Fonte: open4group. Produção de Café Descafeinado

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1 Equipa604 Fonte: open4group Produção de Café Descafeinado Porto, 21 de Outubro de 2010

2 Produção de Café Descafeinado Relatório realizado no âmbito da Unidade Curricular de Projecto FEUP Mestrado Integrado em Engenharia Química Monitora: Doutora Sofia Sousa Supervisor: Professor Domingos Barbosa Autores: Diana Gomes Daniela Portugal Georgina Pinheiro Inês Ribeiro Rahul Pires Rui Almeida I

3 Resumo Na actualidade, a indústria do café apenas é ultrapassada economicamente pela indústria petrolífera, sendo daí possível concluir a importância económica para os países que detêm grande parte da produção mundial. No entanto, preocupações com os efeitos da cafeína no ser-humano criaram a necessidade da produção de uma bebida que apresentasse o mesmo aroma do café mas que anulasse a presença da cafeína. Os métodos de descafeinação do café são divididos em processos de extracção por solventes (empregando-se como critério de distinção destes a utilização de solventes orgânicos, supercríticos ou de água) e outros métodos. Apesar da indústria do café e do consumo deste produto apresentar valores elevados a nível mundial, em Portugal os índices são relativamente baixos. Palavras-chave: café, descafeinado, descafeinização, cafeína II

4 Agradecimentos Agradecemos à monitora da unidade curricular Projecto FEUP, Doutora Sofia Sousa e ao nosso supervisor, Professor Domingos Barbosa todo o apoio que nos prestaram e a disponibilidade que tiveram para nos ajudar a superar todas as nossas dificuldades. III

5 Índice Resumo... II Agradecimentos... III Índice de Figuras... V 1. Introdução Porquê extrair a cafeína? Processos de produção de café descafeinado Descafeinação por solvente Extracção com recurso a solventes orgânicos Extracção com recurso a água Outros processos de descafeinação Processo de Descafeinação de Café por CO₂ Supercrítico Empresas Nacionais SICAL DELTA CAFÉS O consumo de café em Portugal Conclusão Referências bibliográficas IV

6 Índice de Figuras Figura 1 - Produção Anual de café nos principais países produtores....7 Figura 2 - O nível de importação nos países importadores..8 Figura 3 - Processo de Descafeinação por Solvente Orgânico 9 Figura 4 - Processo de Descafeinação por CO 2 Supercrítico...13 Figura 5 - Percentagens de café torrado e solúvel, em Portugal...15 Figura 6 - Consumo médio de café puro solúvel...16 Figura 7 - Evolução do consumo doméstico de café 18 V

7 1. Introdução O café surgiu no século IX nas terras altas da Etiópia, propagando-se pelo mundo através do Egipto e da Europa [1]. O café possui propriedades antioxidantes, bem como vitamina B, aminoácidos, açúcares e uma grande variedade de minerais, como potássio e cálcio [1]. Contudo, um dos principais componentes do café, chá e outras bebidas é um alcalóide de purinas [2] denominado cafeína. Este alcalóide está associado a uma estimulação do sistema nervoso central. Apesar de, não originar resultados nitidamente visíveis existem provas científicas de perturbações geradas pelo consumo excessivo de cafeína como, por exemplo, a nível digestivo e do sono [3]. Para além disso, possui alguns benefícios associados à sua utilização em alguns produtos farmacêuticos e analgésicos (como por exemplo, no tratamento de dores de cabeça) [3]. O café foi-se tornando um hábito diário sendo necessário um novo processo para reduzir a percentagem de cafeína presente no mesmo. A descafeinação é um processo que tem como objectivo reduzir a quantidade de cafeína presente nos grãos de café. Pela legislação da UE, o café descafeinado tem um teor de cafeína reduzido cerca de 0,1% nos grãos de café torrado, e 0,3% no café instantâneo/solúvel [19]. Em 1905, Ludwig Roselius, inventou o primeiro método de descafeinação [1]. Este método consistia na passagem dos grãos verdes de café por vapor de água com sal. Em seguida, os grãos eram passados por benzeno, uma vez que a cafeína se dissolve nesse líquido. Contudo, como o benzeno é uma substância tóxica e a sua exposição permanente provoca problemas de saúde, este método acabou por não ser o pretendido [1]. O café descafeinado constitui uma décima parte do mercado mundial do café e a sua produção requer um processo químico complexo que engloba a extracção de compostos fundamentais para o sabor e aroma [4]. De acordo com a substância utilizada, existem três métodos de descafeinação: métodos de extracção por solventes (directos ou indirectos) e outros métodos (como biológicos e uso de plantas com baixo teor de cafeína). Geralmente, estes métodos são dispendiosos e alguns deles compreendem o uso de solventes orgânicos tóxicos (como, por exemplo, o cloreto de metano e o acetato de etilo). Estudos de investigação têm-se realizado na tentativa de descobrir novas plantas, de modo a produzir uma planta de café com baixo nível de cafeína, mediante o cruzamento de espécies [4]. Assim, poderá acontecer uma produção natural do descafeinado. 6

8 2. Porquê extrair a cafeína? O café é a segunda indústria economicamente mais relevante do mundo [6], sendo somente ultrapassada pela indústria petrolífera. Como tal, é um produto de extrema relevância económica - especialmente para os países produtores, quase todos ainda considerados em desenvolvimento, como se pode observar na Figura 1. Produção Anual (tonne x 10 3 ) Países Produtores Figura 1. Produção Anual de café nos principais países produtores Com uma produção mundial de café de cerca de 5,5 milhões de toneladas por ano, estima-se que cerca de 10% do consumo de bebidas à base de café nos EUA e na Europa sejam descafeinadas. A procura de métodos economicamente rentáveis de descafeinização colide, como quase sempre quando se trata da indústria alimentar, com um delicado equilíbrio entre preço e qualidade. Processos de descafeinação por solvente são mais baratos, mas acarretam consigo uma perda de qualidade, por solubilizar para além da cafeína componentes aromáticos do café. Outros processos, como o de CO 2 em estado supercrítico, acarretam custos iniciais aumentados para trazer um processo mais eficiente e com menos perda de aroma e sem utilizar solventes que teriam de ser mais tarde removidos de forma complexa. Comparativamente, este último processo necessita de unidades fabris com capacidade de produção de 6000 toneladas para se verificar rentável, um valor muito superior ao do processo de descafeinação por solvente [6]. É para o mercado Europeu e Americano que este processo se torna viável, devido ao seu elevado consumo de bebidas à base de café, como se pode observar na Figura 2. 7

9 1400 Importações (tonne x 10 3 ) Países Importadores Figura 2: O nível de importação nos países importadores (adaptado de [7]) 8

10 3. Processos de produção de café descafeinado 3.1. Descafeinação por solvente Até meados dos anos 70, apenas era utilizado o processo de extracção por solventes como processo de descafeinação. Alguns desses solventes eram o benzeno, o clorofórmio, éter, álcool, hidróxido de amónio, acetona e o tricloroetileno. Existem dois métodos básicos para produzir café descafeinado usando solventes: extracção directa com solvente do grão de café e a extracção com água do grão seguida da extracção com solvente da cafeína do extracto de água. No caso da extracção directa com solvente, os grãos de café verde são, inicialmente, cozidos a vapor de maneira a fazer aumentar o teor de humidade, para permitir o depósito de cafeína na superfície dos grãos de café. De seguida, são tratados com solvente para remover a maioria da cafeína e são aquecidos para remover o solvente residual e o excesso de humidade Extracção com recurso a solventes orgânicos Nos processos de extracção da cafeína com recurso a solventes orgânicos, existe uma sequência processual básica em que, no recipiente utilizado, se faz circular o solvente orgânico em volta dos grãos de café embebidos em água para extrair a cafeína. Deixa-se escorrer do recipiente a mistura de solvente e cafeína. Assim, depois da extracção da cafeína, os grãos molhados são secos a 100ºC, evaporando então a maior parte do solvente, tal como sugere a figura 3. Grãos de Café (1) Grãos de Café (2) embebidos em água + Cafeína Mistura de solvente e cafeína (3) Grãos de Café descafeinados secos Legenda: (1) Circulação do solvente orgânico em volta dos grãos de café (2) Separação dos grãos de café da mistura de solvente com cafeína (3) Evaporação da humidade dos grãos de café Figura 3 Processo de Descafeinação por Solvente Orgânico Alguns dos solventes orgânicos mais conhecidos, utilizados neste método de extracção, são o dicloreto de metano e o etanoato de etilo. 9

11 O dicloreto de metano é um líquido incolor com um agradável odor adocicado cuja temperatura de ebulição é de 40 ºC. O seu vapor não é inflamável e quando misturado com o ar não é explosivo. Até aos meados dos anos 70, este líquido era considerado o melhor solvente para extracção de cafeína. O Programa Britânico de Toxicologia, após testes em animais, indicou que o dicloreto de metano era um solvente seguro em baixas concentrações. No entanto, ensaios em laboratório mostraram que níveis mais elevados desta substância podiam provocar o aparecimento de cancro. Devido a estes riscos, a Food and Drug Administration (FDA), órgão governamental dos Estados Unidos da América que faz o controle dos alimentos, medicamentos, equipamentos médicos, entre outros, promulgou regulamentações que exigem níveis de dicloreto de metano inferiores a 10 ppm no café descafeinado. Neste processo, o cloreto de metano extrai a cafeína selectivamente. Para além disso, a torrefacção dos grãos de café também faz diminuir ainda mais os resíduos de solvente. Desta forma, a indústria produz café descafeinado com níveis de dicloreto de metano a rondar os 2 ou 3 ppm. No entanto, as dúvidas sobre o risco para os humanos têm vindo a aumentar nos últimos anos [8]. O etanoato de etilo (CH 3 COOCH 2 CH 3 ) é um éster que se apresenta sobre a forma de um líquido claro, volátil e inflamável com um odor frutado característico e um sabor agradável quando diluído. Este é um componente natural detectado no aroma do café e em algumas frutas como as maçãs, pêras e bananas. Também pode ser produzido sinteticamente através do petróleo. No ano de 1982 o acetato de etilo foi aprovado e escolhido, pelo FDA, como principal solvente para a descafeinação do café, sendo que a sua toxicidade nunca foi questionada devido à sua completa digestão e consumo diário numa larga selecção de frutas. Assim, ao contrário do cloreto de metano, não existe um limite para a quantidade de acetato de etilo que deve ficar nos grãos de café Extracção com recurso a água Jean Maclang, em 1934, foi quem pela primeira vez pensou na possibilidade de remover a cafeína dos grãos de café recorrendo unicamente à água sem ter de utilizar solventes químicos. Este processo de descafeinação tem em consideração a solubilidade da cafeína, presente nos grãos de café, em água, e é dito um método indirecto da extracção da cafeína por meio de solventes. Sabe-se que, de acordo com a temperatura da água, a solubilidade varia, isto é, com esta à temperatura ambiente o seu valor máximo é de 2% e quando a água atinge os 100 ºC, e entra em ebulição, a taxa aumenta para 70%. [9] Assim, este tipo de descafeinação apresenta uma sequência processual específica, onde, após se ter mergulhado os grãos de café em água a elevadas temperaturas, a cafeína (dissolvida na água) é drenada. Os grãos de café são transferidos para tanques de secagem, onde ocorre a evaporação da água e, a par deste passo, a água que havia sido drenada é tratada com um solvente para remover a 10

12 cafeína, ficando dissolvidos, apenas, os restantes compostos do café que poderiam ter sido perdidos enquanto o café tivesse mergulhado (tais como o aroma) e que são repostos aos grãos ao mesmo tempo que estes são enxaguados com os solventes químicos utilizados. Posteriormente, os grãos de café são lavados para retirar restos do produto químico. Existem algumas variantes deste processo, dentro das quais, as mais conhecidas são Swiss Water Decaffeination e French Water Decaffeination. A variante Swiss Water Decaffeination é caracterizada pela utilização de água concentrada em componentes que promovem o sabor do café para realizar uma descafeinação sem perda de aroma dos grãos de café. Isto é possível devido à concentração da água utilizada para a descafeinação ser superior à concentração interna dos próprios grãos de café, não ocorrendo assim transferência dos componentes do sabor do café para o solvente em causa, mantendo-se a totalidade do sabor original do grão, sem necessidade de se recorrer a compostos químicos. A água concentrada em componentes do sabor do café utilizada nesta variante é obtida após uma primeira descafeinação dos grãos de café em que a cafeína é removida da restante solução ao passar por filtros de carvão activo. A variante French Water Decaffeination é caracterizada pela realização de uma dupla secagem dos grãos do café, após a extracção da cafeína, o que lhes promove uma melhor absorção dos componentes que conferem o sabor ao café Outros processos de descafeinação Actualmente, existem alguns processos que ainda se encontram em fase de estudo. Alguns deles são relativos à degradação e remoção da cafeína dos grãos de café, recorrendo às propriedades biológicas de microrganismos e de enzimas. Por exemplo, a determinação das vias catabólicas de seres Procariontes e Eucariontes (tais como planta) pode ajudar no desenvolvimento de processos enzimáticos de remoção de cafeína em laboratório. No caso das bactérias foi pela primeira vez, na década de 70, que se reportou que estas conseguiam degradar a cafeína. Desde então, os estudos que se têm realizado conduziram à descoberta de que se pode aplicar estes microrganismos na redução de cafeína nas plantas. A fermentação anaeróbia, da polpa do café, pelas bactérias, em 100 dias, leva à redução em cerca de 13% a 63% do teor de cafeína, já a fermentação aeróbia apresenta 100% de eficácia em apenas 14 dias. [10] Também têm sido desenvolvidos estudos sobre enzimas, essencialmente anabólicas que actuam sobre a cafeína e estão naturalmente presentes no reino plantae. Tais estudos têm como objectivo a produção de plantas com baixo teor de cafeína, como já ocorre na natureza com alguma raridade, mas sem perder as características de sabor e aroma desejáveis no café. Todavia alguns cientistas defendem que a cafeína é um meio de defesa das folhas, frutos e outras estruturas, 11

13 contra predadores e que esta pode agir como um inibidor sobre outras plantas, na vizinhança, evitando o crescimento destas e favorecendo a planta que contém cafeína na sua constituição [10]. Assim, este método exige investigação cuidada antes da sua aplicação no mercado. Já foi possível obter sucesso em laboratório com este método. Existem ainda outros estudos, também referentes a enzimas que degradam a cafeína, mas estes com o objectivo da produção de enzimas em reactores e sua aplicação aos grãos de café para eliminação da cafeína. No entanto, tais enzimas são muito instáveis e mais estudos são necessários para melhorar a sua estabilidade, entre outras características, o que promoverá o desenvolvimento de um processo tecnológico eficiente para a degradação da cafeína. 12

14 4. Processo de Descafeinação de Café por CO₂ Supercrítico No processo de extracção de cafeína por CO 2 supercrítico usa-se dois solventes não tóxicos e não inflamáveis que ocorrem naturalmente e em abundância na atmosfera, o CO 2 e a água. O CO 2 não tem propriedades solventes à temperatura e pressão atmosférica e por isso tem que ser convertida a estado supercrítico. Figura 4 Processo de Descafeinação por CO 2 Supercrítico [11] O processo de extracção de cafeína por CO 2 é muito vantajoso porque é um gás não tóxico, barato e não inflamável, que sobre condições normais atmosféricas escapa do produto descafeinado. Outra vantagem deste processo é o facto de não haver outro componente no grão de café que seja solúvel por CO 2. O CO 2 não tem propriedades solventes à temperatura e pressão atmosférica e por isso tem que ser convertido a estado supercrítico, aparecendo sobre a forma de gás liquefeito. Um fluido supercrítico é uma substância cujas temperatura e pressão estão acima do ponto crítico onde não se pode diferenciar as fases da matéria. O fluido pode dissolver como um líquido e por ser um gás não deixa resíduos no solvente final. Assim, no processo de extracção de cafeína por CO 2 supercrítico: Os grãos de café frescos são inicialmente vaporizados e demolhados de maneira a aumentar a percentagem de água contida no grão, entre 40%-50%. Desta forma as células aumentam de volume e abrem, facilitando a extracção de cafeína e reduzindo o tempo de extracção. Seguidamente, são colocados dentro do extractor. CO 2 em Estado Supercrítico a 70 C e a 160atm dá entrada no vaso de pressão que contém água onde fica saturado de água. Depois é bombeado para o extractor onde vai entrar em contacto com os grãos húmidos. Quando o solvente passa pelos grãos a cafeína vai difundir para o solvente. 13

15 O CO 2 sai do extractor contendo cafeína e água e volta para o vaso de água onde a cafeína é absorvida do CO 2 pela água. Quando a concentração de cafeína nos grãos equivale aquela na água, a água é substituída. Este tratamento é repetido até que a quantidade de cafeína seja inferior a 0.08% em peso. A cafeína que se encontra dentro da água no fim do processo pode ser removida por destilação, podendo esta ser reutilizada no extractor. [11];[12] 14

16 5. Empresas Nacionais De entre as empresas nacionais produtoras de café foi escolhida para estudo de caso a empresa Nestlé. Este grande Grupo actualmente possui quatro marcas de café: Buondi, Sical, Christina e Tofa, estando as duas primeiras implantadas a nível nacional e as restantes a nível regional (norte e sul, respectivamente). Para diferenciar os dois tipos de consumo existentes designa-se Consumo no Lar (o consumo feito pelos portugueses em suas casas); e o Consumo Imediato/ HORECA (a utilização do café no ramo da hotelaria e restauração). Em relação ao primeiro este garante 22% do mercado, enquanto o Consumo Imediato abrange 78%. [14] Com as quatro marcas de café já referidas, a Nestlé representa 25% do mercado no consumo imediato. Em Portugal, os cafés torrados e os solúveis, representavam em 2006 cerca de 76% e de 24%, respectivamente, do mercado de café, como se pode observar na Figura 5. [15] Figura 5 - Percentagens de café torrado e solúvel, em Portugal. Para além destas empresas nacionais existe também a Delta Cafés e a Nicola, sendo as empresas internacionais a Segafredo Zanetti, Lavazza, Starbucks Coffee, entre outras. 15

17 5.1. SICAL Esta marca de café, com mais de cinquenta anos, em 1988 lançou no mercado o descafeinado. Os grãos de café têm origem no Brasil e Camarões e a extracção da cafeína destes, para a produção de descafeinado, é feita a partir do uso da água como solvente. Esta marca, para atrair cada vez mais consumidores, aposta em produtos que sejam mais práticos e que consigam obter um café descafeinado com a mesma textura e sabor. Assim, em 2001, lançaram um produto em Unidoses sendo mais fácil preparar um café expresso sem ter de sair de casa. [14] Na Figura 6 pode-se observar que o consumo médio de café puro solúvel da Nestlé consumido pelos portugueses, em Figura 6 - Consumo médio de café puro solúvel da Nestlé. Em média, em 2007, os portugueses consumiram 21 cafés por mês, tendo variado entre os 7 e os DELTA CAFÉS Hoje em dia, várias são as empresas nacionais de produção de café que se destacam no mercado. Entre estas realça-se a Delta Cafés pelo cariz de proximidade que estabelece com os seus consumidores e parceiros [16]. Apostando cada vez mais num ambiente equilibrado e sustentável, a Delta Cafés aposta num sistema de recolha de cápsulas de café (o capsulão presente nas lojas DeltaQ). 16

18 Assim, a borra de café é transformada num composto orgânico, utilizado na compostagem; e o plástico inicia um novo ciclo de vida originando novos produtos (reutilização) [17]. Com todos estes objectivos a Delta pretende reduzir a sua pegada ecológica dado que, rentabiliza o processo logístico já existente [17]. Seguidamente, a Delta desenvolveu um projecto denominado ReThink cujo objectivo é uma reciclagem e valorização das borras de café. Para tal, estão envolvidas no processo parcerias com várias entidades como, por exemplo, a UNIDEMI, que realiza a gestão da borra de café de um modo suficiente e sustentável. O objectivo a que se propôs a Delta para o ano 2010 é a recolha de 2000 toneladas de borra de café [18]. 17

19 6. O consumo de café em Portugal Cada português consome, em média, 2 kg/ano de café, o que corresponde a 300 cafés, um valor bastante reduzido, quando comparado com a média dos países nórdicos 10 kg/ano. As vendas em quantidade de café torrado são, em grande parte, efectuadas nos restaurantes, hotéis, bares e cafés. Comprovando assim, que ao contrário do que se possa pensar, os portugueses têm um baixo consumo per capita de café, sendo mesmo um dos mais baixos da Europa. No mercado português, dominado por duas grandes empresas como a Delta Cafés e a Nestlé, estão progressivamente outras empresas como a Unicer ou a Sumolis a incluir café nos seus portefólios. [13] O consumo de café, em Portugal, é feito em grande parte em locais de convívio, contudo o consumo no domicílio sofreu um aumento significativo em Como se pode observar na Figura 7, houve um crescimento no número de vendas nas máquinas de café monodose (máquinas para se usar em casa). Figura 7 - Evolução do consumo doméstico de café. 18

20 7. Conclusão Ao longo do último século, a procura de café descafeinado aumentou de uma forma bastante significativa. Tal facto desencadeou uma grande evolução na indústria do café, o que proporcionou o desenvolvimento de vários processos de descafeinação deste produto, muitos dos quais descritos e desenvolvidos numa grande variedade de patentes, e gerando curiosidade científica ainda hoje. Os processos mais utilizados são os de extracção da cafeína por meio de solventes. De acordo com a quantidade de café sujeita à descafeinação, o processo utilizado industrialmente varia e, de um mesmo modo, as vantagens e desvantagens a estes associados. Em unidades fabris de grande porte (superiores a 6000 toneladas/ano) recomenda-se a utilização de extracção por CO 2 em estado supercrítico por apresentar maior qualidade do produto final. Em Portugal a Nestlé, representada pelas suas 4 marcas Buondi, Sical, Christina e Tofa, possui 25% do mercado de café no ramo da hotelaria e restauração. O consumo nacional de café é feito em grande parte em locais de convívio, contudo o consumo no domicílio sofreu um aumento significativo em 2006, devido a um crescimento no número de vendas nas máquinas de café monodose. 19

21 8. Referências bibliográficas [1] Wikipédia. (consultado a 9 de Outubro de 2010) [2] S. Gokulakrishnan, K. Chandraraj, and Sathyanarayana N. Gummadi Microbial and enzymatic methods for the removal of caffeine. [3] ANF Associação Nacional de Farmácias. Café perdoa-se o mal que se faz pelo bem que sabe?!. (consultado a 26 de Setembro de 2010) [4] TSF. Café naturalmente descafeinado. (consultado a 26 de Setembro de 2010) [5] ICO (International Coffee Organization). Decaffeination. (consultado a 9 de Outubro de 2010) [6] Ranken, M.D., Kill, R.C and Baker, C.G.J Food Industries Manual, Springer - Verlag [7] - Silvarolla, M. et al Plant biochemistry: A naturally decaffeinated arabica coffee. Nature. 429 (826) (June) [8] Ramalakshmi, K. and Raghavan, B.(1999) 'Caffeine in Coffee: Its Removal. Why and How?', Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 39: 5, 447,448; [9] Ramalakshmi, K. and Raghavan, B Caffeine in Coffee: Its Removal. Why and How?, CriticalReviews in Food Science and Nutrition, 39: 5, 450; [10] S. Gokulakrishnan, K. Chandraraj, and Sathyanarayana N. Gummadi Microbial and enzymatic methods for the removal of caffeine, 37: 7, [11]King, M. B., and Theodore Reginald Bott Extraction of natural products using near critical solvents.bishopbriggs, Glasgow.Blackie Academic and Proffesional. Adaptado. [12] Zosel, Kurt. 1974; Process for recovering caffeine; US Patent 3,806,619, filed May 3, 1972 and issued Apr 23, [13] SGS Société Générale de Surveillance. Qualidade à chávena. (consultado a 10 de Outubro de 2010) [14] Nestlé. Mercado. (consultado a 10 de Outubro de 2010) [15] DN (Diário de Notícias) Portugueses consomem pouco café. (consultado a 10 de Outubro de 2010) [16]Delta. Delta, os consumidores e a comunidade. (consultado a 11 de Outubro de 2010) 20

22 [17] Delta. Processo. (consultado a 11 de Outubro de 2010) [18] Delta. Enquadramento. (consultado a 11 de Outubro de 2010) 21