Come rilevare la caffeina residua nel caffè solubile decaffeinato?

Introduzione

La caffeina è il principale principio attivo del caffè. Tuttavia, in alcune circostanze - come l'aumento della pressione sanguigna, lo stomaco sensibile, la gravidanza o l'interazione con farmaci - è preferibile il caffè decaffeinato. Nel 1903 è stata sviluppata la prima procedura per decaffeinare i chicchi di caffè. Questa procedura utilizzava acqua e benzene per estrarre la caffeina dai chicchi crudi (metodo Roselius).arcIn seguito, sono stati utilizzati altri solventi come il diclorometano o l'acetato di etile per sostituire il benzene inogeno. Oggi sono diffusi nuovi processi come l'estrazione con acqua pura (processo svizzero dell'acqua), il processo dei trigliceridi o l'estrazione con anidride carbonica supercritica. [1]

Tuttavia, il caffè decaffeinato contiene ancora alcuni residui di caffeina. I chicchi di caffè crudi puri contengono tra lo 0,8% e il 4% di caffeina, a seconda del tipo di chicco [2]. L'UE ammette una quantità residua di caffeina dello 0,1% nei chicchi non tostati quando si vende un caffè decaffeinato [3]. La quantità di caffeina trasferita dal chicco alla tazza di caffè preparato dipende dalla quantità di fondi di caffè utilizzati, dal tipo di tostatura, dalla granulometria dei fondi di caffè dopo la macinazione, dal tempo e dalla pressione di estrazione e dalla temperatura dell'acqua. Il risultato è una quantità di circa 3 mg di caffeina per tazza (150 ml) di caffè per il caffè decaffeinato, mentre una normale tazza di caffè contiene tra 50 e 100 mg di caffeina. Anche il contenuto di caffeina nei caffè istantanei è inferiore a quello del caffè normale. A seconda del tipo di chicco utilizzato e del processo di produzione, il caffè istantaneo contiene solo circa il 50% della caffeina presente in un caffè filtro. I valori medi variano tra 30 e 90 mg per tazza da 150 ml. I produttori di decaffeinato istantaneo dichiarano che i loro prodotti contengono meno di 5 mg di caffeina per porzione.

La principale differenza tra il caffè istantaneo e il caffè preparato è la preparazione. Come il caffè normale, il caffè istantaneo deriva da chicchi macinati e preparati, ma poi liofilizzati o essiccati a spruzzo in una polvere concentrata. Ciò significa che, una volta mescolata all'acqua, la polvere riacquista il normale sapore e la consistenza del caffè.

In questo studio, diversi caffè istantanei con e senza caffeina sono stati analizzati mediante TGA-GC-MS (spettrometria di massa termocromatica, STA 449 F3 Jupiter^® accoppiato a Agilent GC 8890 e Agilent MDS 5975) per determinare la caffeina contenuta.

Per la preparazione dei campioni, questi sono stati leggermente macinati e compressi nel crogiolo, quindi trasferiti nello STA. Le misurazioni TGA sono state corrette alla base. I campioni sono stati riscaldati in atmosfera inerte a 850°C per far evolvere i composti volatili come la caffeina. I composti evoluti sono stati raccolti nella trappola criogenica GC a -50°C, quindi separati e identificati dopo la corsa TGA.

Tabella 1: Parametri di misurazione TGA

Tabella 2: Parametri di misura GC-MS

Risultati e discussione

Tutti i campioni di caffè hanno mostrato diverse fasi di perdita di massa significative tra la temperatura ambiente e 850°C; si veda la figura 1. Non è stato possibile separare chiaramente le fasi di perdita di massa con la velocità di riscaldamento applicata di 10 K/min. Tutti e quattro i campioni hanno mostrato un comportamento relativamente simile. Inoltre, non è stato possibile identificare chiaramente il rilascio di caffeina attraverso la sola TGA. La caffeina pura mostra un picco DTG (tasso di perdita di massa) a 272°C (vedi figura 2), che si è sovrapposto ad altri effetti nei campioni di caffè.

La tecnica GC-MS è necessaria per separare i composti rilasciati e identificare la caffeina in questa miscela complessa. La corrente ionica totale risultante mostra un numero di composti gassosi rilevati per ciascun campione; vedere tabella 3.

Con l'aiuto del NIST library, il picco principale di ciascun cromatogramma può essere correlato alla caffeina; vedere la figura 3. È stato dimostrato che le sostanze ad alto punto di ebollizione come la caffeina possono essere trasferite al MS senza condensazione.

Un'analisi più attenta di questo picco (figura 4), con un tempo di ritenzione di circa 98 minuti, mostra le diverse dimensioni e di conseguenza le diverse aree sotto i picchi. L'area sotto il picco può essere confrontata in modo relativo ed è correlata alla quantità di caffeina contenuta. L'area media per tutti i campioni di caffè con caffeina dà un valore di 35,^88-106*s. Il risultato per il campione decaffeinato è stato di 4,^05-106*s. Dal confronto relativo di questi valori, si può stimare che, in questo caso, il campione decaffeinato contiene meno caffeina rispetto ai campioni regolari di circa un fattore 9.

La quantità di caffeina per tazza dipende fortemente dalla procedura di produzione del caffè istantaneo e dalla quantità di polvere di caffè utilizzata per tazza. Le dosi consigliate variano da 2 a 4 g per tazza.

Sintesi

La tecnica TGA-GC-MS offre una grande varietà di opzioni per analizzare e confrontare diversi prodotti alimentari. L'elevato riscaldamento continuo dei sistemi di trasferimento consente di trasferire senza condensa le sostanze ad alto punto di ebollizione. Oltre a identificare i diversi composti organici rilasciati, è stato possibile effettuare un confronto relativo della caffeina contenuta. Nonostante un campione sia stato decaffeinato, è stata rilevata la caffeina residua. Ciò dimostra che il GC-MS è un sistema molto sensibile per rilevare tracce di gas rilasciati nell'intervallo dei μg.