Hur upptäcker man kvarvarande koffein i koffeinfritt snabbkaffe?

Inledning

Koffein är den viktigaste aktiva ingrediensen i kaffe. Det finns dock vissa omständigheter - t.ex. förhöjt blodtryck, känslig mage, graviditet eller interaktion med läkemedel - under vilka koffeinfritt kaffe är att föredra. År 1903 utvecklades det första förfarandet för att koffeinfria kaffebönor. I denna metod användes vatten och bensen för att extrahera koffein från de råa bönorna (Roselius-metoden). Senare användes andra lösningsmedel som diklormetan eller etylacetat för att ersätta det cancerframkallande bensenet. Numera är nya processer vanliga, t.ex. extraktion med rent vatten (schweizisk vattenprocess), triglyceridprocessen eller extraktion med superkritisk koldioxid. [1]

Koffeinfritt kaffe innehåller dock fortfarande en viss resthalt av koffein. Rena råa kaffebönor innehåller mellan 0,8 och 4 procent koffein, beroende på vilken typ av kaffeböna det är [2]. EU tillåter en restmängd på 0,1% koffein i de orostade bönorna vid försäljning av koffeinfritt kaffe [3]. Mängden koffein som överförs från bönan till koppen med bryggkaffe beror på mängden kaffesump som används, typen av rostning, kaffesumpens kornstorlek efter malning, extraktionstid och -tryck samt vattentemperaturen. Detta ger en koffeinhalt på cirka 3 mg per kopp (150 ml) kaffe för koffeinfritt kaffe, medan en normal kopp kaffe innehåller mellan 50 och 100 mg koffein. Koffeinhalten i snabbkaffe är också lägre än i vanligt kaffe. Beroende på vilken typ av böna som används och produktionsprocessen innehåller snabbkaffe bara cirka 50% av koffeinet i ett filterkaffe. Medelvärdena ligger mellan 30 och 90 mg per kopp på 150 ml. Tillverkare av koffeinfritt snabbkaffe uppger att deras produkter innehåller mindre än 5 mg koffein per portion.

Den största skillnaden mellan snabbkaffe och bryggkaffe är beredningen. Precis som vanligt kaffe kommer snabbkaffe från bönor som mals och bryggs, men som sedan frys- eller spraytorkas till ett koncentrerat pulver. Detta innebär att när pulvret blandas med vatten återfår det normal kaffesmak och konsistens.

I denna studie undersöktes olika snabbkaffe med och utan koffein med hjälp av TGA-GC-MS (Thermogravimetry gas chromatography mass spectrometry, STA 449 F3 Jupiter^® kopplad till Agilent GC 8890 och Agilent MDS 5975) för att bestämma koffeininnehållet.

För provberedning maldes proverna lätt och komprimerades i degeln och överfördes sedan till STA. TGA-mätningarna var baslinjekorrigerade. Proverna upphettades i en inert atmosfär till 850°C för att avge flyktiga föreningar, t.ex. koffein. De utvecklade föreningarna samlades upp i GC:s kryofälla vid -50°C och separerades och identifierades efter TGA-körningen.

Tabell 1: Parametrar för TGA-mätning

Tabell 2: GC-MS mätparametrar

Resultat och diskussion

Alla kaffeprover uppvisade flera betydande massförluststeg mellan rumstemperatur och 850°C, se figur 1. Det var inte möjligt att tydligt separera massförluststegen med den tillämpade uppvärmningshastigheten på 10 K/min. Alla fyra proverna uppvisade ett relativt likartat beteende. Dessutom var det inte möjligt att tydligt Identify koffeinfrisättningen enbart genom TGA. Rent koffein uppvisar en DTG-topp (massförlusthastighet) vid 272°C (se figur 2), som överlappades av andra effekter i kaffeproverna.

GC-MS -tekniken är nödvändig för att separera de föreningar som frigörs och för att Identify koffeinet i denna komplexa blandning. Den resulterande totala jonströmmen visar ett antal gasformiga föreningar som detekterats för varje prov; se tabell 3.

Med hjälp av NIST-biblioteket kan huvudtoppen i varje kromatogram relateras till koffein, se figur 3. Det visade sig att högkokande ämnen som koffein kan överföras till MS utan kondensation.

En närmare titt på denna topp (figur 4) med en retentionstid på ca 98 min visar de olika storlekarna och följaktligen de olika områdena under dessa toppar. Arean under toppen kan jämföras relativt och är relaterad till mängden koffein som ingår. Medelarean för alla koffeinhaltiga kaffeprover ger ett värde på 35,^88-106*s. Resultatet för det koffeinfria provet var 4,^05-106*s. Med den relativa jämförelsen av dessa värden kan man uppskatta att i detta fall innehåller det koffeinfria provet mindre koffein än de vanliga proverna med ungefär en faktor 9.

Mängden koffein per kopp beror i hög grad på hur snabbkaffet framställs och hur mycket kaffepulver som används per kopp. Serveringsförslagen varierar mellan 2 och 4 g per kopp.

Sammanfattning

TGA-tekniken (GC-MS ) erbjuder en mängd olika alternativ för analys och jämförelse av olika livsmedelsprodukter. Kontinuerlig hög uppvärmning av överföringssystemen möjliggör kondensationsfri överföring av ämnen med hög kokpunkt. Förutom att identifiera de olika organiska föreningar som frigörs var det också möjligt att göra en relativ jämförelse av koffeininnehållet. Trots att ett prov var koffeinfritt kunde resterande koffein fortfarande detekteras. Detta visar att GC-MS är ett mycket känsligt system för att detektera spår av gaser som släpps ut i μg-området.