ISOLAMENTO E PURIFICAÇÃO DA CAFÉINA A PARTIR DO CAFÉ SOLÚVEL

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1 ISOLAMENTO E PURIFICAÇÃO DA CAFÉINA A PARTIR DO CAFÉ SOLÚVEL Johan Carlos Costa SANTIAGO 1 (UEPA) johansantiago@hotmail.com.br Fernanda Menezes COSTA 1 (UEPA) fernandamenezes17@hotmail.com João Joaquim Campos da COSTA 1 (UEPA) joaojoaquim2009@gmail.com Maria Dulcimar de Brito SILVA 1 (UEPA) mariadulcimar@gmail.com 1. Universidade do Estado do Pará. Grupo de Pesquisa em Ciências e Tecnologias aplicadas a Educação, Saúde e Meio Ambiente GPC. Belém, PA, Brasil. RESUMO: A cafeína é uma substância química que está comumente presente no dia a dia da sociedade. A insônia, a ansiedade e a dor de cabeça podem estar associadas à alta concentração de cafeína no organismo, no entanto, se moderada, essa substância pode atuar como energético, auxiliando na realização das atividades diárias. Visto a necessidade de se tomar conhecimentos específicos sobre a cafeína, esta pesquisa apresenta os resultados obtidos a partir do isolamento de cafeína de três amostra de café solúvel. Utilizou-se como método, a extração de cafeína com água quente e solução de diclorometano e posterior purificação por sublimação. Obteve-se um bom resultado na extração e na purificação da cafeína, sendo a média igual 2,2% em massa de cafeína bruta extraída, um valor bem aproximado ao apresentado na literatura. Nesse sentido, a realização deste experimento é viável e de baixo custo, podendo ser realizado em pequenos laboratórios de química orgânica. Palavras-Chave: Cafeína. Extração. Purificação. Área Temática: Produtos Naturais (PNAT) 1. INTRODUÇÃO A cafeína (Figura 1) é uma amida, que pertence à classificação de alcalóides do grupo das metilxantinas. Possui fórmula molecular C8H10N4O2 e nomenclatura científica 1,3,7-trimetilxantina. Sua massa molar é de 194,19 g/mol; seu ponto de fusão é de 238 C; seu ponto de ebulição é de 178 ºC e densidade igual a 1,23 g/cm 3. Ela é encontrada na natureza em mais de 63 espécies de plantas associadas a dois compostos pertencentes ao mesmo grupo, estes são a teofilina e a teobromina. Em estado puro ela é inodora e possui sabor amargo, é estável a variações de temperatura e ph, e possui alta solubilidade em água e determinados solventes orgânicos (ROQUE, 2011). Figura 1. Estrutura molecular da cafeína Fonte: BRENELLI, A cafeína é considerada atualmente como a substância psicoativa mais consumida em todo o mundo, independentemente da localização geográfica, sexo e idade (IBGE, 2011). Ela pode ser encontrada em diversos tipos de bebidas, dentre elas destacam-se: refrigerantes, cafés, chocolates, ervas para chás em concentrações que variam entre 2% a 5%, dependendo da planta. Sendo que o seu consumo mundial é estimado em mais de toneladas por ano. Entre os alimentos que contém este alcalóide, o café é o que mais contribui para a sua ingestão (SILVA e GUIMARÃES, 2012). A quantidade de cafeína em café é dependente de uma série de fatores, tais como a variedade da planta, método de cultivo, condições de crescimento, além de aspectos genéticos e sazonais. No caso da bebida, por exemplo, além da quantidade de pó, influenciam também o tipo do produto 730

2 (torrado ou instantâneo, sem cafeína ou regular) e o processo utilizado no seu preparo (CAMARGO e TOLEDO, 1998). Os principais efeitos fisiológicos da atuação da cafeína no organismo humano são o efeito estimulante, o efeito diurético e a dependência química. Entre outros efeitos, causa o aumento da taxa metabólica, o relaxamento da musculatura lisa dos brônquios, do trato biliar, do trato gastrintestinal e de partes do sistema vascular. A ingestão de cafeína em excesso pode causar vários sintomas desagradáveis incluindo a irritabilidade, dores de cabeça, insônia, diarreia, palpitações do coração. Em quantidades moderadas o equivalente a 0,4 0,5 g/dia dose de 3 a 4 xícaras de café a cafeína não é prejudicial à saúde humana. A dose letal para uma pessoa adulta pesando 70 Kg é cerca de 10g o que é equivalente a se tomar 100 xícaras de café ou 200 latas de refrigerante de cola ou ingerir 50Kg de chocolate (ROCHA; VANDRESSEN e DONIZETE, 2011). Os autores Clarke e Macrae (1985), apresentam dados de composição (% peso seco) de grãos verdes de café arabica e canephora (variedade robusta), como mostrados na Tabela 1. Estes valores variam com o tipo de café, lugar de colheita, e técnicas de processamento. Tabela 1. Composição de Grãos Crús de Café (% base seca). Componentes Arabica Robusta Minerais 3,0-4,2 4,0-4,5 Cafeína 0,9-1,2 1,6-2,4 Trigonelina 1,0-1,2 0,6-0,75 Lipídios 12,0-18,0 9,0-13,0 Total de Ácido Clorogênico 5,5-8,0 7,0-10,0 Ácidos Alifáticos 1,5-2,0 1,5-2,0 Oligossacarídeos 6,0-8,0 5,0-7,0 Total de Polissacarídeos 50,0-55,0 37,0-47,0 Amino Ácidos 2,0 2,0 Proteínas 11,0-13,0 11,0-13,0 Com base nessa tabela, é esperado que no método de extração da cafeína por solvente (água e diclorometano) outros componentes estejam agregados ao produto final obtido. Nesse caso, a purificação por sublimação será necessária para garantir um resultado mais fidedigno possível (SALDAÑA, 1997). Nos últimos anos um novo perfil de consumidor de café começou a surgir. Trata-se de um consumidor exigente, interessado em conhecer a origem do seu café, os detalhes do beneficiamento do grão e as características que diferenciam um café brasileiro de um colombiano ou queniano, por exemplo. Esse consumidor quer experimentar métodos de preparo da bebida que vão além do tradicional expresso (SILVA e GUIMARÃES, 2012). Nessa perspectiva, vários estudos tem sido realizados para se conhecer a natureza da cafeína, quais seus benefícios e riscos à saúde humana. Vários artigos têm sido publicados visando quantificar o teor de cafeína presente em diferentes bebidas consumidas pela sociedade moderna, servindo como ponte entre o pesquisador e a sociedade que necessita ter conhecimento sobre os avanços no campo científico. 2. OBJETIVO O objetivo primordial desta pesquisa experimental foi isolar a cafeína presente no café solúvel, por meio da técnica de extração por solvente e posterior sublimação. Após, buscou-se verificar se a quantidade em gramas de cafeína encontrada se aproxima dos relatados na literatura, visto que existe uma preocupação quanto aos produtos contendo cafeína disponível no mercado, pois há um grande consumo destes, principalmente entre os jovens, sendo que ainda persistem muitas dúvidas e controvérsias quanto aos seus efeitos adversos a saúde. 731

3 3. MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Amostragem Foram obtidas três amostras de café solúvel de diferentes marcas em um supermercado da cidade de Belém do Pará. As amostras foram compradas no mesmo dia, observando-se o mês e ano em que foram fabricadas. As macas serão mencionadas neste artigo através de letras (A, B e C) Método Experimental * De início foi colocado 300 ml de água destilada em um béquer de 600 ml, enquanto montava-se o fogão a gás para aquecimento. A água destilada foi aquecida sobre uma tela de amianto no fogão até o momento em que foi observada sua ebulição. O processo de aquecimento da água até chegar à fase de ebulição durou cerca de 8 minutos. A amostra de cafeína (café solúvel) foi separada e pesada, registrando-se uma massa de 100 g. Essa quantidade foi adicionada ao recipiente contendo a água destilada já aquecida, assim que se apagou o fogo, e deixada em infusão até a temperatura da solução ter decaído a temperatura ambiente. Esse processo de infusão da amostra de cafeína com a água destilada durou cerca de 40 minutos e não foi necessário executar a filtração, pois a quantidade de resíduos foi mínima, sendo considerada desprezível. Paralelo a esse procedimento, foi preparada uma solução de 30 ml de carbonato de sódio (Na2CO3) saturado. Assim que preparado, foi misturado junto à solução da cafeína já em temperatura ambiente. Tampou-se o béquer com a solução, e deixou-se na geladeira para resfriamento durante uma semana. Após uma semana, transferiu-se a solução para um funil de separação e acrescentou-se 20 ml do solvente diclorometano; inverteu-se o funil para misturar (sempre aliviando a pressão dentro do funil, para a liberação do gás formado a partir da mistura); repetiu-se esse procedimento duas vezes. Em seguida, colocou-se um béquer de 150 ml abaixo do funil, para armazenar o solvente (diclorometano), que depois de alguns minutos, foi se separando da solução. O béquer contendo o solvente foi colocado na capela durante uma semana. Na semana seguinte, o conteúdo do béquer já havia passado para a fase sólida por conta da evaporação do solvente orgânico diclorometano. Pesou-se a cafeína obtida, com o auxílio do béquer em uma balança analítica. Posteriormente, transferiu-se o conteúdo para um funil com papel filtro, e posteriormente, colocou-se o funil invertido (preso a uma garra com suporte universal) sobre a placa de Petri em uma chapa aquecedora para que ocorresse a purificação da cafeína por sublimação. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Segundo BRENELLI (2003), a concentração de cafeína, tanto do café solúvel quanto de outras amostras que contêm cafeína, depende de vários fatores, incluindo a espécie da semente do café, local de cultivo, granulações da amostra, etc. A figura 2 apresenta um gráfico dos resultados obtidos pela pesquisadora utilizando-se dois métodos para a extração de cafeína de bebidas estimulantes. * Este método experimental foi repetido para as três amostras de café solúvel a serem analisadas. Os métodos utilizados pela pesquisadora consideram: 1- amostras solúveis em água e; 2- amostras solúveis e não solúveis em água, ressaltando que independentemente do método utilizado, as amostras que apresentaram um maior conteúdo de cafeína foram as apresentadas no gráfico

4 2,5 Extração de Cafeína de Bebidas Estimulantes 2,5 2,4 2,1 2,1 2 1,5 1 1,4 1,4 1,4 1,5 1,2 1,2 0,99 1,1 0,5 0,29 0,33 0 Café solúvel Folhas de chá preto Café em pó Guaraná em pó Erva Mate Chá mate solúvel Folhas de chá mate Figura 2. Gráfico da (%) de cafeína bruta extraída de bebidas estimulantes usando-se dois métodos. Fonte: Adaptado de BRENELLI, As amostras de cafeína trabalhada pela pesquisadora foram calculadas em 10 g. Para o isolamento de cafeína do café solúvel dessa pesquisa experimental foi utilizada 100 g da amostra. Após ter deixado os três béqueres contendo a solução da amostra por uma semana na capela para que ocorresse o processo de evaporação do diclorometano, foi retirada e pesada toda a cafeína bruta que ficou no Béquer, registrando-se uma massa de (A- 2,237 g; B- 2,331; C- 2,290). O resultado obtido com esse procedimento é apresentado na tabela 2. Tabela 2. Resultados obtidos na extração de cafeína das três amostras de café solúvel. Amostra Café Solúvel Método de extração Massa inicial (g) Massa de cafeína bruta extraída (g) Cafeína Bruta extraída (%) A Com água e 1,904 1,904 B 100 2,431 2,431 diclorometano C 2,290 2,290 Fonte: Autores da pesquisa. % de cafeína bruta pelo método 1 % de cafeína bruta pelo método 2 O valor percentual encontrado na amostra B está próximo dos valores apresentados no gráfico da figura 2 para a amostra de café solúvel, já o valor da amostra A é o que mais se distancia do valor apresentado na literatura. Vale ressaltar que cabe a legislação brasileira fiscalizar rigorosamente a quantidade de cafeína em bebidas estimulantes, tais como o chá preto. O consumo em excesso da cafeína pode levar a morte, a LD-50 (Dose letal para matar 50% dos indivíduos testados) para a cafeína com relação ao ser humano adulto é de 75mg/kg (BORTOLINI, 2010). Após o registro da massa de cafeína bruta, deu-se início ao processo de purificação da cafeína por sublimação. Na chapa de aquecimento, a cafeína bruta presente na placa de Petri passava facilmente do estado sólido para o estado gasoso, e em contato com a superfície fria do papel filtro, voltava ao estado sólido, na forma de cristais puros da substância. Ao término desse procedimento foi feita a pesagem para registro da massa de cafeína purificada. Ao aquecermos uma substância sólida em uma pressão abaixo da correspondente ao seu ponto triplo, fazemos com que a substância passe do estado sólido para o estado de vapor sem passar 733

5 pelo estado líquido, sendo possível condensá-la sem impurezas, caso estas não sejas voláteis (GNOATTO e BASSANI, 2007). Com base nesse pressuposto, considerou-se a massa da cafeína sublimada como pura, os valores obtidos constam na Tabela 3. Tabela 3. Porcentagem de cafeína purificada das três amostras analisadas. Amostra Café Solúvel Método de purificação Massa de cafeína bruta extraída (g) Massa de cafeína purificada (g) A 1,904 1,131 B Sublimação 2,431 1,673 C 2,290 1,427 Fonte: Autores da pesquisa. Todas as amostras apresentaram uma redução significativa no valor da massa de cafeína purificada, o que nos permite concluir que parte da massa de cafeína bruta extraída era proveniente de outras substâncias que podem ter sido agregadas durante o processo de extração. É possível também que parte do sublimado não tenha sido devidamente coletado. No entanto, considera-se um bom resultado obtido através da extração por solvente e purificação por sublimação. 5. CONCLUSÕES O estudo experimental tem grande relevância no que diz respeito ao conhecimento da molécula estudada/analisada e suas características físico-químicas, podendo ser relacionado os conhecimentos prévios teóricos com a realização de atividades práticas e observações feitas no momento do experimento. Considera-se importante o conhecimento sobre a cafeína, visto que é uma substância presente em vários alimentos consumidos no nosso dia a dia, sendo fundamental que se saiba quais são suas características químicas e quais os efeitos que esta substância pode provocar no organismo humano. Vale ressaltar que todos os resíduos líquidos estavam contaminados com substâncias organocloradas (diclorometano), desse modo, o descarte não foi feito no lixo comum, mas sim coletados todos os resíduos em frascos devidamente rotulados. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BORTOLINI, Karla. Revista Saúde; Vol.4; No. 2; Universidade de Guarulhos, Guarulhos SP, BRENELLI, Eugênia Cristina Souza. A EXTRAÇÃO DE CAFEÍNA EM BEBIDAS ESTIMULANTES UMA NOVA ABORDAGEM PARA UM EXPERIMENTO CLÁSSICO EM QUÍMICA ORGÂNICA. Química Nova, v. 26, n CAMARGO, M.C.R..; TOLEDO, M.C.F. Teor de Cafeína em Cafés Brasileiros. Ciênc. Tecnol. Alimentos, vol. 18, n. 4, Campinas Oct./Dec CLARKE, R.J.; MACRAE, R Coffee: Chemistry. v. 1, Elsevier applied Science Publishers, London, New York. GNOATTO, S. C. B.; BASSANI, V. L. INFLUÊNCIA DO MÉTODO DE EXTRAÇÃO NOS TEORES DE METILXANTINAS EM ERVA-MATE (Ilex paraguariensis A. ST.-HIL., QUIFOLIACEAE). Quim. Nova, Vol. 30, No. 2, , 2007 IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Censo agropecuário 2011, acessada em maio/

6 ROCHA, C.; VANDRESSEN, E.; DONIZETE, H. Extração e Purificação da Cafeína. UFPR- Apucara, ROQUE, N. F.; Substâncias Orgânicas: Estrutura e Propriedades. Ed. Edusp; São Paulo, SALDAÑA, M. D. A. Extração de Cafeína, Trigonelina e Ácido Clorogênico dos Grãos de Café com CO2 Supercrítico. Campinas, p. Tese de Mestrado, Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). SILVA, E. C.; GUIMARÃES, E. R. A TERCEIRA ONDA DO CONSUMO DO CAFÉ. Bureau de Inteligência Competitiva do Café. Lavras, MG. Julho de