header photo

Химия кофе. Методы исследования эфирного масла кофе

Содержание ароматообразующих веществ определяют методами ГЖХ/МС, ГЖХ-спектроскопии с преобразованием Фурье и ГЖХ-атомно-эмисионной спектроскопии с упором на альдегиды и кетоны, серо-, водород- и кислородсодержащие компоненты. Чаще результаты анализа аромата кофе получают при изучении газовой фазы экстрактов, выделенных CO2 в сверхкритическом состоянии и дисцилляцией при нагревании.

Состав ароматических веществ кофейного напитка, полученного завариванием 60 г обжаренного кофе Арабика (Кения) или Робуста (Индонезия) в 1 л кипящей воды, изучали следующим образом. Осуществляли дисцилляцию с последующей непрерывной экстракцией ароматических веществ. Затем экстракт подсушивали Na2SO4 и концентрировали на колонке Vireux. После разделения ароматических веществ на колонке с силикагелем на 6 фракций различной полярности проводили анализ каждой методами ГХ или ГХ/МС. Всего обнаружено 400 веществ, из них 170 имели концентрации в интервале 1-150 и 70 - в интервале 1-500 мкг/кг. Из кофе Робуста в кофеный напиток извлекается 75% ароматических веществ обжаренного кофе, а из сорта Арабика - только 55%. В 1 л кофеного наптка содержится 25-50 мг ароматических веществ.

По результатм исследования 2-метилизоборнеола, обусловливающего типичный аромат кофе Робуста, методом ГХ/МС в изучаемых образцах зеленых зерен обнаружено 0,03-0,3 кмг/кг этого соединения. Однако оно совершенно исчезало после обработки зеленого кофе паром или обжаривания.

Формирование аромата кофе происходит при обжаривании. В частности, количество фурфурилмеркаптана возрастает с увеличением длительности этого процесса. Энергия активации для образования фурфурилмеркаптана составляет 50 ккал/моль при pH 4.

Изменение содержания летучих веществ при хранении горячего напитка кофе изучают методом газовой хроматорафии. Для проведения определений используют парофазное устройство LSC 2000 и газовый хроматограф с ДИП, пламенно-фотометрическим детектором и колонкой (длиной 25 м, диаметром 0,32 мм), заполненной SE-54. В результате анализа получают относительные величины концентраций метилдисульфида, характеризующих степень окисления напитка. Концентрация метилформиата является индикатором протекания гидролитических реакций.

Оптимизацию условий опредеения диметилсульфида, сероуглерода, тиофена, метилдисульфида и других серосодержащих соединений в аромате кофе проводят методом ГХ. Обжаренный, растовримый ароматизированный и растворимый неароматизированный кофе содержат диметилсульфида соответственно 3,83, 21,59 и 0,013 нг/мл, сероуглерода 2,81, 6,46 и 0,017, тиофена 0,73, 3,57 и 0,011, метилдисульфида 0,79, 2,74 и 0,038 нг/мл.

Для определения ароматических веществ с интенсивным запахом кофе разработана методика анализа содержания 2-фурфурилтиола, 2-этил-3,5-диметипиразина, 2,3-диэтил-5-метилпиразина и 2-метилизоборнеола в кофе Арабика и Робуста. Первые три вещества экстрагируют трижды из 40-120 г обжаренного кофе диэтиловым эфиром, затем объединенные экстракты концентрируют и извлекают летучие вещества дистилляцией. 2-Метилизоборнеол выделяют путем дистилляции с одновременной экстракцией из 500 г зеленого кофе аналогичным способом. Анализ проводят методом ГХ/МС с ионизацией пробы электронным ударом. Конценрация 2-фурфурилтиола в обжаренном кофе Робуста составляет 1,956 мг/кг, а сорта Арабика - 1,708 мг/г. Содержание 2,3-этил-5-метилпиразина в этих видах кофе отличается более значительно, чем 2-фурфурилтиола, - соответственно 824/492 и 233/112 мк/кг. При заварке в кофейный напиток извлекается 90% 2-фурфурилтиола и 60-64% 2-этил-3,5-диметилпиразина и 2,3-диэтил-5-метилпиразина. После 40 суток хранения при комнатной температуре концентрация 2-фурфурилтиола в кофе Арабика уменьшается до 0,32 мг/кг, а в кофе Робуста - до 0,79 мг/кг. Содержание 2-метилизоборнеола в зеленом кофе Робуста из Колумбии и Бразилии составляло соответственно 1,28 и 0,74 мкг/кг, а в кофе Арабика - 0,42 и 0,08 мкг/кг.

Для извлечения полезных ароматических веществ, таких как диацетил- и ацетальдегиды, из термогидролизаторов кофе, содержащих вещества с неприятным запахом, используют стеклянную колонку (длиной 2,1 м и диаметром 10,2 см), заполненную 4,5 кг неполярного микропористого сорбента на основе полистиролдивинилбензола, при 20°C и скорости прокачки термогидролизата кофе 40 см³/мин. Сбор элюата осуществляют до появления неприятного запаха, например, фурфурола. Полученный элюат, обладающий масляным, легким фруктово-винным запахом, может быть использован для аромата традиционного растворимого кофе.

Исследование содержания основных компонентов аромата обжаренного кофе проводят методом разбавления изотопов в сравнении с дейтерированными образцами (2-фурфурилтиол, 2-этил-3,5-диметилпиразин, ванилин, замещенные гваяколы и др.). В результате определяют также величины порога обоняния этих веществ; при этом отмечены различия аромата изученных сортов кофе в связи с разной концентрацией основных компонентов.

Методом ГХ/МС проводят определение содержания ароматических веществ в кофейных напитках, приготовленных из обжаренных зерен кофе Арабика и Робуста. Наиболее интенсивным запахом из 22 найденных ароматических веществ обладают 2-фурфурилтиол, 3-меркапто-3-метилбутилформиат, метантиол, β-дамасцеон, метилпропаналь и 3-метилбутаналь. Степень извлечения 17 ароматических веществ из зерен кофе в кофейных напитках различна: для полярных веществ (например, гваякол) - 75-100%, неполярных (например, β-дамасцеон) - только 10-25%.

Методами ГХ/МС с применением колонки (длиной 60 м и диаметром 0,25 мм) с Supelcowax 10 при программировании температуры от 40 до 200 °C со скоростью 3°C/мин, также ольфактометрии проводят определение ароматических веществ, выделенных из обжаренного цикория дисцилляцией с паром при одновременной экстракции и динамическом отделении паровой фазы. При первом способе выделения ароатических веществ идентифицировано 92 соединения, при втором - 64. Обнаружены также некоторые пиразины и N-фурфурилпироллы. Аромат обжаренного цикория обусловлен в основном присутствием 2-этил-3,5-диметилпиразина, 2,3-бутандиона, 1-октен-3-она, 3-метилбутаналя и одним неидентифицированным соединением, обладающим запахами цикория и жженого сахара.

Для исследования ароматическихвеществ, обусловливающих аромат обжаренного кофе Арабика, из основных летучих соединений составляют модельные смеси, аромат которых сравнивают с натуральным образцом, используя метод исключения из модельной смеси одного или нескольких соединений. Обнаружено, что 2-фурфурилтиол, 4-винилгваякол, ряд алкилпирозинов, фуранонов, ацетальдегид, пропаналь, метилпропаналь, 2- и 3-метилбутаналь обусловливают типичный аромат кофе Арабика.

При выборе оптимальных условий анализа летучих компонентов в измельченном обжаренном кофе Арабика при статическом методе отбора проб исследуют два фактора - равновесные время и температуру. При этом выбирают три значения температуры: 60, 80 и 90°C. Наибольшее количество летучих соединений экстрагируется при 90°C, а затем при 80 и 60°C, хотя их набор при всех значениях температуры идентичен.

Экстракцию летучих компонентов изучают при семи значениях времени: 30, 45, 60, 80, 100, 120 и 150 мин. Оптимальное значение времени выбирают в зависимости от химического состава летучих компонентов. В результате идентифицировано 122 компонента, включая 26 фуранов, 20 кетонов, 20 пиразинов, 9 спиртов, 9 альдегидов, 8 эфиров, 6 пироллов, 6 тиофенов, 4 серосодержащих компонента, 3 бензольных компонента, 2 фенольных компонента, 2 пиридина, 1 оксазол, 1 лактон, 1 алкан, 1 алкен и 1 кислоту.