, sem e com presença de luz. Na destilação, os níveis de CE variaram de <LQ a 17,081 µg L-1 e, no armazenamento contatou-se que os níveis aumentaram e apresentaram distintos. Nas bebidas estocadas em vidro, com presença ou ausência de luz, foi possível observar que o material e a luminosidade não afetaram a sua formação.

Palavras chaves

bebida alcoólica; contaminante orgânico; cromatografia

Introdução

A cachaça, por ser tradicionalmente a bebida popular brasileira mais consumida em nosso país, o conhecimento de sua composição química é importante, visto que os estudos dos compostos potencialmente tóxicos têm sido um fator determinante no controle de qualidade. Entre esses compostos, destaca-se o carbamato de etila (CE), por ser considerado um carcinógeno humano (LACHENMEIER, 2005; EFSA, 2007; CARDOSO, 2013). Desde o início do século foram encontrados teores relativamente altos, acarretando uma preocupação no Ministério da Saúde Brasileira. Esses resultados foram agravados por um estudo de avaliação de risco, mostrando que CE representa um risco significativo de câncer para a população brasileira que consome bebidas alcoólicas, com maior exposição resultante da cachaça (ANDRADE-SOBRINHO et al., 2002; LABANCA, GLÓRIA, E AFONSO, 2008; WEBER; SHARYPOV, 2009; LACHENMEIER et al., 2010; ZACARONI et al., 2011). O Canadá, em 1986 foi o primeiro país a introduzir limites máximos para a presença do CE em bebidas alcoólicas, sendo os limites máximos estabelecidos em bebidas de 30,00 µg L-1 para vinho, 100,00 µg L-1 para vinho fortificado, 150,00 µg L-1 para conhaque e uísque e 400,00 µg L-1 para aguardentes de fruta e licor. Esses limites estabelecidos pela Legislação canadense têm sido utilizados como referência em outros países, como os Estados Unidos, República Tcheca, França, Alemanha e Suíça. Assim, cada país passou a estabelecer seus próprios regulamentos, estabelecendo limites para este contaminante em relação à produção e importação de bebidas alcoólicas (EFSA, 2007; WEBER; SHARYPOV, 2009). A comparação entre os teores de CE em bebidas alcoólicas brasileiras com aqueles limites estabelecidos pelo Canadá foi inevitável, em função de esse país possuir legislação sobre o assunto e ser considerado como referência. Com isso, o MAPA estipulou por meio da Instrução Normativa n. 28, de 08/08/2014, que o limite máximo permitido para esse composto em aguardente e cachaça seja de 210 μg L-1. (BRASIL, 2005). As vias de formação e os precursores de CE em alimentos e bebidas dependem do tipo e do seu respectivo processamento. Ele é produzido em níveis baixos (ng L-1 ou ng kg-1até mg L-1) em alimentos fermentados, alimentos assados e bebidas alcoólicas por meio de vários precursores, tais como ácido cianídrico, cianeto, ureia, citrulina e aminoácidos N-carbamil (incluindo fosfato de carbamila por reação com etanol). (BRUNO et al., 2007; EFSA, 2007; WEBER; SHARYPOV, 2009; GALINARO et al., 2015). Por não ser bem elucidada sua via de formação alguns autores acreditam que ele venha do processo de fermentação, outros que sejam formados durante a destilação, atribuindo a esse processo forte evidências da relação entre o tipo de destilador (contínuo ou descontínuo), constituição de partes ascendentes e descendentes (cobre ou aço inoxidável), tipo de aquecimento (direto ou indireto), corte das frações (“cabeça”, “coração” e “cauda”) e taxa de refluxo durante o processo, aos níveis de CE encontrados. No entanto, alguns estudos apontam possível formação de CE durante o envelhecimento em tonéis de madeira (NÓBREGA et al., 2009; NÓBREGA et al., 2011). Anjos et al. (2011) identificaram e quantificaram o carbamato de etila em diferentes períodos de armazenamento da cachaça em tonel de carvalho (Quercus sp) e recipiente de vidro. Pelos resultados, observaram que CE apresentaram valores ascendente significativos ao longo do processo de envelhecimento e armazenamento em vidro. Os objetivos deste trabalhou foram identificar e quantificar o CE, utilizando a cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência (HPLC-FLD), no armazenamento da cachaça em tonéis de carvalho (Quercus sp.), amburana (Amburana cearensis), jatobá (Hymenaeae carbouril), bálsamo (Myroxylon peruiferum), peroba (Paratecoma peroba) e recipiente de vidro, sem e com ausência de luz.

Material e métodos

Confecção dos tonéis Os tonéis foram confeccionados no município de Ponte Nova-MG, situado na região Zona da Mata Mineira. As madeiras amburana, bálsamo, carvalho, jatobá e peroba foram adquiridas pela tanoaria encarregada na fabricação dos tonéis. Todos os tonéis utilizados no estudo apresentavam um volume final de 20 litros cada um. Eles foram confeccionados nas seguintes dimensões: 40 cm de comprimento, 30 cm de altura, 102 cm de raio central e 1,8 cm de espessura da madeira. Produção e obtenção das amostras As amostras utilizadas foram produzidas no alambique da empresa Cachaça Artesanal João Mendes (JM), situada no município de Perdões/MG, no período da safra de 2014. A variedade de cana empregada foi a RB86-7515, o processo de fermentação foi realizado com fubá e, como micro-organismo, a levedura Saccharomyces cerevisiae. O preparo do fermento foi realizado por 5 dias e a fermentação do mosto de cana teve duração de 18 horas, em que o grau Brix inicial era 20º. Após o Brix zerar, o vinho foi destilado em alambique de cobre de 1000 litros. Na destilação, obtiveram 15 litros para fração “cabeça”, 180 litros para “coração” e 144 litros para “cauda”. Após a destilação, a fração “coração” foi transferida para os tonéis de carvalho, amburana, bálsamo, jatobá, peroba e recipiente de vidro incolor, sendo exposto em prateleira na presença de luz (claro) e envolto com papel alumínio (escuro). Nos tonéis foram estocados 20 litros e, nos vidros, 2 litros da bebida. Os tonéis foram mantidos em galpão fechado com temperatura e umidade do ar não controladas, colocados na posição horizontal para possibilitar o maior contato da bebida com a madeira e distanciados de outros tonéis para possibilitar as trocas gasosas. A cada dois meses, por um período de 12 meses, foram coletadas amostras de 2 litros e encaminhadas para a realização das análises cromatográficas, que foram realizadas no Laboratório de Análises de Qualidade de Aguardentes do Departamento de Química (DQI) da Universidade Federal de Lavras (UFLA). Determinação de carbamato de etila por HPLC-FLD A metodologia utilizada para a análise do CE foi realizada de acordo com a metodologia proposta por Anjos et al. (2011), Machado et al. (2013) e Santiago et al. (2014), que consiste na derivação prévia da amostra para a análise dessa substância. Análise estatística Utilizou-se o delineamento inteiramente casualizado (DIC) em esquema de parcelas subdivididas no espaço. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância, sendo as médias comparadas pelo teste de Schott Knott ao nível de 95% de confiança, usando o programa estatístico SISVAR (FERREIRA, 2011).

Resultado e discussão

Na Figura 1, está representado o cromatograma obtido do padrão de carbamato de etila após a injeção de 20 µL e detecção de fluorescência. De acordo com a Figura 1, o tempo de retenção médio obtido para o CE foi de 13,026 ± 0,193 minutos, valor próximo àquele encontrado por Anjos et al. (2011), Zacaroni et al. (2011), Machado et al. (2013); Santiago et al. (2014) e Zacaroni et al. (2015). A quantificação do CE nas amostras de cachaça foi realizada por meio da construção de uma curva analítica obtida por regressão linear (y = 11914,69x - 47197,63), sendo o coeficiente de determinação (r2) obtido de 0,99996. Portanto, esse valor demostra a forte correlação linear entre a concentração de CE e a área do pico obtida, e que de acordo com a literatura, valores acima de 0,99 são aceitáveis (SNYDER; KIRKLAND; GLAJCH, 1997; HARRIS, 2008). Os limites de detecção (LD) e quantificação (LQ) foram estimados por meio dos parâmetros obtidos para a curva analítica construída, sendo calculados pelas respectivas relações matemáticas: LD = 3DP/m e LQ = 10DP/m (em que, DP = estimativa do desvio-padrão da linha de regressão e m = coeficiente angular da linha de calibração). Para esses limites, foram encontrados os valores de 1,86 e 6,23 µg L-1, respectivamente. Sendo esses valores de LD e LQ inferiores aos encontrados por Herbert et al. (2002) (4,2 g L-1 para LD); Park et al. (2007) (20,0 g L-1 para LD); Anjos et al. (2011) (3,93 g L-1 e 13,09 μg L-1), Zacaroni et al. (2011) (15,7 g L-1 e 52,5 g L-1), Machado et al. (2013) (6,39 g L-1 e 21,32 g L-1); Santiago et al. (2014) (3,24 µg L-1 e 10,83 µg L-1); Zacaroni et al. (2015) (3,81 µg L-1 e 11,53 µg L-1) e próximo ao encontrado por Madrera e Valles (2009) (1,64 e 3,56 g L- 1). Os valores de CE nos processos de destilação e armazenamento em toneis de amburana, bálsamo, carvalho, jatobá e peroba e no armazenamento em vidro estão apresentados na Tabela 1. Por meio dos resultados obtidos, pode-se observar que a concentração de CE no processo de destilação variou de menor que o limite de quantificação até 17,081 μg L-1, e ele apresentou abaixo do limite permitido pela Legislação. Na literatura, várias referências estabelecem relação entre os níveis de CE e seus sistemas de produção, e para alguns autores, o processo de destilação é o de maior importância (CARDOSO, 2013; ANJOS et al., 2011; SANTIAGO et al., 2014). De acordo com Andrade-Sobrinho et al. (2009), os níveis de CE segue a ordem, fração “cabeça” > “coração” > “cauda”, pelo fato de o CE ser mais solúvel em etanol (1,2 g mL-1) que em água (0,10 g mL-1). Por esse fato, torna-se previsível que a “cabeça” apresente uma maior concentração de CE, por ser a fração com maior graduação alcoólica. Esses resultados também corroboram aos encontrados por Santiago et al. (2014), Borges et al. (2014) e Mendonça et al. (2016). Santiago et al. (2014) avaliaram níveis de CE no caldo de cana, mosto fermentado e nas frações da destilação. Os autores encontraram valores de não detectado para caldo de cana e valores abaixo do limite de quantificação no mosto fermentado e nas frações do destilado. Borges et al. (2014) avaliaram níveis de CE, em diferentes mostos fermentados e destilados, de cachaças produzidas com diferentes leveduras (espontânea e selecionada). Os autores concluíram que os níveis de CE foram reduzidos no processo fermentativo e na destilação quando se procede de maneira correta. Nas frações “cabeça”, foram constatados os maiores níveis de CE. Posteriormente, Mendonça et al. (2016) determinaram os níveis de CE em cachaças produzidas por diferentes tipos de fermentação e seguiram sua formação durante as etapas de produção. Os autores chegaram à conclusão de que as cachaças que continham farelo de arroz como nutriente durante a fase de fermentação apresentaram os maiores níveis de CE, tanto no processo fermentativo quanto no armazenamento, decorrente do fato de o farelo de arroz conter compostos nitrogenados. Pelos resultados obtidos, pode-se constatar que a concentração de CE nas amostras de cachaça analisadas, na etapa de armazenamento, variaram de <LQ a 11,763 μg L-1, para o acompanhamento realizado com as cachaças armazenadas nos tonéis de madeiras, e menor que o limite de quantificação para a cachaça armazenada em recipiente de vidro, tanto na presença quanto na ausência de luz. Estatisticamente, a concentração de CE, em todas as madeiras, apresentaram aumento em sua concentração com o passar do tempo de armazenamento; após 12 meses, os níveis de CE demostraram valores distintos para cada tipo de madeira utilizada. Nota-se que, mesmo havendo um aumento na concentração de CE ao longo do período de armazenamento, a concentração desse contaminante esteve muito inferior ao limite máximo estabelecido pelo MAPA (210 μg L-1). Diversos trabalhos com cachaças têm demonstrado a presença de CE acima do limite máximo estabelecido pela Legislação (LABANCA; GLÓRIA; AFONSO, 2008; BAFFA-JÚNIOR et al., 2007; ZACARONI et al., 2011; MASSON et al., 2014; LELIS et al., 2014). Apesar da baixa concentração encontrada ao longo dos 12 meses, nota-se uma tendência de estabilização na concentração do CE para as cachaças armazenadas nos tonéis de amburana, carvalho e jatobá. Esses resultados não corroboram aos obtidos por Anjos et al. (2011), que avaliaram a concentração de CE durante o armazenamento da cachaça em tonel de carvalho (Quercus sp) e recipiente de vidro. Os autores observaram uma diferença significativa na concentração de CE para ambos os procedimentos, percebendo-se um aumento mais expressivo na concentração desse composto para a cachaça armazenada em recipiente de vidro. Anteriormente, Madrera e Valles (2009), avaliando CE em outra matriz, apontaram um aumento progressivo na concentração desse em cidras submetidas a diferentes níveis de maturação. Santiago et al. (2014), avaliaram CE em cachaças armazenadas em tonéis de amburana e carvalho por um período de 12 meses, e os autores constataram que a concentração de CE se manteve estabilizada e menor que o limite máximo permitido pela Legislação desde o 1º mês de envelhecimento. A formação de CE em cachaças durante o envelhecimento em tonel de madeira ocorre de maneira gradativa, por meio da reação entre o etanol e a ureia formada pela degradação de precursores nitrogenados, intrínsecos do processo de produção da bebida, sendo os principais deles os aminoácidos arginina, ornitina e citrulina. Além desses, outros compostos nitrogenados têm sido estudados como possíveis precursores para a formação do CE antes e após o processo de destilação, como é o caso do fosfato de carbamila e do íon cianeto (BRUNO et al., 2007; WEBER; SHARYPOV, 2009). Analisando os resultados das cachaças armazenadas em vidro, pode-se dizer que estas não sofreram a influência do material e da luminosidade na formação de CE. Esses resultados corroboram com os encontrados por Andrade- Sobrinho et al. (2009), Galinaro e Franco (2011) e não corroboram com os encontrados por Zacaroni et al. (2015). Zacaroni et al. (2015) estudaram a influência da luz natural na concentração de CE em cachaças envelhecidas em barris de madeira e armazenadas em garrafas de vidro por um período de 6 meses. Todas as amostras apresentaram uma concentração CE abaixo do limite estabelecido pela Legislação brasileira. A maior concentração encontrada foi de 79,70 µg L-1 e 70% das amostras exibiram uma influência da luz ou da ausência de luz na análise desse composto. Com isso, inferiram que a luz pode influenciar na formação desse composto.

Cromatograma da solução padrão de carbamato de etila (CE), com detecção de fluorescência. Concentração do padrão injetado: 100,0 μg L-1


Concentração de carbamato de etila durante o processo de armazenamento da cachaça em tonéis de amburana, bálsamo, carvalho, jatobá, peroba e em vidro

Conclusões

As concentrações de CE na etapa de destilação, variaram de <LQ a 17,081 µg L- 1. No armazenamento em tonéis, contatou-se, que ao longo dos 12 meses, os níveis de CE aumentaram e apresentaram distintos quanto ao tipo de madeira. As bebidas estocadas no vidro, com presença ou ausência de luz, apresentaram valores abaixo do limite de quantificação, demonstrando que o material e a luminosidade não afetaram a formação de CE. De modo geral, as concentrações de CE avaliadas apresentaram valores baixos do limite estabelecido pela legislação, sendo assim apresentaram justificativas favoráveis para que as bebidas produzidas fossem aceitáveis ao consumo. Apesar dos bons resultados encontrados neste trabalho, vários estudos ainda são necessários para elucidar o caminho de formação do CE em alimentos fermentados e bebidas como cachaça.

Agradecimentos

Ao CNPQ, FAPEMIG, CAPES pelo apoio financeiro e bolsa concedida. À Cachaça Artesanal João Mendes, pela valiosa contribuição e por ceder as amostras de cachaças.

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