A Química do Refrigerante

Refrigerante é uma bebida não alcoólica, carbonatada, com alto poder refrescante encontrada em diversos sabores. O vocábulo “tubaína”, empregado no interior do Brasil, é sinônimo de refrigerante regional e local. A indústria de refrigerante surgiu em 1871 nos Estados Unidos. No Brasil, os primeiros registros remontam a 1906, mas somente na década de 1920 é que o refrigerante entrou definitivamente no cotidiano dos brasileiros (ABIR, 2007). Em 1942, no Rio de Janeiro, foi instalada a primeira fábrica.

O Brasil é o terceiro produtor mundial de refrigerantes, depois dos Estados Unidos e México (Palha, 2005; Rosa e cols., 2006). Contudo, o consumo per capita é da ordem de 69 L por habitante por ano, o que coloca o país em 28º lugar nesse aspecto. A Coca-Cola e a Pepsi detêm ¾ do mercado mundial, avaliado em cerca de US$ 66 bilhões anuais (Rosa e cols., 2006).

Entre 1988 e 2004, o mercado nacional cresceu 165%, verificando-se também um aumento da participação de refrigerantes regionais (de 9% para 32%). A Coca-Cola e a Companhia de Bebidas das Américas (AmBev) detinham, em 2004, 68% do mercado (Rosa e cols., 2006).

Os ingredientes que compõem a formulação do refrigerante têm finalidades específicas e devem se enquadrar nos padrões estabelecidos. São eles:

Água: Constitui cerca de 88% m/m do produto final. Ela precisa preencher certos requisitos para ser empregada na manufatura de refrigerante (Palha, 2005):

- Baixa alcalinidade: Carbonatos e bicarbonatos interagem com ácidos orgânicos, como ascórbico e cítrico, presentes na formulação, alterando o sabor do refrigerante, pois reduzem sua acidez e provocam perda de aroma;

- Sulfatos e cloretos: Auxiliam na definição do sabor, porém o excesso é prejudicial, pois o gosto ficará demasiado acentuado;

- Cloro e fenóis: O cloro dá um sabor característico de remédio e provoca reações de oxidação e despigmentação, alterando a cor original do refrigerante. Os fenóis transferem seu sabor típico, principalmente quando combinado com o cloro (clorofenóis);

- Metais: Ferro, cobre e manganês aceleram reações de oxidação, degradando o refrigerante;

- Padrões microbiológicos: É necessário um plano de higienização e controle criterioso na unidade industrial, que garantam à água todas as características desejadas: límpida, inodora e livre de microorganismos.

Açúcar: É o segundo ingrediente em quantidade (cerca de 11% m/m). Ele confere o sabor adocicado, “encorpa” o produto, juntamente com o acidulante, fixa e realça o paladar e fornece energia. A sacarose (dissacarídeo de fórmula C₁₂H₂₂O₁₁ - glicose + frutose) é o açúcar comumente usado (açúcar cristal).

Concentrados: Conferem o sabor característico à bebida. São compostos por extratos, óleos essenciais e destilados de frutas e vegetais (Palha, 2005). Sabor é a experiência mista de sensações olfativas, gustativas e táteis percebidas durante a degustação (Goretti, 2005).

Acidulante: Regula a doçura do açúcar, realça o paladar e baixa o pH da bebida, inibindo a proliferação de microorganismos. Todos os refrigerantes possuem pH ácido (2,7 a 3,5 de acordo com a bebida). Na escolha do acidulante (Tabela 1), o fator mais importante é a capacidade de realçar o sabor em questão (Palha, 2005).

O ácido cítrico (INS1 330) é obtido a partir do microorganismo Aspergillus niger, que transforma diretamente a glicose em ácido cítrico. Os refrigerantes de limão já o contêm na sua composição normal.

O ácido fosfórico (INS 338) apresenta a maior acidez dentre todos aqueles utilizados em bebidas. É utilizado principalmente nos refrigerantes do tipo cola.

O ácido tartárico (INS 334) é usado nos refrigerantes de sabor uva por ser um dos seus componentes naturais.

Antioxidante: Previne a influência negativa do oxigênio na bebida. Aldeídos, ésteres e outros componentes do sabor são susceptíveis a oxidações pelo oxigênio do ar durante a estocagem. Luz solar e calor aceleram as oxidações. Por isso, os refrigerantes nunca devem ser expostos ao sol. Os ácidos ascórbico e isoascórbico (INS 300) são muito usados para essa finalidade. Quando o primeiro é utilizado não é com o objetivo de conferir vitamina C ao refrigerante, e sim servir unicamente como antioxidante.

Conservante: Os refrigerantes estão sujeitos à deterioração causada por leveduras, mofos e bactérias (microorganismos acidófilos ou ácido-tolerantes), provocando turvações e alterações no sabor e odor. O conservante (Tabela 2) visa inibir o desenvolvimento desses microorganismos (Palha, 2005).

O ácido benzoico (INS 211) atua praticamente contra todas as espécies de microorganismos. Sua ação máxima é em pH = 3. É barato e bem tolerado pelo organismo. Como esse ácido é pouco solúvel em água, é utilizado na forma de benzoato de sódio. O teor máximo permitido no Brasil é de 500 mg/100mL de refrigerante (expresso em ácido benzoico).

O ácido sórbico (INS 202) ocorre no fruto da Tramazeira (Sorbus aucuparia). É usado como sorbato de potássio e atua mais especificamente sobre bolores e leveduras. Sua ação máxima é em pH = 6. O teor máximo permitido é 30 mg/100mL (expresso em ácido sórbico livre).

Edulcorante: É uma substância (Tabela 3) que confere sabor doce às bebidas em lugar da sacarose. As bebidas de baixa caloria (diet) seguem os padrões de identidade e qualidade das bebidas correspondentes, com exceção do teor calórico.

Dióxido de carbono: A carbonatação dá “vida” ao produto, realça o paladar e a aparência da bebida. Sua ação refrescante está associada à solubilidade dos gases em líquidos, que diminui com o aumento da temperatura. Como o refrigerante é tomado gelado, sua temperatura aumenta do trajeto que vai da boca ao estômago. O aumento da temperatura e o meio ácido estomacal favorecem a eliminação do CO₂, e a sensação de frescor resulta da expansão desse gás, que é um processo endotérmico (Palha, 2005).

O processo de fabricação é feito sem qualquer contato manual e sob rigoroso controle de qualidade durante todas as etapas.

Elaboração do xarope simples: É o produto da dissolução do açúcar em água. A concentração varia entre 55 e 64% m/m (Rodrigues e cols., 2000). A dissolução do açúcar cristal em água quente reduz o risco de contaminação microbiana. O xarope é tratado com carvão ativado, que por adsorção remove compostos responsáveis por paladares e odores estranhos e reduz a cor desse xarope. Ele é armazenado em tanques esterilizados a vapor, e um filtro microbiológico evita a entrada de ar.

Elaboração do xarope composto: É o xarope simples acrescido dos outros componentes do refrigerante. Essa etapa é feita em tanques de aço inoxidável, equipados com agitador, de forma a garantir a perfeita homogeneização dos componentes e evitar a admissão de ar. A adição dos ingredientes deve ocorrer de forma lenta e cuidadosa e de acordo com a sequência estabelecida na formulação. O conservante é o primeiro componente a ser adicionado. Em caso de adição após o acidulante, forma-se uma floculação irreversível (o benzoato de sódio precipita). A adição do antioxidante ocorre minutos antes da adição do concentrado (Palha, 2005).

Concluídas as adições, mantémse o agitador ligado por 15 minutos. Ao final, retira-se uma amostra para as análises microbiológicas e físicoquímicas (como turbidez, acidez e dosagem de açúcar ou edulcorante). Somente após essas análises, o xarope pode ser liberado para o envasamento (Palha, 2005).

A preparação do xarope composto para bebidas do tipo diet ocorre em tanques específicos para tal. Elas possuem baixa susceptibilidade à contaminação por microorganismos por não conter açúcares.

Envasamento: Para as garrafas retornáveis, há uma inspeção prévia para que sejam retiradas aquelas que estejam trincadas, bicadas, lascadas, lixadas, quebradas ou com material de difícil remoção como tintas ou cimento. Após essa seleção, as garrafas são pré-lavadas com água. Elas depois são imersas em soda cáustica quente para retirada de impurezas e esterilização. Em seguida, passam pelo enxágue final com água. Uma nova inspeção e seleção são feitas nessa fase. No caso das embalagens descartáveis, não há necessidade da pré-lavagem.

A etapa final consiste no envio, por tubulações de aço inox, do xarope composto até a linha de envasamento (enchedora), na qual são adicionados água e CO₂ em proporções adequadas a cada produto. O refrigerante é envasado em baixa temperatura (3 a 12 ºC) e sob pressão para assegurar uma elevada concentração de CO₂ no produto (Palha, 2005). As linhas de CO₂ têm um filtro microbiológico e são esterilizadas a vapor. Após o enchimento, a garrafa é imediatamente arrolhada e codificada com data de validade, hora e linha de envasamento. O lacre e o nível de enchimento das garrafas são inspecionados. O ar é uma contaminação nas bebidas carbonatadas. Ele deve ser eliminado ou mantido ao mínimo. Isso se consegue trabalhando com água desaerada e desclorada e mantendo o nível do líquido em níveis corretos na embalagem. Piso, paredes, superfícies externas dos equipamentos e esteiras devem ser periodicamente tratados com desinfetante ou água quente (Palha, 2005).

A Tabela 4 mostra as embalagens usadas para refrigerantes. No passado, a embalagem universal para bebidas, de um modo geral, era o vidro. Basta recordar o conceito da embalagem (casco) retornável, que era devolvida na aquisição de um novo refrigerante. Hoje predomina a embalagem plástica descartável, pois o plástico passou a ter competitividade frente ao vidro em termos de custo, além de ser mais leve, reduzindo o risco de acidentes em caso de queda.

Prazos de validade: Eles se diferenciam entre produtos e entre embalagens do mesmo produto (Tabela 5). Estes são determinados por meio de teste de estabilidade do produto quanto às análises físicoquímicas, microbiológicas e sensoriais (Puglia, 2005). As embalagens PET tendem a ter menor validade devido à sua maior porosidade frente ao vidro e ao alumínio, levando à perda de CO2 em menos tempo (a propriedade de os gases escaparem por pequenos orifícios se chama efusão).

O refrigerante é um exemplo de como a química está inserida em nosso cotidiano, não apenas no que diz respeito à preparação desse produto, mas também no controle de qualidade necessário para que seja consumido sem risco à saúde. A Química tem um papel essencial na análise de quaisquer produtos consumidos pelas pessoas.

O refrigerante é uma ferramenta versátil e de baixo custo para aulas práticas ou demonstrativas, facilitando o aprendizado de diversos conceitos, tais como solubilidade dos gases em água, interações químicas (dipolo permanente – dipolo induzido), pK_a, pH e efeito da pressão e da temperatura no comportamento dos gases.

1. INS - International Numbering System ou Sistema Internacional de Numeração de Aditivos Alimentares, elaborado pelo Comitê do Codex sobre Aditivos Alimentares e Contaminantes de Alimentos (CCFAC) como um sistema numérico de identificação desses aditivos em alternativa à declaração de seus nomes.

Originalmente, o artigo apresenta sugestões de experimentos com o tema "Refrigerantes".