“Food Forensics”: análise forense de alimentos pelos isótopos estáveis

No Brasil muitos produtos alimentícios sofrem adulterações e essas fraudes, além de comprometerem as propriedades e a qualidade dos alimentos, podem até mesmo afetar a saúde dos consumidores.

Na medida em que o crime evolui e novos tipos de adulterações aparecem no mercado, métodos analíticos inovadores precisam ser desenvolvidos para constatar tais fraudes e auxiliar na materialização dos delitos. No contexto forense, a denominada Food Forensics é uma ciência que busca determinar as origens de alimentos e constatar as adulterações nos produtos por meio de diversos tipos de exames periciais.

Dentre os métodos analíticos para caracterização das fraudes em produtos alimentícios, a análise por meio dos isótopos estáveis, como por exemplo a análise isotópica do elemento carbono, além das diversas aplicações forenses a que se destina, se destaca pela capacidade de identificar e quantificar adulterações em inúmeros tipos de alimentos pela adição de compostos estranhos à composição original dos produtos.

Mas o que são isótopos estáveis?

Os isótopos estáveis são variações naturais que consistem em átomos de um mesmo elemento químico, mas que diferem no número de nêutrons e, consequentemente, nas respectivas massas, apresentando núcleos estáveis (sem decaimento radioativo) (Figura 1).

Isótopos Estáveis Figura 1
Figura 1

Aprendemos desde o Ensino Médio que um elemento químico é definido pelo seu número de prótons (Z) e que sua massa (A) é composta pelo Z mais o número de nêutrons (N) presente de forma variada no interior do núcleo (fórmula -> A = N + Z). Quase todos os elementos químicos existentes na natureza são compostos por uma mistura de isótopos, os quais apresentam as mesmas características químicas, mas diferentes propriedades físicas (diferente relação de massa/carga), possibilitando diferentes formas de fracionamento isotópico nos sistemas biológicos.

Os isótopos estáveis de carbono (C) e nitrogênio (N) são os mais utilizados em estudos em todo o mundo. A composição isotópica de uma amostra questionada é principalmente expressa em termos de notação δ (delta), representando partes por mil (‰), consistindo na diferença isotópica de uma amostra em relação ao padrão de referência internacional: δX = [(Ramostra/Rpadrão) – 1] x 1.000 (‰), em que R é a relação entre isótopos menos abundantes pelos isótopos mais abundantes de determinado elemento químico (Figura 2).

Padrões para Isótopos Estáveis Figura 2.pptx
Figura 2

A análise é usualmente realizada por meio de um espectrômetro de massa de razão isotópica, o qual ioniza moléculas gasosas e separa os feixes de íons de acordo com a relação massa/carga por meio de campo eletromagnético.

Isótopo estável do elemento carbono

A base da variação isotópica do elemento carbono se dá pelo fracionamento isotópico que ocorre durante o processo da fotossíntese realizado pelas plantas. As diferentes formas de fixação de C durante o processo fotossintético levam a diferentes proporções de isótopos (13C e 12C) nos tecidos vegetais. Em síntese, na via bioquímica de carboidratos nas plantas, quando o primeiro composto orgânico sintetizado é um açúcar com 3 átomos de C, essas plantas apresentam o ciclo fotossintético do tipo C3; quando o primeiro açúcar formado possui 4 átomos de C, estas plantas apresentam o ciclo fotossintético do tipo C4 (Figura 3). Um terceiro mecanismo de concentração de CO2 é encontrado no denominado metabolismo ácido das crassuláceas (MAC, do inglês CAM), plantas xerófitas que apresentam ciclo metabólito semelhante ao ciclo fotossintético C4 em inúmeros aspectos.

Plantas C3 e C4 Figura 3
Figura 3

Os valores isotópicos para o elemento carbono, expressos em δ13C por mil (‰), estão no intervalo de aproximadamente -34‰ a -24‰ (média de -27‰) para plantas de ciclo fotossintético C3, grande maioria das plantas existentes no mundo, e de -16‰ a -9‰ para plantas do tipo C4 (média de -13‰), como as gramíneas tropicais (cana-de-açúcar, milho etc), em comparação com o Vienna Peedee Belemnite – VPDB (0‰), tipo de rocha calcária dos EUA, considerada o padrão internacional de isótopos estáveis de C (13C e 12C). As plantas do tipo C3 discriminam mais o 13C durante o processo fotossintético. O valor negativo indica que a amostra é mais leve que o padrão (mais 12C do que 13C).

Devido a estas variações naturais e diferentes processos biológicos, a composição isotópica (ou assinatura isotópica) de uma amostra de alimento pode ser investigada quanto à sua origem e ingredientes, e também se pode determinar a composição isotópica assimilada nos tecidos dos organismos consumidores. Afinal, nós somos aquilo que comemos! Vamos ver como essa metodologia permite essa avaliação na prática a seguir.

Food Forensics aplicado

A metodologia que utiliza a razão isotópica do carbono (13C/12C) é útil na quantificação desse elemento oriundo de plantas de diferentes ciclos fotossintéticos. Esse método da diluição isotópica é efetivo quando a composição do alimento ou bebida baseia-se em uma mistura de compostos produzidos a partir de plantas C3 e C4, sendo possível determinar a origem botânica do carbono.

As plantas C4 estão amplamente presentes no sistema alimentar brasileiro, uma vez que o país é um dos maiores produtores de milho e cana-de-açúcar do planeta, e seus derivados, como por exemplo o açúcar da cana ou o xarope de milho, costumam ser inseridos de forma ilegal na composição de diferentes produtos alimentícios por serem considerados mais econômicos, visando à redução de custos no processo de fabricação.

Uma das bebidas preferidas do brasileiro é a cerveja, composta basicamente de água, malte de cevada, lúpulo e levedura de cerveja para produzir a fermentação, sendo predominantemente composta por ingredientes provenientes de plantas do tipo C3. Portanto, na teoria, deveria apresentar valores médios de δ13C de aproximadamente -27‰. Entretanto, a Legislação Brasileira, por meio do Decreto nº. 2314/1997, estabelece que a parte da cevada maltada da cerveja pode ser substituída por suplementos (milho, cevada, arroz, trigo, centeio, aveia e sorgo – usando grãos inteiros, flocos ou suas partes de amido) e carboidratos (açúcar) de origem vegetal, mas que a adição desses adjuntos não-maltados não pode exceder de forma alguma em 50%.

Ao analisar 77 marcas de cerveja, incluindo 49 marcas produzidas no Brasil e 28 produzidas em outros lugares do mundo, Mardegan et al. (2013) detectaram o valor médio de δ13C de -22,0‰ para as cervejas nacionais, indicando uma alta adição de adjuntos de origem C4 durante o processo de fermentação, com cervejas de grandes cervejarias apresentando maiores adulterações (δ13C mais altos de cerca de -20‰) do que a cerveja produzida por cervejarias consideradas artesanais (δ13C médio de -25‰). Os principais adjuntos que costumam ser empregados para adulterar a cerveja são o xarope de milho, grãos de milho e até mesmo derivados de cana-de-açúcar. Essa ferramenta também é importante e pode ser utilizada para determinação da origem botânica de componentes de outras bebidas, como café, sucos de frutas e do álcool presente em vinhos, vodcas, dentre outras bebidas alcoólicas, constatando a adição de açúcar de cana ou outro adjunto de origem C4 na composição de forma a extrapolar os limites legais (Oliveira et al. 2002).

Outro produto bastante adulterado no Brasil é o mel das abelhas, considerado de fácil adulteração com adição de açúcares ou xaropes. Você acha que está comprando e pagando caro por mel proveniente de determinada planta quando na verdade está consumindo puro melaço de cana-de-açúcar (Souza-Kruliski et al. 2010).

Mais recentemente uma pesquisa constatou que o molho de soja (Shoyu), considerado o segundo condimento à base de molho mais popular fabricado no Brasil depois do ketchup, na realidade é produzido à base de milho (Morais et al. 2018)! A legislação brasileira define o shoyu como o produto da fermentação da soja e outros cereais, incluindo milho, arroz e trigo. Soja, arroz e trigo são plantas de via fotossintética C3, enquanto o milho é uma planta Ce que apresenta valores isotópicos de C bem distinto. O δ13C de 70 amostras de shoyu produzidos no Brasil foi analisado e comparado com o molho fabricado em outros países, como o Japão. A média (± desvio-padrão) do δ13C do shoyu brasileiro foi de inacreditável -15±3,4‰, estimando que o shoyu brasileiro contenha <20% de soja em sua composição.

Considerações finais

O problema de detecção de adulteração e atestar sobre a autenticidade de produtos alimentícios é um enorme desafio para a perícia. A análise de isótopos estáveis do carbono permite identificar a fraude quando adjuntos de origem botânica diversa da composição original é adicionada ao produto. Quanto mais distantes os valores isotópicos dos ingredientes, mais facilmente será possível constatar a adulteração. Mas e quando os ingredientes com valores de δ13C similares são adicionados aos produtos de forma ilícita? Nesse contexto, composições isotópicas de outros elementos químicos, como o nitrogênio (N), oxigênio (O), hidrogênio (H), dentre outros, podem ser utilizados para elucidar questões sobre a origem do produto e concluir sobre sua autenticidade.

Então, da próxima vez que você, leitor, estiver saboreando uma cerveja de uma grande marca, pense na desproporcional quantidade de milho que foi usada na fermentação.

 

Referências

Mardegan, S.F., Andrade, T.M.B., de Sousa Neto, E.R., de Castro Vasconcellos, E. B., Martins, L. F. B., Mendonça, T. G., & Martinelli, L. A. (2013). Stable carbon isotopic composition of Brazilian beers—A comparison between large-and small-scale breweries. Journal of food composition and analysis, 29(1), 52-57.

Morais, MC., Pellegrinetti, TA., Sturion, LC., Sattolo, TMS., & Martinelli, L.A. (2018). Stable carbon isotopic composition indicates large presence of maize in Brazilian soy sauces (shoyu). Journal of Food Composition and Analysis, 70, 18-21.

Oliveira, A.C.B., et al. (2002). Isótopos estáveis e produção de bebidas: de onde vem o carbono que consumimos? Ciênc. Tecnol. Aliment, 22(3), 285-288.

Souza-Kruliski, C.R.D., Ducatti, C., Venturini Filho, W.G., Orsi, R.D.O., & Silva, E.T. (2010). Estudo de adulteração em méis brasileiros através de razão isotópica do carbono. Ciência e Agrotecnologia, 434-439.