カフェインレス・インスタントコーヒーの残留カフェインを検出するには？

はじめに

カフェインはコーヒーの主な有効成分である。しかし、血圧の上昇、敏感な胃、妊娠、医薬品との相互作用など、カフェインレスコーヒーが好まれる状況もある。1903年、コーヒー豆をカフェイン除去する最初の方法が開発された。この方法では、水とベンゼンを使って生豆からカフェインを抽出した（ローゼリウス法）。その後、発がん性のあるベンゼンの代わりにジクロロメタンや酢酸エチルといった他の溶媒が使われるようになった。現在では、純水抽出（スイスウォータープロセス）、トリグリセリドプロセス、超臨界二酸化炭素による抽出などの新しいプロセスが一般的である。[1]

しかし、カフェインレスコーヒーにはまだカフェインが残っている。純粋なコーヒー生豆には、コーヒー豆の種類にもよりますが、0.8%から4%のカフェインが含まれています[2]。EUでは、カフェインレスコーヒーを販売する際、焙煎していない豆に0.1%のカフェインを残留させることを認めている[3]。コーヒー豆から抽出されたコーヒーカップに移行するカフェインの量は、使用するコーヒー粉の量、焙煎の種類、粉砕後のコーヒー粉の粒度、抽出時間と圧力、水温によって異なる。その結果、カフェインレスコーヒーの場合、コーヒー1杯（150ml）あたり約3mgのカフェインが含まれるが、通常のコーヒー1杯には50～100mgのカフェインが含まれる。インスタントコーヒーのカフェイン含有量も通常のコーヒーより少ない。使用する豆の種類や製造工程にもよるが、インスタントコーヒーにはフィルターコーヒーに含まれるカフェインの約50％しか含まれていない。平均値はカップ150mlあたり30～90mgである。カフェイン抜きのインスタントコーヒーの生産者は、自社製品のカフェイン含有量は1杯分あたり5mg未満であるとしている。

インスタント・コーヒーと淹れたコーヒーの主な違いは、作り方にある。レギュラーコーヒーと同様、インスタントコーヒーは豆を挽いて淹れるが、その後フリーズドライまたはスプレードライで濃縮された粉にする。つまり、粉末を水と混ぜると、通常のコーヒーの風味とテクスチャーに戻るのである。

この研究では、カフェインを含むインスタントコーヒーと含まないインスタントコーヒーを、TGA-GC-MS （熱重量測定ガスクロマトグラフィー質量分析装置、 STA 449 F3 JupiterAgilent GC 8890およびAgilent MDS 5975に接続）により、カフェイン含有量を測定した。

試料の前処理として、試料をわずかに粉砕し、容器内で圧縮した後、STAに移した。TGA測定はベースライン補正を行った。試料を不活性雰囲気中で850℃まで加熱し、カフェインなどの揮発性化合物を発生させた。揮発した化合物は-50℃のGCクライオトラップに集められ、TGA測定後に分離・同定された。

表1：TGA測定パラメータ

表2：GC-MS 測定パラメーター

結果と考察

すべてのコーヒー試料は、室温から850℃までの間に、いくつかの顕著な質量減少のステップを示した（図1参照）。10K/minの加熱速度では、質量損失ステップを明確に分離することはできませんでした。4つの試料はすべて、比較的類似した挙動を示した。さらに、TGAだけではカフェイン放出を明確にIdentify 。純粋なカフェインは272℃にDTG（質量損失率）ピークを示すが（図2参照）、これはコーヒー試料中の他の効果と重なっていた。

放出された化合物を分離し、この複雑な混合物中のカフェインをIdentify するためには、GC-MS テクニックが必要である。得られた全イオン電流は、各試料で検出されたガス状化合物の数を示している。

NISTライブラリーの助けを借りて、各クロマトグラムのメインピークをカフェインに関連付けることができた（図3参照）。カフェインのような高沸点物質は、凝縮することなくMSに移行できることが示された。

保持時間約98分のこのピーク（図4）をよく見ると、大きさが異なり、その結果、これらのピークの下の面積も異なることがわかる。ピーク下の面積は相対的に比較でき、含まれるカフェインの量に関係する。すべてのカフェイン入りコーヒー試料の平均面積は、35.88-106^*sの値を示した。カフェイン抜き試料の結果は4.⁰⁵-106*sであった。これらの値を相対的に比較すると、この場合、カフェイン抜きの試料は通常の試料よりもカフェインの含有量が約9倍少ないと推定できる。

1杯あたりのカフェイン量は、インスタントコーヒーの製造手順と1杯あたりのコーヒー粉の使用量に大きく左右される。一杯あたりのカフェイン量は2～4gが目安である。

概要

TGA-GC-MS の技術は、様々な食品を分析し比較するための多種多様なオプションを提供します。移送システムの連続的な高加熱により、高沸点物質を凝縮させることなく移送することができる。放出されたさまざまな有機化合物の同定に加え、含まれるカフェインの相対比較も可能であった。ある試料はカフェイン除去されていたが、残留カフェインが検出された。このことは、GC-MS 、μgの範囲で放出されるガスの痕跡を検出できる非常に感度の高いシステムであることを示している。