ZESZYTY NAUKOWE NR 12 (84)
AKADEMII MORSKIEJ
SZCZECIN 2007
WYDZIAŁ INŻYNIERYJNO-EKONOMICZNY TRANSPORTU
Tadeusz Witas Monika Kiszka
Ocena jakości kawy na podstawie zawartości gliceralu (GAL)
i określenie warunków jego uwalniania
w obecności dialdehydu malonowego (MDA)
Słowa kluczowe: kawa palona, gliceral, dialdehyd malonowyW artykule omówiono warunki fizykochemiczne uwalniania i oznaczania gliceralu w kawie palonej w obecności dialdehydu malonowego jako związków trójwęglowych, metodą destylacyjną, tiobarbiturową, z wprowadzeniem hydrolizy alkalicznej. Zwykle związki te przeszkadzają wzajemnie podczas ich oznaczania. Są substancjami silnie reaktywnymi o wielostronnych oddziaływaniach patogennych. Artykuł jest częścią cyklu opracowań na temat badań jakości towarów z krajów zamorskich.
The Assessment of Coffee Quality Based on Glyceral Content (GAL)
and Determining Conditions for its Release
in the Presence of Malone Dialdehyde (MDA)
Key words: roasted coffee, glyceral, malone dialdehydeThe work covers the physical and chemical conditions of releasing and marking glyceral in roasted coffee in the presence of malone dialdehyde, as tricarbonic com-pounds, by destilation, thiobarbiturate method, with the introduction of alcaline hydrol-ysis. These compounds usually disturb each other during marking, being strongly reac-tive substances with multifaceted pathogenic interactions. The article is part of a cycle ofstudies on the research of goods quality from overseas countries.
Wprowadzenie
Obiektem zainteresowania w wielu krajach są oddziaływania patogennego dialdehydu malonowego (MDA), występującego w surowcach i produktach spożywczych. Dotychczas nie zajmowano się zawartością MDA w używkach kawowych, chociaż są one obecnie popularne i często spożywane. Statystyczny Polak wypija dziennie przeciętnie 1,5 szklanki herbaty i 0,4 filiżanki kawy, a spożycie to ciągle wzrasta [8].
Kawy zawierają dużą liczbę związków, które nie pozostają obojętne dla or-ganizmu ludzkiego. Do takich substancji należą kofeina oraz związki drażniące przewód pokarmowy, np. 5-hydroksy-tryptamidy kwasów karboksylowych i inne [42, 43, 45].
Kawa palona zawiera ponadto wiele związków powstających w trakcie pa-lenia kawy, np. węglowodory aromatyczne, glioksal, gliceral, wolne rodniki [13]. Obecnie dokonuje się prób wyjaśnienia mechanizmów powstawania wol-nych rodników w obecności MDA [56] oraz jakie są przemiany w organizmie po wypiciu kawy i jakim ulegają interakcjom [13, 34, 53, 54]. Ważnym działa-niem technologicznym w procesie palenia kawy są próby podwyższenia jej ja-kości. Kawa palona jest produktem bardzo higroskopijnym, co ma szczególne znaczenie podczas technologii przetwarzania, pakowania, składowania i trans-portu ziarna kawy [7, 8, 15, 40–48].
Kawa ziarnista zawiera do 15% lipidów, które podczas nieodpowiedniego jej przechowywania mogą ulegać procesom oksydacji. Zjawisko to powoduje znaczne obniżenie jakości produktu, a także jest źródłem gliceralu oraz MDA [17, 28–30].
Ze względu na szkodliwy wpływ niektórych związków zawartych w kawie palonej, istotną kwestią jest wybór rodzaju kawy, zarówno pod względem za-wartości kofeiny, jak i związków drażniących, stopnia upalenia, a także sposo-bów jej zaparzania [3, 15, 35, 36, 42, 45]. Ponadto na jakość kawy znajdującej się w handlu i na jej zmiany mają wpływ: jakość surowca wyjściowego (kawy zielonej), sposoby sporządzania mieszanek, granulacja lub stopień jej rozdrob-nienia oraz techniki pakowania [31].
W handlu międzynarodowym znaczenie mają przede wszystkim dwa rodza-je botaniczne kawy: Arabika i Robusta. Coffea arabica rodza-jest gatunkiem szlachet-nym i powszechnie uprawiaszlachet-nym. Istotną cechą jakościową jest wielkość ziaren, którą określa się numerem sita o różnych rozmiarach oczek [38]. Ważnym mier-nikiem jakości kawy jest zdolność upalania. Wyróżnia się: kawy bezbłędnie upalające się, dobrze do bardzo dobrze upalających się, dobrze upalające się oraz dość dobrze upalające się [38].
Najistotniejszą cechą przy klasyfikacji kawy jest jej smak. Za bardzo dobrą właściwość smakową uważa się smak z lekko wyczuwalnym posmakiem
kwa-skowatym. Długo składowane kawy mają smak „pusty”, a źle przechowywane mogą mieć smak trawiasty lub stęchły. Do podstawowych określeń klasyfikacji smaku kawy należą: bardzo delikatna, delikatna, dość delikatna, obojętna, twarda, bez posmaku Rio [38].
Przetworzenie nasion kawowca rozpoczyna się oddzieleniem właściwych nasion od skórki i miękkiej torebki nasiennej. Najczęściej stosuje się do tego celu tzw. metodę suchą [4, 5, 10, 15, 31, 38]. Polega ona na wykorzystaniu pro-mieni słonecznych i maszyn młócących. Zebrane owoce płucze się w wodzie w celu oddzielenia zanieczyszczeń, a następnie suszy się je rozsypane w cienkich warstwach na słońcu lub w suszarniach. Wysuszone owoce obłusku-je się od suchego miąższu z rogowej łuski i częściowo z łuski srebrzystej w ob-łuskiwarkach. Rzadziej stosowaną metodą jest metoda mokra. Jest to proces droższy, dlatego stosuje się go tylko do najcenniejszych odmian kawy. Polega on na tym, że po wstępnym oczyszczeniu owoców w wodzie poddaje się je w stanie mokrym maszynowemu odziarnianiu. Następnie ziarna są fermentowa-ne w basenach z wodą, w czasie której usuwafermentowa-ne są resztki miąższu. Uzyskafermentowa-ne czyste ziarna jeszcze w łusce rogowatej suszy się. Otrzymuje się w ten sposób kawę pergaminową, którą obłuszcza się. Metoda mokra wpływa dodatnio na jakość kawy, poprawia jej smak, zapach oraz wydajność naparu [5, 15].
W wyniku obu procesów uzyskuje się zielone ziarna kawy, które po wysu-szeniu mogą być przechowywane nawet przez 10 lat, natomiast upaleniu1
pod-daje się je dopiero przed samą sprzedażą. Proces palenia może odbywać się w urządzeniach o działaniu okresowym lub w systemie pracy ciągłej. Palenie jest procesem zależnym od czasu i temperatury. Kawa jest palona, w zależności od pożądanej barwy, w temperaturze dochodzącej wewnątrz ziarna do 200 – 250C, a czas palenia wynosi od kilkunastu sekund do kilku minut. W czasie upalania zachodzi w ziarnie szereg złożonych procesów pirolitycznych, zmienia-jących zasadniczo skład chemiczny kawy. Następuje uwolnienie dużych ilości dwutlenku węgla oraz powstają setki substancji nadającej kawie palonej charak-terystyczny smak i aromat. Najpierw zachodzą zmiany w tkance ziarna (50C), potem następuje denaturacja białka w 60 – 80C, przy dalszym wzroście tempe-ratury zaczyna się szybkie parowanie wody i ziarna szybko wysychają. W tem-peraturze 100C zaczyna się lekkie brunatnienie ziarna, co jest oznaką karmeli-zacji związków cukrowych i jednocześnie przebiega proces suchej destylacji związków organicznych. W temperaturze 150C następuje termoliza związków organicznych i uwalnia się woda związana, co powoduje pęcznienie ziarna i zwiększenie ich objętości, a struktura ziaren staje się porowata. Przy wzroście
1 Wyrażenie palenie jest synonimem upalania lub prażenia w temperaturach 180 do 250C.
temperatury do 180 – 200C rozpoczyna się faza rozkładu. Ziarna zaczynają pękać i brunatnieć. W tym momencie tworzy się właściwy aromat kawy. Roz-kład związków cukrowych wpływa nie tylko na barwę ziarna, ale także nadaje im charakterystyczny gorzkawy smak i aromat [4, 5, 15, 21, 23, 25, 31, 38, 41]. W zależności od czasu i temperatury palenia można uzyskać ziarno w kolorze od jasnobrązowego do prawie czarnego. Ziarna Arabiki poddaje się krótszemu paleniu niż ziarna Robusty, w celu zachowania delikatnego smaku i aromatu [25]. Proces palenia przerywa się szybkim chłodzeniem, co zapobiega samoza-paleniu kawy i pozwala zachować substancje aromatyczne [5, 15, 23]. Chłodze-nie ma istotny wpływ na zatrzymaChłodze-nie i przerwaChłodze-nie reakcji egzotermicznej pod-czas procesu palenia i zabezpieczenie przed spaleniem ziaren kawy. Prowadzi się je za pomocą wody lub powietrza. Sposób chłodzenia jest bardzo ważny i wpływa na jakość kawy. Chłodzenie powietrzem może wpłynąć na zmniejsze-nie substancji lotnych, a dwutlenek węgla zmniejsze-nie może się wydzielić i pozostaje wewnątrz ziaren, co ma później istotny wpływ na wybór opakowania. Chłodze-nie wodą może także spowodować straty substancji lotnych i aromatu. Olejek kawowy znajdujący się na powierzchni ziaren może ulatniać się i obniżać trwa-łość kawy [23].
Kawa palona bardzo rzadko występuje jako jeden gatunek. Zazwyczaj jest to mieszanka dwóch lub więcej gatunków pochodzących z różnych rejonów świata. Najlepsze mieszanki uzyskuje się z gatunków Mild, do których należą Arabiki z Kolumbii, Kenii i Tanzanii. Często stosuje się mieszanki Arabiki i Robusty lub samej Robusty. Mieszanki składające się z samej Robusty są gor-szej jakości, lecz chętnie są kupowane ze względu na niską cenę oraz wysoką zawartość kofeiny. Na jakość mieszanek wpływa również sposób ich upalenia. Najlepsze rezultaty uzyskuje się poprzez osobne palenie każdego gatunku, jed-nak ze względów oszczędnościowych najczęściej poddaje się wspólnemu pale-niu całą mieszankę. Uzyskuje się gorszą jakość kawy ze względu na zróżnico-wany stopień wypalenia ziaren kawy [10, 19, 21, 23, 31].
Kawa ziarnista pozwala na dokładną jej ocenę. Najprościej jest wówczas rozpoznać gatunki kawy, ocenić jakość palenia oraz zauważyć wszystkie wady surowca. Jednak obecnie najbardziej powszechna jest kawa mielona. Kawę mie-li się, aby ułatwić wodną ekstrakcję związków rozpuszczalnych zawartych w ziarnie. Rozróżnia się trzy stopnie rozdrobnienia kawy: grubo mielona (regu-lar), o średnim stopniu zmielenia (drip) i drobno mielona (fine). Kawa grubo mielona przeznaczona jest do zaparzania w ekspresach ciśnieniowo-próżniowych, ponieważ wysoka temperatura i podwyższone ciśnienie ułatwiają ekstrakcję. Kawa średnio mielona znajduje zastosowanie do zaparzaczy kropel-kowych. Natomiast kawa drobno mielona przeznaczona jest do parzenia kla-sycznego [31].
Podczas mielenia mogą zachodzić dodatkowe przemiany fizykochemiczne w kawie, wywołane wzrostem temperatury. W czasie mielenia w granulatorach działają siły tarcia, powodujące nagrzewanie się elementów rozdrabniających ziarna nawet do 100C. Przegrzewanie kawy może doprowadzić do utraty sma-ku i aromatu, gdyż podwyższona temperatura powoduje ulatnianie się wielu substancji odpowiedzialnych za tworzenie aromatu kawy. Na przebieg procesu granulacji mają wpływ głównie: stopień uprażenia oraz wiek kawy. Ziarna ciemno uprażone są twardsze, dlatego lepiej nadają się do rozdrabniania od rozciągliwych i giętkich ziaren jasno uprażonych. Z kawy pochodzącej ze świe-żych zbiorów otrzymuje się w czasie rozdrabniania więcej pyłu, niż z kawy po-chodzącej ze starych zbiorów [10, 19, 21, 23, 25, 31].
Najbardziej przetworzona jest kawa rozpuszczalna (instant). Otrzymuje się ją poprzez odparowanie wody z ekstraktu kawowego, dlatego pozbawiona jest smaku, aromatu kawy ziarnistej i mielonej. Najmniej smaczna jest kawa otrzy-mana metodą rozpyłową, która polega na wysuszeniu ekstraktu w strumieniu gorącego powietrza. Występuje ona w sprzedaży w postaci proszku lub drob-nych granulek jako kawa aglomeryzowana. Lepsza jakościowo jest kawa liofili-zowana, otrzymywana przez suszenie ekstraktu w stanie zamrożonym [25].
Końcowym etapem, mającym wpływ na jakość kawy palonej, jest pakowa-nie. Ma to istotne znaczenie przede wszystkim w przypadku kawy mielonej, gdyż wykazuje ona bardzo dużą podatność na destrukcyjny wpływ środowiska. Dobre opakowanie powinno być: barierą dla tlenu, wody i pary wodnej, nie-przepuszczalne dla związków zapachowych kawy oraz dla zapachów obcych, nieprzenikliwe dla promieniowania świetlnego, odporne na zmiany ciśnienia wewnętrznego, na działanie związków tłuszczowych i innych [31, 49].
Dobrą jakość kawy palonej ma zapewnić opakowanie chemicznie obojętne, higieniczne, trwałe, przyjazne dla środowiska i konsumentów, tanie, estetyczne oraz praktyczne. Kawa jest produktem silnie wchłaniającym wilgoć i bardzo łatwo chłonie obce zapachy. Z tego względu kawa surowa powinna być maga-zynowana w pomieszczeniach suchych, czystych, wolnych od szkodników i zarodników pleśni, wentylowanych, w temperaturze nie przekraczającej 20C i przy wilgotności względnej powietrza 63% dla kawy Arabika i 68% dla kawy Robusta. W świeżo upalonej kawie zawartość wody wynosi poniżej 5% i nawet w bardzo suchym powietrzu (o wilgotności względnej 25%) występuje absorp-cja pary wodnej. Nadmiar wilgoci powoduje hydrolizę niektórych związków kształtujących aromat naparu, a także wzmaga niekorzystne działanie tlenu. Na działanie wilgoci bardziej narażona jest kawa mielona, w związku z czym jej czas starzenia jest krótszy niż kawy ziarnistej [4, 20, 21, 30, 38].
Kawa mielona również znacznie łatwiej chłonie obce zapachy, a także ła-twiej ulatniają się z niej związki aromatyczne. Około 20% składników aromatu kawy ma punkt wrzenia w temperaturze pokojowej lub nawet niższej, np.
alde-hyd octowy wrze w temperaturze 21C, a merkaptan metylowy w 6C. Z kawy nieopakowanej w temperaturze pokojowej związki te ulatniają się w ciągu kil-kunastu godzin. Skutkiem tego jest pogorszenie właściwości organoleptycznych naparu.
Jednym z najistotniejszych czynników, powodujących obniżenie jakości kawy palonej jest tlen. Do pogorszenia jakości kawy pod wpływem tlenu przy-czyniają się w największym stopniu jego reakcje z tłuszczami. Produktem utle-niania tłuszczów są związki o nieprzyjemnym smaku i zapachu, które pogarszają jakość kawy. Dostęp tlenu do kawy ogranicza się poprzez opakowania, jednak z przyczyn technologicznych nie można całkowicie wyeliminować tlenu z opa-kowań kawy. W kawie pakowanej próżniowo jest ok. 1,5% tlenu, a w opakowa-niach wypełnionych azotem jest go ok. 0,5%. Tlen pozostały w opakowaopakowa-niach, w czasie przechowywania do jednego miesiąca, reaguje ze związkami zawarty-mi w kawie pogarszając jej jakość [12, 13, 30, 32].
Kawa palona jest źródłem powstawania wolnych rodników [3, 14, 34]. Ich zawartość w kawie ma również wpływ na jej smak. Kawa o obniżonej jakości wykazuje wzrost zawartości wolnych rodników [30, 34, 56] i nie stanowi to jej cechy dodatniej. Cechy jakościowe kawy naturalnej można określać przez ocenę właściwości zdrowotnych i zagrożenia zdrowia po jej spożyciu jako napoju – używki.
Kawa palona wywiera duży wpływ na organizmy żywe. Dzieje się tak za sprawą wielu substancji chemicznych w niej zawartych. Ogólnie można stwier-dzić, że powinno się unikać spożywania kawy naturalnej, zwłaszcza zawierają-cej duże ilości kofeiny, związków drażniących i wywołujących stany zapalne, np. reumatoidalne, zapalenie stawów, płuc, serca i innych organów ludzi. Wpływ zdrowotny i zagrożenia kawy ilustruje tabela 1.
Jednym ze związków zawartych w kawie są tłuszcze. W głównej mierze są one odpowiedzialne za wytwarzanie w kawie palonej wolnych rodników i MDA. Zawartość tłuszczu jest uzależniona od rodzaju kawy i rejonu pocho-dzenia.
Zawartość tłuszczów w gotowym naparze kawowym jest uzależniona także od sposobu zaparzania. Stwierdzono, że najwięcej lipidów występuje w kawie gotowanej. Kawa sączona przez filtr papierowy zawiera od 40 do 125 razy mniej tłuszczów niż kawa gotowana [39, 40].
Utlenione tłuszcze zawarte w kawie są źródłem MDA, powodują także zwiększenie poziomu cholesterolu w surowicy krwi u ludzi. Dialdehyd malono-wy może powstawać w tkankach roślin i zwierząt w malono-wyniku utleniania nienasy-conych kwasów tłuszczowych, zawierających co najmniej trzy wiązania po-dwójne, oddzielone grupami metylenowymi [27]. Z niektórych cukrów po hy-drolizie kwasowej jest uwalniany MDA. Do takich cukrów należą: glukoza, arabinoza, laktoza, sacharoza i inne. Cukrowce poddane hydrolizie alkalicznej
dają charakterystyczną reakcję na obecność czystego MDA. Aminokwasy są źródłem powstawania malonalu [50 – 55]. Szczególnie abiogenne działanie MDA polega na reakcji z lizyną, metioniną, innymi resztami aminokwasowymi oraz z wielu enzymami i kwasami nukleinowymi [27, 28].
Tabela 1 Wpływ zdrowotny kawy spożywanej w ilościach mniejszych niż 5 filiżanek dziennie
Health effect of coffee consumed in amounts smaller than 5 cups daily
Korzyści Zagrożenia
Działa pobudzająco i usuwa zmęczenie Działa drażniąco na przewód pokarmowy*
Ułatwia oddychanie Hamuje wchłanianie żelaza
Wzmacnia pracę serca Zawiera rakotwórcze węglowodory aromatyczne
Zwiększa wydolność fizyczną Podwyższa poziom cholesterolu*
Przeciwdziała rakowi okrężnicy Zwiększa utratę wapnia i magnezu Zawiera pewne ilości niacyny i potasu Zmniejsza przyswajalność białka
Utrudnia zasypianie * zależnie od rodzaju i/lub sposobu parzenia
Źródło: W. Kolanowski: Kawa, charakterystyka i znaczenie zdrowotne. Żywn. Żyw. Zdrow. 07/03/, 305–309, 1998.
Organizmy żywe są narażone na szczególną toksyczność, wynikającą z malonylacji aminokwasów, białek i enzymów. Obniżanie stężenia MDA w osoczu krwi powoduje mniejszą podatność lipoprotein i lipidów błon komór-kowych na utlenianie [21]. W każdym procesie oksydacji tłuszczowców MDA występuje w stosunkowo dużych ilościach. Największe znaczenie w autooksydacji lipidów mają fosfolipidy, które nawet 15-krotnie szybciej ule-gają procesom utleniania z wydzieleniem MDA [11]. Zainteresowano się rów-nież wolnorodnikowymi właściwościami kawy, jej wpływem na zakłócenia gastryczne u ludzi [12] oraz wpływem gliceralu i innych aldehydów. Powszech-nie stosowana używka – kawa stanowi od dawna obiekt zainteresowania medy-cyny w aspekcie jej szkodliwości dla organizmu ludzkiego [59]. Dotyczy to głównie związków chemicznych i korelacji picia kawy z częstością występowa-nia chorób niedokrwiennych serca, nadciśnieniem i nowotworów pęcherza [57, 58].
Ze względu na złożoność procesów produkcyjnych zmieniających istotne cechy jakościowe naturalnej kawy palonej, przyjęto za celowe ustalenie zbliżo-nych do optymalzbliżo-nych warunków fizykochemiczzbliżo-nych uwalniania i możliwości oznaczania gliceralu w obecności dialdehydu malonowego.
Część doświadczalna
Odczynniki: kwas 2-tiobarbiturowy (C4H4N2O2S) TBA c.mol 144,15, lot. 18081
za-wartość min. 99,0% firmy Loba Feinchemie A-2401 Fischamed;
1,1,3,3, – tetraetoksypropan (TEP), firmy Fluka AG Chem.Fabrik Buchs SG, Szwajcaria (równomolowo uwalnia dialdehyd malonowy, MDA);
DL – aldehyd glicerynowy (gliceral) GAL – (HOCH2 CH(OH) CHO)
o c.mol. 90,08, temp. top. 138–141C, firmy Fluka AG Chem. Fabrik Buchs SG, Szwajcaria;
NaCl, NaOH, HCl czda z firmy PPH Chem. Gliwice, roztwory wodne, TEP roztwór etanolo-wodny.
Aparatura:
spektrofotometr Spekol 11,
zestaw szklany do destylacji pośredniej parą wodną [55],
wyposażenie ze szkła laboratoryjnego powszechnego stosowania. Materiały:
ziarna kawy zielonej pochodziły z Afryki i były przeładowywane w porcie Szczecin,
przetworzone ziarna kawy palonej pochodziły z wolnej sprzedaży z sieci sklepów detalicznych.
Do badań zastosowano następujące asortymenty kaw palonych:
kawa Astra Orient mielona, nisko palona, nisko drażniąca w opakowaniu 250 g jako mieszanka z rodzajów Robusty pochodzących z Afryki i Azji, palona w Poznańskiej Palarni Kawy „Astra” Sp. z.o.o. z certyfikatem ISO–9002;
kawa Maxwell House, rozpuszczalna aglomeryzowana, średnio palona, słoik 100 g, prod. Kraft Foods UJ Ltd, Banbury, Ruscate Avenue;
kawa Taka Czarna, grubo mielona, nierównomiernie średnio i mocno palona, Palarnia Custo, Mielno, opakowanie próżniowe 80 g;
kawa Jacobs Krönung Premium drobno mielona, mocno palona, opa-kowanie próżniowe 100 g, producent Kraft Foods CR s.vo. Praga 8, Re-publika Czeska.
Metoda i zakres badań
Metodę tiobarbiturową (TBA) [55] zastosowano do oceny stopnia oksydacji kawy zielonej i kaw palonych. Próbki o masach od 0,01 do 0,8 g po rozdrobnie-niu poddano hydrolizie w kolbie stożkowej o poj. 0,5 l w roztworze 20 cm3
0,35 N NaOH we wrzącej łaźni wodnej w ciągu 5 minut dla produktów natural-nych o przewadze substancji białkowo-tłuszczowych i 15 minut dla próbek o przewadze substancji węglowodanowych. Następnie hydrolizat ochładzano pod strumieniem wody bieżącej przez około 2 minuty, dodano 5 do 8 g NaCl czda. i zakwaszono 30 cm3 0,35 N HCl. Zakwaszony hydrolizat destyluje się
z parą wodną i odbierano 100 cm3 destylatu z uwolnionym MDA i GAL. 50 cm3
destylatu poddano reakcji barwnej w kolbie stożkowej o poj. 0,5 l z 10 cm3
roz-tworu TBA oraz z 10 cm3 roztworu 0,1 N HCl we wrzącej łaźni wodnej,
z chłodnicą zwrotną w ciągu 25 minut. Pięć minut przed zakończeniem wywo-ływania przepłukano chłodnicę 30 cm3 0,1 N HCl, dopełniając roztwór barwny
do 100 cm3. Kolby te ochładzano przez 10 minut w wodzie bieżącej. Roztwór
barwny poddano pomiarom absorbancji w spektrofotometrze Spekol 11 wobec kontroli odczynnikowej, przygotowanej równolegle. Wykonano dla gliceralu 2 lub 3 równoległe oznaczenia, a w punktach spodziewanych za optymalne 5 oznaczeń i podano jako średnią arytmetyczną odczytów absorbancji (E). Wyniki oznaczeń na rysunkach podano w procentach średnich wartości absorbancji (%E), ułatwiające zestawienie i porównanie wartości z różnych substratów.
W zakresie tych badań:
– ustalono stałą masę próbek;
– wyznaczono maksima absorbancji próbek kaw zielonych po różnych sposobach ich rozdrabniania;
– wyznaczono maksima absorbancji substancji wzorcowych TEP, glicera-lu i kaw palonych;
– określono warunki optymalne uwalniania gliceralu w próbkach kaw pa-lonych w zależności od: stopnia hydrolizy alkalicznej próbek, stopnia zakwaszenia zhydrolizowanych alkalicznie próbek, ilości uwalniania gliceralu od stopnia destylacji zhydrolizowanych próbek kaw.
Wyniki badań
Dostępność gliceralu w obecności dialdehydu malonowego z zastosowa-niem hydrolizy alkalicznej w metodzie TBA jest istotne dla ich uwalniania. Przyjęto więc stały sposób rozdrabniania i stałą masę próbek kawy równą 0,30 g. Próbki rozcierane lub homogenizowane nie wykazywały istotnych różnic w uwalnianiu badanych związków – rys. 1.
Rys. 1.Maksima absorbancji destylatów próbek kaw zielonych oznaczonych metodą TBA w zależności od metod rozdrabniania
Fig. 1.Absorbance maximums of green coffee sample distillates marked with TBA method depending on comminution method
Zaobserwowano, że maksima absorbancji dla próbek kaw palonych wystę-pują w pasmach 440 i 530 nm, a kawy zielonej na niskim poziomie tylko w za-kresie 530 nm – rys. 2.
Rys. 2.Maksima absorbancji roztworów barwnych substancji wzorcowych TEP z gliceralem i kaw destylatów palonych
Fig. 2.Absorbance maximums of TEP colour model substances solutions with glyceral and roasted distillates coffee
Substancje wzorcowe TEP z gliceralem wykazały przesunięcie w widmie do maksimum w 452 nm. Oznacza to, że tylko zastępczo przyjmuje się ten mo-del wzorca gliceralu, co wymaga dalszego poszukiwania pochodnej gliceralu lub ich mieszanin dających odczyt bliski do zakresu naturalnych kaw palonych w pasmie 435 do 440 nm.
Uwalnianie gliceralu z próbek substratów kawowych prowadzono z zastosowaniem hydrolizy alkalicznej w roztworach NaOH o stężeniu od 0,1 N do 2,0 N – rys. 3, od 2 do 30 minut – rys. 4.
Rys. 3.Zależność ilości uwalnianego gliceralu od stopnia hydrolizy alkalicznej próbek kaw Fig. 3.Dependence of released glyceral amounts on the alkaline hydrolysis time
of coffee samples
Rys. 4.Zależność poziomu uwalnianego gliceralu od czasu hydrolizy alkalicznej próbek kaw Fig. 4. Dependence of the level of released glyceral on the alkaline hydrolysis time
of coffee samples
Zaobserwowano, że optymalne uwalnianie gliceralu z palonych kaw czte-rech gatunków ma miejsce w roztworze NaOH o natężeniu od 0,1 do 0,6 N NaOH w czasie od 2 do 15 minut, a ilości te są uwalniane z hydrolizatów o pH od 8,5 do 0,5 – rys. 5.
Rys. 5.Zależność ilości uwalnianego gliceralu od ph zhydrolizowanych próbek kaw Fig. 5. Dependence of released glyceral amounts on the ph of hydrolysed coffee samples
Gliceral ulatnia się z parą wodną podczas destylacji tak, że z objętości de-stylatu do 50 cm3 uzyskuje się odzysk od 65 do 75% gliceralu, a z objętości do
100 cm3 cała jego zawartość z próbek jest wydzielana. Bardziej oporna na
uwal-nianie gliceralu jest kawa zielona. Optymalny zakres hydrolizy alkalicznej mie-ści się od 0,35 N do 0,65 N NaOH w czasie do 15 minut, po zakwaszeniu hydro-lizatu do pH 6,5. Wyższą też oporność na uwalnianie gliceralu z kawy zielonej obserwuje się podczas destylacji. W objętości 50 cm3 destylatu uzyskano
zale-dwie 40% gliceralu – rys. 6.
Rys. 6.Zależność ilości uwalnianego gliceralu od stopnia destylacji kaw Fig. 6. Dependence of released glyceral amounts on the coffee distillation degree
Zjawisko opornej destylacji obserwowano w innych towarach i zestawach modelowych w obecności znacznych ilości fosfolipidów [55]. Przy dalszym kontynuowaniu destylacji, po przekroczeniu 70 cm3 objętości, z próbki kawy
Wyniki badań wykazały, że w celu uwolnienia gliceralu i dialdehydu malo-nowego z próbek kawy w jednym oznaczaniu można przyjąć, że optymalny sto-pień hydrolizy zapewni roztwór NaOH o stężeniu 0,35 N, w czasie 15 minut w pH od 5,5 do 0,5 do objętości destylatów 100 cm3 (100% wydajności).
Wnioski
1. Ustalono, że gliceral wydziela się z próbek ziarna kaw palonych i kawy zielonej oraz może być oznaczony ilościowo metodą tiobarbiturową z hydrolizą alkaliczną.
2. Optymalne warunki uwalniania gliceralu obejmują:
– stężenia roztworów hydrolizujących od 0,1 do 0,6 N NaOH; – czas hydrolizy od 2 do 15 minut;
– lotność z parą wodną zapewnia zakwaszenie roztworu alkalicznego do ph w zakresie od 8,5 do 0,5;
– destylacja do objętości 100 cm3 pozwala na całkowite oddzielenie
glice-ralu z hydrolizatów próbek kaw.
3. Gliceral w warunkach hydrolizy alkalicznej i destylacji z parą wodną jest związkiem względnie trwałym.
4. Możliwe jest łączenie oznaczenia gliceralu i dialdehydu malonowego po zastosowaniu optymalnych parametrów ich uwalniania metodą tiobarbitu-rową z hydrolizą alkaliczną.
Literatura
1. Arnold U., Ludwig E., Kuhu R.: Analysis of free amino acids in green
coffee beans. Z. Lebensm. Unters. Forsch. 199, 22–25, 1994.
2. Bartosz G.: Fizjologia i patologia reaktywnych form tlenu. Wszech-świat 98/09/, 228–229, 1997.
3. Błoniarz J., Zaręba S.: Badania zawartości wybranych składników
mi-neralnych w kawach naturalnych i naparach kawowych. Bromat. Chem.
Toksykol. 33/03/, 241–249, 2000.
4. Budzyńska H., Budzyński T.: Towaroznawstwo dla handlu
zagranicz-nego. PWSZ, Warszawa 1969.
5. Cammaggio Sancineti G., Nicoletti G.M.: The production cycle of
cof-fee and its by products. Quantitative aspects. Industrie Alimentari,
34/342/, 1137–1146, 1995.
7. Czerwińska E., Kurowski T.: Normy ubytków naturalnych dla ziarna
kawy surowej i ziarna kakaowego podczas przeładunku i składowania w portach morskich. Zakład Techniczno-Doświadczalny Instytutu
Mor-skiego TD 3638, Gdańsk 1991.
8. De Maria C.A.B., Trugo L.C., Moreira R.F.A.: Simultaneous
determi-nation of total chlorogenic acid trigonelline and caffeine in green cof-fee samples by high performance gel filtration chromatography. Food
Chem. 52, 447–449, 1995.
9. De Maria C.A.B., Trugo L.C.: Composition of green coffee fractions
and their contribution to the volatile profile formed during roasting.
Food Chem. 50, 141–145, 1994.
10. Fuchs G.: Factors affecting coffee quality. Var Foeda. 47/02, 38–43, 1995.
11. Goller K.: Kawa nie tylko do picia. Kwietnik. 1, 4–8, 1996.
12. Gonet B.: Kawa a stres oksydacyjny. Żyw. Człow. Matab. 25/04/, 397– 402, 1998.
13. Gonet B.: Wolnorodnikowe właściwości kawy. Żyw. Człow. Metab. 21/01/, 49–52, 1994.
14. Grey J.: Coffeine, coffee and health. Nutrition and Food Sci. 6, 314– 317, 1998.
15. Hryniewiecki L., Hasik J.: Wpływ kawy zmodifikowanej co do
zawarto-ści składników drażniących na wydzielanie żołądkowe i niektóre para-metry gospodarki lipidowej u ludzi . Mag. Przem. Spoż. 1, 45–47, 2000.
16. Kaffeemaschinen: Sztuka parzenia kawy. Food Service. 3, 30–32, 1994. 17. Katz F.: How Major core Competencies Affect Development of Hot New
Products. Food Technol. 52/12/, 46–50, 1998.
18. Kemsley E.K., Ruault S., Wilson R.H.: Discrimination between Coffea
arabica and Coffea canephora variant robusta beans using infrared spectroscopy. Food Chem. 54/03/, 321–326, 1995.
19. Kolanowski W.: Kawa, charakterystyka i znaczenie zdrowotne. Żywn. Żyw. Zdrow. 07/03/, 305–309, 1998.
20. Kolanowski W.: Kawa i herbata – korzyści i zagrożenia. Agri. Pisma SGGW. 34, 16–18, 1997.
21. Lempka A. i inni: Towaroznawstwo produktów spożywczych. PWE, Warszawa, 1985.
22. Lenart B.: Od zielonej do palonej. Przegl. Gastro. 53/11/, 10–12, 2000. 23. Lenart B.: Od zielonej do palonej. Przegl. Gastro. 53/12/, 14–16, 2000. 24. Łuków M.: Kawa. Kuchnia. 5, 76–79, 1999.
25. Liedtke A.J., Mahart C.Q., Ytrehus K., Mjøs O.D.: Estimates of
free-radial production in rat and swine hearts method and application of measuring malondialdehyde levels in fresh and frozen myocardium.
Basic Res. Cardial. 79/5/, 513–518, 1984.
26. Masłowska J., Bielawska M.: Badanie poziomu amin aromatycznych
w wybranych produktach spożywczych. Roczn. PZH 46/04/, 357–361,
1995.
27. Mastalerz P.: Chemia organiczna. Wyd. Chem. Wrocław 2000.
28. Matyjaszczyk E.: Desorpcja dwutlenku węgla w opakowaniach kawy
mielonej. Przem. Spoż. 8, 33–34, 1998.
29. Matyjaszczyk E.: Występowanie i zmiany zawartości tlenu w
opakowa-niach kawy mielonej. Przem. Spoż. 10, 37–40, 1997.
30. Matyjaszczyk E.: Zmiany jakości kawy palonej. Przem. Spoż. 9, 40–41, 1997.
31. Matyjaszczyk E.: Czynniki kształtujące jakość kawy mielonej. Przem. Spoż., 1, 26–28, 2001.
32. Ortola M.D.: Oxidation of lipids in roast coffee. Alimentaria 279, 49– 53, 1997.
33. Oszmiański J.: Polifenole jako naturalne przeciwutleniacze w żywności. Przem. Spoż. 3, 94–96, 1995.
34. Panasenko O.M., Volnova T.V.: Azizova O.A., Vladimirov Y.A: Free
radical modification of lipoproteins and cholesterol accumulation in cells upon atherosclerosis. Free Radical Biol. Med. 10/2/, 137–148,
1991.
35. Pietruszewska K.: Kawa i sztuka jej parzenia ciąg dalszy. Food Dervi-ce. 2, 30, 1997.
36. Pietruszewska K.: Kawa i sztuka jej parzenia. Food Service. 1, 30 1997 37. Pizło A.: Szczególna odporność na światło barwy wódek pochodzącej
z kawy wobec karmelii. Przem. Ferm. Owoc. Warz. 43/09/, 22–23,
1999.
38. Raczyńska M., Skiendzielewska M.: Towaroznawstwo
i organoleptyczne metody kontroli jakości artykułów importowanych.
Kawa. Centr. Lab. Art. Spoż. Zeszyt 5, Warszawa 1963.
39. Ratnayake W.M.N., Hollywood R.: Lipid content and composition of
coffee brews prepared by different methods. Food Chem. Toxic. 31/04/,
263–269, 1993.
40. Spiro M.: Modelling the aqueous extraction of soluble substances from
ground roast coffee. J. Sci. Food Agric. 61/03/, 371–373, 1993.
41. Steinbrich J.: Ciekawostki nie tylko dla kawiarzy. Wiad. Ziel. 36/09/, 21–23, 1994.
42. Stranc A., Sławińska H.: Ocena zawartości związków drażniących
w niektórych kawach naturalnych. Przem. Spoż. 9, 254–255, 1993.
43. Stranc A., Łuczak H.: Obniżenie zawartości 5-hydroksytryptamidów
kwasów karboksylowych gwarancją jakości ekstraktów kawowych.
Żywność. Technologia. Jakość. 2/03/, 128–129,1995.
44. Stranc A.: Astra – kawa naturalna dla wszystkich. Nauka i Przyszłość. 9, 9, 1993.
45. Stranc A.: Astra – naturalna kawa o zmniejszonej zawartości związków
drażniących. Przem. Spoż. 3, 76–77, 1993.
46. Stranc A.: Astra – zdrowa kawa. Przeg. Gastr. 8, 9–10, 1995. 47. Stranc A.: Bezpieczna kawa. Nauka i Przyszłość 9, 5, 1994.
48. Stranc A.: Znak profilaktyki cholesterolowej dla kawy Astra. Przem. Spoż. 7, 210–211, 1994.
49. Sturdivant S.: The Future in Flexible Coffee Packaging. Tea and Coffee Trade J. 3, 64–66, 1996.
50. Wartenberg L., Trębusiewicz B.: Metoda z kwasem 2-tiobarbitiurowym
jako wskaźnik zmian oksydacyjnych w tłuszczach. Med. Wet. 2, 102–
105, 1969.
51. Witas T.: Aldehyd malonowy w środowisku człowieka i w jego
orga-niźmie. Studia 32, WSM, Szczecin 1999.
52. Witas T.: Biogenne i abiogenne oddziaływanie malonianów w paszach,
żywności i w organizmach żywych, Med. Wet. 1, 29–32, 1979.
53. Witas T.: Biologiczne konsekwencje abiogennych oddziaływań
pochod-nych malonylowych i udział antyutleniaczy w międzyreakcjach malo-nianów, Med. Wet. 3, 186–189, 1979.
54. Witas T.: Międzyreakcje malonianów z aminokwasami, białkami,
enzy-mami i innymi związkami odżywczymi. Med. Wet. 2, 101–105, 1979.
55. Witas T.: Zmiany oksydacji tłuszczowców oraz opracowanie nowej
me-tody uwalniania dwualdehydu malonowego z użyciem hydrolizy alka-licznej i reakcji tiobarbiturowej jako miernika wartości użytkowej su-rowców, produktów spożywczych, paszowych i technicznych. Zeszyty
Naukowe WSM nr 4, Szczecin 1973.
56. Witas T.: Powstawanie dialdehydu malonowego i jego hipotetyczna
kondensacja do postaci struktur policyklicznych węglowodorów aroma-tycznych oraz sterenu. Zeszyty Naukowe WSM, nr 54, Szczecin 1997.
57. Włodarczyk H.: Koffeina a dzieci. Biul. Inf. Przem. Kon. Spoż. 38/3/, 5–8, 1998.
58. Worhmann R., Hojabr-Kalaki B.: Voliatile minor acids in coffee. Deut-sche Lebensmittel – Rundschau. 93/06/, 191–194, 1997.
59. Ziemlański S.: Wpływ wegetariańskiego sposobu żywienia na lipidy
oso-cza i procesy peroksydacyjne. Aktywność enzymów antyoksydacyjnych i poziomu TBARS u wegetarian. Żyw. Człow. Metab. 22/3/, 215–220,
1995.
Wpłynęło do redakcji w październiku 2006 r.
Recenzent
