Kvantifikace podobností dvou kávových produktů pomocí GC/MS a EDXRF

• Pomocí GC/MS databáze Smart Aroma Database™ lze v režimu MRM detekovat stopové aromatické složky, které jsou v režimu skenu obtížně zjistitelné.
• EDX lze použít k analýze minerálů v potravinách buď v jejich původní podobě, nebo jednoduchou přípravou vzorku.

Káva hraje důležitou roli jako nápoj. Kávová zrna se pěstují především v jihoamerických zemích, jako je Brazílie a Kolumbie, kde jsou vysoce kvalitní kávová zrna pěstována v teplém podnebí a s bohatými srážkami. Země, které kávu konzumují, se výrazně liší od zemí, které ji produkují. V západních zemích je kávová kultura velmi rozvinutá a oblíbený je široký sortiment kávových produktů (např. tmavě pražená káva, či latte). Pro spotřebitele je důležité zajistit kvalitu kávových zrn jak v místě produkce, tak i v zemích, kde jsou konzumována, a to napříč zeměpisnými a kulturními rozdíly.

Pro zlepšení kvality a potravinové bezpečnosti kávových zrn by se kromě analýzy textury, chuti a vůně měla provádět i prvková analýza. Ačkoli kávová zrna obsahují pouze stopová množství prvků, jejich negativní vliv může být značný. Ať už se jedná o zdraví konzumentů, či technologické zpracování zrn. Například pokud je v kávových zrnech vysoký obsah železa, mohou snadno oxidovat a zhoršovat tak chuť finálního produktu. Také příliš mnoho zinku a mědi může mít při konzumaci negativní vliv na organismus. Toxické kadmium se snadno vstřebává z půdy a vody rostlinami, jako jsou kávovníky, a pokud se po požití nahromadí v těle, může způsobit zdravotní rizika. Při kontaktu kovových nádob a technologických prvků v různých stupních zpracování s kávovými zrny mohou ionty kovů měnit chuť a kvalitu kávy. Z tohoto důvodu je důležité pravidelně kontrolovat prvky obsažené v zrnkové kávě, aby bylo zajištěno, že splňují bezpečnostní normy.

Tento aplikační list představuje dva typy komerčně dostupných kávových zrn, které byly měřeny pomocí energetického disperzního rentgenového fluorescenčního spektrometru EDX-7200 a hmotnostního spektrometru ve spojení s plynovým chromatografem GCMS-TQ8040 NX vybaveného přístrojem AOC-6000 Plus (obr. 1).

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Obrázek 1

Experimentální část

Dva druhy komerčních kávových zrn extrahovány pomocí SPME. 476 látek bylo identifikováno pomocí Smart Aroma Database pro analýzu aromat a vůní. 502 látek, včetně aminokyselin, mastných kyselin, organických kyselin a cukrů bylo detekováno GC/MS stanovením s využitím Smart Metabolites Database Ver.2 a příručky pro přípravu vzorku v analýze aromat a vůní. Pomocí EDXRF byla provedena analýzu prvků za podmínek popsaných v tabulce 1 a kvantitativní hodnoty byly vypočteny metodou FP.

Protože každé měření bylo provedeno s n=1, bylo porovnání vzorků provedeno místo vícerozměrných metod, analýzou hlavních komponent (PCA) a vulkanického grafu.

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Tabulka 1.jpg

Výsledky a diskuze

Ve vzorcích kávových zrn (A a B) byly zjištěny srovnatelné sloučeniny a prvky ve všech poprvnávaných parametrech, tj. analýza chuťových, aromatických a prvkových komponent (tabulka 2).

Na druhou stranu bylo zjištěno, že kávová zrna B jsou bohatá jak na obsah chuťových tak i aromatických látek.

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Tabulka 2.jpg

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Tabulka 3.jpg

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Obrázek 2.jpg

Zjištěné prvky zahrnovaly minerální látky, jako jsou K, Mg a Z. Škodlivé těžké kovy, jako je As, Pb a Cd, které souvisejí s bezpečností potravin nebyly ve vzorcích detekovány. O Brómu , který byl zjišten v obou vzorcích zrn - o koncentracích 0,2 ppm (vzorek A), resp. 16.1 ppm (vzorek B), je známo, že ovlivňuje chuť a vůni (tabulka. 3, obr. 2). Prvkový brom je zodpovědný za štiplavý zápach vzorku, při začlenění molekul bromu do organických látek, má každá struktura sloučeniny jinou smyslovou percepci. Například bromopropan má sladkou vůni, dibrombenzen má chemický zápach atd. 

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Obrázek 3.jpg

Pro výpočet podobnosti mezi kávovými zrny A a B byla byl použit vzorec uvedený na obr. 3. Bylo zjištěno, že chuť a prvky obsažené v obou typech zrn jsou velmi podobné. Naproti tomu podobnost v chuti byla nízká. Na základě funkčních informací v databázi Smart Aroma Database byly klasifikovány třídy komponentů (sladké nebo hořké) a pro každou třídu byla vypočtena podobnost. Dále bylo zjištěno, že rozdíl mezi skupinami A a B je ve vůni jablek. Kromě toho byly v kávových zrnech A explicitně zjištěn methyl-2 methylbutyrát a methylisovalerát, a to ve vysokém množství (obr. 4). Kromě vůní uvedených na obr. 3 byly identifikovány další smyslové informace, například lesní a skořicové vůně a proto jsme vypočítali podobnost pouze reprezentativních vůní.

Shimadzu: AN 01-00748-EN - Obrázek 4.jpg

Souhrn

Při multi parametrovém porovnání dvou druhů komerčních vzorků zrnkové kávy pomocí GC/MS a EDXRF bylo v každém vzorku zjištěno méně než 250 látek zodpovědných za chuť, méně než 200 látek zodpovědných za vůni a 14 prvků.

Vícerozměrná analýzu dat (např. analýza hlavních komponent nebo vulkanický graf), která analyzuje vztah mezi více proměnnými pro pochopení vztahy a trendy vyžaduje velké množství dat. V případech, kdy je množství vzorků omezeno (např. n =1 pro dva typy vzorků, jako v tomto případě) je použití víceprvkové analýzy omezeno, avšak další parametry - zejména pak porovnání na základě kvalitativní analýzy a doplňkových senzorických informací v databázi Smart Aroma - mohou poskytnout užitečné informace.