Derterminação da cafeína

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INSTITUTO FEDERAL DO ESPIRÍTO SANTO
Determinação de cafeína em refrigerantes e bebidas energéticas
Vila Velha
2015
Introdução
A cafeína é a substância psicoativa mais amplamente apreciada pelos povos ao redor de todo mundo desde o início da história. Encontrada naturalmente e mais de 60 plantas, a cafeína é a substância mais consumida na América do Norte, principalmente como um componente do café, do chá, dos refrigerantes do grupo cola e de outras bebidas. Ela também é encontrada em muitos fármacos que não precisam de receita e em pequenas quantidades no chocolate (TORTORA,– 2012).
As estruturas da cafeína e dos alcaloides a elas muito proximamente associados (teofilina e teobromina), podem ser vistas a seguir.
A teofilina, encontrada no chá, e a teobromina, no cacau, só diferem da cafeína no número de grupos CH3 presos aos anéis da estrutura: a cafeína tem três, e a teofilina e a teobromina tem dois cada uma, em posições ligeiramente diferentes. (Couteur, – 2006). 
A cafeína é usada medicinalmente para aliviar e prevenir a asma, tratar enxaquecas, aumentar a pressão sanguínea, como diurético e para um grande número de outras afecções (Couteur,– 2006). Também é amplamente utilizada como, coanalgésica, diurética e inibidora do sono. Formas herbais da cafeína, incluindo a erva-mate, guaraná (Paullinia cupana), noz-de-cola (Cola nítida) e extrato de chá-verde, são constituintes comuns de suplementos alimentares “termogênicos”, que são muito utilizados para perder peso e aumentar o desempenho atlético. A cafeína é ocasionalmente combinada em tabletes com outros estimulantes, como a metilenodioximetanfetamina (MDMA) ou ecstasy (OLSON, – 2014).
Ela estimula diretamente o sistema nervos central e aumenta a excitação. Ao mesmo tempo, eleva o nível de epinefrina circulante (a adrenalina), que pode mobilizar ácidos graxos livres (gordura sanguínea) e tem o potencial de representar uma fonte alternativa de combustível para os musculas que estão se exercitando (COLBERG, – 2003). 
Segundo as últimas das numerosas teorias sugeridas ao longo dos anos para explicar seus efeitos sobre a fisiologia humana, a cafeína bloqueia o efeito da adenosina no cérebro e em outras partes do corpo. A adenosina é m neuromodulador, uma molécula que diminui a taxa de descargas nervosas espontâneas e, assim, torna mais lenta a liberação de outros neurotransmissores, podendo, portanto induzir o sono. Não se pode dizer que a cafeína nos desperte, embora tenhamos essa impressão. Seu efeito é na realidade impedir a adenosina de exercer seu papel normal de nos fazer dormir. Quando a cafeína ocupa receptores da adenosina em outras partes do corpo, sentimos uma agitação típica: o ritmo cardíaco aumenta, alguns vasos sanguíneos se estreitam, enquanto outros se dilatam, e certos músculos se contraem mais facilmente (Couteur, – 2006). 
A cafeína exerce estimulação direta sobre o miocárdio, provocando o aumento no rendimento cardíaco. Na força de contração e frequência. No entanto por sua ação sobre o nervo vagal, tende a produzir diminuição da frequência cardíaca. Desde a muito tempo, acreditava-se que as xantinas aumentavam a circulação cerebral por vasodilatação nesse território, mas estudos recentes demonstram que a cafeína provoca diminuição do fluxo sanguíneo cerebral pelo aumento da resistência cerebrovascular (vasoconstrição), tanto em pessoas normais como em hipertensos. Nesse caso o efeito xantinas tem como consequência o alivio da cefaleia pela diminuição da distensão da artéria cerebral. Possuem ligeira ação diurética, principalmente por diminuírem a reabsorção tubular do cloreto e do sódio (LUCIA, – 2008).
Ela também estimula a liberação de cálcio nos músculos contraídos, permitindo a produção de mais força e potência aumento da capacidade para o trabalho muscular (COLBERG, – 2003). Esta ação está intimamente relacionada com o aumento do metabolismo celular provocado pelas xantinas que intensificam a glicogenólise. Também aumentam a secreção gástrica, podendo produzir náusea e vômito, o que limita as doses administradas por via oral (LUCIA, – 2008).
Em dose elevadas (acima da alcançada pelo consumo habitual humano) inibe as enzimas fosfodiesterases com resultante acumulo de AMP cíclico. A cafeína potencializa os efeitos da norepinefrina e do glucagon no fígado. Esses são efeitos devidos à inibição da fosfodiesterase (LUCIA, – 2008).
Embora a cafeína possua um amplo índice terapêutico e raramente cause toxicidade séria, existem muitos casos documentados de intoxicações acidental, suicida e iatrogênica (efeitos adverso causados por um tratamento médico), alguns levando a óbito (OLSON, – 2014).
O Manual Diagnóstico e Estatístico de Transtornos Mentais, Quarta Edição (DSM-IV) define a intoxicação por cafeína como um conjunto de sintomas que se desenvolvem durante ou logo após o uso de cafeína. Pode haver dois tipos de apresentação associados com intoxicação por cafeína. A primeira apresentação esta relacionada com a ingestão aguda de grandes quantidades e representa uma condição de superdosagem aguda de droga. A segunda apresentação refere-se consumo habitual de grandes quantidades de cafeína e resulta em uma apresentação mais complexa (Kay, – 2002).
A cafeína é completamente absorvida pelo trato gastrointestinal. Após duas horas da ingestão de cafeína, registram-se concentrações plasmáticas máximas. A meia-vida biológica da cafeína é de 5 a 8 horas. Os produtos metabólicos resultam de desmetilação e parcialmente transformação química oxidativa mediada por isoenzimas CYPA1A2 e CYP3A4 e posterior degradação à ureia. Uma pequena parte da cafeína e excretada inalterada na urina (LUCIA, – 2008).
Objetivo
	Esse experimento visa determinar concentrações de metilxantinas (ex: cafeína) pelo método de espectrofotometria.
Materiais e Reagentes
Espectrofotômetro UV 
Cubetas de quartzo para espectrofotometria
 Micropipeta de 100 a 1000 L e ponteiras 
Micropipeta de 20 a 200 L e ponteiras 
Grade para tubos
Tubos de ensaio 
Funil de separação 125 ml
 Água destilada 
Béquer
 Cafeína
Diclorometano
Solução de bicarbonato de sódio a 5%. 
Amostra de refrigerantes (Coca-Cola e Pepsi) 
Procedimento Experimental 
Etapa 1: Construção da curva de calibração para cafeína. 
Adicionaram-se os reagentes contidos em cada linha da tabela abaixo em tubos de centrifuga.
Tabela 01 – Reagentes adicionados para construção da curva de calibração
	Pontos da curva cafeína (mg/dL)
	Volume de padrão de cafeína (L)
	Volume de padrão de diclorometano (L)
	Volume de diclorometano (L)
	Volume Final
(L)
	0
	0
	1000
	2500
	3500
	0,6
	60
	940
	2500
	3440
	1,2
	120
	880
	2500
	3380
	1,8
	180
	820
	2500
	3320
	2,4
	240
	760
	2500
	3260
	3,0
	300
	700
	2500
	3200
	3,6
	360
	640
	2500
	3140
	7,2
	720
	280
	2500
	2780
Finalizado o preparo dos tubos, os mesmos foram agitados por alguns segundos. Logo após, leram-se as absorbâncias em 270 nm no espectrofotômetro UV, usando o primeiro tubo como branco. 
Com dados da medida, construiu-se a curva de calibração, obtendo a equação da reta e o R2, que serão apontados nos resultados e discussão. 
Etapa 2: Determinação de metilxantinas nas amostras(refrigerantes)
Na aula seguinte, com uma pipeta de 10 ml pipetou-se 5 ml da amostra de refrigerante Coca-Cola e transferiu-se esse volume para um funil de separação de 125 ml. Logo após, adicionou-se 6 ml de água destilada e em seguida 4 ml de solução Na2CO2 a 5%. Posteriormente, foi adicionado 20 mL de diclorometano. A cafeína (metilxantinas) foi extraída após a inversão do funil por três vezes e abriu-se o funil após cada inversão para que removesse o excesso de gás. A camada não aquosa (diclorometano) foi removida para um balão volumétrico limpo de 50 ml. Repetiram-se as operações anteriores duas vezes e depositou-se a fração de diclorometano no mesmo balão volumétrico. O mesmo procedimento foi realizado com a amostra de refrigerante PepsiPor fim, leu-se a absorbância em 270 nm no espectrofotômetro UV das amostras e anotaram-se os resultados.
Resultados e Discussão
Após o preparo da solução padrão de cafeína, foi possível construir uma curva de calibração, possuindo vários pontos com diferentes concentrações de cafeína.
Leu-se a absorbância das amostras de Coca-cola e Pepsi no espectrofotômetro em 270 nm, obtendo-se os seguintes resultados:
Coca-Cola: 0,362 A
Pepsi: 0,386 A
Por meio da equação da reta obtida pela construção da curva de calibração é possível obter a concentração de cafeína nas amostras testadas. Observe o cálculo abaixo.
 - Coca-Cola: - Pepsi: 
 y = 0,204x - 0,0248 y = 0,204x - 0,0248
 0,204x = 0,3868 0,204x = 0,4108
 x = 1,89 mg/dL x = 2,01 mg/dL
	
	Como as amostras preparadas estavam 10 vezes diluídas é preciso multiplicar os resultados obtidos por 10, com isso a concentração de cafeína na Coca-Cola passa a ser de 18,9 mg/dL e a da Pepsi de 20,1 mg/dL.
	Com os resultados obtidos através dos cálculos realizados acima é possível calcular a concentração de cafeína presente em uma lata de refrigerante de 340 mL, através de uma regra de três simples. Veja o cálculo.
Coca- cola:
18,9 mg 100 mL
 X 340 mL
X = 64,26 mg
Pepsi:
20,1 mg 100 mL
 Y 340 mL
Y = 68,3 mg
	Portanto, o valor de cafeína encontrado na Pepsi é maior do que o encontrado na Coca-Cola. Além disso, os valores encontrados estão dentro do limite descritos por CLAUSON et al., 2008. Segundo esta pesquisa os valores de cafeína em refrigerantes encontra-se normalmente entre 30 e 72 mg.
É digno de nota que, embora a determinação da cafeína possa ser realizada no comprimento de onda no UV devido à presença de ressonância pelas duplas ligações, pois toda estrutura com muitas ligações duplas absorvem na luz ultravioleta (200-400 nm) emitindo uma coloração (7), não podemos afirmar que o resultado adquirido contém somente cafeína porque outras substâncias aromáticas podem interferir nos resultados de quantificação da cafeína. Esta, portanto, é uma possível desvantagem desta técnica empregada, podendo superestimar a quantidade de cafeína na bebida.
No entanto, este método empregado para a quantificação de cafeína em bebidas possui diversas vantagens, dentre elas, trata-se de um método relativamente fácil, barato e rápido. Sendo, portanto, até mesmo defendido por profissionais experientes, por exemplo, AMOS-TAUTUA, 2014 recomendou este método analítico para a quantificação rápida, precisa e sensível de cafeína em bebidas por qualquer instituição de ensino nos países em desenvolvimento.
Conclusão
Através desse procedimento foi possível construir a curva de calibração com as diferentes concentrações da cafeína e a partir da equação da reta fornecida pela mesma obteve-se os valores das concentrações de cafeína das amostras, porém não se pode afirmar que o valor total seja apenas de cafeína já que outras substâncias com valores próximos de absorbância podem ser lidos juntos com a substância desejada.
Referências Bibliográficas
TORTORA, Gerard J; DERRICKSON, Bryan. Corpo Humano: Fundamentos de anatomia e fisiologia - 8ed – 2012.
Couteur, Penny Le; Burreson, Jay. Os Botões de Napoleão – 2006.
OLSON, Kent R. Manual de Toxicologia Clínica - 6ed – 2014.
COLBERG, Sheri. Atividade Física E Diabetes – 2003.
LUCIA, Roberto De. Farmacologia Integrada – 2008.
Kay, Jerald; Tasman, Allan; Lieberman, Jeffrey A. Psiquiatria – 2002.
MOREIRA, Ivanira; SCHEEL, Guilherme Luiz; HATUMURA, Pedro Henrique  and  SCARMINIO, Ieda Spacino.Efeito do solvente na extração de ácidos clorogênicos, cafeína e trigonelina em Coffea arabica.Quím. Nova [online]. 2014, vol.37, n.1, pp. 39-43