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Pesquisa no Ensino de Química




                                                A Química do Refrigerante




                                                         Ana Carla da Silva Lima e Júlio Carlos Afonso

                            Este trabalho aborda a produção de refrigerantes, descrevendo a função de cada um de seus componentes.
                         Sua fabricação exige um rigoroso controle a fim de assegurar a qualidade de um produto destinado ao consumo
                         humano. O refrigerante também se presta para diversas experiências em sala de aula, envolvendo a análise
                         sensorial, a solubilidade de gases em líquidos e as reações em meio ácido.

                                                                refrigerante, gases, análise sensorial



                                                                  Recebido em 13/02/08, aceito em 03/11/08

210



      R
             efrigerante é uma bebida não                  também um aumento da participação                              - Sulfatos e cloretos: Auxiliam na de-
             alcoólica, carbonatada, com                   de refrigerantes regionais (de 9% para                         finição do sabor, porém o excesso é
             alto poder refrescante encontra-              32%). A Coca-Cola e a Companhia                                prejudicial, pois o gosto ficará dema-
      da em diversos sabores. O vocábulo                   de Bebidas das Américas (AmBev)                                siado acentuado;
      “tubaína”, empregado no interior do                  detinham, em 2004, 68% do mercado                              - Cloro e fenóis: O cloro dá um sabor
      Brasil, é sinônimo de refrigerante                   (Rosa e cols., 2006).                                          característico de remédio e provoca
      regional e local. A indústria de refri-                                                                             reações de oxidação e despigmen-
      gerante surgiu em 1871 nos Esta-                              Composição do refrigerante                            tação, alterando a cor original do
      dos Unidos. No Brasil, os primeiros                                Os ingredientes que compõem                      refrigerante. Os fenóis transferem
      registros remontam a 1906, mas                                a formulação do refrigerante têm                      seu sabor típico, principalmente
      somente na década de 1920 é que                               finalidades específicas e devem se                    quando combinado com o cloro
      o refrigerante entrou definitivamente                         enquadrar nos padrões estabeleci-                     (clorofenóis);
      no cotidiano dos brasileiros (ABIR,                           dos. São eles:                                        - Metais: Ferro, cobre e manganês
      2007). Em 1942, no Rio de Janeiro,                                 Água: Constitui cerca de 88%                     aceleram reações de oxidação,
      foi instalada a primeira fábrica.                             m/m do produto final.                                                   degradando o refri-
           O Brasil é o terceiro produtor                           Ela precisa preen-                                                      gerante;
      mundial de refrigerantes, depois dos                          cher certos requisitos                   O Brasil é o terceiro          - Padrões microbioló-
      Estados Unidos e México (Palha,                               para ser empregada                      produtor mundial de             gicos: É necessário
      2005; Rosa e cols., 2006). Contudo, o                         na manufatura de                      refrigerantes, depois dos         um plano de higie-
      consumo per capita é da ordem de 69                           refrigerante (Palha,                  Estados Unidos e México.          nização e controle
      L por habitante por ano, o que coloca                         2005):                                                                  criterioso na unidade
      o país em 28º lugar nesse aspecto.                            - Baixa alcalinidade: Carbonatos e                    industrial, que garantam à água todas
      A Coca-Cola e a Pepsi detêm ¾ do                              bicarbonatos interagem com ácidos                     as características desejadas: límpida,
      mercado mundial, avaliado em cerca                            orgânicos, como ascórbico e cítrico,                  inodora e livre de microorganismos.
      de US$ 66 bilhões anuais (Rosa e                              presentes na formulação, alterando o                      Açúcar: É o segundo ingrediente
      cols., 2006).                                                 sabor do refrigerante, pois reduzem                   em quantidade (cerca de 11% m/m).
           Entre 1988 e 2004, o mercado na-                         sua acidez e provocam perda de                        Ele confere o sabor adocicado, “en-
      cional cresceu 165%, verificando-se                           aroma;                                                corpa” o produto, juntamente com o
                                                                                                                          acidulante, fixa e realça o paladar e
      A seção “Pesquisa no ensino de Química” inclui investigações sobre problemas no ensino de Química, com explicitação fornece energia. A sacarose (dissaca-
      dos fundamentos teóricos e procedimentos metodológicos adotados na análise de resultados.                           rídeo de fórmula C12H22O11 - glicose +

      QUÍMICA NOVA NA ESCOLA                                         A Química do Refrigerante                                     Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
frutose) é o açúcar comumente usado       por ser um dos seus componentes             cies de microorganismos. Sua ação
(açúcar cristal).                         naturais.                                   máxima é em pH = 3. É barato e
    Concentrados: Conferem o sabor            Antioxidante: Previne a influência      bem tolerado pelo organismo. Como
característico à bebida. São compos-      negativa do oxigênio na bebida.             esse ácido é pouco solúvel em água,
tos por extratos, óleos essenciais e      Aldeídos, ésteres e outros compo-           é utilizado na forma de benzoato
destilados de frutas e vegetais (Palha,   nentes do sabor são susceptíveis a          de sódio. O teor máximo permitido
2005). Sabor é a experiência mista de     oxidações pelo oxi-                                         no Brasil é de 500
sensações olfativas, gustativas e tá-     gênio do ar durante                                         mg/100mL de refri-
teis percebidas durante a degustação      a estocagem. Luz                Os ingredientes que         gerante (expresso
(Goretti, 2005).                          solar e calor acele-         compõem a formulação           em ácido benzoico).
    Acidulante: Regula a doçura do        ram as oxidações.           do refrigerante são: água,          O ácido sórbico
açúcar, realça o paladar e baixa o pH     Por isso, os refrige-          açúcar, concentrados,        (INS 202) ocorre no
da bebida, inibindo a proliferação de     rantes nunca devem           acidulante, antioxidante,      fruto da Tramazeira
microorganismos. Todos os refrige-        ser expostos ao sol.       conservante, edulcorante e       (Sorbus aucuparia). É
rantes possuem pH ácido (2,7 a 3,5        Os ácidos ascórbico            dióxido de carbono.          usado como sorbato
de acordo com a bebida). Na escolha       e isoascórbico (INS                                         de potássio e atua
do acidulante (Tabela 1), o fator mais    300) são muito usados para essa             mais especificamente sobre bolores
importante é a capacidade de realçar      finalidade. Quando o primeiro é utili-      e leveduras. Sua ação máxima é em
o sabor em questão (Palha, 2005).         zado não é com o objetivo de conferir       pH = 6. O teor máximo permitido é
    O ácido cítrico (INS1 330) é obtido   vitamina C ao refrigerante, e sim servir    30 mg/100mL (expresso em ácido
a partir do microorganismo Asper-         unicamente como antioxidante.               sórbico livre).
gillus niger, que transforma direta-          Conservante: Os refrigerantes               Edulcorante: É uma substância
mente a glicose em ácido cítrico. Os      estão sujeitos à deterioração causa-        (Tabela 3) que confere sabor doce
refrigerantes de limão já o contêm na     da por leveduras, mofos e bactérias         às bebidas em lugar da sacarose. As
sua composição normal.                    (microorganismos acidófilos ou              bebidas de baixa caloria (diet) seguem
    O ácido fosfórico (INS 338) apre-     ácido-tolerantes), provocando turva-        os padrões de identidade e qualidade          211
senta a maior acidez dentre todos         ções e alterações no sabor e odor.          das bebidas correspondentes, com
aqueles utilizados em bebidas. É utili-   O conservante (Tabela 2) visa inibir o      exceção do teor calórico.
zado principalmente nos refrigerantes     desenvolvimento desses microorga-               Dióxido de carbono: A carbona-
do tipo cola.                             nismos (Palha, 2005).                       tação dá “vida” ao produto, realça o
    O ácido tartárico (INS 334) é usa-        O ácido benzoico (INS 211) atua         paladar e a aparência da bebida. Sua
do nos refrigerantes de sabor uva         praticamente contra todas as espé-          ação refrescante está associada à so-
                                                                                      lubilidade dos gases em líquidos, que
                                                                                      diminui com o aumento da tempera-
Tabela 1: Acidulantes empregados na manufatura de refrigerantes.
                                                                                      tura. Como o refrigerante é tomado
                                                                                      gelado, sua temperatura aumenta
Acidulante                                   Estrutura                 pKa            do trajeto que vai da boca ao estô-
                                                                  pKa1 = 3,09         mago. O aumento da temperatura e
Ácido cítrico (Ácido 2-hidroxi-1,2,3-                                                 o meio ácido estomacal favorecem a
                                                                  pKa2 = 4,74
propanotricarboxílico) (C6H8O7)
                                                                  pKa3 = 5,41         eliminação do CO2, e a sensação de
                                                                                      frescor resulta da expansão desse
                                                                  pKa1 = 2,15
                                                                                      gás, que é um processo endotérmico
Ácido fosfórico (H3PO4)                                           pKa2 = 7,20
                                                                  pK =12,36           (Palha, 2005).
                                                                           a3

                                                                                         Processo de fabricação
Ácido tartárico (Ácido 2,3-diidroxi-                                     pKa1 = 2,98
butanodioico) (C4H6O6)                                                   pKa2 = 4,34         O processo de fabricação é feito
                                                                                         sem qualquer contato manual e sob
                                                                                         rigoroso controle de qualidade duran-
Tabela 2: Conservantes encontrados em refrigerantes.                                     te todas as etapas.
                                                                                             Elaboração do xarope simples: É o
Conservante                                   Estrutura                      pKa         produto da dissolução do açúcar em
                                                                                         água. A concentração varia entre 55 e
                                                                         pK = 4,19       64% m/m (Rodrigues e cols., 2000). A
Benzoato de sódio (C7H5O2Na)                                                             dissolução do açúcar cristal em água
                                                                      (ácido benzoico)
                                                                                         quente reduz o risco de contamina-
                                                                                         ção microbiana. O xarope é tratado
                                                                         pKa = 4,75
Sorbato de potássio (C6H7O2K)                                                            com carvão ativado, que por adsor-
                                                                       (ácido sórbico)
                                                                                         ção remove compostos responsáveis

QUÍMICA NOVA NA ESCOLA                                 A Química do Refrigerante                       Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
Tabela 3: Edulcorantes utilizados no processamento de refrigerantes diet e suas principais características.

                                           Poder adoçante            Ingestão máxima diária
      Nome                                                                                                          Estrutura
                                           (sacarose = 1)             (mg/kg peso corporal)



      Sacarina                                  300-400                        5,0

                                                                                                                (C7H5NSO3)


      Ciclamato de sódio                          50                          11,0

                                                                                                              (C6H12NSO3Na)




      Aspartame*                                 200                          40,0


                                                                                                               (C14H18N2O5)



      Acesulfame-K                               200                          15,0


212                                                                                                            (C4H4NSO4K)
      * Não resiste ao calor (alimentos com aspartame não devem ser aquecidos)

      por paladares e odores estranhos e            o xarope pode ser liberado para o            composto até a linha de envasamento
      reduz a cor desse xarope. Ele é ar-           envasamento (Palha, 2005).                   (enchedora), na qual são adicionados
      mazenado em tanques esterilizados a               A preparação do xarope compos-           água e CO2 em proporções adequa-
      vapor, e um filtro microbiológico evita       to para bebidas do tipo diet ocorre          das a cada produto. O refrigerante é
      a entrada de ar.                              em tanques específicos para tal. Elas        envasado em baixa temperatura (3 a
          Elaboração do xarope composto:            possuem baixa susceptibilidade à             12 ºC) e sob pressão para assegurar
      É o xarope simples acrescido dos              contaminação por microorganismos             uma elevada concentração de CO2
      outros componentes do refrigerante.           por não conter açúcares.                     no produto (Palha, 2005). As linhas
      Essa etapa é feita em tanques de                  Envasamento: Para as garrafas            de CO2 têm um filtro microbiológico
      aço inoxidável, equipados com agi-            retornáveis, há uma inspeção prévia          e são esterilizadas a vapor. Após o
      tador, de forma a garantir a perfeita         para que sejam re-                                            enchimento, a garra-
      homogeneização dos componentes e              tiradas aquelas que                                           fa é imediatamente
                                                                                 O processo de fabricação
      evitar a admissão de ar. A adição dos         estejam trincadas,                                            arrolhada e codifi-
                                                                                  dos refrigerantes é feito
      ingredientes deve ocorrer de forma            bicadas, lascadas,                                            cada com data de
                                                                                   sem qualquer contato
      lenta e cuidadosa e de acordo com             lixadas, quebradas                                            validade, hora e linha
                                                                                   manual e sob rigoroso
      a se­ uência estabelecida na formula-
           q                                        ou com material de                                            de envasamento. O
                                                                                   controle de qualidade
      ção. O conservante é o primeiro com-          difícil remoção como                                          lacre e o nível de en-
                                                                                 durante todas as etapas.
      ponente a ser adicionado. Em caso de          tintas ou cimento.                                            chimento das garra-
      adição após o acidulante, forma-se            Após essa seleção,                                            fas são inspeciona-
      uma floculação irreversível (o benzo-         as garrafas são pré-lavadas com              dos. O ar é uma contaminação nas
      ato de sódio precipita). A adição do          água. Elas depois são imersas em             bebidas carbonatadas. Ele deve ser
      antioxidante ocorre minutos antes da          soda cáustica quente para retirada de        eliminado ou mantido ao mínimo. Isso
      adição do concentrado (Palha, 2005).          impurezas e esterilização. Em segui-         se consegue trabalhando com água
          Concluídas as adições, mantém-            da, passam pelo enxágue final com            desaerada e desclorada e mantendo
      se o agitador ligado por 15 minutos.          água. Uma nova inspeção e seleção            o nível do líquido em níveis corretos
      Ao final, retira-se uma amostra para          são feitas nessa fase. No caso das           na embalagem. Piso, paredes, su-
      as análises microbiológicas e físico-         embalagens descartáveis, não há              perfícies externas dos equipamentos
      químicas (como turbidez, acidez e             necessidade da pré-lavagem.                  e esteiras devem ser periodicamente
      dosagem de açúcar ou edulcoran-                   A etapa final consiste no envio, por     tratados com desinfetante ou água
      te). Somente após essas análises,             tubulações de aço inox, do xarope            quente (Palha, 2005).

      QUÍMICA NOVA NA ESCOLA                                A Química do Refrigerante                               Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
A Tabela 4 mostra as embalagens        dos alimentos e como são percebidas        aumenta a doçura da sacarose. No
usadas para refrigerantes. No pas-          pelos sentidos humanos:                    entanto, à medida que aumenta a
sado, a embalagem universal para                Visão: Por meio dela, obtemos a        quantidade do ácido, a intensidade
bebidas, de um modo geral, era o            primeira impressão do produto quan-        do gosto doce diminui.
vidro. Basta recordar o conceito da         to à aparência geral: cor, tamanho,           Tato e audição: Eles permitem a
embalagem (casco) retornável, que           formato, brilho e turbidez;                percepção da textura do produto.
era devolvida na aquisição de um                Olfato: Permite a percepção do         Textura é o conjunto de proprieda-
novo refrigerante. Hoje predomina a         aroma e odor;                              des (volume, espessura, formato,
embalagem plástica descartável, pois            Paladar: É a sensação percebida        densidade etc.) perceptíveis pelos
o plástico passou a ter competitivida-      pelos órgãos gustativos (especial-         sentidos. Como exemplo, tem-se a
de frente ao vidro em termos de custo,      mente a língua) quando estimulados         crocância de um biscoito; a firmeza
além de ser mais leve, reduzindo o          por determinadas substâncias solú-         de uma maçã; o som do morder, do
risco de acidentes em caso de queda.        veis: doce, salgado, amargo e ácido.       quebrar e do borbulhar de vários
     Prazos de valida-                                      A sensibilidade ao         produtos (incluindo bebidas).
de: Eles se diferen-       As embalagens PET tendem         paladar varia entre as
                                                                                       Experimento 1. Análise sensorial: efeito
ciam entre produtos           a ter menor validade          pessoas, e os fatores
                                                                                       do CO2
e entre embalagens             devido à sua maior           que influem na per-
do mesmo produ-            porosidade frente ao vidro       cepção do gosto são:       Material
to (Tabela 5). Estes        e ao alumínio, levando à        - Temperatura: O má-
são determinados            perda de CO2 em menos           ximo de sensibilidade      - Refrigerantes de diversos sabores
por meio de teste                    tempo.                 e habilidade sensorial     e marcas diferentes, devidamente
de estabilidade do                                          ocorre entre 10 e 35       numerados, em duplicata: um,
produto quanto às análises físico-          ºC. Com o aumento da temperatura,          fechado, em baixa temperatura
químicas, microbiológicas e sensoriais      há um aumento na sensibilidade para        (geladeira), e outro, aberto, em tem-
(Puglia, 2005). As embalagens PET           o doce e diminuição para o salgado         peratura ambiente para escape do
tendem a ter menor validade devido à        e o amargo. Por isso, testa-se um          CO2 e posteriormente resfriado em            213
sua maior porosidade frente ao vidro e      produto na temperatura em que ele          geladeira, em mesma temperatura
ao alumínio, levando à perda de CO2         é consumido;                               da embalagem fechada;
em menos tempo (a propriedade de            - Meio de dispersão: O grau de             - Copos identificados de acordo com
os gases escaparem por pequenos             diluição de uma substância com a           a numeração dos refrigerantes.
orifícios se chama efusão).                 saliva determina a sua velocidade de
                                                                                       Procedimento
                                            percepção. Uma solução de sacaro-
Experimentos com refrigerante               se a 50% m/m pode ser percebida            - Remover os rótulos originais dos
     A análise sensorial é um fator-        extremamente doce, mas balas com           produtos para não comprometer a
chave na indústria de alimentos para        aproximadamente 100% m/m de                análise sensorial;
seleção, pesquisa e desenvolvimen-          açúcar não o são;                          - Vendar os olhos dos degustadores;
to de novos produtos, controle de           - Interação de gostos: Pode haver          - Proceder à degustação. Anotar as
qualidade e testes de mercado com           influência na percepção de um gosto        observações em tabela previamente
consumidores (Goretti, 2005). Ela in-       devido a outro. Por exemplo, o áci-        organizada;
terpreta as reações às características      do cítrico em pequena quantidade           - Retirar a venda dos degustadores e
                                                                                       proceder à análise visual (cor, trans-
                                                                                       parência etc.).
Tabela 4: Tipos de embalagem utilizadas no envase de refrigerantes em 2006 (valores
expressos em %).                                                                       Discussão
                                                                                       - Discutir o efeito do CO2 em relação
Vidro          Lata     PET [poli(tereftalato de etileno)]   Barris de aço/alumínio    aos órgãos dos sentidos.
12,2           7,8                    79,9                             0,1
                                                                                       Experimento 2. Análise sensorial: sacarose
                                                                                       ou edulcorante? Natural ou artificial?
Tabela 5: Prazos de validade (em meses) de refrigerantes segundo as embalagens.
                                                                                       Material
Sabor             Vidro 290 mL      Lata 350 mL        Pet 600 mL            Pet 2 L
                                                                                       - Refrigerantes de sabores de frutas
Cola                    9                 9                 3                  4
                                                                                       (normais e diet) e sucos de frutas,
Cola light              6                 4                 3                  4
                                                                                       de diversas marcas, devidamente
Guaraná                 9                 9                 6                  6
                                                                                       numerados, mantidos fechados, em
Guaraná diet            6                 6                 6                  6
                                                                                       baixa temperatura (geladeira);
Laranja                 6                 6                 3                  4       - Copos identificados de acordo com
Limão                   6                 6                 6                  6       a numeração das bebidas.

QUÍMICA NOVA NA ESCOLA                                A Química do Refrigerante                        Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
Procedimento                                   importante notar que, uma vez aberta       cessar o desprendimento de gás
         Executar conforme mostrado no               a embalagem, a bebida perderá parte        antes da nova adição;
      Experimento 1.                                 do gás, mesmo quando em tempe-             - Quando a adição do bicarbonato
                                                     ratura igual àquela do envase, pelo        não produzir mais gás, medir o pH
      Discussão
                                                     fato de a pressão interna ser superior     do líquido.
      - Observar se os alunos conseguem              à atmosférica.
                                                                                                Discussão
      distinguir o sabor dos refrigerantes               Medida de acidez dos refrige-
      contendo sacarose ou edulcorante;              rantes e reações em meio ácido:               A dissolução de carbonatos e bi-
      - Descrever como os alunos per-                Os refrigerantes têm caráter áci-          carbonatos reduz a acidez do líquido
      cebem a diferença                                                  do. O valor do pH,     (como acontece quando se toma
      entre o sabor de um                                                medido com ins-        um antiácido para combater a azia
      refrigerante e o do               O refrigerante é uma             trumento ou papel      estomacal):
      suco de fruta corres-           ferramenta versátil e de           indicador, pode ser
      pondente.                        baixo custo para aulas            comparável ao do       CO32-(aq) + 2 H+(aq) → CO2(g) + H2O(l)
          Efeito da tempe-          práticas ou demonstrativas,          pH do suco gástrico    HCO3-(aq) + H+(aq) → CO2(g) + H2O(l)
      ratura e da pressão            facilitando o aprendizado           (pH ~ 2,0) e de ou-
      na solubilidade dos              de diversos conceitos.            tros sucos naturais.      Os alunos devem entender porque
      gases em líquidos:                                                 Podem-se mostrar       em pH = 7 não ocorre mais liberação
      De acordo com o princípio de Le                aos alunos reações químicas que            de CO2.
      Châtelier, a elevação na temperatura           ocorrem em meio ácido. O emprego
                                                                                                Experimento 5. Reação do ferro metálico
      favorece uma transformação endo-               de refrigerantes sem corante facilita a
                                                                                                com o ácido do refrigerante (Figura 2)
      térmica que, para um gás, ocorre               visualização dos experimentos.
      quando ele deixa a solução. Por isso,                                                     Material
                                                     Experimento 4. Dissolução de bicarbonato
      os gases se tornam menos solúveis à
                                                     de sódio no refrigerante (Figura 1)
      medida que a temperatura do líquido                                                       - Béquer de 250 mL;
214   no qual estão dissolvidos se eleva             Material                                   - Refrigerante de sabor limão ou outro
      (Macedo, 1981; Canto e Peruzzo,                                                           que não contenha corante;
      2006). A uma temperatura fixa, a so-           - Béquer de 250 mL;                        - Palha de aço;
      lubilidade dos gases aumenta com a             - Refrigerante de sabor limão ou outro     - Solução de H2O2 a 3% m/m (10
      elevação da pressão (Macedo, 1981;             que não contenha corante;                  volumes);
      Canto e Peruzzo, 2006).                        - Bicarbonato de sódio sólido;             - Pipeta.
                                                     - Espátula;
      Experimento 3. Efeito da temperatura e da                                                 Procedimento
                                                     - Tiras de papel indicador universal
      pressão na solubilidade dos gases
                                                     de pH.                                     - Medir o pH inicial do refrigerante por
      Material                                                                                  meio do papel indicador de pH;
                                                     Procedimento
                                                                                                - Adicionar a palha de aço no refri-
      - Refrigerantes de diversos sabores           - Medir o pH inicial do refrigerante por    gerante; a partir daí, acompanhar
      e de uma mesma marca, fechados,               meio do papel indicador de pH;              a evolução visual do experimento,
      em triplicata: o primeiro, em baixa           - Adicionar, aos poucos, com a espá-        conforme descrição na Figura 2;
      temperatura (geladeira); o segundo,           tula, o bicarbonato de sódio. Esperar       - Após 20 minutos, adicionar o peróxi-
      exposto ao sol; o terceiro, inicialmente
      exposto ao sol e depois colocado por
      10 minutos na geladeira.
      Procedimento
      - Abrir as tampas. Anotar o comporta-
      mento do produto em cada uma das
      condições acima listadas.
      Discussão
      - Avaliar o efeito combinado da
      temperatura e da pressão sobre a
      solubilidade de um gás em um lí-
      quido. O resultado dessa discussão
      deve explicar todos os fenômenos
      visuais (modo de liberação do gás)            Figura 1: Dissolução de bicarbonato de sódio em refrigerante de limão: (a) Início do
      e auditivos (barulho decorrente da            processo (pH = 3,0); (b) Após 3 minutos (desprendimento de CO2); (c) Após 10 minutos
      despressurização) observados. É               (pH = 7,0). Nesse pH, não há mais liberação de CO2.

      QUÍMICA NOVA NA ESCOLA                                A Química do Refrigerante                           Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
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, facilitan-
                                                                                                                                            do o aprendizado de diversos concei-
                                                                                                                                            tos, tais como solubilidade dos gases
                                                                                                                                            em água, interações químicas (dipolo
Figura 2: Reação da palha de aço com o ácido do refrigerante de limão. (a) Início do                                                        permanente – dipolo induzido), pKa,
processo; após 3 minutos, observam-se bolhas de gás na malha de ferro; (b) A palha                                                          pH e efeito da pressão e da tempera-
de aço é levantada pelas bolhas que se acumulam na malha de seus fios; (c) A palha de                                                       tura no comportamento dos gases.
aço afunda depois que o gás se desprende da solução; (d) Após 10 minutos (pH = 4,0),
nota-se a cor verde que indica a formação do íon Fe2+; (e) Após 20 minutos (pH = 7,0),                                                      Nota
o ferro precipita como hidróxido de ferro(II), Fe(OH)2; a adição de peróxido de hidrogênio                                                      1. INS - International Numbering
(H2O2), um agente oxidante, oxida o Fe2+ a Fe3+, formando o hidróxido Fe(OH)3.
                                                                                                                                            System ou Sistema Internacional de
                                                                                                                                            Numeração de Aditivos Alimentares,
do de hidrogênio, por meio da pipeta,                                agente redutor frente ao peróxido                                      elaborado pelo Comitê do Codex
no fundo do béquer.                                                  de hidrogênio, de acordo com a                                         sobre Aditivos Alimentares e Contami-
                                                                     equação:                                                               nantes de Alimentos (CCFAC) como
Discussão
                                                                                                                                            um sistema numérico de identificação
    O ferro reage com ácidos, libe-                                  2 Fe(OH)2(s) + H2O2(aq) → 2 Fe(OH)3(s)                                 desses aditivos em alternativa à de-
rando gás hidrogênio. Essa reação                                                                                                           claração de seus nomes.
ocorre em “câmera lenta”, mas à                                         A mudança de cor na Figura 2(e) é o                                                                                                 215
medida que ela avança, a concen-                                     resultado visual dessa reação redox.                                   Ana Carla da Silva Lima, graduada em Licenciatura
                                                                                                                                            em Química pelo Instituto de Química da Universi-
tração de H+ diminui no meio e, por
consequência, o pH aumenta.                                          Conclusão                                                              dade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), trabalha em
                                                                                                                                            laboratório de controle de qualidade de refrigeran-
                                                                        O refrigerante é um exemplo de                                      tes de uma unidade industrial. Júlio Carlos Afonso
Fe(s) + 2 H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g)                                  como a química está inserida em                                        (julio@iq.ufrj.br), graduado em Química e Engen-
                                                                                                                                            haria Química e doutor em Engenharia Química
                                                                     nosso cotidiano, não apenas no que                                     pelo IRC/CNRS (França); é professor associado do
   Esse fato leva à precipitação do                                  diz respeito à preparação desse                                        Departamento de Química Analítica do Instituto de
Fe2+ como hidróxido. O Fe(II) é um                                   produto, mas também no controle                                        Química da UFRJ.



 Referências                                                            PUGLIA, J.E. Padrão de codificação                                 BAUR, J.E. e BAUR, M.B. The ultrasonic
                                                                     da data de validade. São Paulo: AmBev,                              soda fountain: a dramatic demonstration
    ABIR - Associação Brasileira das Indús-
                                                                     2005.                                                               of gas solubility in aqueous solutions.
 trias de Refrigerantes e de Bebidas Não
                                                                        ROSA, S.E.S.; COSENZA, J.P e LEÃO,
                                                                                                      .                                  Journal of Chemical Education, v. 83, p.
 Alcoólicas. Histórico do setor. Disponível                          L.T.S. Panorama do setor de bebidas no
 em: <http://www.abir.org.br/rubrique.                                                                                                   577-582, 2006.
                                                                     Brasil. BNDES Setorial, v. 23, p. 101-149,                            SNYDER, C.A. e SNYDER, D.C. Simple
 php3?id_rubrique=178>. Acesso em                                    2006.
 dez. 2007.                                                                                                                              soda bottle solubility and equilibria (TD).
                                                                        RODRIGUES, M.V.N.; RODRIGUES,
    CANTO, E.L. e PERUZZO, T.M. Química                                                                                                  Journal of Chemical Education, v. 69, p.
                                                                     R.A.F. e SERRA, G.E. Produção de xarope
 na abordagem do cotidiano, vol. 2 – Físico-                                                                                             577-581, 1992.
                                                                     de açúcar invertido obtido por hidrólise
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 2006.                                                               experimental. Ciência e Tecnologia de                               mica da produção de bebidas alcoólicas.
    GORETTI, M. Manual de treinamento                                Alimentos, v. 20, p. 103-109, 2000.                                 Química Nova na Escola, v. 10, p. 50-51,
 – análise sensorial. São Paulo: AmBev,                                                                                                  1999.
 2005.                                                               Para saber mais                                                       FERREIRA, L.H.; HARTWIG, D.H. e RO-
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 Janeiro: Guanabara Dois, 1981.                                      Sanitária. Aditivos alimentares. Disponível                         simples envolvendo o princípio de Le
    PALHA, P Tecnologia de refrigerantes.
             .G.                                                     em: <http://www.anvisa.gov.br/alimentos/                            Chatelier. Química Nova na Escola, v. 5,
 Rio de Janeiro: AmBev, 2005.                                        legis/especifica/aditivos.htm>.                                     p. 28-31, 1997.

 Abstract: The chemistry of soft drink. This work presents an overview on the production of soft drink, describing the function of each of its components. The manufacture of a soft drink requires
 a rigid quality control since it is a product for human consumption. Soft drink is also useful as a tool for some classroom experiments, such as sensorial analysis, the study of solubility of gases in
 liquids and the reactions in acid medium.
 Keywords: soft drink; gases; sensorial analysis.



QUÍMICA NOVA NA ESCOLA                                                            A Química do Refrigerante                                                         Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009

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A química do refrigerante

  • 1. Pesquisa no Ensino de Química A Química do Refrigerante Ana Carla da Silva Lima e Júlio Carlos Afonso Este trabalho aborda a produção de refrigerantes, descrevendo a função de cada um de seus componentes. Sua fabricação exige um rigoroso controle a fim de assegurar a qualidade de um produto destinado ao consumo humano. O refrigerante também se presta para diversas experiências em sala de aula, envolvendo a análise sensorial, a solubilidade de gases em líquidos e as reações em meio ácido. refrigerante, gases, análise sensorial Recebido em 13/02/08, aceito em 03/11/08 210 R efrigerante é uma bebida não também um aumento da participação - Sulfatos e cloretos: Auxiliam na de- alcoólica, carbonatada, com de refrigerantes regionais (de 9% para finição do sabor, porém o excesso é alto poder refrescante encontra- 32%). A Coca-Cola e a Companhia prejudicial, pois o gosto ficará dema- da em diversos sabores. O vocábulo de Bebidas das Américas (AmBev) siado acentuado; “tubaína”, empregado no interior do detinham, em 2004, 68% do mercado - Cloro e fenóis: O cloro dá um sabor Brasil, é sinônimo de refrigerante (Rosa e cols., 2006). característico de remédio e provoca regional e local. A indústria de refri- reações de oxidação e despigmen- gerante surgiu em 1871 nos Esta- Composição do refrigerante tação, alterando a cor original do dos Unidos. No Brasil, os primeiros Os ingredientes que compõem refrigerante. Os fenóis transferem registros remontam a 1906, mas a formulação do refrigerante têm seu sabor típico, principalmente somente na década de 1920 é que finalidades específicas e devem se quando combinado com o cloro o refrigerante entrou definitivamente enquadrar nos padrões estabeleci- (clorofenóis); no cotidiano dos brasileiros (ABIR, dos. São eles: - Metais: Ferro, cobre e manganês 2007). Em 1942, no Rio de Janeiro, Água: Constitui cerca de 88% aceleram reações de oxidação, foi instalada a primeira fábrica. m/m do produto final. degradando o refri- O Brasil é o terceiro produtor Ela precisa preen- gerante; mundial de refrigerantes, depois dos cher certos requisitos O Brasil é o terceiro - Padrões microbioló- Estados Unidos e México (Palha, para ser empregada produtor mundial de gicos: É necessário 2005; Rosa e cols., 2006). Contudo, o na manufatura de refrigerantes, depois dos um plano de higie- consumo per capita é da ordem de 69 refrigerante (Palha, Estados Unidos e México. nização e controle L por habitante por ano, o que coloca 2005): criterioso na unidade o país em 28º lugar nesse aspecto. - Baixa alcalinidade: Carbonatos e industrial, que garantam à água todas A Coca-Cola e a Pepsi detêm ¾ do bicarbonatos interagem com ácidos as características desejadas: límpida, mercado mundial, avaliado em cerca orgânicos, como ascórbico e cítrico, inodora e livre de microorganismos. de US$ 66 bilhões anuais (Rosa e presentes na formulação, alterando o Açúcar: É o segundo ingrediente cols., 2006). sabor do refrigerante, pois reduzem em quantidade (cerca de 11% m/m). Entre 1988 e 2004, o mercado na- sua acidez e provocam perda de Ele confere o sabor adocicado, “en- cional cresceu 165%, verificando-se aroma; corpa” o produto, juntamente com o acidulante, fixa e realça o paladar e A seção “Pesquisa no ensino de Química” inclui investigações sobre problemas no ensino de Química, com explicitação fornece energia. A sacarose (dissaca- dos fundamentos teóricos e procedimentos metodológicos adotados na análise de resultados. rídeo de fórmula C12H22O11 - glicose + QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Química do Refrigerante Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
  • 2. frutose) é o açúcar comumente usado por ser um dos seus componentes cies de microorganismos. Sua ação (açúcar cristal). naturais. máxima é em pH = 3. É barato e Concentrados: Conferem o sabor Antioxidante: Previne a influência bem tolerado pelo organismo. Como característico à bebida. São compos- negativa do oxigênio na bebida. esse ácido é pouco solúvel em água, tos por extratos, óleos essenciais e Aldeídos, ésteres e outros compo- é utilizado na forma de benzoato destilados de frutas e vegetais (Palha, nentes do sabor são susceptíveis a de sódio. O teor máximo permitido 2005). Sabor é a experiência mista de oxidações pelo oxi- no Brasil é de 500 sensações olfativas, gustativas e tá- gênio do ar durante mg/100mL de refri- teis percebidas durante a degustação a estocagem. Luz Os ingredientes que gerante (expresso (Goretti, 2005). solar e calor acele- compõem a formulação em ácido benzoico). Acidulante: Regula a doçura do ram as oxidações. do refrigerante são: água, O ácido sórbico açúcar, realça o paladar e baixa o pH Por isso, os refrige- açúcar, concentrados, (INS 202) ocorre no da bebida, inibindo a proliferação de rantes nunca devem acidulante, antioxidante, fruto da Tramazeira microorganismos. Todos os refrige- ser expostos ao sol. conservante, edulcorante e (Sorbus aucuparia). É rantes possuem pH ácido (2,7 a 3,5 Os ácidos ascórbico dióxido de carbono. usado como sorbato de acordo com a bebida). Na escolha e isoascórbico (INS de potássio e atua do acidulante (Tabela 1), o fator mais 300) são muito usados para essa mais especificamente sobre bolores importante é a capacidade de realçar finalidade. Quando o primeiro é utili- e leveduras. Sua ação máxima é em o sabor em questão (Palha, 2005). zado não é com o objetivo de conferir pH = 6. O teor máximo permitido é O ácido cítrico (INS1 330) é obtido vitamina C ao refrigerante, e sim servir 30 mg/100mL (expresso em ácido a partir do microorganismo Asper- unicamente como antioxidante. sórbico livre). gillus niger, que transforma direta- Conservante: Os refrigerantes Edulcorante: É uma substância mente a glicose em ácido cítrico. Os estão sujeitos à deterioração causa- (Tabela 3) que confere sabor doce refrigerantes de limão já o contêm na da por leveduras, mofos e bactérias às bebidas em lugar da sacarose. As sua composição normal. (microorganismos acidófilos ou bebidas de baixa caloria (diet) seguem O ácido fosfórico (INS 338) apre- ácido-tolerantes), provocando turva- os padrões de identidade e qualidade 211 senta a maior acidez dentre todos ções e alterações no sabor e odor. das bebidas correspondentes, com aqueles utilizados em bebidas. É utili- O conservante (Tabela 2) visa inibir o exceção do teor calórico. zado principalmente nos refrigerantes desenvolvimento desses microorga- Dióxido de carbono: A carbona- do tipo cola. nismos (Palha, 2005). tação dá “vida” ao produto, realça o O ácido tartárico (INS 334) é usa- O ácido benzoico (INS 211) atua paladar e a aparência da bebida. Sua do nos refrigerantes de sabor uva praticamente contra todas as espé- ação refrescante está associada à so- lubilidade dos gases em líquidos, que diminui com o aumento da tempera- Tabela 1: Acidulantes empregados na manufatura de refrigerantes. tura. Como o refrigerante é tomado gelado, sua temperatura aumenta Acidulante Estrutura pKa do trajeto que vai da boca ao estô- pKa1 = 3,09 mago. O aumento da temperatura e Ácido cítrico (Ácido 2-hidroxi-1,2,3- o meio ácido estomacal favorecem a pKa2 = 4,74 propanotricarboxílico) (C6H8O7) pKa3 = 5,41 eliminação do CO2, e a sensação de frescor resulta da expansão desse pKa1 = 2,15 gás, que é um processo endotérmico Ácido fosfórico (H3PO4) pKa2 = 7,20 pK =12,36 (Palha, 2005). a3 Processo de fabricação Ácido tartárico (Ácido 2,3-diidroxi- pKa1 = 2,98 butanodioico) (C4H6O6) pKa2 = 4,34 O processo de fabricação é feito sem qualquer contato manual e sob rigoroso controle de qualidade duran- Tabela 2: Conservantes encontrados em refrigerantes. te todas as etapas. Elaboração do xarope simples: É o Conservante Estrutura pKa produto da dissolução do açúcar em água. A concentração varia entre 55 e pK = 4,19 64% m/m (Rodrigues e cols., 2000). A Benzoato de sódio (C7H5O2Na) dissolução do açúcar cristal em água (ácido benzoico) quente reduz o risco de contamina- ção microbiana. O xarope é tratado pKa = 4,75 Sorbato de potássio (C6H7O2K) com carvão ativado, que por adsor- (ácido sórbico) ção remove compostos responsáveis QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Química do Refrigerante Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
  • 3. Tabela 3: Edulcorantes utilizados no processamento de refrigerantes diet e suas principais características. Poder adoçante Ingestão máxima diária Nome Estrutura (sacarose = 1) (mg/kg peso corporal) Sacarina 300-400 5,0 (C7H5NSO3) Ciclamato de sódio 50 11,0 (C6H12NSO3Na) Aspartame* 200 40,0 (C14H18N2O5) Acesulfame-K 200 15,0 212 (C4H4NSO4K) * Não resiste ao calor (alimentos com aspartame não devem ser aquecidos) por paladares e odores estranhos e o xarope pode ser liberado para o composto até a linha de envasamento reduz a cor desse xarope. Ele é ar- envasamento (Palha, 2005). (enchedora), na qual são adicionados mazenado em tanques esterilizados a A preparação do xarope compos- água e CO2 em proporções adequa- vapor, e um filtro microbiológico evita to para bebidas do tipo diet ocorre das a cada produto. O refrigerante é a entrada de ar. em tanques específicos para tal. Elas envasado em baixa temperatura (3 a Elaboração do xarope composto: possuem baixa susceptibilidade à 12 ºC) e sob pressão para assegurar É o xarope simples acrescido dos contaminação por microorganismos uma elevada concentração de CO2 outros componentes do refrigerante. por não conter açúcares. no produto (Palha, 2005). As linhas Essa etapa é feita em tanques de Envasamento: Para as garrafas de CO2 têm um filtro microbiológico aço inoxidável, equipados com agi- retornáveis, há uma inspeção prévia e são esterilizadas a vapor. Após o tador, de forma a garantir a perfeita para que sejam re- enchimento, a garra- homogeneização dos componentes e tiradas aquelas que fa é imediatamente O processo de fabricação evitar a admissão de ar. A adição dos estejam trincadas, arrolhada e codifi- dos refrigerantes é feito ingredientes deve ocorrer de forma bicadas, lascadas, cada com data de sem qualquer contato lenta e cuidadosa e de acordo com lixadas, quebradas validade, hora e linha manual e sob rigoroso a se­ uência estabelecida na formula- q ou com material de de envasamento. O controle de qualidade ção. O conservante é o primeiro com- difícil remoção como lacre e o nível de en- durante todas as etapas. ponente a ser adicionado. Em caso de tintas ou cimento. chimento das garra- adição após o acidulante, forma-se Após essa seleção, fas são inspeciona- uma floculação irreversível (o benzo- as garrafas são pré-lavadas com dos. O ar é uma contaminação nas ato de sódio precipita). A adição do água. Elas depois são imersas em bebidas carbonatadas. Ele deve ser antioxidante ocorre minutos antes da soda cáustica quente para retirada de eliminado ou mantido ao mínimo. Isso adição do concentrado (Palha, 2005). impurezas e esterilização. Em segui- se consegue trabalhando com água Concluídas as adições, mantém- da, passam pelo enxágue final com desaerada e desclorada e mantendo se o agitador ligado por 15 minutos. água. Uma nova inspeção e seleção o nível do líquido em níveis corretos Ao final, retira-se uma amostra para são feitas nessa fase. No caso das na embalagem. Piso, paredes, su- as análises microbiológicas e físico- embalagens descartáveis, não há perfícies externas dos equipamentos químicas (como turbidez, acidez e necessidade da pré-lavagem. e esteiras devem ser periodicamente dosagem de açúcar ou edulcoran- A etapa final consiste no envio, por tratados com desinfetante ou água te). Somente após essas análises, tubulações de aço inox, do xarope quente (Palha, 2005). QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Química do Refrigerante Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
  • 4. A Tabela 4 mostra as embalagens dos alimentos e como são percebidas aumenta a doçura da sacarose. No usadas para refrigerantes. No pas- pelos sentidos humanos: entanto, à medida que aumenta a sado, a embalagem universal para Visão: Por meio dela, obtemos a quantidade do ácido, a intensidade bebidas, de um modo geral, era o primeira impressão do produto quan- do gosto doce diminui. vidro. Basta recordar o conceito da to à aparência geral: cor, tamanho, Tato e audição: Eles permitem a embalagem (casco) retornável, que formato, brilho e turbidez; percepção da textura do produto. era devolvida na aquisição de um Olfato: Permite a percepção do Textura é o conjunto de proprieda- novo refrigerante. Hoje predomina a aroma e odor; des (volume, espessura, formato, embalagem plástica descartável, pois Paladar: É a sensação percebida densidade etc.) perceptíveis pelos o plástico passou a ter competitivida- pelos órgãos gustativos (especial- sentidos. Como exemplo, tem-se a de frente ao vidro em termos de custo, mente a língua) quando estimulados crocância de um biscoito; a firmeza além de ser mais leve, reduzindo o por determinadas substâncias solú- de uma maçã; o som do morder, do risco de acidentes em caso de queda. veis: doce, salgado, amargo e ácido. quebrar e do borbulhar de vários Prazos de valida- A sensibilidade ao produtos (incluindo bebidas). de: Eles se diferen- As embalagens PET tendem paladar varia entre as Experimento 1. Análise sensorial: efeito ciam entre produtos a ter menor validade pessoas, e os fatores do CO2 e entre embalagens devido à sua maior que influem na per- do mesmo produ- porosidade frente ao vidro cepção do gosto são: Material to (Tabela 5). Estes e ao alumínio, levando à - Temperatura: O má- são determinados perda de CO2 em menos ximo de sensibilidade - Refrigerantes de diversos sabores por meio de teste tempo. e habilidade sensorial e marcas diferentes, devidamente de estabilidade do ocorre entre 10 e 35 numerados, em duplicata: um, produto quanto às análises físico- ºC. Com o aumento da temperatura, fechado, em baixa temperatura químicas, microbiológicas e sensoriais há um aumento na sensibilidade para (geladeira), e outro, aberto, em tem- (Puglia, 2005). As embalagens PET o doce e diminuição para o salgado peratura ambiente para escape do tendem a ter menor validade devido à e o amargo. Por isso, testa-se um CO2 e posteriormente resfriado em 213 sua maior porosidade frente ao vidro e produto na temperatura em que ele geladeira, em mesma temperatura ao alumínio, levando à perda de CO2 é consumido; da embalagem fechada; em menos tempo (a propriedade de - Meio de dispersão: O grau de - Copos identificados de acordo com os gases escaparem por pequenos diluição de uma substância com a a numeração dos refrigerantes. orifícios se chama efusão). saliva determina a sua velocidade de Procedimento percepção. Uma solução de sacaro- Experimentos com refrigerante se a 50% m/m pode ser percebida - Remover os rótulos originais dos A análise sensorial é um fator- extremamente doce, mas balas com produtos para não comprometer a chave na indústria de alimentos para aproximadamente 100% m/m de análise sensorial; seleção, pesquisa e desenvolvimen- açúcar não o são; - Vendar os olhos dos degustadores; to de novos produtos, controle de - Interação de gostos: Pode haver - Proceder à degustação. Anotar as qualidade e testes de mercado com influência na percepção de um gosto observações em tabela previamente consumidores (Goretti, 2005). Ela in- devido a outro. Por exemplo, o áci- organizada; terpreta as reações às características do cítrico em pequena quantidade - Retirar a venda dos degustadores e proceder à análise visual (cor, trans- parência etc.). Tabela 4: Tipos de embalagem utilizadas no envase de refrigerantes em 2006 (valores expressos em %). Discussão - Discutir o efeito do CO2 em relação Vidro Lata PET [poli(tereftalato de etileno)] Barris de aço/alumínio aos órgãos dos sentidos. 12,2 7,8 79,9 0,1 Experimento 2. Análise sensorial: sacarose ou edulcorante? Natural ou artificial? Tabela 5: Prazos de validade (em meses) de refrigerantes segundo as embalagens. Material Sabor Vidro 290 mL Lata 350 mL Pet 600 mL Pet 2 L - Refrigerantes de sabores de frutas Cola 9 9 3 4 (normais e diet) e sucos de frutas, Cola light 6 4 3 4 de diversas marcas, devidamente Guaraná 9 9 6 6 numerados, mantidos fechados, em Guaraná diet 6 6 6 6 baixa temperatura (geladeira); Laranja 6 6 3 4 - Copos identificados de acordo com Limão 6 6 6 6 a numeração das bebidas. QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Química do Refrigerante Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
  • 5. Procedimento importante notar que, uma vez aberta cessar o desprendimento de gás Executar conforme mostrado no a embalagem, a bebida perderá parte antes da nova adição; Experimento 1. do gás, mesmo quando em tempe- - Quando a adição do bicarbonato ratura igual àquela do envase, pelo não produzir mais gás, medir o pH Discussão fato de a pressão interna ser superior do líquido. - Observar se os alunos conseguem à atmosférica. Discussão distinguir o sabor dos refrigerantes Medida de acidez dos refrige- contendo sacarose ou edulcorante; rantes e reações em meio ácido: A dissolução de carbonatos e bi- - Descrever como os alunos per- Os refrigerantes têm caráter áci- carbonatos reduz a acidez do líquido cebem a diferença do. O valor do pH, (como acontece quando se toma entre o sabor de um medido com ins- um antiácido para combater a azia refrigerante e o do O refrigerante é uma trumento ou papel estomacal): suco de fruta corres- ferramenta versátil e de indicador, pode ser pondente. baixo custo para aulas comparável ao do CO32-(aq) + 2 H+(aq) → CO2(g) + H2O(l) Efeito da tempe- práticas ou demonstrativas, pH do suco gástrico HCO3-(aq) + H+(aq) → CO2(g) + H2O(l) ratura e da pressão facilitando o aprendizado (pH ~ 2,0) e de ou- na solubilidade dos de diversos conceitos. tros sucos naturais. Os alunos devem entender porque gases em líquidos: Podem-se mostrar em pH = 7 não ocorre mais liberação De acordo com o princípio de Le aos alunos reações químicas que de CO2. Châtelier, a elevação na temperatura ocorrem em meio ácido. O emprego Experimento 5. Reação do ferro metálico favorece uma transformação endo- de refrigerantes sem corante facilita a com o ácido do refrigerante (Figura 2) térmica que, para um gás, ocorre visualização dos experimentos. quando ele deixa a solução. Por isso, Material Experimento 4. Dissolução de bicarbonato os gases se tornam menos solúveis à de sódio no refrigerante (Figura 1) medida que a temperatura do líquido - Béquer de 250 mL; 214 no qual estão dissolvidos se eleva Material - Refrigerante de sabor limão ou outro (Macedo, 1981; Canto e Peruzzo, que não contenha corante; 2006). A uma temperatura fixa, a so- - Béquer de 250 mL; - Palha de aço; lubilidade dos gases aumenta com a - Refrigerante de sabor limão ou outro - Solução de H2O2 a 3% m/m (10 elevação da pressão (Macedo, 1981; que não contenha corante; volumes); Canto e Peruzzo, 2006). - Bicarbonato de sódio sólido; - Pipeta. - Espátula; Experimento 3. Efeito da temperatura e da Procedimento - Tiras de papel indicador universal pressão na solubilidade dos gases de pH. - Medir o pH inicial do refrigerante por Material meio do papel indicador de pH; Procedimento - Adicionar a palha de aço no refri- - Refrigerantes de diversos sabores - Medir o pH inicial do refrigerante por gerante; a partir daí, acompanhar e de uma mesma marca, fechados, meio do papel indicador de pH; a evolução visual do experimento, em triplicata: o primeiro, em baixa - Adicionar, aos poucos, com a espá- conforme descrição na Figura 2; temperatura (geladeira); o segundo, tula, o bicarbonato de sódio. Esperar - Após 20 minutos, adicionar o peróxi- exposto ao sol; o terceiro, inicialmente exposto ao sol e depois colocado por 10 minutos na geladeira. Procedimento - Abrir as tampas. Anotar o comporta- mento do produto em cada uma das condições acima listadas. Discussão - Avaliar o efeito combinado da temperatura e da pressão sobre a solubilidade de um gás em um lí- quido. O resultado dessa discussão deve explicar todos os fenômenos visuais (modo de liberação do gás) Figura 1: Dissolução de bicarbonato de sódio em refrigerante de limão: (a) Início do e auditivos (barulho decorrente da processo (pH = 3,0); (b) Após 3 minutos (desprendimento de CO2); (c) Após 10 minutos despressurização) observados. É (pH = 7,0). Nesse pH, não há mais liberação de CO2. QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Química do Refrigerante Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009
  • 6. 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, facilitan- do o aprendizado de diversos concei- tos, tais como solubilidade dos gases em água, interações químicas (dipolo Figura 2: Reação da palha de aço com o ácido do refrigerante de limão. (a) Início do permanente – dipolo induzido), pKa, processo; após 3 minutos, observam-se bolhas de gás na malha de ferro; (b) A palha pH e efeito da pressão e da tempera- de aço é levantada pelas bolhas que se acumulam na malha de seus fios; (c) A palha de tura no comportamento dos gases. aço afunda depois que o gás se desprende da solução; (d) Após 10 minutos (pH = 4,0), nota-se a cor verde que indica a formação do íon Fe2+; (e) Após 20 minutos (pH = 7,0), Nota o ferro precipita como hidróxido de ferro(II), Fe(OH)2; a adição de peróxido de hidrogênio 1. INS - International Numbering (H2O2), um agente oxidante, oxida o Fe2+ a Fe3+, formando o hidróxido Fe(OH)3. System ou Sistema Internacional de Numeração de Aditivos Alimentares, do de hidrogênio, por meio da pipeta, agente redutor frente ao peróxido elaborado pelo Comitê do Codex no fundo do béquer. de hidrogênio, de acordo com a sobre Aditivos Alimentares e Contami- equação: nantes de Alimentos (CCFAC) como Discussão um sistema numérico de identificação O ferro reage com ácidos, libe- 2 Fe(OH)2(s) + H2O2(aq) → 2 Fe(OH)3(s) desses aditivos em alternativa à de- rando gás hidrogênio. Essa reação claração de seus nomes. ocorre em “câmera lenta”, mas à A mudança de cor na Figura 2(e) é o 215 medida que ela avança, a concen- resultado visual dessa reação redox. Ana Carla da Silva Lima, graduada em Licenciatura em Química pelo Instituto de Química da Universi- tração de H+ diminui no meio e, por consequência, o pH aumenta. Conclusão dade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), trabalha em laboratório de controle de qualidade de refrigeran- O refrigerante é um exemplo de tes de uma unidade industrial. Júlio Carlos Afonso Fe(s) + 2 H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) como a química está inserida em (julio@iq.ufrj.br), graduado em Química e Engen- haria Química e doutor em Engenharia Química nosso cotidiano, não apenas no que pelo IRC/CNRS (França); é professor associado do Esse fato leva à precipitação do diz respeito à preparação desse Departamento de Química Analítica do Instituto de Fe2+ como hidróxido. O Fe(II) é um produto, mas também no controle Química da UFRJ. Referências PUGLIA, J.E. Padrão de codificação BAUR, J.E. e BAUR, M.B. The ultrasonic da data de validade. São Paulo: AmBev, soda fountain: a dramatic demonstration ABIR - Associação Brasileira das Indús- 2005. of gas solubility in aqueous solutions. trias de Refrigerantes e de Bebidas Não ROSA, S.E.S.; COSENZA, J.P e LEÃO, . Journal of Chemical Education, v. 83, p. Alcoólicas. Histórico do setor. Disponível L.T.S. Panorama do setor de bebidas no em: <http://www.abir.org.br/rubrique. 577-582, 2006. Brasil. BNDES Setorial, v. 23, p. 101-149, SNYDER, C.A. e SNYDER, D.C. Simple php3?id_rubrique=178>. Acesso em 2006. dez. 2007. soda bottle solubility and equilibria (TD). RODRIGUES, M.V.N.; RODRIGUES, CANTO, E.L. e PERUZZO, T.M. Química Journal of Chemical Education, v. 69, p. R.A.F. e SERRA, G.E. Produção de xarope na abordagem do cotidiano, vol. 2 – Físico- 577-581, 1992. de açúcar invertido obtido por hidrólise Química. 4. ed. São Paulo: Moderna, FERREIRA, E.C. e MONTES, R. A quí- heterogênea, através de planejamento 2006. experimental. Ciência e Tecnologia de mica da produção de bebidas alcoólicas. GORETTI, M. Manual de treinamento Alimentos, v. 20, p. 103-109, 2000. Química Nova na Escola, v. 10, p. 50-51, – análise sensorial. São Paulo: AmBev, 1999. 2005. Para saber mais FERREIRA, L.H.; HARTWIG, D.H. e RO- MACEDO, H. Físico-Química I. Rio de ANVISA – Agência Nacional de Vigilância CHA FILHO, R.C. Algumas experiências Janeiro: Guanabara Dois, 1981. Sanitária. Aditivos alimentares. Disponível simples envolvendo o princípio de Le PALHA, P Tecnologia de refrigerantes. .G. em: <http://www.anvisa.gov.br/alimentos/ Chatelier. Química Nova na Escola, v. 5, Rio de Janeiro: AmBev, 2005. legis/especifica/aditivos.htm>. p. 28-31, 1997. Abstract: The chemistry of soft drink. This work presents an overview on the production of soft drink, describing the function of each of its components. The manufacture of a soft drink requires a rigid quality control since it is a product for human consumption. Soft drink is also useful as a tool for some classroom experiments, such as sensorial analysis, the study of solubility of gases in liquids and the reactions in acid medium. Keywords: soft drink; gases; sensorial analysis. QUÍMICA NOVA NA ESCOLA A Química do Refrigerante Vol. 31, N° 3, AGOSTO 2009