Hvordan opdager man restkoffein i koffeinfri pulverkaffe?

Introduktion

Koffein er den vigtigste aktive ingrediens i kaffe. Der er dog nogle omstændigheder - såsom forhøjet blodtryk, følsom mave, graviditet eller interaktion med lægemidler - hvor koffeinfri kaffe er at foretrække. I 1903 blev den første procedure til at koffeinfri kaffebønner udviklet. Denne procedure brugte vand og benzen til at udvinde koffein fra de rå bønner (Roselius-metoden). Senere blev andre opløsningsmidler som dichlormethan eller ethylacetat brugt til at erstatte den kræftfremkaldende benzen. I dag er nye processer som ekstraktion med rent vand (den schweiziske vandproces), triglyceridprocessen eller ekstraktion med superkritisk kuldioxid almindelige. [1]

Koffeinfri kaffe indeholder dog stadig en rest af koffein. Rene, rå kaffebønner indeholder mellem 0,8 og 4 % koffein, afhængigt af typen af kaffebønner [2]. EU tillader en restmængde på 0,1 % koffein i de uristede bønner ved salg af koffeinfri kaffe [3]. Mængden af koffein, der overføres fra bønnen til koppen med brygget kaffe, afhænger af mængden af kaffegrums, der anvendes, typen af ristning, kaffegrumsens kornstørrelse efter formaling, ekstraktionstiden og -trykket samt vandtemperaturen. Dette resulterer i en mængde på ca. 3 mg koffein pr. kop (150 ml) kaffe for koffeinfri kaffe, mens en normal kop kaffe indeholder mellem 50 og 100 mg koffein. Koffeinindholdet i instantkaffe er også mindre end i normal kaffe. Afhængigt af den anvendte bønnetype og produktionsprocessen indeholder instantkaffe kun ca. 50 % af den koffein, der findes i filterkaffe. Gennemsnitsværdierne ligger mellem 30 og 90 mg pr. kop på 150 ml. Producenter af instant decaf angiver, at deres produkter indeholder mindre end 5 mg koffein pr. portion.

Den største forskel mellem instant kaffe og brygget kaffe er tilberedningen. Ligesom almindelig kaffe kommer instant kaffe fra bønner, der er malet og brygget, men derefter frysetørret eller spraytørret til et koncentreret pulver. Det betyder, at når pulveret blandes med vand, genvinder det den normale kaffesmag og -tekstur.

I denne undersøgelse blev forskellige instantkaffer med og uden koffein undersøgt ved hjælp af TGA-GC-MS (termogravimetrisk gaskromatografi-massespektrometri, STA 449 F3 Jupiter^® koblet til Agilent GC 8890 og Agilent MDS 5975) for at bestemme koffeinindholdet.

Til prøveforberedelse blev prøverne malet let og komprimeret i diglen og derefter overført til STA. TGA-målingerne blev basislinjekorrigeret. Prøverne blev opvarmet i en inert atmosfære til 850 °C for at udvikle flygtige forbindelser som f.eks. koffein. De udviklede forbindelser blev opsamlet i GC-kryofælden ved -50 °C, hvorefter de blev adskilt og identificeret efter TGA-kørslen.

Tabel 1: TGA-måleparametre

Tabel 2: GC-MS-måleparametre

Resultater og diskussion

Alle kaffeprøverne viste flere signifikante massetabstrin mellem stuetemperatur og 850 °C; se figur 1. Det var ikke muligt at adskille massetabstrinnene tydeligt med den anvendte opvarmningshastighed på 10 K/min. Alle fire prøver viste relativt ens opførsel. Derudover var det ikke muligt klart at identificere koffeinfrigivelsen ved hjælp af TGA alene. Ren koffein viser en DTG-top (massetabshastighed) ved 272 °C (se figur 2), som blev overlappet af andre effekter i kaffeprøverne.

GC-MS-teknikken er nødvendig for at adskille de frigivne forbindelser og for at identificere koffein i denne komplekse blanding. Den resulterende samlede ionstrøm viser et antal gasformige forbindelser, der er påvist for hver prøve; se tabel 3.

Ved hjælp af NIST-biblioteket kan hovedtoppen i hvert kromatogram relateres til koffein; se figur 3. Det blev vist, at højkogende stoffer som koffein kan overføres til MS uden kondensering.

Et nærmere kig på denne top (figur 4) med en retentionstid på ca. 98 minutter viser de forskellige størrelser og følgelig de forskellige områder under disse toppe. Arealet under toppen kan sammenlignes relativt og er relateret til mængden af koffein. Gennemsnitsarealet for alle koffeinholdige kaffeprøver giver en værdi på 35,^88-106*s. Resultatet for prøven med koffeinfri kaffe var 4,^05-106*s. Med den relative sammenligning af disse værdier kan det anslås, at den koffeinfri prøve i dette tilfælde indeholder ca. en faktor 9 mindre koffein end de almindelige prøver.

Mængden af koffein pr. kop afhænger i høj grad af produktionsproceduren for instant kaffe og mængden af kaffepulver, der bruges pr. kop. Serveringsforslag varierer mellem 2 og 4 g pr. kop.

Sammenfatning

Teknikken med TGA-GC-MS giver en lang række forskellige muligheder for at analysere og sammenligne forskellige fødevareprodukter. Kontinuerlig høj opvarmning af overførselssystemerne giver mulighed for kondensationsfri overførsel af stoffer med højt kogepunkt. Ud over at identificere de forskellige frigjorte organiske forbindelser var det også muligt at foretage en relativ sammenligning af koffeinindholdet. Selvom en prøve var koffeinfri, blev der stadig fundet restkoffein. Dette viser, at GC-MS er et meget følsomt system til at detektere spor af frigivne gasser i μg-området.