Giriş
Kafein kahvenin ana etken maddesidir. Bununla birlikte, yüksek tansiyon, hassas mide, hamilelik veya ilaçlarla etkileşim gibi bazı durumlarda kafeinsiz kahve tercih edilir. 1903 yılında kahve çekirdeklerini kafeinsizleştirmek için ilk prosedür geliştirildi. Bu prosedürde ham çekirdeklerden kafeini çıkarmak için su ve benzen kullanılmıştır (Roselius yöntemi).arcDaha sonra, diklorometan veya etil asetat gibi diğer çözücüler, kafeine neden olan benzenin yerine kullanılmıştır. Günümüzde, saf su ekstraksiyonu (İsviçre su prosesi), trigliserit prosesi veya süperkritik karbondioksit ile ekstraksiyon gibi yeni prosesler yaygındır. [1]
Bununla birlikte, kafeinsiz kahve hala bir miktar kalıntı kafein içerir. Saf çiğ kahve çekirdekleri, kahve çekirdeğinin türüne bağlı olarak %0,8 ile %4 arasında kafein içerir [2]. AB, kafeinsiz kahve satarken kavrulmamış çekirdeklerde %0,1 kafein kalıntısına izin vermektedir [3]. Çekirdekten demlenmiş kahve fincanına aktarılan kafein miktarı, kullanılan kahve telvesi miktarına, kavurma türüne, öğütmeden sonra kahve telvesinin tane boyutuna, ekstraksiyon süresine ve basıncına ve su sıcaklığına bağlıdır. Bu da kafeinsiz kahve için fincan (150 ml) kahve başına yaklaşık 3 mg kafein miktarıyla sonuçlanırken, normal bir fincan kahve 50 ila 100 mg arasında kafein içerir. Hazır kahvelerdeki kafein içeriği de normal kahveye göre daha azdır. Kullanılan çekirdeğin türüne ve üretim sürecine bağlı olarak, hazır kahve filtre kahvede bulunan kafeinin yalnızca yaklaşık %50'sini içerir. Ortalama değerler 150 ml'lik fincan başına 30 ila 90 mg arasında değişmektedir. Hazır kafeinsiz kahve üreticileri, ürünlerinin porsiyon başına 5 mg'dan daha az kafein içerdiğini belirtmektedir.
Hazır kahve ile demlenmiş kahve arasındaki temel fark hazırlanma şeklidir. Normal kahve gibi, hazır kahve de öğütülmüş ve demlenmiş çekirdeklerden elde edilir, ancak daha sonra dondurularak veya püskürtülerek kurutularak konsantre bir toz haline getirilir. Bu da tozun suyla karıştırıldığında normal kahve tadı ve dokusuna kavuşacağı anlamına gelmektedir.
Bu çalışmada, kafein içeren ve içermeyen farklı hazır kahveler, içerdikleri kafeini belirlemek için TGA-GC-MS (Termogravimetri gaz kromatografisi kütle spektrometresi, STA 449 F3 Jupiter® ile Agilent GC 8890 ve Agilent MDS 5975) kullanılarak incelenmiştir.
Numune hazırlığı için numuneler hafifçe öğütülmüş ve krozede sıkıştırılmış; ardından STA'ya aktarılmıştır. TGA ölçümleri taban çizgisine göre düzeltilmiştir. Numuneler, kafein gibi uçucu bileşiklerin açığa çıkması için inert bir atmosferde 850°C'ye kadar ısıtılmıştır. Ortaya çıkan bileşikler -50°C'de GC kriyo tuzağında toplandı, ardından TGA çalışmasından sonra ayrıldı ve tanımlandı.
Tablo 1: TGA ölçüm parametreleri
| Örnek | 1 (dondurularak kurutulmuş) | 2 (sprey kurutmalı) | 3 (dondurularak kurutulmuş) | 3a kafeinsiz (dondurularak kurutulmuş) | Saf kafein | |||
| Örnek kütle | 7.26 mg | 7.13 mg | 7.46 mg | 7.38 mg | 10.39 mg | |||
| Pota | Açık Al2O3 kroze (85 μl) | |||||||
| Örnek taşıyıcı | TGA, Tip S + geçmeli plaka | |||||||
| Fırın | SiC | |||||||
| Sıcaklık programı | RT - 850°C | |||||||
| Isıtma oranı | 10 K/dak | |||||||
| Gaz atmosferi | Helyum | |||||||
| Gaz akışı (toplam) | 70 ml/dak | |||||||
Tablo 2: GC-MS ölçüm parametreleri
Cryo Tuzak Modu | ||||||||
| Sütun | Agilent HP-5ms | |||||||
| Sütun uzunluğu | 30 m | |||||||
| Kolon çapı | 0.25 mm | |||||||
| Cryo tuzak sıcaklığı | -50°C, 81 dakika | |||||||
| Kolon sıcaklığı | 45°C, 83 dakika izoterm 45°C ila 300°C, 10 K/dak | |||||||
| Gaz | Helyum | |||||||
| Gaz akışı (bölünmüş) | 20 ml/dak (10:1) | |||||||
| Valf | her biri 1 dakika | |||||||
Sonuçlar ve Tartışma
Tüm kahve numuneleri oda sıcaklığı ile 850°C arasında birkaç önemli kütle kaybı adımı göstermiştir; bkz. şekil 1. Uygulanan 10 K/dak ısıtma hızı ile kütle kaybı adımlarını net bir şekilde ayırmak mümkün olmamıştır. Dört numunenin tümü nispeten benzer davranış göstermiştir. Ayrıca, kafein salınımını sadece TGA ile net bir şekilde tanımlamak mümkün olmamıştır. Saf kafein 272°C'de bir DTG (kütle kaybı oranı) piki göstermektedir (bkz. Şekil 2) ve bu pik kahve numunelerindeki diğer etkilerle örtüşmektedir.
GC-MS tekniği, açığa çıkan bileşikleri ayırmak ve bu karmaşık karışımdaki kafeini tanımlamak için gereklidir. Elde edilen toplam iyon akımı, her numune için tespit edilen bir dizi gaz bileşiğini göstermektedir; bkz. tablo 3.
NIST library yardımıyla, her bir kromatogramın ana piki kafein ile ilişkilendirilebilir; bkz. şekil 3. Kafein gibi yüksek kaynama noktalı maddelerin yoğunlaşma olmadan MS'e aktarılabileceği gösterilmiştir.
Alıkonma süresi yaklaşık 98 dakika olan bu pike (şekil 4) daha yakından bakıldığında, farklı boyutlar ve dolayısıyla bu piklerin altındaki farklı alanlar görülmektedir. Pikin altındaki alan göreceli olarak karşılaştırılabilir ve içerdiği kafein miktarıyla ilişkilidir. Tüm kafeinli kahve örnekleri için ortalama alan 35.88-106*s değerini vermektedir. Kafeinsiz numune için sonuç 4.05-106*s'dir. Bu değerlerin göreceli olarak karşılaştırılmasıyla, bu durumda kafeinsiz numunenin normal numunelerden yaklaşık 9 kat daha az kafein içerdiği tahmin edilebilir.
Fincan başına düşen kafein miktarı büyük ölçüde hazır kahve üretim prosedürüne ve fincan başına kullanılan kahve tozu miktarına bağlıdır. Servis önerileri fincan başına 2 ila 4 g arasında değişmektedir.
Özet
TGA-GC-MS tekniği, farklı gıda ürünlerinin analiz edilmesi ve karşılaştırılması için çok çeşitli seçenekler sunar. Transfer sistemlerinin sürekli yüksek ısıda tutulması, yüksek kaynama noktalı maddelerin yoğuşmasız transferine olanak sağlamaktadır. Salınan farklı organik bileşikleri tanımlamanın yanı sıra, içerdiği kafeinin göreceli bir karşılaştırmasını yapmak da mümkün olmuştur. Bir numune kafeinsiz olmasına rağmen, kalıntı kafein hala tespit edilmiştir. Bu, GC-MS'nin μg aralığında salınan gazların izlerini tespit etmek için çok hassas bir sistem olduğunu göstermektedir.