Isótopos estáveis e produção de bebidas: de onde vem o carbono que consumimos?

Oliveira, Ana Cristina B.; Salimon, Cleber I.; Calheiros, Débora Fernandes; Fernandes, Fernando Antonio; Vieira, Ivan; Charbel, Luiz Fernando; Pires, Luiz Fernando; Salomão, Marcos S.M.B.; Nogueira, Sandra Furlan; Vieira, Simone; Moreira, Marcelo Zacharias; Martinelli, Luiz Antônio; Camargo, Plínio Barbosa de

doi:10.1590/S0101-20612002000300015

Resumos

A composição isotópica do carbono (delta13C) foi utilizada na determinação da origem botânica (C3 x C4) de amostras de café, vinho, cerveja e vodka, de diferentes marcas e procedências, comercializadas no Brasil. Dentre as marcas de café analisadas, apenas uma apresentou um elevado percentual de plantas C4 em sua composição, evidenciado pelo valor de delta13C (-16,2‰). Os valores de delta13C das amostras de vinhos brasileiros, variaram entre -25,1 e -17,1‰, indicando a presença de carbono de origem C4 nas amostras que tiveram os maiores valores de delta13C. Duas marcas de vinhos importados, por sua vez, apresentaram delta13C característico de planta C3 (-27,1 e -26,3‰). Os valores de delta13C das vodkas importadas variaram entre -26,4 e -23,9‰, e as brasileiras entre -12,8 e -11,8‰, excetuando-se uma marca que apresentou valor -23,1‰. As marcas de cervejas importadas, em sua maioria, apresentaram valores mais negativos (-27,3 a -20,7‰) que as nacionais (-25,9 a -18,4‰). Estes resultados evidenciam a eficiência desta metodologia na determinação da origem do C e percentual de mistura destas bebidas.

isótopo estável; carbono; café; vinho; vodka; cerveja

We used the carbon isotopic composition (delta13C) to determine the botanical origin (whether C3 or C4) of coffee, wine, beer and vodka samples from different brands and origins commercialized in Brazil. Only one coffee sample showed a delta13C typical of a mixture with C4 plants (delta13C -16.2‰). The Brazilian wine samples varied from delta13C -25.1 to -18.6‰, indicating the presence of carbon from C4 plants in samples with greater values, while the imported wine showed delta13C characteristic of C3 plants (-27.1 and -26.3‰). Imported vodka also showed delta13C typical of C3 plants (-26.4 and -23.9‰), while Brazilian counterparts were typically made from C4 plants (-12.8 to -11.8‰), except for one sample (23,1‰). Most of the imported beers showed more negative d13C (-27.3 to -20.7‰) than did the Brazilian beers (-25.9 to -18.4‰). These results demonstrate the method's efficiency for tracing the carbon origin and determining the extent of blending in beverages.

stable isotope; carbon; coffee; wine; vodka; beer

Isótopos estáveis e produção de bebidas: de onde vem o carbono que consumimos?

Stable isotopes and beverage production: where does the carbon we drink come from?

Ana Cristina B. Oliveira^I; Cleber I. Salimon^I; Débora Fernandes Calheiros^I; Fernando Antonio Fernandes^I; Ivan Vieira^I; Luiz Fernando Charbel^I; Luiz Fernando Pires^I; Marcos S.M.B. Salomão^I; Sandra Furlan Nogueira^I; Simone Vieira^I; Marcelo Zacharias Moreira^II; Luiz Antônio Martinelli^II; Plínio Barbosa de CamargoII, ^* * A quem a correspondência deve ser enviada.

^IAlunos do curso de pós-graduação do Centro de Energia Nuclear na Agricultura Universidade de São Paulo. Av. Centenário, 303, Caixa Postal 96, Piracicaba, CEP 13400-970 SP

^IIProfessores do Laboratório de Ecologia Isotópica do Centro de Energia Nuclear na Agricultura Universidade de São Paulo. Av. Centenário, 303, Caixa Postal 96, Piracicaba, CEP 13400-970 SP

RESUMO

A composição isotópica do carbono (d¹³C) foi utilizada na determinação da origem botânica (C3 x C4) de amostras de café, vinho, cerveja e vodka, de diferentes marcas e procedências, comercializadas no Brasil. Dentre as marcas de café analisadas, apenas uma apresentou um elevado percentual de plantas C4 em sua composição, evidenciado pelo valor de d¹³C (-16,2). Os valores de d¹³C das amostras de vinhos brasileiros, variaram entre -25,1 e -17,1, indicando a presença de carbono de origem C4 nas amostras que tiveram os maiores valores de d¹³C. Duas marcas de vinhos importados, por sua vez, apresentaram d¹³C característico de planta C3 (-27,1 e -26,3). Os valores de d¹³C das vodkas importadas variaram entre -26,4 e -23,9, e as brasileiras entre -12,8 e -11,8, excetuando-se uma marca que apresentou valor -23,1. As marcas de cervejas importadas, em sua maioria, apresentaram valores mais negativos (-27,3 a -20,7) que as nacionais (-25,9 a -18,4). Estes resultados evidenciam a eficiência desta metodologia na determinação da origem do C e percentual de mistura destas bebidas.

Palavras-chave: isótopo estável; carbono; café; vinho; vodka; cerveja.

SUMMARY

We used the carbon isotopic composition (d¹³C) to determine the botanical origin (whether C3 or C4) of coffee, wine, beer and vodka samples from different brands and origins commercialized in Brazil. Only one coffee sample showed a d¹³C typical of a mixture with C4 plants (d¹³C -16.2). The Brazilian wine samples varied from d¹³C -25.1 to -18.6, indicating the presence of carbon from C4 plants in samples with greater values, while the imported wine showed d¹³C characteristic of C3 plants (-27.1 and -26.3). Imported vodka also showed d¹³C typical of C3 plants (-26.4 and -23.9), while Brazilian counterparts were typically made from C4 plants (-12.8 to -11.8), except for one sample (23,1). Most of the imported beers showed more negative d¹³C (-27.3 to -20.7) than did the Brazilian beers (-25.9 to -18.4). These results demonstrate the method's efficiency for tracing the carbon origin and determining the extent of blending in beverages.

Keywords: stable isotope; carbon; coffee; wine; vodka; beer.

1  INTRODUÇÃO

No controle e inspeção de alimentos são utilizadas várias metodologias de análise de qualidade e determinação da composição de acordo com as necessidades regulamentares específicas para cada alimento.

O uso da razão isotópica do carbono (¹³C/¹²C), tem sido largamente empregado. A metodologia isotópica é especialmente útil quando a composição de bebidas e alimentos baseia-se em misturas de compostos produzidos a partir de plantas do tipo C3 e C4, pois existe uma grande diferença entre a composição isotópica destes dois tipos de plantas. Por exemplo, utiliza-se a composição isotópica para se detectar a adição de açúcar de cana (uma planta C4) durante o processo de fermentação (chaptalização) ou adição de álcool produzido a partir de cana em vinhos e brandies [8, 10, 11, 13, 15, 18]. O mesmo princípio é utilizado para detecção de açúcares de origem C4 em sucos de frutas naturais [5, 9, 11, 16] e adulteração de amostras de mel com açúcares C4 comerciais tanto produzidos a partir da cana como de milho, que também é uma planta C4 [4, 14, 19, 20].

A importância que esta metodologia vem assumindo pode ser avaliada pelo fato da mesma ser a metodologia oficial empregada nos Estados Unidos da América nas análises de controle de qualidade de pureza do mel e sucos de frutas naturais. Além disso, a União Européia, com a finalidade de detectar adição de açúcares comerciais no mosto, introduziu a partir de 1990 [6] , um rígido controle da qualidade dos vinhos baseado na análise isotópica do etanol e da água extraídos de vinhos produzidos pelos países da comunidade européia.

No Brasil, os isótopos estáveis são pouco empregados no controle de adulteração de bebidas [14]. Visando mostrar as potencialidades dessa metodologia em nosso país, determinamos a composição isotópica de algumas amostras de café, vinho, cerveja e vodka, de diferentes marcas e procedências, comercializadas no Brasil.

2. MATERIAL E MÉTODOS

A composição isotópica do carbono é expressa pela fórmula:

onde R_amostra é a razão isotópica ¹³C/¹²C da amostra e R_padrão é a razão isotópica ¹³C/¹²C do padrão. O padrão utilizado internacionalmente é a rocha calcárea (PDB) da formação Peedee do Grand Canyon nos Estados Unidos.

A base de variação isotópica em plantas resulta do fracionamento isotópico durante a fotossíntese. As plantas terrestres podem ser divididas em três grupos fotossintéticos principais, cada um com seu padrão de fracionamento isotópico específico: C3, C4 e MAC (metabolismo ácido das crassuláceas). A composição isotópica destes diferentes tipos fotossintéticos são em geral resultado de: (1) propriedades bioquímicas da fixação primária de CO₂ por ação enzimática; (2) limitações da difusão do CO₂ dentro das folhas [2] e (3) relação entre a pressão interna de CO₂na câmara estomatal e a pressão externa da atmosfera [7]. As plantas com via fotossintética C3(ex.: uva, arroz, maçã, cevada, etc.), reduzem o CO₂ para fosfoglicerato (um composto de três carbonos) através da enzima RuBP-carboxilase. Esta enzima discrimina o ¹³CO₂, resultando em valores de d¹³C relativamente baixos, entre -32 e -23, com média de -27 [2]. Por outro lado, plantas C4 (ex.: cana-de-açúcar, milho, sorgo, etc.) reduzem o CO₂ a ácido aspártico ou ácido málico, ambos compostos com quatro carbonos, através da enzima PEP-carboxilase. Esta enzima não discrimina o ¹³C como a RuBP-carboxilase, desta forma plantas C4 têm valores de d¹³C relativamente mais altos. Tais valores variam entre -15 e -9, com média de -13 [2]. Assim, as espécies C3 e C4 têm valores distintos de d¹³C, que não se sobrepõem, sendo possível, portanto, a utilização desses valores na determinação da fonte de carbono.

A determinação da razão isotópica permite uma comparação dos valores de d¹³Cdas fontes com o valor de d¹³Cdo produto. Assim, quando existem somente duas fontes isotopicamente distintas, o valor de d¹³C do produto refletirá a quantidade das duas fontes presentes no produto, que pode ser quantificado pela equação de mistura ou diluição isotópica:

onde, d¹³C₃ e d¹³C₄ são a composição isotópica de plantas C3 e C4, respectivamente.

No Laboratório de Ecologia Isotópica do Centro de Energia Nuclear na Agricultura (USP) foram analisadas 22 amostras de cerveja, 14 de vinho, 7 de vodka e 20 de café, que foram adquiridas em estabelecimentos comerciais entre agosto e setembro de 2000.

A composição isotópica destas amostras foi determinada em um espectrômetro de massa de razão isotópica (IRMS) Finnigan MAT Delta Plus. No momento da análise, os frascos de cervejas, vinhos e vodkas foram abertos e uma alíquota coletada diretamente, por meio de um capilar de vidro. A seguir, metade do volume do capilar foi recebido em uma cápsula de estanho contendo o fundo coberto por uma pequena quantidade de fase sólida CHROMOSORB W (30 - 60mesh). Logo a seguir, para evitar evaporação, foi realizado o empacotamento apropriado da cápsula e sua colocação imediata no amostrador do analisador elementar (Carlo Erba EA 1110 CHNS). As amostras de café em pó foram pesadas e colocadas também em cápsulas de estanho. Após a oxidação da matéria orgânica presente nas amostras e separação cromatográfica do gás CO₂, este foi carreado para o espectrômetro e as concentrações isotópicas do C medidas.

3 RESULTADOS E DISCUSSÃO

O café é uma planta do tipo fotossintético C3, portanto, seus valores isotópicos, caso não haja nem um tipo de mistura, devem seguir os valores normalmente encontrados em plantas C3. A maioria dos valores de d¹³C de amostras de café variaram de -28,2 a -26,1 (Tabela 1), comparando-se estes valores com o valor de referência encontrado na Tabela 2, conclui-se que nenhum material de origem C4 foi misturado ao café. O fato de se ter valores isotópicos em amostras de café que foram cerca de 2 mais negativos que a referência, pode ser atribuído a diferentes graus de fracionamento isotópico entre o CO₂ atmosférico e as plantas. Este fracionamento distinto entre variedades de plantas de café pode ser atribuído as condições de cultivo, como estresse hídrico, ou diferenças climáticas entre regiões de cultivo. Por exemplo, variedades de café que foram irrigadas tiveram valores de d¹³C entre -28,3 e -26,5, enquanto aquelas submetidas a estresse hídrico tiveram valores de d¹³C variando entre -26,0 e -24,1 [12]. A exceção a este padrão foi a amostra número 20, que teve um valor de d¹³C igual a 16,2, indicando claramente a presença de plantas de origem C4 misturadas ao café (Figura 1).

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De acordo com a Associação Brasileira da Indústria de Café (ABIC), a legislação brasileira não permite nenhum tipo de mistura no pó-de-café comercializado, e aceita apenas 1% de impureza dos grãos, que consiste na mistura da casca do próprio fruto no processo de moagem. Apesar disto, os resultados de testes de qualidade realizados por esta associação detectaram adulteração pela adição de até 70% de milho em algumas marcas de café [1]. Baseando-se nos valores isotópicos encontrados, e utilizando-se a equação (2), estimamos que a amostra 20 teve aproximadamente 70% de plantas C4 em sua composição. Apesar de discriminar na embalagem a adição de amido, a empresa não discriminou o percentual de amido presente na mistura.

Nas amostras de vinho, dois grupos foram distinguidos: as amostras de vinho produzidas em outros países (amostras 21 e 22) e as produzidas no país. As amostras importadas tiveram valores de d¹³C mais negativos (-27,1 e -26,3) enquanto as nacionais variaram entre -25,1 e -17,1 (Tabela 1). Esta distinção provavelmente é devida ao fato de que no processo de fabricação do vinho, segundo a legislação brasileira, pode ser adicionado até 30% de açúcar de cana ao mosto antes da fermentação, processo conhecido como chaptalização. Por exemplo, baseando-se nesse percentual e utilizando-se a equação (2) e os valores de referência da Tabela 2, estima-se que um vinho contendo 30% de açúcar em seu mosto, deveria ter uma composição isotópica de -22,5. Valores isotópicos muito acima deste indicariam uma adição maior de açúcar no mosto. É interessante notar que foi observada uma relação inversa (p>0,01; R²= 0,52) entre o preço das amostras de vinho e valores correspondentes de d¹³C, indicando que quanto maior o teor de açúcar adicionado, menor o preço do vinho (Figura 2). O mesmo tipo de relação foi encontrado em amostras de brandies brasileiros [13].

A vodka é uma bebida alcoólica destilada produzida a partir do amido de fonte variável. Embora o centeio seja originalmente utilizado na fabricação da vodka, o processo também emprega outros cereais, como milho, arroz e trigo. A batata também é utilizada, assim como em pequenas proporções são utilizados açúcares fermentáveis, tais como melaço de cana ou beterraba [17]. Os valores isotópicos obtidos para as diferentes marcas de vodka variaram entre -26,4 e -11,8 (Figura 1). As marcas de vodka importadas apresentaram valores isotópicos característicos de plantas C3 ou com pequena participação de C4 (Tabela 1). Por outro lado, entre as marcas brasileiras, a maioria delas apresentaram valores isotópicos estritamente de plantas C4, variando seus valores isotópicos entre -12,8 e -11,8 (Tabela 1). Apenas a amostra 37 teve um valor isotópico intermediário entre plantas C3 e C4 (d¹³C = -23,1), indicando uma mistura desses dois tipos de plantas na sua composição.

Por sua vez, a cerveja, segundo as Normas Técnicas Relativas a Alimentos e Bebidas [3] , é um produto obtido através da fermentação alcoólica produzida pela levedura Saccharomyces cerevisiae, de um mosto preparado com cevada (planta C3) maltada, lúpulo, água, adicionado ou não de açúcares ou xaropes de cana, beterraba, arroz e milho. As amostras de cervejas brasileiras apresentaram d¹³C entre 25,9 e -18,4 (Tabela 1), denotando, portanto, uma contribuição variável de plantas do tipo C4. A presença de plantas C4 em cervejas parece ser uma constante mesmo em outros países. Das nove cervejas importadas, somente a amostra 42 apresentou sinal isotópico típico de plantas C3 (Tabela 1). Os valores isotópicos das demais amostras indicaram que estas, como a maioria das cervejas nacionais, são compostas por uma mistura de fontes C3 e C4, com a contribuição de C4 podendo chegar até 60% em alguns casos. É interessante notar que, somente quatro amostras de cerveja (44, 45, 46 e 47) declaram a presença de milho (C4) em sua composição.

4 CONCLUSÕES

A metodologia de isótopos estáveis mostrou ser uma ferramenta útil para a identificação da origem do material e porcentagem de plantas C3 e C4 na composição de tipos de café e várias bebidas. A Figura 1 demonstra claramente que amostras de várias bebidas contém uma quantidade apreciável de material oriundo de plantas C4. Em alguns casos, como o do café, a presença de material C4 definitivamente altera o gosto da bebida e não é regularmente permitido. Por outro lado, para as bebidas em que a legislação permite uma composição variada, como cerveja e vodka por exemplo, a metodologia isotópica pode ser útil para detectar a presença de ingredientes não especificados no rótulo, mas que seria conveniente ou justo que o consumidor estivesse a par de sua presença.

5. REFERÊNCIAS

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Recebido para publicação em 06/07/2001. Aceito para publicação em 06/03/2002.

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*

A quem a correspondência deve ser enviada.

Datas de Publicação

Publicação nesta coleção
30 Mar 2004
Data do Fascículo
Dez 2002

Histórico

Aceito
06 Mar 2002
Recebido
06 Jul 2001

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[1] [2] BOUTTON, T.W. Stable carbon isotope ratios of natural materials: II. Atmospheric, terrestrial, marine, and freshwater environments. In: COLEMAN, D.C.; FRY, B. (Ed.) Carbon isotope techniques New York: Academic Press, 1991. cap.11, p. 173-185.

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