Jak zjistit zbytkový kofein v instantní kávě bez kofeinu?

Úvod

Kofein je hlavní účinnou látkou kávy. Existují však okolnosti - např. zvýšený krevní tlak, citlivý žaludek, těhotenství nebo interakce s léčivy - za kterých se dává přednost kávě bez kofeinu. V roce 1903 byl vyvinut první postup pro dekofeinizaci kávových zrn. Tento postup využíval vodu a benzen k extrakci kofeinu ze surových kávových zrn (Roseliusova metoda). Později se místo karcinogenního benzenu začala používat jiná rozpouštědla, například dichlormethan nebo ethylacetát. V současné době jsou běžné nové postupy, jako je extrakce čistou vodou (švýcarský vodní proces), triglyceridový proces nebo extrakce superkritickým oxidem uhličitým. [1]

Káva bez kofeinu však stále obsahuje určité množství zbytkového kofeinu. Čistá surová kávová zrna obsahují 0,8 až 4 % kofeinu v závislosti na druhu kávových zrn [2]. EU povoluje při prodeji kávy bez kofeinu zbytkové množství 0,1 % kofeinu v nepražených zrnech [3]. Množství kofeinu, které přechází ze zrn do šálku uvařené kávy, závisí na množství použité kávové sedliny, druhu pražení, velikosti zrn kávové sedliny po mletí, době a tlaku extrakce a teplotě vody. Výsledkem je množství přibližně 3 mg kofeinu na šálek (150 ml) kávy u kávy bez kofeinu, zatímco běžný šálek kávy obsahuje 50 až 100 mg kofeinu. Obsah kofeinu v instantních kávách je rovněž nižší než u normální kávy. V závislosti na druhu použitých zrn a výrobním procesu obsahuje instantní káva pouze asi 50 % kofeinu obsaženého ve filtrované kávě. Průměrné hodnoty se pohybují mezi 30 a 90 mg na šálek o objemu 150 ml. Výrobci instantní kávy bez kofeinu uvádějí, že jejich výrobky obsahují méně než 5 mg kofeinu na porci.

Hlavní rozdíl mezi instantní a vařenou kávou spočívá v přípravě. Stejně jako běžná káva, i instantní káva pochází ze zrn, která jsou namleta a uvařena, ale poté jsou sušena mrazem nebo rozprašováním do koncentrovaného prášku. To znamená, že po smíchání prášku s vodou získá káva normální chuť a strukturu.

V této studii byly různé instantní kávy s kofeinem a bez kofeinu zkoumány pomocí TGA-GC-MS (termogravimetrická plynová chromatografie s hmotnostní spektrometrií, STA 449 F3 Jupiter^® spojená s Agilent GC 8890 a Agilent MDS 5975) za účelem stanovení obsaženého kofeinu.

Pro přípravu vzorků byly vzorky mírně rozemlety a stlačeny v kelímku; poté byly přeneseny do STA. Měření TGA byla korigována na základní linii. Vzorky byly zahřívány v inertní atmosféře na 850 °C, aby se uvolnily těkavé sloučeniny, jako je kofein. Vyvolané sloučeniny byly shromážděny v kryolapě GC při -50 °C, poté byly separovány a identifikovány po provedení TGA.

Tabulka 1: Parametry měření TGA

Tabulka 2: Parametry měření GC-MS

Výsledky a diskuse

Všechny vzorky kávy vykazovaly mezi pokojovou teplotou a teplotou 850 °C několik výrazných hmotnostních ztrát; viz obrázek 1. Při použité rychlosti ohřevu 10 K/min nebylo možné tyto kroky ztráty hmotnosti jasně oddělit. Všechny čtyři vzorky vykazovaly relativně podobné chování. Kromě toho nebylo možné jednoznačně Identify uvolňování kofeinu pouze pomocí TGA. Čistý kofein vykazuje pík DTG (rychlost úbytku hmotnosti) při 272 °C (viz obr. 2), který byl u vzorků kávy překryt dalšími efekty.

K oddělení uvolněných sloučenin a k Identify kofeinu v této komplexní směsi je nezbytná technika GC-MS. Výsledný celkový iontový proud ukazuje počet zjištěných plynných sloučenin u každého vzorku; viz tabulka 3.

Pomocí knihovny NIST lze hlavní pík každého chromatogramu přiřadit ke kofeinu; viz obrázek 3. Bylo prokázáno, že vysoce vroucí látky, jako je kofein, lze přenést do MS bez kondenzace.

Bližší pohled na tento pík (obrázek 4) s retenčním časem přibližně 98 min ukazuje různé velikosti a následně i různé plochy pod těmito píky. Plochu pod píkem lze relativně porovnat a souvisí s množstvím obsaženého kofeinu. Průměrná plocha pro všechny vzorky kávy s kofeinem dává hodnotu 35,^88-106*s. Výsledek pro vzorek kávy bez kofeinu byl 4,^05-106*s. Při relativním srovnání těchto hodnot lze odhadnout, že v tomto případě vzorek bez kofeinu obsahuje méně kofeinu než běžné vzorky přibližně devítinásobně.

Množství kofeinu v jednom šálku silně závisí na postupu výroby instantní kávy a množství kávového prášku použitého na jeden šálek. Návrhy na servírování se pohybují mezi 2 a 4 g na šálek.

Souhrn

Technika TGA-GC-MS nabízí velké množství různých možností pro analýzu a porovnávání různých potravinářských výrobků. Nepřetržitý vysoký ohřev přenosových systémů umožňuje přenos látek s vysokým bodem varu bez kondenzace. Kromě identifikace různých uvolňovaných organických sloučenin bylo možné provést také relativní srovnání obsaženého kofeinu. Přestože byl jeden vzorek zbaven kofeinu, zbytkový kofein byl stále detekován. To dokazuje, že GC-MS je velmi citlivý systém pro detekci stop uvolněných plynů v rozsahu μg.