header photo

Химия кофе. Углеводы

На долю углеводов приходится 50-60% общей массы сырых кофеных зерен. В состав углеводов кофе входят сахароза (6-10%), целлюлоза (5-12%), пектиновые вещества (2-3%) и высокомолекулярные полисахариды (клетчатка, лигнин и др.). Установлено, что основным водорастворимым компонентом высокомолекулярных полисахаридов сырого кофе является арабиногалактан (2-5?). Кроме того, из кофейных зерен выделены глюкогалактоманнан, галактоза, манноза и арабиноза.

Долгое время считалось, что в сыром кофе отсутствуют свободные моносахара (глюкоза и фруктоза), однако исследованиями установлено, что в зернах кофе вида Арабтка преобладает сахароза, а вида Каниформа (Робуста) - редуцирующие сахара. При жидкостной хроматографии в 80%-ных водных растворах этилового спирта сырых зерен кофе Арабика из Эфиопии и Бразилии наряду с сахарозой обнаружены и количественно определены фруктоза, α-глюкоза, β-глюкоза и два сахара не идентифицированны. В целом общее количество редуцирующих сахаров в зернах кофе достигает 0,7-1%.

В процессе обжаривания происходят глубокие изменения в составе углеводного комплекса кофе. Например, сахароза, являющаяся основным компонентом этого комплекса, практически полностью исчезает (ее остается 0,56%). В начале обжаривания также резко падает содержание моносахаридов, но к концу процесса оно существенно возрастает: 1,25% глюкозы, 1,1% фруктозы, 0,15% арабинозы и 0,1% галактозы. Колебания в составе и количестве моносахаров в кофе при его тепловой обработке объясняются расходом некоторой их части на процессы карамелизации и меланоидинообразования (в начальной и средней стадиях обжаривания), а затем, при достижении температуры 205-220°C, увеличением их концентрации за счет гидролиза клетчатки, пентозанов и других полисахаридов.

С спользованием метода газовой хроматографии изучались химические изменения, происходящие с маннитом и шестью сахаристыми веществами (сахароза, глюкоза, фруктоза, манноза, арабиноза и галактоза) в процессе обжаривания и последующей экстракции зерен зеленого кофе Арабика и Робуста из Бразилии. Показано, что обжаривание приводит к разложению 46% маннита, 98% сахарозы, 94% глюкозы, 88% фруктозы и 82% маннозы, в то время как содержание арабинозы увеличивается в 9 раз. В процессе последующей экстракции в продукте остается 100% маннита и 91% сахарозы, содержание глюкозы, фруктозы, маннозы и арабинозы увеличивается в 16-71 раз. Отмечено, что вся галактоза растворимого кофе образуется на стадии экстракции.

Установлено, что нерастворимые в спирте слизистые вещества, обволакивающие поверхность зерен кофе, содержали около 30% пектиновых веществ, почти 8% клетчатки и примерно 18% нейтральных полисахаридов нецеллюлозной природы. Сырые пектины экстрагировали из осадка разбавленной HNO3 при pH 2,5 и температуре 90°C. Они содержали около 60% уроновых кислот с высокой степенью этерификации (около 62%) и средним уровнем ацетилирования (приблизительно 5%). Молекулярная масса пектинов была низкой (12000-29000). Пектины кофе не образуют гелей в присутствии сахарозы при низких значениях pH.

Проведено сравнение содержания углеводов в кофейном напитке из зеленого и обжаренного при 95°C в течение 1 часа (или при 180°C в течение 15 минут) молотого кофе Арабика из Колумбии и Робуста из Тонго. Общее содержание углеводов определяли колориметрическим орциноловым методом, состав моносахаридов - анионообменной хроматографией. Метод эксклюзионной хроматографии применяли для изучения распределения углеводов по молекулярной массе. Отмечено, что кофе содержит два основных экстрагируемых полисахарида - арабиногалактаны и галактоманнаны. Арабиногалактаны хорошо извлекаются из зеленого кофе при высокой температуре экстракции (свыше 95°C). Обжаривание кофе приводит к уменьшению молекулярной массы этих веществ с 200-200000 до 200-50000 и уменьшению соотношения остатков арабинозы в галактановой цепи с 1:7 до 1:12. Арабиноза и отдельные ветви арабиногалактанов выделяются в виде свободных моносахаридов или как небольшие олигосахариды со степенью полимеризации менее 6. Кроме того, арабиноза подвергается тепловому разложению.

Высокая температура экстракции приводит также к улучшению извлечения из кофе галактоманнанов, но сужает диапазон молекулярных масс экстрагируемых веществ с 800-80000 (при 95°C) до 200-20000 (при 180°C).