Πώς να ανιχνεύσετε την υπολειμματική καφεΐνη σε στιγμιαίο καφέ χωρίς καφεΐνη

Εισαγωγή

Η καφεΐνη είναι το κύριο ενεργό συστατικό του καφέ. Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένες περιπτώσεις - όπως η αυξημένη αρτηριακή πίεση, το ευαίσθητο στομάχι, η εγκυμοσύνη ή η αλληλεπίδραση με φαρμακευτικά προϊόντα - υπό τις οποίες προτιμάται ο καφές χωρίς καφεΐνη. Το 1903, αναπτύχθηκε η πρώτη διαδικασία για την αποκαφεϊνοποίηση των κόκκων καφέ. Η διαδικασία αυτή χρησιμοποιούσε νερό και βενζόλιο για την εξαγωγή καφεΐνης από τους ακατέργαστους κόκκους (μέθοδος Roselius). Αργότερα, χρησιμοποιήθηκαν άλλοι διαλύτες όπως το διχλωρομεθάνιο ή ο οξικός αιθυλεστέρας για να αντικαταστήσουν το βενζόλιο που προκαλούσε το carc. Σήμερα, νέες διαδικασίες όπως η εκχύλιση με καθαρό νερό (ελβετική διαδικασία νερού), η διαδικασία των τριγλυκεριδίων ή η εκχύλιση με υπερκρίσιμο διοξείδιο του άνθρακα είναι συνήθεις. [1]

Ωστόσο, ο καφές χωρίς καφεΐνη εξακολουθεί να περιέχει κάποια υπολείμματα καφεΐνης. Οι καθαροί ακατέργαστοι κόκκοι καφέ περιέχουν μεταξύ 0,8% και 4% καφεΐνη, ανάλογα με τον τύπο του κόκκου καφέ [2]. Η ΕΕ επιτρέπει μια υπολειμματική ποσότητα καφεΐνης 0,1% στους μη καβουρδισμένους κόκκους κατά την πώληση ενός καφέ χωρίς καφεΐνη [3]. Η ποσότητα της καφεΐνης που μεταφέρεται από τον κόκκο στο φλιτζάνι του παρασκευασμένου καφέ εξαρτάται από την ποσότητα του χρησιμοποιημένου κόκκου καφέ, το είδος του καβουρδίσματος, το μέγεθος των κόκκων του κόκκου καφέ μετά το άλεσμα, τον χρόνο και την πίεση εκχύλισης και τη θερμοκρασία του νερού. Αυτό οδηγεί σε μια ποσότητα περίπου 3 mg καφεΐνης ανά φλιτζάνι (150 ml) καφέ για τον ντεκαφεϊνέ καφέ, ενώ ένα κανονικό φλιτζάνι καφέ περιέχει μεταξύ 50 και 100 mg καφεΐνης. Η περιεκτικότητα σε καφεΐνη στους στιγμιαίους καφέδες είναι επίσης μικρότερη από ό,τι στον κανονικό καφέ. Ανάλογα με το είδος του κόκκου που χρησιμοποιείται και τη διαδικασία παραγωγής, ο στιγμιαίος καφές περιέχει μόνο περίπου το 50% της καφεΐνης που βρίσκεται σε έναν καφέ φίλτρου. Οι μέσες τιμές κυμαίνονται μεταξύ 30 και 90 mg ανά φλιτζάνι των 150 ml. Οι παραγωγοί στιγμιαίου ντεκαφεϊνέ δηλώνουν ότι τα προϊόντα τους περιέχουν λιγότερο από 5 mg καφεΐνης ανά μερίδα.

Η κύρια διαφορά μεταξύ του στιγμιαίου καφέ και του καφέ που παρασκευάζεται είναι η προετοιμασία. Όπως και ο κανονικός καφές, ο στιγμιαίος καφές προέρχεται από κόκκους που αλέθονται και παρασκευάζονται, αλλά στη συνέχεια ξηραίνονται με κατάψυξη ή ψεκασμό σε συμπυκνωμένη σκόνη. Αυτό σημαίνει ότι μόλις η σκόνη αναμιχθεί με νερό, θα ανακτήσει την κανονική γεύση και υφή του καφέ.

Στην παρούσα μελέτη, διαφορετικοί στιγμιαίοι καφέδες με και χωρίς καφεΐνη διερευνήθηκαν με τη βοήθεια της TGA-GC-MS (φασματομετρία μάζας αέριας χρωματογραφίας θερμοβαρύτητας, STA 449 F3 Jupiter^® συνδεδεμένη με Agilent GC 8890 και Agilent MDS 5975) για τον προσδιορισμό της καφεΐνης που περιέχεται.

Για την προετοιμασία των δειγμάτων, τα δείγματα αλέστηκαν ελαφρώς και συμπιέστηκαν στο χωνευτήρι- στη συνέχεια μεταφέρθηκαν στο STA. Οι μετρήσεις TGA διορθώθηκαν σε επίπεδο βάσης. Τα δείγματα θερμάνθηκαν σε αδρανή ατμόσφαιρα στους 850°C για να εξελιχθούν πτητικές ενώσεις όπως η καφεΐνη. Οι ενώσεις που αναπτύχθηκαν συλλέχθηκαν στην κρυοπαγίδα GC στους -50°C, στη συνέχεια διαχωρίστηκαν και ταυτοποιήθηκαν μετά την εκτέλεση της TGA.

Πίνακας 1: Παράμετροι μέτρησης TGA

Πίνακας 2: Παράμετροι μέτρησης GC-MS

Αποτελέσματα και συζήτηση

Σε όλα τα δείγματα καφέ παρατηρήθηκαν διάφορα σημαντικά στάδια απώλειας μάζας μεταξύ της θερμοκρασίας δωματίου και των 850°C, βλέπε σχήμα 1. Δεν ήταν δυνατόν να διαχωριστούν σαφώς τα βήματα απώλειας μάζας με τον εφαρμοζόμενο ρυθμό θέρμανσης 10 K/min. Και τα τέσσερα δείγματα παρουσίασαν σχετικά παρόμοια συμπεριφορά. Επιπλέον, δεν ήταν δυνατόν να προσδιοριστεί σαφώς η απελευθέρωση καφεΐνης μόνο μέσω της TGA. Η καθαρή καφεΐνη παρουσιάζει μια κορυφή DTG (ρυθμός απώλειας μάζας) στους 272°C (βλέπε σχήμα 2), η οποία επικαλύφθηκε από άλλα φαινόμενα στα δείγματα καφέ.

Η τεχνική GC-MS είναι απαραίτητη για τον διαχωρισμό των ενώσεων που απελευθερώνονται και την ταυτοποίηση της καφεΐνης σε αυτό το πολύπλοκο μείγμα. Το συνολικό ρεύμα ιόντων που προκύπτει δείχνει έναν αριθμό αέριων ενώσεων που ανιχνεύονται για κάθε δείγμα- βλέπε πίνακα 3.

Με τη βοήθεια του NIST library, η κύρια κορυφή κάθε χρωματογραφήματος μπορεί να συσχετιστεί με την καφεΐνη, βλέπε σχήμα 3. Αποδείχθηκε ότι ουσίες με υψηλό βρασμό, όπως η καφεΐνη, μπορούν να μεταφερθούν στο MS χωρίς συμπύκνωση.

Μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτή την κορυφή (εικόνα 4) με χρόνο κατακράτησης περίπου 98 λεπτά δείχνει τα διαφορετικά μεγέθη και κατά συνέπεια τις διαφορετικές περιοχές κάτω από αυτές τις κορυφές. Η περιοχή κάτω από την κορυφή μπορεί να συγκριθεί σχετικά και σχετίζεται με την ποσότητα της καφεΐνης που περιέχεται. Η μέση περιοχή για όλα τα δείγματα καφέ με καφεΐνη δίνει μια τιμή 35,^88-106*s. Το αποτέλεσμα για το δείγμα ντεκαφεϊνέ ήταν 4,^05-106*s. Με τη σχετική σύγκριση αυτών των τιμών, μπορεί να εκτιμηθεί ότι σε αυτή την περίπτωση, το δείγμα ντεκαφεϊνέ περιέχει λιγότερη καφεΐνη από τα κανονικά δείγματα κατά περίπου 9 φορές.

Η ποσότητα καφεΐνης ανά φλιτζάνι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη διαδικασία παραγωγής του στιγμιαίου καφέ και την ποσότητα σκόνης καφέ που χρησιμοποιείται ανά φλιτζάνι. Οι προτάσεις σερβιρίσματος κυμαίνονται μεταξύ 2 και 4 g ανά φλιτζάνι.

Περίληψη

Η τεχνική TGA-GC-MS προσφέρει μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών επιλογών για την ανάλυση και τη σύγκριση διαφορετικών προϊόντων τροφίμων. Η συνεχής υψηλή θέρμανση των συστημάτων μεταφοράς επιτρέπει τη μεταφορά ουσιών υψηλού σημείου ζέσεως χωρίς συμπύκνωση. Εκτός από τον προσδιορισμό των διαφόρων οργανικών ενώσεων που απελευθερώνονται, ήταν επίσης δυνατή η σχετική σύγκριση της περιεχόμενης καφεΐνης. Παρόλο που ένα δείγμα είχε αποκαφεϊνοποιηθεί, ανιχνεύθηκε ακόμη υπολειμματική καφεΐνη. Αυτό αποδεικνύει ότι το GC-MS είναι ένα πολύ ευαίσθητο σύστημα για την ανίχνευση ιχνών αερίων που απελευθερώνονται στην περιοχή των μg.