Abstract

Acizii clorogenici și cofeina sunt importanți pentru formarea aromelor, precum și pentru efectul de sănătate al preparatelor de cafea verde și ale extractelor sale. Conținutul acestor compuși a fost determinat prin analiza HPLC-DAD în douăsprezece probe de cafea din tipuri Robusta și Arabica de diferite origini geografice, inclusiv cafele aburite și decofeinizate. În general, extractele de cafea Robusta conțin de două ori mai multă cofeină decât Arabica, iar conținutul său variază de la 3,41% pe masă uscată în tipul Arabica din Laos sau Rwanda la 8,16% în cafeaua Robusta din Indonezia. Cea mai mare concentrație de 5-Oh-acidul cafeoilchinic (5-CQA) a fost obținut pentru ambele cafele din Uganda. Procesul de decofeinizare nu afectează concentrația acestui acid clorogenic principal, dar aburirea boabelor de cafea cu apă fierbinte a produs o scădere semnificativă a nivelului de 5-CQA. Activitatea antioxidantă a extractelor de cafea a fost măsurată prin teste CUPRAC și F - C, care măsoară într-adevăr puterea de reducere a componentelor probei. Extractele de boabe de cafea verde din Vietnam au avut cea mai mare activitate antioxidantă în ambele teste.

Introducere

Cafeaua este una dintre cele mai populare băuturi din zilele noastre în întreaga lume. Conține mai mult de 700 de compuși responsabili pentru aroma sa unică și aromată. Gen Cafea arabă și Coffea canephora var. robusta sunt cele mai importante specii de Cafea, și constituie 60-40% din producția mondială. Arabica provine de obicei din America de Sud (în principal din Brazilia) și zonele montane și montane din Africa de Est, în timp ce Robusta (în principal din Vietnam) din câmpiile din Africa Centrală și de Vest și Asia de Sud [1].

Cafeaua ca aliment funcțional cu proprietăți antioxidante reduce incidența cancerului, diabetului și a bolilor hepatice, protejează împotriva bolii Parkinson și reduce riscul de mortalitate [2, 3]. Extractul de boabe de cafea verde prezintă un efect hipotensiv la șobolani [4] și reduce grăsimea viscerală și greutatea corporală [5, 6]. Aceste proprietăți sunt legate de compușii bioactivi, nu numai acizii clorogeni și derivații lor, ci și cofeina, teofilina și teobromina, cafestolul, kahweol, tocoferolul și trigonelina [7-12].

Boabele de cafea verde conțin un nivel mai ridicat de 5-Oh-acid cafeoilchinic (5-CQA), chiar de două ori mai mare decât în ​​cafeaua prăjită, în funcție de momentul prăjirii [12]. Cofeina din cafea reduce stresul oxidativ și protejează sistemul antioxidant: în celulele epiteliale pulmonare induse de hipoxie; este un inhibitor al produselor de peroxidare a lipidelor induse de peroxidul de hidrogen în fibroblastele pielii umane și reduce peroxidarea lipidelor tisulare și ROS [13, 14].

Activitatea antioxidantă a boabelor de cafea depinde de caracteristicile compușilor fenolici, în special acizii clorogeni care posedă capacitate antioxidantă in vitro și in vivo [15], iar acești fenolici sunt foarte biodisponibili in vitro [16]. Activitatea antioxidantă a extractelor de cafea verde Arabica este corelată pozitiv cu nivelul de calciu [17].

Scopul studiului a fost de a compara conținutul de acizi clorogenici și cafeină din extractele de cafea verde Arabica și Robusta datorită originii și preparării boabelor (boabe de cafea decofeinizate și aburite). Folosirea metodei Folin - Ciocalteu (F - C) și metoda capacității antioxidante de reducere a ionului cupric (CUPRAC) au fost utilizate pentru a evalua proprietățile antioxidante ale preparatelor de cafea. Posibile corelații între conținutul anumitor compuși și activitatea antioxidantă sunt, de asemenea, în sfera acestui studiu.

Materiale și metode

Produse chimice

Acidul galic, acidul clorogenic, cofeina și reactivul F - C au fost achiziționate de la Sigma-Aldrich Chemical Co. (Steinheim, Germania). Acetonitrilul MS și metanolul au fost de la POCH (Gliwice, Polonia), iar acidul formic MS a fost de la Sigma-Aldrich. Apa ultrapură dintr-un sistem Milli-Q (Millipore, Bedford, MA, SUA) cu o conductivitate de 18 Ωm a fost utilizată în toate experimentele.

Material și proces de extracție

Doisprezece boabe de cafea verde de origine diferită Cafea arabă: Brazilia (TG), Rwanda (obișnuit), China, Laos și Cafea robustă: Vietnam (Gr2), Vietnam (Gr2) decofeinizat cu diclormetan și Vietnam (Gr2) aburit (3 bar presiune timp de 30 de minute), India (Cireșe), Indonezia, Laos (FAQ), Uganda (Sc) și Uganda (Bugishu), au fost obținut de la un producător (Strauss Café, Polonia). Originea geografică a probelor și tipurile acestora au fost confirmate de furnizor. Conținutul de umiditate al boabelor de cafea a fost peste 12%. 0,5 g de fasole măcinată s-au extras cu 20 ml de apă distilată (94 ° C) timp de 10 minute. Apoi, soluția a fost răcită la temperatura camerei, centrifugată (5 min, 4500 rpm) și decantată. Extractele au fost liofilizate (Liofilizator Alpha 1-2 LD plus; Martin Christ, Germania). Înainte de analiză, extractele au fost dizolvate în 1 ml de apă Millipore și filtrate printr-un filtru de seringă din politetrafluoretilenă de 0,2 μm de la Agilent Technologies (Santa Clara, CA, SUA).

Analiza cromatografică a acizilor clorogeni și a cofeinei

Ion cupric care reduce capacitatea antioxidantă

O alicotă de 1 ml soluție de CuCl2 (0,01 mol L -1) a fost amestecată cu 1 ml soluție alcoolică neocuproină (7,5 × 10-3 mol L -1) și 1 ml tampon acetat (1 mol L -1, pH 7), urmat de amestecarea cu 0,5 ml infuzie de cafea și 0,6 ml apă [23, 24]. Tubul care conține proba și reactivii a fost incubat într-o baie de apă la 50 ° C timp de 20 de minute, după care a fost răcit sub apă curentă. Absorbanța față de un reactiv gol a fost măsurată la 450 nm. O curbă de calibrare a fost construită cu Trolox, iar activitatea antioxidantă a fost exprimată ca echivalent Trolox (TE) în mM kg -1 extract de masă uscată. Datele sunt prezentate ca media a trei măsurători independente.

Toate determinările spectrofotometrice au fost efectuate pe un spectrofotometru Lambda 20 UV - VIS model Perkin Elmer cu cuvete de 1 cm lungime. Spectrele au fost înregistrate în intervalul de la 220 la 800 nm cu o rezoluție de 0,2 nm. Datele au fost prelucrate cu software-ul WinLab.

Folin - Ciocalteu test

Alicote (1 mL) de infuzie de cafea au fost introduse în eprubete urmate de 0,1 mL de reactiv F-C și 0,9 mL de apă [25]. Tuburile au fost lăsate să stea timp de 5 minute. La sfârșitul acestei perioade, s-au adăugat 1 ml de soluție de Na2CO3 (70 g L -1) și 0,4 ml de apă și s-a permis o perioadă suplimentară de 10 min pentru stabilizarea culorii albastre formate. Absorbanța față de un reactiv gol a fost măsurată la 765 nm. Datele au fost exprimate ca echivalent acid galic (GAE) în mg kg -1 de extract de masă uscată. Toate determinările au fost efectuate în trei exemplare.

analize statistice

Rezultatele sunt exprimate ca medie ± deviație standard (cel puțin trei replici). Analiza varianței și diferențele semnificative între medii și analiza corelației au fost efectuate cu ANOVA unidirecțional. Nivelul de semnificație sa bazat pe un nivel de încredere de 95,0%. A fost prezentată și analiza componentelor principale a rezultatelor. Datele experimentale au fost analizate folosind programul Statistica 10.0 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, SUA).

rezultate si discutii

Conținutul de cofeină

Nivelurile de cofeină din preparatele de cafea verde studiate sunt date în Tabelul 1. Conținutul său variază de la 34,1 g kg -1 masă uscată de extract din cafele Arabica din Laos sau Rwanda la 81,6 g kg -1 -1 m. în cafeaua Robusta din Indonezia. În general, extractele de cafea Robusta conțin de două ori mai multă cofeină decât Arabica. Conținutul de cofeină din extractele de fasole verde de Cafea arabă a fost foarte asemănător 34,1–38,5 g kg −1, în timp ce în Cafea robustă a fost în intervalul cuprins între 3,9 (pentru decofeinizarea din Vietnam); 68,6 (Uganda Sc) până la 81,6 g kg -1 masă uscată. Aburirea boabelor de cafea verde nu a schimbat semnificativ conținutul de cafeină (scădere de doar 0,4%). Rezultatele cofeinei sunt comparabile cu rezultatele primite anterior [26]. Conținutul de cofeină a fost mai mic decât rezultatele obținute de Dziki și colab. [16], dar au folosit metanol în extracția ASE a cafelei verzi Arabica [16].

Cafeaua „decofeinizată” nu înseamnă 100% fără cofeină. De fapt, o cafea decafeinizată trebuie să fie doar 97% fără cofeină în conformitate cu USDA, în timp ce legislația braziliană permite cel mult 0,1% din cofeina reziduală în cafeaua decofeinizată [27].

Concentrația acizilor clorogeni

Boabele de cafea verde posedă acizi clorogeni, iar derivații și conținutul lor sunt de 3,5-7,5% (d.m.) pentru Arabica și 7,0-4,0% (d.m.) pentru cafele Robusta [28]. 3-, 4- și 5-CQA sunt dominate de acizi clorogeni din boabele de cafea verde și extracte [12, 16].

Trei acizi clorogeni majori prezenți în probele de cafea verde au fost determinați prin analiza cromatografică (Fig. 1). Cea mai mare concentrație de 5-CQA dintre tipul de cafea Robusta a fost obținută pentru ambele cafele din Uganda (135-137 g kg -1 masă uscată). Concentrația de 5-CQA în preparatele de cafea Arabica studiate a fost în intervalul de 97-122 g kg -1 masă uscată de extract uscat. Aceste rezultate sunt de 3-4 ori mai mari decât în ​​extractele de metanol - apă (ASE, 100 ° C, timp de extracție 2 min) [16], dar similare cu rezultatele boabelor obținute anterior [29]. Pe de altă parte, când s-a folosit izopropanol și apă într-un raport de 60:40, conținutul de acid clorogenic (5-CQA) a fost de două ori mai mare [30].

cofeină

Acizi clorogeni majori prezenți în cafea

Procesul de decofeinizare utilizat pe boabele de cafea Vietnam Robusta nu afectează concentrația de 5-CQA, dar crește (aproape de două ori) suma totală a acizilor clorogenici din această cafea, datorită creșterii altor acizi clorogenici (Tabelul 2).

Moreira și colab. [20] au determinat conținutul de acizi clorogenici din probele de cafea comercială Arabica braziliană prăjită la sol și instantanee, ușoare și întunecate, regulate și decofeinizate și au observat conținuturi de CQA de obicei mai mici în toate probele decofeinizate, în comparație cu cele nedecafeinizate. Farah și colab. [19] a observat pierderi de 10% în conținutul de acizi clorogeni din probele de cafea Arabica decofeinizate și prăjite, în comparație cu probele nedecafeinate prăjite în aceleași condiții. Procesul de decofeinizare a cauzat creșterea 3-CQA și 4-CQA probabil datorită procesului de lxiviere. Există o stare că acești acizi sunt adiacenți la pereții celulari ai boabelor de cafea și par a fi asociați cu cofeina [19].

Spre deosebire de procesul de decofeinizare, aburirea acestor boabe de cafea cu apă fierbinte a produs o scădere semnificativă a nivelului principalului acid clorogenic (5-CQA), în timp ce concentrația de 4-CQA și 3-CQA a fost ușor crescută (Fig. 2).

Conținutul a 3-Oh-CQA 4-Oh-CQA și 5-Oh-CQA în extracte de cafea verde (în g kg -1 masă uscată)

Degradarea acizilor clorogeni în timpul aburirii boabelor verzi a fost raportată ca o consecință a absorbției crescute a apei [31]. Degradarea ar putea explica, de asemenea, că temperatura ridicată afectează 5-CQA în boabele de cafea [21].

Este bine cunoscut faptul că conținutul de fenolici din boabele de cafea verde depinde de condițiile de creștere a plantelor, cum ar fi locația, lumina, drenajul, temperatura și vremea și depinde de procesul utilizat pe boabe [19].

Activitatea antioxidantă a extractelor de cafea verde

Activitatea antioxidantă a preparatelor de cafea a fost măsurată prin teste CUPRAC și F - C pe baza unei reacții de transfer cu un singur electron. În ambele teste, activitatea antioxidantă este egală cu capacitatea de reducere a unei probe. Unul dintre cele mai importante avantaje ale testului CUPRAC este că zaharurile simple și acidul citric nu sunt oxidate și pH-ul reacției este apropiat de pH-ul fiziologic [32].

Extractele de cafea Robusta au prezentat o activitate antioxidantă semnificativ mai mare în analiza Folin-Ciocalteu decât extractele Arabica (Tabelul 1). Valorile medii (exprimate ca echivalent de acid galic în g kg -1 extract de d.m.) au fost 399,7 și 201,8 pentru cafele Robusta și, respectiv, Arabica. Relație similară a fost obținută pentru testul CUPRAC. S-a constatat că cafeaua Robusta conținea mai multe substanțe reducătoare decât Arabica (Tabelul 1). Rezultate similare au fost raportate [16, 17, 33] numai pentru extractele de apă Arabica; cu toate acestea, în ultimele două lucrări s-au utilizat metanol, acetat de etil, eter etilic și diclorometan pentru extracția substanțelor reducătoare. Alți autori au stabilit un nivel mai ridicat al acestor substanțe; cu toate acestea, au folosit alți solvenți decât apa fierbinte, cum ar fi hexanul, metanolul și amestecul apă-izopropanol [30, 34].

Extractele de boabe de cafea verde din Vietnam au avut cea mai mare activitate antioxidantă în ambele teste. Nu a existat o influență semnificativă a procesului de decofeinizare a acestor boabe de cafea asupra activității antioxidante în testul F - C, dar s-a observat scăderea testului CUPRAC (17%). Aburirea boabelor de cafea cu apă fierbinte a scăzut activitatea antioxidantă în testul F - C: (31%) și testul CUPRAC: (22%) în comparație cu boabele neprelucrate.

Cafelele din Uganda (Uganda Sc și Uganda Bugishu) au prezentat cele mai scăzute activități antioxidante între cafele Robusta, deși cafeaua Uganda Bugishu este considerată cea mai bună cafea din Uganda [35].

pH-ul cafelei Vietnam Robusta a fost diferit de extractele obținute din boabe procesate. După aburirea boabelor cu apă fierbinte, pH-ul extractului a scăzut, dar în cazul decofeinizării pH-ul a crescut (Tabelul 1). Nu s-a găsit nicio corelație între pH și activitatea antioxidantă a extractelor de cafea studiate.

S-a găsit corelația pozitivă dintre testele F - C și CUPRAC (0,807) cu utilizarea coeficientului de corelație liniară a lui Pearson. Deși ambele metode utilizate se bazează pe proprietățile redox ale componentelor eșantionului, acestea diferă în ceea ce privește potențialele de reducere, cinetica și condițiile experimentale. S-a obținut, de asemenea, corelația pozitivă dintre suma a trei acizi clorogeni majori și testul F-C (0,667). O corelație mai mică se poate datora faptului că reactivul F - C nu este specific numai compușilor fenolici [36].

Analiza componentelor principale a fost aplicată pentru a evalua diferențele dintre cafele Arabica și Robusta, precum și procesul de preparare a boabelor de cafea (Fig. 3). PCA efectuat pe setul complet de date al probelor Arabica și Robusta a confirmat că probele de cafea de la Robusta au format un cluster separat în graficul PC1 versus PC2 (75,90% din variabilitatea totală a sistemului). Astfel, se poate explica faptul că preparatele de cafea Robusta conțin cel mai mare conținut de acizi clorogenici, cofeină și activitate antioxidantă. În același timp, procesul de preparare a boabelor de cafea a influențat diferențele în PCA, iar acest lucru a fost confirmat într-un grup separat.

Analiza componentelor principale ale extractelor de cafea verde Arabica și Robusta