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Brazilian Journal of Food Technology

versão On-line ISSN 1981-6723

Braz. J. Food Technol. vol.21  Campinas  2018  Epub 13-Nov-2017

http://dx.doi.org/10.1590/1981-6723.6217 

Original Article

Decomposição de amostras de cerveja com sistema de refluxo para determinação monoelementar por F AAS/AES e determinação multielementar por MIP OES

Beer sample decomposition using a reflux system for the monoelementar determination by F AAS/AES and multielementar determination by MIP OES

Paulo Roberto Pereira de Leão1 

Aline Lisbôa Medina1  * 

Mariana Antunes Vieira1 

Anderson Schwingel Ribeiro1 

1Universidade Federal de Pelotas (UFPel), Centro de Ciências Químicas, Farmacêuticas e de Alimentos, Laboratório de Metrologia Química (LabMeQui), Capão do Leão/RS - Brasil

Resumo

Neste trabalho, é descrito o desenvolvimento de um método analítico para análise de amostras de cervejas por técnicas de espectrometria. As amostras foram preparadas por decomposição em meio ácido, em um sistema de refluxo, e as determinações foram realizadas por F AAS (Fe, Mg e Zn), F AES (Na) e MIP OES (Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn). As melhores condições para a decomposição da amostra foram obtidas através de estudo com delineamento composto central rotacional: volume de 10,0 mL de cerveja desgaseificada, adição de 5,0 mL de HNO3 e 2,0 mL H2O2, seguida por uma etapa de aquecimento em bloco digestor a 160 °C, por 93 min. Os limites de quantificação do método foram ≤ 0,100 mg L-1 para todos os elementos investigados, independentemente da técnica analítica utilizada, ficando abaixo, por exemplo, dos valores estipulados para Zn e Ni, pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária do Brasil. Os estudos comparativos entre as diferentes técnicas avaliadas mostraram, pelo teste T com nível de 90% de confiança, que não há diferença significativa para as determinações de Fe, Mg, Na e Zn nas amostras de cerveja. O método de preparo da amostra proposto mostrou ser simples, rápido, de baixo custo e confiável, para análise de cervejas nas diferentes técnicas de espectrometria atômica.

Palavras-chave:  Decomposição ácida; Técnicas espectrométricas

Abstract

This study describes the development of an analytical method for the analysis of beer samples by atomic spectrometric techniques. The samples were prepared by acid decomposition using a reflux system, and the determinations carried out by F AAS (Fe, Mg and Zn), F AES (Na) and MIP OES (Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni and Zn). The best conditions for sample decomposition were obtained by way of studies using a central rotational compound design: 10.0 mL of degassed beer followed by the addition of 5.0 mL of HNO3 and 2.0 mL H2O2 and a heating step in the digester block at 160 °C for 93 min. The quantification limits of the method were ≤ 0.100 mg L-1 for all the analytes investigated, regardless of the analytical technique used, values below those established by the Brazilian Health Surveillance Agency for Zn and Ni, for example. The comparative study of the different techniques showed that, according to the t-test at a 90% level of confidence, there was no significant difference for the determinations of Fe, Mg, Na and Zn in the beer samples. The sample preparation method was shown to be simple, fast, low-cost and reliable for the analysis of beers by the different atomic spectrometry techniques.

Keywords:  Acid decomposition; Spectrometric techniques

1 Introdução

A cerveja é uma bebida fermentada a partir de cereais maltados, normalmente de malte de cevada, com ou sem materiais ricos em amido, e aromatizada por lúpulo (AGU, 1995; KEUKELEIRE, 2000). O corpo da cerveja é fornecido pelo malte de cevada, sendo que podem ser utilizados adjuntos ricos em amido, substituindo os ingredientes originais por outros, tais como arroz, milho ou trigo (MARDEGAN et al., 2013). Atualmente, é uma das bebidas mais consumidas no mundo, sendo que, em 2013, o Brasil estava entre os maiores produtores, atrás apenas dos Estados Unidos e da China (CERVBRASIL, 2016). No Brasil, o consumo anual de cerveja é de 47 L/pessoa, enquanto que, para República Checa, Irlanda e Alemanha, maiores consumidores mundiais, o consumo é de 159, 131 e 115 L/pessoa, respectivamente (CNBC, 2017). Estudos indicam que a cerveja pode trazer benefícios à saúde humana quando ingerida de forma moderada, devido à presença de certos componentes, como antioxidantes, fibras, vitaminas e minerais (BAMFORTH, 2002).

Elementos minerais e metálicos encontrados na cerveja podem ser provenientes de fontes naturais (solo, água, cereais, lúpulo e levedura), bem como da contaminação ambiental ‒ fertilizantes e pesticidas ‒, do processo industrial ou de embalagens (POHL; PRUSISZ, 2007; LI et al., 1993). Desse modo, o controle desses elementos é de extrema importância, considerando-se que podem interferir nas características da cerveja de maneira desejável ou indesejável, afetando sua produção e podendo, assim, não manter um padrão de qualidade para o produto.

A quantificação de metais em amostras de cerveja, geralmente, é realizada através de técnicas espectrométricas (POHL; PRUSISZ, 2007; ONIANWA et al., 1999; BELLIDO-MILLA et al., 2000; OÑATE-JAÉN et al., 2006; ALCÁZAR et al., 2002, MATSUSHIGE; OLIVEIRA, 1993; PASSAGHE et al., 2015). A espectrometria de emissão atômica com plasma induzido por micro-ondas (MIP OES) é uma nova e interessante alternativa, não só por apresentar características de análise multielementar, o que diminui o tempo da análise e o consumo de amostra, mas também por utilizar um plasma de nitrogênio, que é proveniente de gerador alimentado por ar comprimido, diminuindo, assim, significativamente, os custos das análises.

Para a determinação de metais por técnicas de espectrometria atômica, em que se utiliza a introdução da amostra no equipamento por sistema de nebulização, se faz necessário que a amostra esteja em solução. Embora a cerveja seja uma amostra na forma líquida, sua composição apresenta compostos orgânicos solúveis e frequentemente precipitados em suspensão, o que pode causar interferências (espectrais e não espectrais) nas técnicas de espectrometria atômica, efeito de transporte e obstrução (WIECZOREK et al., 2017; MOORE, 1989). A etapa de preparo da amostra visa eliminar efeitos de matriz e demais problemas, garantindo a exatidão e a eficiência da análise. Uma alternativa para a determinação de metais é o uso de um sistema de refluxo para as decomposições em sistema aberto, o qual evita perdas por volatilização, já que, durante o processo de condensação no dedo frio, a solução formada retém as espécies volatilizadas e, durante o processo de gotejamento, retorna ao meio reacional. Diversas aplicações com esse sistema podem ser encontradas na literatura, como em amostras de arroz (OLIVEIRA et al., 2016; PINHEIRO et al., 2014), goma xantana (ROSA et al., 2016) e amostras biológicas (ORESTE et al., 2013), tecido de ostras (NANO et al., 2009) e vinho (FERREIRA et al., 2009).

Neste trabalho, foi avaliado o uso do sistema de refluxo com dedo frio em sistema aberto para a decomposição de amostras de cerveja, para a posterior determinação de Fe, Mg e Zn por F AAS, Na por F AES e Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn por MIP OES. O objetivo foi desenvolver um método eficiente de preparo de amostra em cerveja que apresentasse baixo custo, segurança para o monitoramento e controle da qualidade do produto final. Entre as amostras avaliadas, estão cervejas de grandes marcas comerciais e cervejas artesanais produzidas no Brasil.

2 Material e métodos

2.1 Reagentes

Todos os reagentes utilizados foram de grau analítico. Para o preparo das soluções, utilizou-se água deionizada, obtida a partir de um sistema de destilação em um destilador de vidro (MA078/5, Marconi, SP) e, posteriormente, eluída em um deionizador (CS1800 Evolution, Permution, PR). Soluções de trabalho para Mg e Na foram preparadas por diluições feitas a partir de uma solução estoque para AAS contendo 1.000 mg L-1 (Fluka, Buchs, Suíça). Para Zn e Fe, as soluções de trabalho foram obtidas de forma semelhante, a partir de soluções estoque que foram preparadas a uma concentração de 1.000 mg L-1 de Tritisol® (Merck, Darmstadt, Alemanha), em água deionizada. Para Ni, Mn, Ca e K, foi utilizada a solução padrão multielementar para ICP n.º 6, 100 mg L-1 (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, EUA). Na etapa de preparo das amostras, foram utilizados HNO3 65% v/v (Synth, Diadema, Brasil), bidestilado abaixo do seu ponto de ebulição, em um destilador de quartzo MA-075 (Marconi, Piracicaba, Brasil), e H2O2 30% v/v (Merck, Darmstadt, Germany). Toda a vidraria e os materiais de laboratório foram descontaminados por imersão em HNO3 10% v/v por, pelo menos, 24 h, sendo posteriormente lavados com água deionizada e secos à temperatura ambiente antes de seu uso.

2.2 Amostras

As amostras avaliadas foram cervejas de marcas comerciais e cervejas artesanais produzidas no Brasil. Um total de 23 amostras de cerveja dos tipos porter, lager, pale ale e weiss foi adquirido em mercado local (Pelotas-RS, Brasil), sendo seu conteúdo homogeneizado e desgaseificado em banho ultrassônico [40 (H) S Elmasonic, Elma, Singen, Alemanha] por 15 min antes dos experimentos ou armazenado a -18 °C. Para o desenvolvimento do método, foi utilizada uma cerveja tipo porter (amostra 1). Além desta, outras três amostras de cerveja dos tipos lager (amostra 2), pale ale (amostra 3) e weiss (amostra 4) foram utilizadas para verificar a exatidão do método, através de ensaios de adição e recuperação. Para o estudo comparativo entre as técnicas monoelementar (F AAS e F AES) e multielementar (MIP OES), novos lotes das mesmas amostras foram adquiridos, numerando-os de 5 a 8. Após a verificação da exatidão, o método foi aplicado na determinação de Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn em outras 15 amostras de cerveja, por MIP OES (amostras 9 a 23).

2.3 Preparo da amostra

O preparo das amostras foi realizado através de decomposição ácida em bloco digestor convencional (modelo MA-4025, Marconi, Brasil), utilizando-se tubos digestores acoplados a um sistema de refluxo com recirculação de água a 15 °C, proveniente de um banho termostatizado (modelo Q-214M2, Quimis, São Paulo, SP, Brasil). Em cada tubo reacional, foi introduzido um dedo frio, o que permite o uso de temperaturas superiores ao ponto de ebulição dos ácidos no bloco digestor. Embora o meio reacional não alcance a mesma temperatura aplicada no bloco digestor, outros fenômenos, como transferência de calor e turbulência, promovem uma decomposição mais rápida e eficiente.

O procedimento de digestão foi otimizado através de um planejamento estatístico e foi aplicado para todas as amostras, conforme segue: 10,0 mL da amostra desgaseificada e 5,0 mL de HNO3 foram adicionados no tubo digestor com auxílio de micropipetas, seguido de uma etapa de aquecimento com o bloco digestor a 160 °C, por 75 min. Posteriormente a um breve resfriamento, foram adicionados 2,0 mL de H2O2 e novamente aquecido por mais 18 min, para a completa mineralização, obtendo-se, por fim, uma solução resultante que foi quantitativamente transferida e avolumada a 25,0 mL com água deionizada.

Para o desenvolvimento deste procedimento, foi empregado um delineamento composto central rotacional (DCCR), 23 com 3 pontos centrais e 6 pontos axiais, considerando-se as seguintes variáveis independentes: volume de amostra (de 2,5 a 10 mL), temperatura do bloco digestor (de 120 a 160 °C) e tempo de decomposição (de 30 a 120 min). Os ensaios foram realizados em triplicata e de forma aleatória, de acordo com a ordem das análises arranjadas pelo software Statistica 10.0 (StatSoft, Inc., Tulsa, OK, EUA), com nível de significância de 95%; consideraram-se, como variáveis dependentes, os sinais analíticos para os elementos Zn, Mg e Na. Os volumes de amostra foram normalizados para 1,0 mL, a fim de evitar interferências dos resultados. Para verificação da exatidão do método, foram realizados ensaios de recuperação com três valores de concentração, intermediários à curva de calibração, para cada elemento investigado, os quais foram adicionados à amostra, previamente à decomposição.

Após o desenvolvimento do método, o mesmo foi aplicado a 15 amostras de cervejas artesanais (amostras 9 a 23) para a determinação de Ca, Fe, K, Mn, Na, Ni e Zn, por MIP OES.

2.4 Determinações por F AAS/AES e MIP OES

As determinações monoelementares de Fe, Mg, Na e Zn foram realizadas em um espectrômetro de absorção atômica por chama Perkin Elmer AAnalyst 200 (Shelton, CT, EUA), equipado com lâmpada de deutério, para correção do sinal de fundo, e lâmpadas de cátodo oco Perkin Elmer (Shelton, CT, EUA), para cada analito. Os parâmetros instrumentais foram utilizados conforme as recomendações do fabricante. Foi utilizada a chama de ar/acetileno, com a pureza do gás oxidante de 99,7% (Linde, São Paulo, Brasil), numa vazão de ar de 10,0 L min-1, acetileno de 2,37 L min-1 para Na e 2,75 L min-1 para Zn, Mg e Fe.

As determinações multielementares de Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn foram realizadas utilizando-se um espectrômetro de emissão atômica com plasma induzido por micro-ondas MIP 4200 da Agilent Tecnologies (Melbourne, Austrália), equipado com um nebulizador e uma câmara de nebulização ciclônica de vidro dupla passagem. Nitrogênio foi extraído do ar utilizando-se um gerador de nitrogênio 4107 (Agilent Technologies, Melbourne, Austrália). O alinhamento da tocha e a calibração do comprimento de onda de cada elemento foram realizados utilizando-se uma solução de calibração em meio de HNO3 semelhante às amostras, sendo otimizados automaticamente pelo instrumento com o MP Expert Software (versão 1.5.1.0, Agilent Technologies, Melbourne, Austrália). As condições operacionais para cada elemento analisado, como comprimento de onda, posição de observação no plasma e fluxo do nebulizador, respectivamente, foram: Ca 393,366 nm, posição 10, 0,6 L min-1; Fe 371,933 nm, posição zero, 0,75 L min-1; K 766,491 nm, posição 10, 1,0 L min-1; Mg 285,213 nm, posição 10, 0,7 L min-1; Mn 403,076 nm, posição zero, 0,9 L min-1; Na 588,995 nm, posição zero, 1,0 L min-1; Ni 352,454 nm, posição zero, 0,7 L min-1; Zn 213,875 nm, posição zero, 0,55 L min-1.

2.5 Parâmetros de mérito

Os parâmetros de mérito avaliados incluem linearidade, precisão, limite de detecção (LD) e limite de quantificação (LQ). As curvas de calibração foram preparadas no mesmo meio ácido utilizado no preparo das amostras. Análise de variância (ANOVA) e teste t pareado no nível de 90% de significância foram utilizados para comparação entre os métodos utilizados.

3 Resultados e discussões

3.1 Preparo de amostra

A determinação elementar através de técnicas espectrométricas pode estar acompanhada de algumas limitações, como efeitos de matriz e particularidades dos equipamentos, o que necessita de um preparo de amostra eficiente, previamente às determinações. Um exemplo disso é o MIP OES, que usa um plasma de nitrogênio, menor se comparado ao plasma induzido de argônio. Esse plasma de menor energia reflete em limitações ao teor de acidez (máximo de 5% v/v) e sólido dissolvido (3% m/v), de acordo com o fabricante do equipamento. Assim, a etapa de preparo das amostras é fundamental para a eficiência das determinações, para diminuir interferências no equipamento, como depósitos na tocha, não permitindo, por exemplo, o uso de amostragem direta ou a matriz na forma de uma suspensão. O mesmo acontece com o F AAS/AES, que, ao ser utilizado com amostras sem prévia decomposição, causa incrustação de partículas no nebulizador ou queimador. Em amostras de cerveja, embora sejam amostras na forma líquida, nem mesmo um processo de centrifugação elimina esse problema, relatado por diferentes autores, originando sinais de absorção/emissão flutuantes e não reprodutíveis, além de oscilações na chama (BELLIDO-MILLA et al., 2000; HERGENREDER, 1991; MATUSIEWICZ; KOPRAS, 1997; BORRIELLO; SCIAUDONE, 1980).

Os resultados obtidos a partir do DCCR para Na, Mg e Zn, pelas técnicas de F AAS/AES, estão apresentados na Tabela 1, os quais permitem avaliar os parâmetros estatisticamente significativos no preparo da amostra, utilizando-se decomposição ácida com o sistema de refluxo. O Diagrama de Pareto, para cada analito, é apresentado na Figura 1. Entre todas as variáveis investigadas e de acordo com o Diagrama de Pareto, para Zn (Figura 1A), apenas a temperatura foi estatisticamente significativa; para Mg (Figura 1B), apenas o volume da amostra, e para Na (Figura 1C), nenhuma das variáveis se mostrou significativa. Os modelos gerados estão adequados para a descrição dos resultados e as superfícies de respostas são apresentadas na Figura 2.

Tabela 1 Matriz do DCCR para a decomposição da amostra e determinações de Mg, Na e Zn por F AAS. 

Ensaios Variáveis independentes Variáveis dependentes
Volume de amostra (mL) Temperatura
(°C)
Tempo
(min)
Mg Na Zn
1 4,4 130 48 0,4180 5729 0,8567
2 8,2 130 48 0,2361 3941 0,8390
3 4,4 150 48 0,4136 5781 0,8347
4 8,2 150 48 0,2341 3885 0,8310
5 4,4 130 130 0,4179 5636 0,8143
6 8,2 130 130 0,2335 3788 1,2590
7 4,4 150 130 0,4120 5749 0,8143
8 8,2 150 130 0,2352 3962 1,2580
9 2,5 130 75 0,3905 4839 0,8067
10 10,0 130 75 0,1951 3471 0,8807
11 6,30 120 75 0,7529 11640 1,2757
12 6,30 160 75 0,2956 4491 1,2653
13 6,30 140 30 0,2973 4459 0,8067
14 6,30 140 120 0,2952 4477 0,8790
15 (C) 6,30 140 75 0,2985 4587 0,8623
16(C) 6,30 140 75 0,2989 4655 0,8617
17(C) 6,30 140 75 0,2993 4620 0,8683

Figura 1 Diagrama de Pareto a 95% de confiança para Zn (A), Mg (B) e Na (C). 

Figura 2 Gráficos de superfície de respostas: (A) relação entre volume (mL) × temperatura (°C) para Zn; (B) relação entre temperatura (°C) × volume (mL) para Mg. 

Alguns autores relatam o uso de maiores volumes de amostra, variando de 10 a 50 mL na abertura das amostras, para determinação dos minerais e contaminantes em cerveja (POHL; PRUSISZ, 2007; BELLIDO-MILLA et al., 2000; ALCÁZAR et al., 2002). Neste estudo, para Zn (Figura 2A), os valores de volume estudados não apresentaram diferença estatisticamente significativa, enquanto que, para Mg (Figura 2B), os valores inferiores ao ponto central foram os que originaram resultados satisfatórios. Entretanto, quando volumes abaixo do ponto central foram utilizados, não era possível realizar a determinação de elementos em baixa concentração. Ao utilizar o maior volume (10 mL), foi possível realizar a determinação dos elementos minoritários nas amostras, bem como o Mg, que se apresenta em maior concentração. Portanto, foi escolhido o maior volume de amostra estudado (10 mL), pois este mostrou ser mais eficiente para todos os analitos, com melhores LDs e LQs.

O uso da temperatura um pouco acima do ponto de ebulição do ácido nítrico para decomposição da amostra é relatado na literatura, em muitos estudos (LOPEZ et al., 1998; MENA et al., 1996; HUSÁKOVÁ et al., 2007). Na Figura 2A, observa-se que, para o Zn, as temperaturas abaixo de 130 °C e acima de 150 °C geram resultados satisfatórios. Assim, foi escolhido o maior valor de temperatura (160 °C), para permitir, com melhor eficiência, o rompimento de ligações entre os elementos e peptídeos na cerveja, que atuam na formação da espuma (PALMER, 2006). Além dos benefícios já comentados anteriormente, como uma melhor eficiência na transferência de calor e aumento na turbulência do meio reacional, maior valor de temperatura torna o processo mais eficiente, em um tempo menor para o preparo das amostras de cerveja.

Para períodos mais longos de decomposição, foi observada a formação de material em suspensão, o que pode causar entupimento do sistema de nebulização dos equipamentos. Para evitar este problema durante as medições instrumentais, foi escolhido um tempo intermediário (93 minutos).

Durante a decomposição da amostra, foi utilizado o volume de 5 mL de HNO3, o qual, em testes preliminares, mostrou-se necessário para a completa decomposição da matriz, para não ocorrerem depósitos na tocha e inviabilizar as determinações. Por tratar-se de uma amostra líquida em meio aquoso, altas diluições do ácido poderiam eliminar o seu poder oxidante.

Após a análise do DCCR, as seguintes condições de decomposição da amostra, para determinação multielementar em cerveja, foram aplicadas: 10,0 mL de amostra, 5,0 mL de HNO3, 160 °C para a temperatura do bloco digestor e 93 min de aquecimento, sendo que 18 min desse tempo foram aplicados após a adição de 2,0 mL de H2O2. A precisão e a exatidão do método foram avaliadas pelos ensaios de recuperação. Além da cerveja porter (amostra 3), utilizada no desenvolvimento do método, os ensaios de recuperação foram realizados também em cerveja pale ale, lager e weiss, cujos resultados estão apresentados nas Tabelas 2 e 3. Para isso, diferentes técnicas analíticas foram utilizadas: F AES para Na, F AAS para Fe, Mg e Zn e MIP OES para Ca, K, Mn e Ni. Os valores obtidos pelo teste de recuperação variaram entre 80 e 120%, para todos os analitos, apresentando uma média de recuperação de 101, 99 e 101, para F AAS, F AES e MIP OES, respectivamente. Esses dados mostram que o método de preparo de amostra pode ser aplicado com segurança nas diferentes técnicas de espectrometria atômica, pois este forneceu resultados exatos e precisos, com um RSD médio de 3,2%.

Tabela 2 Concentrações antes e após as adições de Fe, Mg, Na e Zn nas amostras de cervejas (n=3) do tipo pale ale (1), lager (2), porter (3) e weiss (4), pela técnica F AAS/AES. 

Elemento Técnica Volume
adicionado
(mg L-1)
Amostra 1 Amostra 2 Amostra 3 Amostra 4
Valor encontrado % Recuperação Valor encontrado % Recuperação Valor encontrado % Recuperação Valor encontrado % Recuperação
Fe F AAS 0 0,100 ± 0,004 - 0,18 ± 0,01 - 0,36 ± 0,01 - 0,54 ± 0,02 -
0,5 0,580 ± 0,010 96,00 0,62 ± 0,01 88,00 0,84 ± 0,01 96,00 0,95 ± 0,03 82,00
0,75 0,740 ± 0,010 85,33 0,82 ± 0,02 85,33 1,25 ± 0,07 118,66 1,28 ± 0,04 98,66
1,25 1,110 ± 0,010 80,80 1,23 ± 0,05 84,00 1,45± 0,02 87,20 2,03 ± 0,03 119,20
Mg F AAS 0 59,5 ± 1,6 - 71,8 ± 2,8 - 145,1± 6,8 - 59,7 ± 4,6 -
0,65 60,1 ± 2,5 92,30 72,4 ± 2,5 92,30 145,8 ± 3,0 107,69 60,4 ± 0,8 107,69
0,9 60,5 ± 3,4 111,11 72,6 ± 4,6 88,88 146,1 ± 5,5 111,11 60,5 ± 2,0 88,88
1,4 61,1 ± 1,3 114,28 73,1 ± 0,7 92,85 146,6 ± 8,2 107,14 61,0 ± 0,3 92,85
Na F AES 0 44,1 ± 2,6 - 40,3 ± 2,1 - 59,7 ± 3,5 - 57,3 ± 2,5 -
1 45,2 ± 1,9 110,00 41,5 ± 0,6 120,00 60,5 ± 2,4 80,00 58,2 ± 4,2 90,00
2 46,4 ± 3,5 115,00 42,1 ± 3,5 90,00 61,9 ± 1,3 110,00 59,0 ± 5,9 85,00
4,5 48,0 ± 2,4 86,66 45,6 ± 3,9 117,77 64,4 ± 2,8 104,44 61,9 ± 1,9 102,22
Zn F AAS 0 0,026 ± 0,002 - 0,061 ± 0,002 - < LD - 0,39 ± 0,01 -
1 1,220 ± 0,014 119,40 1,131 ± 0,076 107,00 1,15 ± 0,05 115,00 1,55 ± 0,07 116,00
1,5 1,463 ± 0,007 95,80 1,733 ± 0,118 111,46 1,69 ± 0,09 112,66 2,11 ± 0,15 114,66
2,5 2,875 ± 0,035 113,96 2,550 ± 0,014 99,56 2,72 ± 0,01 108,80 3,16 ± 0,21 110,8

Tabela 3 Concentrações, antes e após as adições de Ca, K, Mn e Ni na amostra de cerveja Porter (amostra 1), pela técnica MIP OES (n=3). 

Elemento Valor adicionado
(mg L-1)
Valor encontrado
(mg L-1)
% Recuperação Elemento Valor
adicionado
(mg L-1)
Valor encontrado (mg L-1) % Recuperação
Ni 0 0,13 ± 0,01 (4,33) - Mn 0 0,12 ± 0,01 (4,95) -
1,5 1,72 ± 0,01 (0,34) 106,00 1,5 1,87 ± 0,01 (0,31) 116,66
7,5 7,61 ± 0,35 (4,65) 99,73 7,5 8,20 ± 0,42 (5,17) 107,73
10 8,94 ± 0,45 (5,06) 88,10 10 9,75 ± 0,49 (4,98) 96,30
Ca 0 43,27 ± 1,45 (3,34) - K 0 397,77 ± 27,78 (6,98) -
1,5 44,72 ± 0,30 (0,68) 96,66 1,5 399,04 ± 1,36 (0,34) 84,66
7,5 50,22 ± 1,94 (0,34) 92,66 7,5 406,23± 32,18 (7,92) 112,80
10 55,10 ± 0,13 (7,92) 118,30 10 408,67 ± 4,18 (1,02) 109,00

No estudo comparativo entre as determinações mono e multielementares, para a determinação de Na, Fe, Mg e Zn (Tabela 4), o teste T pareado, considerando-se nível de confiança de 90%, mostrou que não há diferenças significativas entre as técnicas utilizadas na determinação dos analitos.

Tabela 4 Concentrações de Na, Mg, Fe e Zn nas amostras de cerveja (porter, lager, pale ale e weiss), por F AAS/F AES e MIP OES (n=3). 

Amostra Ẋ ± DP (mg L-1)
Fe Mg
F AAS MIP OES F AAS MIP OES
5 0,273 ± 0,003 0,275 ± 0,001 89,47 ± 3,35 90,52 ± 0,85
6 0,113 ± 0,004 0,100 ± 0,001 63,20 ± 0,69 61,51 ± 0,35
7 0,177 ± 0,004 0,173 ± 0,006 78,75 ± 2,14 77,47 ± 1,13
8 0,111 ± 0,008 0,100 ± 0,001 82,53± 1,10 83,02 ± 0,04
Amostra Na Zn
F AES MIP OES F AAS MIP OES
5 41,80 ± 0,92 42,07 ± 0,15 1,200 ± 0,017 1,143 ± 0,012
6 25,55 ± 0,61 26,79 ± 0,52 0,994 ± 0,022 1,030 ± 0,010
7 61,25 ± 0,56 58,52 ± 0,97 0,764 ± 0,009 0,760 ± 0,010
8 38,17 ± 1,23 39,27 ± 0,63 0,857 ± 0,008 0,867 ± 0,014

Amostra 5: cerveja porter; Amostra 6: cerveja lager; Amostra 7: cerveja pale ale; Amostra 8: cerveja weiss.

3.2 Resultados analíticos

As figuras de mérito para Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn são apresentadas na Tabela 5. Os limites de quantificação (LQ) e detecção (LD) obtidos para o método proposto ficaram abaixo dos valores estipulados pela ANVISA, para determinação de Zn e Ni, que são de 1 e 0,1 mg L-1, respectivamente (BRASIL, 1965). Para os demais analitos estudados, não existem limites máximos na legislação brasileira. Além disso, observa-se que a determinação dos elementos por MIP OES é mais sensível frente à técnica monoelementar, apresentando melhores coeficientes angulares das curvas de calibração (aumento de sensibilidade), o qual, aliado a uma melhora na precisão das determinações (menor desvio padrão), forneceu baixos valores de LDs e LQs. Entretanto, no F AAS para o Mg e Zn, os valores de LD's e LQ's apresentaram-se menores do que no MIP OES, evidenciando também sua boa sensibilidade. Os valores de R2 foram de 0,999 para quase todos os analitos, com exceção do Fe, que foi de 0,996.

Tabela 5 Figuras de mérito para a determinação de Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn em amostras de cerveja, por F AES, F AAS e MIP OES. 

Elemento Técnica a
(L mg-1)
R 2 Faixa linear
(mg L-1)
Instrumental Método
LD
(µg L-1)
LQ
(µg L-1)
LD
(µg L-1)
LQ
(µg L-1)
Ca MIP OES 605804 0,999 0,5-5,0 3,0 8,0 7,0 20,0
Fe F AAS 0,0827 0,995 0,15-0,75 10,0 40,0 25,0 100,0
MIP OES 14886 0,996 5,0 20,0 10,0 50,0
K MIP OES 123229 0,999 0,5-5,0 1,0 2,0 2,0 5,0
Mg F AAS 1,1017 0,998 0,2-0,6 2,0 5,0 5,0 12,0
MIP OES 321698 0,999 3,0 8,0 7,0 20,0
Mn MIP OES 58827 0,999 0,5-5,0 0,4 1,0 1,0 3,0
Na F AES 9445 0,995 0,1-2,0 1,0 3,0 3,0 7,0
MIP OES 630543 0,999 1,0 2,0 2,0 5,0
Ni MIP OES 29508 0,999 0,5-5,0 0,4 1,0 1,0 2,5
Zn F AAS 0,4566 0,991 0,10-2,0 3,0 8,0 7,0 20,0
MIP OES 20486 0,999 6,0 15,0 15,0 40,0

a: coeficiente angular da curva de calibração; R2: coeficiente de correlação linear; LD: limite de detecção; LQ: limite de quantificação.

A Tabela 6 apresenta os resultados da aplicação do método proposto na determinação multielementar de Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn (mg L-1) por MIP OES, nas amostras de cervejas de diferentes tipos e fabricantes. A identificação das amostras é apresentada de maneira numérica e aleatória, em razão da disponibilidade de obtenção no mercado, já que grande parte das amostras são cervejas especiais; assim, conforme a obtenção e a chegada ao laboratório, as amostras foram recebendo a numeração sequencial para realização das determinações. Os valores encontrados assemelham-se aos da literatura (MATSUSHIGE; OLIVEIRA, 1993; LEWIS; BAMFORTH, 2006). O potássio foi o elemento estudado que apresentou os maiores teores em todas as amostras. Sua origem na cerveja, assim como outros íons, é proveniente do malte, o que está de acordo com outros estudos realizados, influenciando na qualidade final da bebida (LEWIS; BAMFORTH, 2006; BELLIDO-MILLA et al., 2000; ALCÁZAR et al., 2002; MARCANO et al., 2010). Para alguns elementos, como Mn, Mg e K, a cerveja pilsen apresentou os menores valores. Possivelmente, por ser uma cerveja de menor turbidez e sabores mais suaves, pode levar em sua formulação menor quantidade de matéria-prima, como o lúpulo e o malte (KEUKELEIRE, 2000), o que acarreta menores teores de alguns elementos. As cervejas dos estilos weiss (de trigo) e escuras são cervejas de maior turbidez e coloração mais intensa do que as de outros estilos (MOURA-NUNES et al., 2016). Como a etapa de clarificação remove componentes da cerveja, é esperado que as amostras com maior turbidez apresentassem maiores teores de metais que as demais cervejas, o que não aconteceu.

Tabela 6 Concentrações de Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, Ni e Zn em 15 amostras de cerveja, por MIP OES (n=3). 

Amostra Ca Fe K Mg Mn Na Ni Zn
Pale Ale 11 9,57 ± 0,02 0,213 ± 0,006 445,2 ± 11,4 75,33 ± 1,71 0,117 ± 0,006 45,47 ± 2,03 0,077 ± 0,006 1,060 ± 0,057
21 27,25 ± 0,03 0,257 ±0,012 588,2 ± 1,5 70,70 ± 0,39 0,133 ± 0,006 33,02 ±1,48 0,060 ± 0,001 0,733 ± 0,021
23 20,93 ± 0,23 0,113 ± 0,006 636,0 ± 7,3 69,34 ± 1,75 0,263 ± 0,006 91,61 ± 3,55 0,070 ± 0,001 0,675 ± 0,007
Lager 10 20,59 ± 0,42 0,170 ± 0,001 437,3 ± 4,3 59,39 ± 2,75 0,130 ± 0,001 27,85 ± 1,61 0,067 ± 0,006 1,030 ± 0,001
15 127,00 ± 2,96 0,065 ± 0,007 359,9 ± 5,0 96,59 ± 1,39 0,247 ± 0,012 54,20± 0,99 0,073 ± 0,006 0,550 ± 0,001
17 47,59 ± 0,21 0,080 ± 0,001 446,1 ± 1,6 80,05 ± 0,76 0,073 ± 0,006 36,27 ±0,21 0,080 ± 0,001 1,280 ± 0,028
Bock 18 42,27 ± 1,12 0,075 ± 0,007 452,9 ± 5,2 69,56 ± 0,17 0,095 ± 0,007 72,92 ± 0,52 0,160 ± 0,014 2,335 ± 0,163
19 27,39 ± 0,25 0,080 ± 0,001 567,2 ± 7,0 91,30 ± 0,66 0,110 ± 0,001 41,72 ± 0,32 0,095 ± 0,007 1,143 ± 0,012
20 43,51 ± 1,34 <0,050 248,2 ± 0,4 63,05 ± 0,12 0,095 ± 0,007 34,84 ± 0,20 0,165 ± 0,007 1,670 ± 0,001
Weiss 9 20,89 ± 0,08 0,185 ± 0,007 284,1 ± 4,7 63,28 ± 1,88 0,240 ± 0,010 60,82 ± 3,42 0,093 ± 0,006 0,760 ± 0,014
16 10,22 ± 0,09 <0,050 499,7 ± 17,8 79,95 ± 2,82 0,217 ± 0,006 39,57 ± 1,32 0,093 ± 0,006 1,243 ± 0,031
22 5,68 ± 0,14 0,145 ± 0,007 455,3 ± 19,2 91,76 ± 3,51 0,370 ± 0,010 61,23 ± 1,90 0,070 ± 0,001 0,960 ± 0,028
Pilsen 12 35,60 ± 0,29 <0,050 245,6 ± 3,4 45,65 ± 1,06 0,060 ± 0,001 68,01 ± 2,06 0,067 ± 0,006 1,825 ± 0,205
13 74,86 ± 0,51 0,125 ± 0,007 245,9 ± 2,9 49,88 ± 0,74 0,077 ± 0,006 59,95 ± 3,10 0,075 ± 0,007 2,580 ± 0,325
14 50,34 ± 1,96 <0,050 253,6 ± 5,5 55,69 ± 1,93 0,080 ± 0,001 58,58 ± 1,81 0,073 ± 0,006 1,980 ± 0,099

O níquel foi um elemento encontrado em todas as cervejas, em um teor médio de 0,1 mg L-1. Por ser um micronutriente essencial para as plantas (WYRZYKOWSKA et al., 2001), sua origem na cerveja pode estar relacionada ao lúpulo ou à cevada. O Zn apresenta baixos teores na cerveja (em torno de 1 mg L-1) e embora seja um elemento importante para a fermentação pelas leveduras, altos teores poderiam influenciar negativamente na formação da espuma, assim como outros elementos, como o Fe (POHL, 2008; PALMER, 2006). O Fe, Mn e Ni estão diretamente relacionados à estabilidade oxidativa da cerveja, atuando como pró-oxidantes e na formação de flavours indesejáveis, o que evidencia sua importância no monitoramento e na escolha da matéria-prima, já que os cereais utilizados na produção são fonte desses elementos para a cerveja (ZUFALL; TYRELL, 2008). De acordo com Krüger e Anger (1990), os valores encontrados para Fe e Mn, nas amostras, estão abaixo de valores representativos para desencadear reações oxidativas prejudiciais às características sensoriais da cerveja. As diferenças encontradas nos valores dos analitos, neste estudo, podem estar relacionadas a diferentes características das cervejas, como flavour, espuma e formação de aroma entre os diferentes estilos ou até mesmo entre diferentes marcas com o mesmo estilo.

Das amostras avaliadas, apenas duas cervejas apresentaram concentração de Ni acima do limite estabelecido pela legislação brasileira (> 0,1 mg L-1), e 10 amostras, acima do limite para Zn (> 1 mg L-1) (35); dentre estas, por exemplo, as amostras 18 e 20, ambas cervejas escuras, apresentaram elevados teores de Ni e Zn. Verifica-se mais uma vez a importância de um método preciso e com baixos limites de detecção e quantificação para determinação desses elementos, garantindo a qualidade e a segurança dos produtos destinados ao consumo humano.

ANOVA e teste t pareado foram utilizados para determinar diferenças estatisticamente significativas entre médias das amostras. Entre a maioria das amostras de cervejas, houve diferenças estatísticas a um p < 0,05, na maioria dos elementos. Isso pode ocorrer devido a diferentes matérias-primas empregadas na fabricação, assim como a sua origem. Outro fator que contribui para essa diferença entre os valores das cervejas é a armazenagem passível de contaminações. De maneira geral, não existe uma padronização na fabricação das cervejas artesanais, assim como ocorre nas grandes indústrias. Assim, se fazem necessárias determinações constantes para evitar variações dos minerais e evitar possíveis contaminações.

4 Conclusão

Este trabalho mostrou a viabilidade do método proposto de decomposição ácida em sistema de refluxo, para amostras de cerveja. O auxílio do planejamento estatístico propiciou a obtenção de resultados satisfatórios, independentemente da técnica utilizada nas determinações. O método desenvolvido mostrou ser de fácil aplicação e de baixo custo, quando comparado com métodos já existentes. Além disso, as amostras decompostas puderam ser avaliadas em diferentes equipamentos, evidenciando a eficiência e a versatilidade do método de preparo das amostras. O uso do MIP OES possibilitou uma maior frequência analítica, pois permite uma análise multielementar, com menores LQ, reduzindo significativamente os custos das determinações, já que necessita de pequena quantidade de amostra e não requer o uso de gases especiais.

Entre as amostras avaliadas, não há diferenças significativas entre os estilos de cerveja, em relação ao teor dos elementos estudados. Portanto, fica evidente a importância de um método simples e efetivo de monitoramento de metais nas cervejas, já que os mesmos exercem importante papel nas características do produto, bem como no controle de qualidade, evitando contaminação e padronizando a produção.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq, Processo nº 447373/2014-5) e à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES, AUXPE 2973/2011) pelo apoio financeiro e bolsas de estudo.

Cite as:Beer sample decomposition using a reflux system for the monoelementar determination by F AAS/AES and multielementar determination by MIP OES. Braz. J. Food Technol., v. 21, e2017062, 2018.

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Recebido: 04 de Maio de 2017; Aceito: 08 de Agosto de 2017

*Aline Lisbôa Medina, Universidade Federal de Pelotas (UFPel), Centro de Ciências Químicas, Farmacêuticas e de Alimentos, Laboratório de Metrologia Química (LabMeQui), Campus Capão do Leão, CEP: 96160-000, Capão do Leão/RS - Brasil, e-mail: medinaline@gmail.com

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