Influência do material do alambique na composição química das aguardentes de
cana-de-açúcar
INTRODUÇÃO
A aguardente de cana-de-açúcar, também conhecida como caninha, é por definição
um produto alcoólico, com graduação alcoólica entre 38-54oGL, obtido pela
destilação do caldo de cana fermentado1. Embora cachaça se refira ao produto do
destilado do melaço, na linguagem popular caninha e cachaça são considerados
sinônimos.
Nos últimos anos a aguardente brasileira começou a marcar sua presença no
mercado internacional sendo atualmente um dos destilados mais vendidos no
mundo2-5. Apesar do grande potencial de exportação, acredita-se que, dos 2
bilhões de litros de aguardente produzidos por ano6, menos de 1% deste total
seja exportado por nossas indústrias.
A contaminação da aguardente brasileira por íons de cobre é considerada um
entrave à exportação da bebida. A análise do teor de íons de cobre, em amostras
de aguardente oriundas de diversas regiões do Brasil6,7, indicou, em alguns
casos, contaminações acima do limite permitido pela legislação brasileira (5
mg/L). Entretanto para a maioria das caninhas estudadas, o teor deste metal
oscilou em torno de 4,70 mg/L, portanto abaixo do limite de 5 mg/L permitido
pela legislação. O cobre é o material mais frequentemente utilizado na
fabricação de alambiques8,9,10. Na indústria, o cobre também é utilizado como
catalisador na produção de acetaldeído a partir da desidrogenação do
etanol11,12,13, processo durante o qual ocorre a formação de material
carbonaceo na superfície externa do metal11. No processo de destilação da
aguardente ocorre a formação de carbonato básico de cobre, o azinhavre, na
superfície do metal14,17. Este carbonato é solubilizado pelos vapores ácidos
produzidos durante a destilação, e por arraste conduz à contaminação do produto
final por íons de cobre14-17. Apesar das indústrias de aguardentes não
encontrarem barreira fiscal para o excesso de cobre a nível de mercado interno,
o mesmo não ocorre quando se trata do mercado internacional. A legislação de
alguns países não tolera mais que 2 mg/L de cobre nos destilados alcoólicos7.
Vários pesquisadores esforçaram-se no intuito de reduzir a contaminação na
aguardente por íons de cobre. Alguns usaram carvão ativo17,18, outros resinas
de troca iônica19, para a extração de íons de cobre do destilado. Entretanto,
após estes procedimentos o produto final não mais apresentava suas
características típicas em virtude da retenção também dos compostos ditos
secundários, os quais são fundamentais para o aroma e o sabor da
bebida20,21,22.
A utilização de aço inox, ao invés de cobre14, na construção dos alambiques foi
outra alternativa para contornar o problema. Esta substituição do cobre dos
alambiques acabou por destacar a importância deste metal na qualidade sensorial
das aguardentes. Os destilados obtidos em alambiques de aço inox apresentam o
característico odor de sulfetos.
A redução na concentração de compostos sulfurados no produto final pode ser
obtida, por exemplo, pela introdução de anéis de cobre na parte inferior da
coluna de destilação16. Entretanto não existe, ao menos de nosso conhecimento,
informações sobre as alterações no perfil químico da aguardente em função da
composição do material do alambique.
Procurando contribuir para o esclarecimento das alterações que se processam na
composição do destilado em função da natureza do material dos alambiques, são
relatados neste trabalho os teores dos principais aldeídos, acetona, ácidos
carboxílicos, álcoois e ésteres, em amostras de aguardentes destiladas em
alambiques de cobre e de aço inox.
EXPERIMENTAL
Equipamentos
As análises das 2,4-dinitrofenilidrazonas dos aldeídos e da acetona foram
realizadas em um cromatógrafo a líquido Shimadzu (modelo 10-AD), equipado com
um injetor-Shimadzu (loop de 20mL) e um detector espectrofotométrico uv-vis
tipo fotodiodo (modelo SPD-M6A). Estes derivados foram separados em uma coluna
Shimadzu-C18 (25cm x 4.6 mm, dp=5mm). Os ácidos carboxílicos, álcoois
superiores e ésteres foram analisados em um cromatógrafo a gás HP (modelo
5890), equipado com um detector por ionização em chama (FID), e separados em
uma coluna capilar HP- FFAP (50m x 0,2 mm d.i x 0,33 mm de espessura de filme).
Reagentes
Os padrões de aldeídos, acetona, ácidos carboxílicos, álcoois e ésteres foram
sempre de grau analítico (Merck, Aldrich). O metanol, a acetonitrila e o
diclorometano foram de grau cromatográfico-HPLC (Carlo Erba, Mallinckodt e
Merck). A água utilizada foi purificada pelo sistema Milli-Q (Millipore). O
reagente 2,4-dinitrofenilidrazina (Aldrich) foi purificado por três
recristalizações sucessivas em metanol23.
Preparação dos derivados carbonílicos das 2,4-dinitrofenilidrazonas
Os derivados carbonílicos da 2,4-dinitrofenilidrazina (2,4-DNPH) foram obtidos
conforme descrito na literatura24-27: 0,40 g de 2,4-DNPH foram dissolvidas em
ácido sulfúrico concentrado (2,0 mL) e água destilada (3,0 mL). Nesta solução
0,10 g dos aldeídos padrões , dissolvidos em etanol (15,0 mL), foram
adicionados. Os correspondentes derivados foram isolados via filtração e
purificados por recristalização (2 vezes) com etanol absoluto. A pureza das
hidrazonas (maior que 99%) foi confirmada por determinação do ponto de fusão e
analise elementar(C, H, N). A análise elementar foi efetuada nos laboratórios
de microanálise do Instituto de Química da USP/SP.
Preparo das soluções padrões
Somente foram investigados os principais compostos majoritários e minoritários
da classe dos: aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos, álcoois superiores e
ésterescuja presença na aguardente brasileira e em outros destilados havia sido
anteriormente estabelecida25-34.
As soluções padrões dos derivados carbonílicos das 2,4-DNPHs foram obtidas por
diluição de suas correspondentes soluções estoque (1000 mg/L) em meio etanol-
água (40:60 v/v). As curvas de calibração foram construídas usando-se quatro
pontos, nas seguintes faixas de concentração: formaldeído-DNPH (0-5 mg/l),
acetaldeído-DNPH (0-200 mg/l ), acetona-DNPH (0-10 mg/L), n-butiraldeído-DNPH
(0-10 mg/l), benzaldeído-DNPH (0-10 mg/l) e n-valeraldeído-DNPH (0-5 mg/l). As
soluções padrões dos ácidos, álcoois e ésteres também foram obtidas por
diluição de suas soluções estoque de 1000mg/l em meio etanol-água (40:60 v/v)
nas seguintes faixas de concentração a seguir: ácido acético (0-600 mg/L),
ácido iso-valérico (0-400 mg/L), ácido capróico (0-400 mg/L), ácido n-caprílico
(0-400 mg/L), ácido n-cáprico (0-400 mg/L) e ácido láurico (0-550 mg/L);
metanol (50-500 mg/L), n-propanol (50-500 mg/L), isobutanol (0-500 mg/L) e
álcool isoamílico (0-600 mg/L); acetato de etila (50-500 mg/L), e caprilato de
etila (0-150 mg/L).
Preparação da amostra
Amostras de três diferentes vinhos (caldos fermentados) oriundos da destilaria
Beija Flor (Rodovia Araraquara-Guarapiranga Km 17) e das Industrias Müller
Ltda., foram destiladas, nas mesmas condições experimentais, em dois
alambiques, com capacidade de 20 L cada um. De cada um destes três caldos foram
coletadas três amostras (A, B e C) destiladas simultaneamente em alambiques de
cobre e aço inox. Estes alambiques foram fabricados pela firma AFONSO PANZADE
Capivari (SP), sendo um construído com cobre e o outro com aço inox 316 (0,08%
C, 17,0% Cr, 12,0% Ni, 2,50% Mo). Foram coletadas para análise somente as
frações denominadas "corpo" ou "coração", destiladas a
temperatura de 96 ±1oC. O fluxo de destilado durante o processo foi de 25 ±5ml/
min.
A repetibilidade do processo foi estimada (em cada caso) com base na análise de
três aguardentes, oriundas da destilação do mesmo vinho, no mesmo alambique.
Cada uma destas amostras foi analisada em duplicata conforme descrito abaixo.
METODOLOGIA DE ANÁLISE
Compostos carbonílicos
Uma solução 0,4% de 2,4-dinitrofenilidrazina (2,4-DNPH) foi preparada
dissolvendo-se 0,40g (2 mmol) de 2,4-dinitrofenilidrazina em 100,0 mL de
acetonitrila. Em um frasco foram introduzidos, consecutivamente 1,00 mL da
solução de 2,4-DNPH, 4,00 mL da amostra e 50,0mL de HClO4 1,0 M. A solução
resultante foi agitada e mantida a temperatura ambiente por 40 min, após o que
alíquotas de 25,0mL desta solução foram injetadas no cromatógrafo a líquido.
Ésteres, ácidos carboxílicos e álcoois superiores
O ácido acético, os álcoois metanol, n-propanol, isobutanol, e álcool
isoamílico e o acetato de etila foram determinados diretamente sem concentração
prévia da amostra. Para as análises dos ácidos carboxílicos, álcoois e esteres
minoritários houve necessidade de uma pré-concentração das amostras utilizando
extração líquido-sólido, utilizando cartuchos-Supelco (Supelclean ENVII-18, 6
mL, C-18) contendo fase ligada C18. Estes cartuchos foram previamente
condicionados com 2,00 mL de metanol e depois com 2,00 mL de solução água-
etanol (60:40 v/v com pH ajustado para 5,4), procurando reproduzir uma matriz
similar ao da solução da amostra. 50,0 mL da amostra contendo padrões internos
(0,905 mg de ácido nonanóico e 0,813mg de hexanol) foram transferidos para um
reservatório e eluidos através do cartucho por pressão positiva (velocidade do
fluxo > 5,0 mL/min). Após a extração efetuou-se a eluição com um volume de 1,00
mL de diclorometano. Alíquotas de 1,00mL desta última solução foram injetadas
diretamente no cromatógrafo a gás.
Análise quantitativa da fração orgânica
Os aldeídos e a acetona foram quantificados na forma de 2,4-
dinitrofenilidrazonas por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE)
empregando-se o método da padronização externa e a detecção a 365nm24,25,26. Os
ácidos carboxílicos, os álcoois superiores e os ésteres foram quantificados por
cromatografia gasosa de alta resolução (CGAR) utilizando-se detector por
ionização em chama (FID) e empregando-se o método do padrão interno36. O ácido
nonanóico foi o padrão interno utilizado na quantificação dos ácidos
carboxilícos e o hexanol foi o padrão interno usado na quantificação dos
álcoois e ésteres. As concentrações dos padrões internos nas soluções padrões e
nas amostras foram de 0,905mg e 0,813mg, respectivamente.
As curvas de calibração foram obtidas por regressão linear, plotando-se a
relação área dos picos dos padrões/área do padrão interno versusconcentração.
Os coeficientes de correlação foram sempre bem próximos da unidade. Os padrões
sempre foram preparados em meio hidroalcoólico (etanol 40% v/v), procurando-se
reproduzir as condições da matriz analisada.
A análise de dimetilsulfeto foi efetuada nas amostras de aguardente via
cromatografia a gás (GC), empregando-se um detector fotométrico de chama (FPD),
de acordo com o procedimento descrito na literatura36. Estas amostras foram
coletadas em banho de gelo e estocadas em frascos fechados a temperatura
inferior a 4oC até o momento da leitura.
Condições de análise para os compostos carbonílicos
As análises das 2,4-dinitrofenilidrazonas dos compostos: formaldeído, 5-
hidroximetilfurfural, acetaldeído, acroleína, propionaldeído, furfural, n-
butiraldeído, benzaldeído, isovaleraldeído, n-valeraldeído e acetona foram
realizadas em um cromatógrafo a líquido, usando-se metanol-água como fase
móvel. Para a separação dos derivados foi empregado uma coluna C-18 usando-se
metanol-água como fase móvel. O gradiente de eluição em etapas utilizado para
separação dos derivados encontra-se descrito na figura_1.
Condições de análise para ácidos carboxílicos, álcoois superiores e ésteres
As análises dos padrões de ácidos carboxílicos, álcoois, ésteres (ácidos
acético propiônico, isobutírico, n-butírico, isovalérico, n-valérico,
isocapróico, n-capróico, n-heptanóico, n-caprílico, n-cáprico e láurico e
metanol, propanol, isobutanol, butanol, 2-butanol, álcool isoamílico, acetato
de etila, acetato de amila, acetato de butila, heptanoato de etila, caprilato
de etila, caprato de etila, e benzoato de etila, respectivamente) foram
realizadas em cromatógrafo a gás (CGAR) empregando-se uma coluna HP-FFAP
(Polyethylene Glycol - TPA modified). O programa de temperatura utilizado
encontra-se descrito na figura_2. A razão de split foi de 1:15. A vazão do gás
de arraste na coluna foi de 1,3 mL/min e para os gases de alimentação do
detector, de 30 mL/min de H2 e 300 mL/min de ar, respectivamente.
Análise de sulfato
A análise do teor de sulfato presente nas aguardentes foi efetuada diretamente
na aguardente destila segundo o método do íon Cloronilato de Bário37.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A tabela_1 apresenta o sumário da análise quantitativa dos aldeídos, acetona,
ácidos, álcoois e ésteres encontrados nas amostras das aguardentes estudadas.
Estas amostras provenientes do mesmo caldo de fermentação, em número de três,
foram destiladas ao mesmo tempo e nas mesmas condições experimentais em
alambiques de cobre e aço inox.
As análises de aldeídos indicam que o teor de acetaldeído é maior nas amostras
destiladas em cobre, entretanto a situação é inversa para valeraldeído, cujo
teor é superior nas amostras destiladas em alambique de aço inox. Os teores de
n-butiraldeído, benzaldeído e valeraldeído não apresentam variação
significativa em função do material de construção do alambique. As
concentrações médias, expressas em mg/L, dos principais compostos carbonílicos
nas amostras destiladas em alambique de cobre e de aço inox são,
respectivamente, 19,0 e 9,00 para acetaldeído, 0,191 e 0,163 para n-
butiraldeído, 0,632 e 0,467 para benzaldeído, 0,149 e 0,198 para valeraldeído e
0,408 e 0,468 para acetona, (ver tabela_1).
Os cromatogramas das figuras_3-4 e 5-6 indicam os picos correspondentes para
ésteres, metanol, álcoois superiores e ácidos identificados nas amostras de
aguardente destiladas em alambiques de cobre e aço inox. Com relação os ésteres
e álcoois superiores, as diferenças nos teores médios são mais evidentes para:
acetato de etila e álcool isoamílico. Os teores destes compostos são maiores
nas amostras destiladas em aço inox. Também observa-se diferenças para os
compostos ditos majoritários: caprilato de etila, n-propanol e isobutanol . O
teor médio de metanol para as amostras destiladas em alambique de cobre foi
superior ao encontrado para as amostras destiladas em aço inox. Os teores
médios para os diversos ácidos não variaram significativamente para ambas as
amostras. A concentração média, em mg/L, dos ésteres, álcoois e ácidos,
identificados nas amostras destiladas em alambiques de cobre e de aço inox, são
respectivamente: acetato de etila 16,3; 108, caprilato de etila 1,60; 6,70,
metanol 1,82; 1,16, n-propanol 58,05; 78,2, isobutanol 203,5; 250, álcool
isoamílico 1095; 1546, ácido acético 20,7; 21,5 ácido caprílico 0,119; 0,118,
ácido cáprico 0,15; 0,13, ácido láurico 0,017; 0,012. Nas amostras analisadas
não foram identificados a nível de nanograma os seguintes compostos:
formaldeído, 5-hidroximetilfurfural, acroleína, furfural, isovaleraldeído, 2-
butanol, acetato de butila, n-butanol, acetato de amila, heptanoato de etila,
ácido propiônico, ácido isobutírico, ácido n-butírico, benzoato de etila, ácido
isovalérico, ácido n-valérico, ácido isocapróico, ácido capróico, ácido
heptanóico, ácido nonanóico, (ver tabela_1).
As aguardentes destiladas em alambique de cobre apresentam teores médios de
aldeídos totais (19,72 mg/L) e metanol (1,82 mg/L) nitidamente superiores aos
das destiladas em alambique de aço inox, cujos teores são de 9,83 mg/L para
aldeídos totais e de 1,16 mg/L para o metanol. O inverso é observado quanto aos
teores de álcoois superiores e ésteres. O produto oriundo de alambique de cobre
apresenta um teor médio total de álcoois superiores de 1,36 g/L. Este valor é
inferior ao observado para aguardentes destiladas em aço inox: 1,87 g/L. No que
diz respeito ao teor médio total de ácidos e de acetona, as diferenças
observadas não foram significativas.
As observações acima, são apoiadas pelas análises cromatográficas de seis
outras aguardentes, provenientes de outros dois diferentes caldos de
fermentação, e destiladas três a três em alambiques de cobre (3) e aço inox
(3).
Nossos resultados sugerem que o material de construção do alambique não somente
influencia nos teores médios totais de cada função orgânica mas também influi
no perfil individual destas funções.
Estas acentuadas diferenças dos teores de acetaldeído, ésteres e álcoois nas
amostras, oriundas de alambiques fabricados com diferentes materiais, são
provavelmente responsáveis por grande parte das diferenças de qualidade
sensorial apresentadas por estas amostras de aguardentes. As aguardentes
destiladas em alambiques de cobre são preferidas pelos apreciadores da
bebida16, em função de seu aroma e sabor.
As maiores concentrações dos aldeídos, com exceção do valeraldeído, nas
amostras destiladas em alambique de cobre com relação as destiladas em aço
inox, provavelmente se deva a conhecida reação de desidrogenação dos álcoois a
aldeídos11.
Além de sua participação na formação de aldeídos, o cobre age de forma a
reduzir o teor de compostos sulfurados voláteis no destilado36,38,39, e
portanto o desagradável odor típico de sulfetos. As análises efetuadas indicam
que o principal componente desta classe de compostos é o dimetilsulfeto (DMS).
O teor de DMS nas amostras destiladas em alambiques de aço inox (250mg/L) é
superior ao das amostras destiladas em alambiques de cobre (150mg/L). Foi
também constatado que as amostras destiladas em alambiques de cobre apresentam
teor de sulfato (17 mg/L) cerca de 4 vezes superior ao das mesmas amostras
destiladas em alambiques de aço inox (4 mg/L).
Torna-se novamente evidente a influência do material com que foi fabricado o
alambique na qualidade do produto final e a importância do conhecimento das
reações que ocorrem durante o processo de destilação.
Estudos nesta direção estão em andamento em nosso Laboratório e os resultados
serão relatados posteriormente.
